敖遊太空的佼佼者——航天飛機
航天飛機實質上是一種可重複使用的，來往於地麵與空間，向太空運送宇航員和貨物的航天器。航天飛機的應用非常廣泛。航天飛機的發展，經曆了一個複雜漫長的過程。最早提出研製這種飛機的是美國，發展最快的也是美國。經過10年的試飛、改進，目前已趨於技術成熟、效益提高、作用巨大、用途廣泛的新階段，發展航天飛機事業方興未艾。
美國研製航天飛機的想法早在60年代就提出來了。當時“阿波羅”登月航天器正處於全麵研製尚未飛行階段。科學家們就想，如能使用一種可重複使用的發射係統，人類就不但能隨時進入空間，而且在經濟上也是合算的。從1964年2月開始，由美國國家航空與航天局(NASA)組織專家進行航天飛機總體論證。經過幾年精心計算，認為開發這種航天飛機技術在經濟技術上是可行的。1967年2月，美國總統科學顧問委員會支持這一論證。1970年3月，在“阿波羅”登月成功後，尼克鬆總統發表聲明，他傾向於建立一項長遠的空間計劃，明確指出要把航天飛機與空間站的計劃作為長遠的發展目標，在航天飛機研製出來之前不要建立空間站，也不用像“阿波羅”那樣用更多的錢來從事空間發展計劃。這樣，就為美國的航天技術發展定下了基調，把原來隻想作為支撐龐大空間計劃的運輸工具的航天飛機，變成了NASA近期的重點發展項目了。
隨後，就正式設置了航天飛機發展辦公室，1974年開始研製“企業”號驗證機。到1991年4月，美國國家航空航天局在設計、製造、使用航天飛機方麵共計耗資424億美元，占該局1972年至1990年1225億美元預算總額的34%。盡管耗資如此巨大，但由於航天飛機的發射，從技術、經濟和軍事、社會等多方麵的效益來看，所得到的利益是大大超過這個數字的，它的效費比是非常之高的，這正是航天飛機將會常盛不衰繼續發展下去的根由。美國國家航空航天局的湯普森說，迄今為止航天飛機太空航行活動已取得重大成就，“在本世紀最後10年內，航天飛機仍將是我國太空計劃的支柱。”
航天飛機設計思想的形成
航天飛機是現代衛星和載人飛船技術、運載火箭技術和航空技術綜合發展的產物。但是，這種可以重複使用的火箭飛機的設計思想卻由來已久。早在30年代初，奧地利的維也納人赫費特、瓦裏爾和桑格爾等就曾提出用火箭發動機作動力裝置的飛機，試圖使用這種火箭在高空進行高速飛行，並形成以這種飛機進行空間飛行的設計思想。這也可以看作是航天飛機的早期設計思想的萌芽。這種設計思想與以俄國的齊奧爾科夫斯基、美國的高達德等人采用多級火箭的設計思想是有區別的。齊奧爾科夫斯基和高達德等人的設計思想是以多級彈道火箭作空間飛行的運載工具。這種空間飛行器隻能使用一次。而火箭飛機不僅要飛離地球，而且還要能返回地麵，可以重複使用。雖然這是一種更經濟和全麵的設想，但是由於技術條件的限製，當時是根本無法實現的。不過，發展一種可重複使用的火箭飛機，作為飛向宇宙空間的思想，卻從來沒有被放棄過，研究工作也從未間斷過。
第二次大戰前夕，一些國家出於軍事上的需要，許多設計師為了使飛機達到更大的高度和速度，曾試用火箭發動機作為飛機的動力裝置。如1939年德國工程師馮·布勞恩利用以過氧化氫和甲醇作推進劑的火箭發動機，研製了HE-178型火箭飛機，時速曾達到850千米。1941年德國又研製了ME-163型火箭飛機，時速達到1000千米。前蘇聯人也曾於1939年設計過RP-318型火箭滑翔飛機。1942年前蘇聯人還設計過BI-1型火箭殲擊機。這類有人駕駛的火箭飛機的設計，對於發展可重複使用的載人的空間運輸係統都可以看作是一種有益的嚐試和促進。
第二次大戰期間，德國成功地研製了V-2型火箭。與此同時，曾計劃給V-2火箭配置上機翼，以製成一種自動控製的A-9型火箭飛機。另外，還設計了A-10型兩級火箭飛機。其第一級就是帶機翼的A-9型火箭飛機，它可以使第二級火箭達到能在35分鍾內飛行4000多千米的速度。而這兩項設計尚未實現，戰爭就已結束。有關的研製人員都先後到了美國和前蘇聯，著名的火箭設計師馮·布勞恩則到了美國。另外，二次大戰期間，也還有人提出利用火箭飛機往返月球的探險計劃，並公布了飛行軌道和設計草圖。
第二次大戰結束後，論述有關有重複使用火箭飛機的設計思想更加活躍。參加的科學家和工程師也越來越多。1947年美國就曾報道過一種往返月球的兩級可回收的空間運輸係統。1952年馮·布勞恩論述了可重複使用的大型助推火箭的設計概念。1959年美國又有人發表文章，描述了飛往近地軌道，可重複使用的空間運輸係統的設想。這期間各國科學家和工程技術人員，為了把火箭技術和航空技術結合起來，不僅進行了各種技術途徑的探索和研究，而且還作了大量設計和研製實踐。譬如，美國進行了X係列火箭飛機的研製和飛行試驗，這是一種用火箭發動機作動力的帶翼飛行器，本身不能直接從機場起飛，要用母機帶到空中，忽然脫離母機，用自身的火箭發動機飛行，並像飛機一樣返回，在機場跑道上水平著陸。X係列火箭飛機可進行航空和空間技術的研究試驗，高空環境探測和高速再入試驗。由美國貝爾公司設計的X-1型火箭飛機，於1946～1947年間進行首次超音速飛行。在1959～1968年間X-15型火箭飛機曾進行過近200次的飛行試驗，最大速度達到7300千米／小時，馬赫數為6.7，最大高度為106千米，遠遠超出了大氣層的範圍。在1969～1975年間以B-52作母機，為美空軍和宇航員進行了大量研究飛行。美國還曾進行過HL-1080M2型升力體飛行器的研究。這些研究工作，對於探索可重複使用的空間運輸係統的技術途徑，都作出了有益的貢獻。
可是，要實現地麵和軌道間載人的多次往返飛行，必須高度綜合載人飛船，運載火箭和現代航空技術的性能特點。如果沒有空間技術、火箭技術和航空技術的高度發展，也就沒有條件和基礎研製航天飛機。
1957年美國製定了載納-索爾載人亞軌道飛行計劃，這項計劃擬用大力神火箭把一種載人的滑翔機送入近地軌道，以研究利用空氣動力滑翔和再入大氣層時的機動飛行能力。但是，這項計劃在研製過程中，遇到了再入稠密大氣層時飛機頭部和機翼前緣產生的高溫問題，這在當時還沒有能力解決所需要的新型結構和防熱材料。另外，加上研製經費昂貴，以及許多關鍵技術尚未突破而使這項計劃半途而廢。
進入60年代後，美國相繼成功地完成了水星、雙子星座、阿波羅和天空實驗室等載人空間飛行計劃。通過這一係列載人軌道飛行的探索和試驗，不僅證實了人在加速度、失重、高真空、輻射等惡劣的空間環境中能夠生存，而且還能有效地工作，顯示了人在宇宙空間同樣具有任何自動化的設備所不能代替的能動作用。與此同時，還發展並掌握了諸如軌道交會、對接、宇航員艙外活動等一係列載人軌道飛行的基本技術，也驗證了空間工業生產、生物醫學等研究的廣闊前景。這就為發展大型的載人空間運輸係統創造了條件、提供了雄厚的技術基礎。這時期，歐洲各國的許多科研人員也在考慮搞航天飛機，英國、法國、意大利和西德的許多公司還進行了係統的研究，並得到歐洲空間組織的支持。甚至歐洲希望能與美國合作研製航天飛機。1967年5月，歐洲各國在美國的加利福尼亞州舉行了廉價空間運輸係統的學術會議，英、法和西德等國的科技人員發表了航空空間運輸工具的研究報告。還應當指出，60年代和70年代歐美各國研製的超音速運輸機，也為航天飛機的研製提供了有價值的經驗。
到了60年代末期，人類已經研製了多種洲際導彈，各種類型的運載火箭和大型噴氣客機及運輸機。已經全麵地掌握了火箭、載人飛船和現代航空技術。這就進一步完善了空間運輸係統的預先研究工作，為航天飛機的研製積累了經驗、儲備了技術。同時，耗資巨大的“阿波羅”登月探險計劃行將結束，從而得以把人力、物力和財力轉移和集中到新型空間運輸係統的研製工作方麵上來，這就最後導致了1962年2月“阿波羅”後續計劃的擬定和1972年尼克鬆政府批準了當時預計耗資55億美元的航天飛機研製計劃。
航天飛機的曲折發展
美國發展航天飛機的總體方案，經過了多次變動，又經過反複論證比較，最後才確定了今天人們所見到的這個樣子。最初是建立在“能飛回”的設計指導思想基礎之上的，整個航天飛機分為兩級，每一級都載人，都能像飛機那樣水平著陸。第一級要有很大的火箭推動力，且有機翼，把第二級(即進入太空的軌道器)背在背上，一起穿過大氣層後，由第二級靠自己的動力繼續飛向太空執行任務，然後各自返回地麵。
這種兩級結構，完全可以重複使用的設計方案反映了設計研製要遵循的“定期地、經濟地進入空間”的最佳設想。但是，這種方案要把第一級的推力搞得很大，第二級的外形也很大，所需的研製費就不“經濟”了，估計需要投資100～130億美元，因此被放棄了。
第二次的設計方案是取消航天飛機內部的推進劑貯箱，把推進劑裝在一個簡單的、一次性使用的外貯箱內。這種方案的優點在於軌道飛行器(航天飛機機體)外形小，價格便宜，性能也不會受到多大影響。
第三種設計方案就是用“土星-5”型大推力火箭作第一級發射動力，或使用其他可回收的燃體燃料火箭和一次性使用的固體火箭等等。這些方案被認為可靠性差，把握不大也被放棄了。
經過反複比較，最後決定發展一個由三部分組成的航天器係統——即軌道器(航天飛機機體)、一次性使用的外貯箱和兩個可回收的固體火箭推進器。這樣，就保留了“可回收性”，使三大部件中的兩個以可回收，又可大大減少了把有效載荷送入軌道的費用，就是說這是當時認為最佳的效費比方案。據NASA專家們於1972年初估算，研製和試驗5個軌道器的航天飛機係統要花費約62億美元，隻是第一次設計方案的一半。這個方案於1972年3月經國會批準最後確定下來。
1972年8月，美國NASA分別與製造商簽訂了研製合同，並將整個計劃的管理工作分派給三個航天中心，即約翰遜航天中心、馬歇爾航天中心和肯尼迪航天中心。
在整個70年代，NASA經曆了經費困難的時期，把原計劃的5架航天飛機減少到4架，並使首次試驗型航天飛機的試飛推遲了兩年多。到1977年開始對“企業”號航天飛機驗證機進行了一係列沒有裝軌道飛行所需的發動機的試飛，特別檢查了航天飛機所必需的精確無動力著陸時的性能，最後，試飛員和科學家們一致認為航天飛機的設計是成功的，可以進行實用型的試飛。
在1977年至1980年期間，美國一麵進行“企業”號試飛，一麵對首架實用型“哥倫比亞”號航天飛機的外貯箱和固體火箭助推器、主發動機及機載設備進行了全麵的、係統的各種試驗。到1981年初，航天飛機達到了可以進行軌道飛行試驗的階段。整個試飛計劃是經過精心安排的，原計劃要試飛6次，後削減為4次。從發射起飛場地的選擇——在肯尼迪航天中心，到飛行結束的著陸點——愛德華茲空軍基地，還包括1000多項試驗和數據收集程序等，都是很科學、穩妥而合理的，為整個試飛成功奠定了基礎。最後，終於在1981年4月12日，耐人尋味的正巧是20年前，前蘇聯加加林第一次上天的那一天，“哥倫比亞”號航天飛機首航成功。
從那以後，“挑戰者”號、“發現”號、“阿特蘭蒂斯”號也相繼陸續出廠，加入了世界最大的航天機隊。在1986年1月28日“挑戰者”號不幸發生爆炸後，美國又研製了一架改進型的“奮進”號航天飛機，於1992年5月7日首航成功。使美國航天機隊仍保持著4架的規模。
截止1992年7月9日“哥倫比亞”號安全返回著陸，先後已進行了48次載人太空飛行。在這期間航天飛機作了大量科學試驗、搶救航天器、施放和捕捉人造衛星、地星際宇宙飛船和各種探測器等許多奇異而不可取代的特殊任務。
從這48次的重大航天活動記錄中，可以看到美國航天飛機發展各個階段的一般軌跡：
1964年2月—NASA組織科學家和工程師們開展總體論證和發射—重返裝置的關鍵技術研究；
1970年2月——NASA組建航天飛機辦公室；
1974年6月——羅克韋爾國際公司開始研製實驗型“企業”號；
1976年9月——“企業”號航天飛機製造完畢；
1977年8月——用波音747飛機改裝的“NASA-905”號載機在2.2萬米高空把“企業”號投射出去，使其自行返航水平著陸成功；
1981年4月——“哥倫比亞”號進行首次軌道試飛成功，標誌著航天飛機時代的開始；
1982年11月——“哥倫比亞”號首次執行衛星發射使命；
1983年4月——在航天飛機上首次生產的太空產品顯微乳膠球問世；
1984年4月——宇航員乘“挑戰者”號航天飛機首次在太空對一顆衛星進行捕獲修理和重新發射定位；
1984年10月——女宇航員乘“挑戰者”號航天飛機實現了美國第一位女性在太空中單獨行走。
1985年6月——再次用航天飛機(“發現”號)發射了三顆通信衛星，施放回收了“斯巴坦-1”號天文探測器；
1985年11月——宇航員乘“阿特蘭蒂斯”號航天飛機在發射三顆衛星之後，首次在太空進行結構安裝，組裝了一個高45英尺的發射塔；
1986年1月——“挑戰者”號升空73秒後爆炸，航天飛機活動暫停；
1986年6月——調查事故的總統委員會提出9條改進措施；
1988年9月——“發現”號重新發射升空，航天飛機繼續飛行；
1989年5月——由航天飛機在太空施放“麥哲倫”號金星探測器；
1990年4月——由“發現”號施放“哈勃”號太空望遠鏡；
1990年10月——由“發現”號施放“尤裏西斯”號太陽極區探測器；
1991年6月——由“哥倫比亞”號再次載歐空局“空間實驗室”在太空進行生命科學實驗；
1992年5月——最新型“奮進”號航天飛機首航飛行成功，並在太空中回收、修理、施放國際通信衛星組織的一顆重要衛星；
1992年7月——“哥倫比亞”號創造了連續航行14天的最高飛行記錄，驗證了航天飛機至少可運行兩個星期的能力，從而為建造“自由”號航天站奠定了基礎；
上述事例，僅是航天飛機重大活動的一部分，從中也可看到航天飛機的神奇功能了。
航天飛機的經濟效益
從截止1990年底4架航天飛機完成的38次往返天地之間的載人航天任務中看，除了進行在失重和真空環境中的數百項各種科學實驗外，還運載和施放了46顆衛星，其中大部分是同步軌道通信衛星，有6顆失敗；進行了“星球大戰”(SDI)的有關試驗；向深空發射成功“麥哲倫”號金星探測器、“伽利略”號木星探測器、“尤裏西斯”號太陽探測器、“哈勃”望遠鏡和巨型天文觀測器等。這些航天器的發射、修理和重新施放，都大大擴展了人類的視野，並獲得巨大社會、經濟效益。
1983年11月28日，“哥倫比亞”號把歐洲空間局的“空間實驗室-1”號送上太空軌道，進行了73項科學實驗，取得豐碩成果。1984年4月6日，宇航員乘“挑戰者”號在軌道上捕獲、修複失靈的“太陽峰年”探測衛星，這顆探測衛星就價值2.4億美元。在1990年底以後又進行了多次修複故障、失靈、老化的衛星都取得很大效益。例如，1992年5月13日，“奮進”號首次升空，就拯救了“國際通信衛星-6”號，這顆衛星價值2.7億美元，而且需要兩年才能製造出來。這次捕獲、修複、重新施放僅花了9300萬美元，隻用了3天(實際是隻用了幾個小時就完成了)。這項修複可使該衛星壽命延長12年，每天使國際衛星組織淨收24萬美元。1990年2月20日，“哥倫比亞”號將美國施放的“LDEF(長期暴露裝置)衛星”帶回地麵，為獲得設計永久性空間站所必要的實驗數據提供了極寶貴的材料。至於在施放和捕捉各種航天器所獲的經濟價值，簡直難以計數。
航天飛機的軍事應用
航天飛機在軍事用途方麵更是廣泛，而且是具有獨特能力的軍用航天器。
施放、回收軍用衛星：同施放和回收民用衛星一樣，航天飛機在已施放的(截止1990年底)46顆衛星中，軍用衛星所占比例很大。這些軍用衛星的施放不但節約發射費用，而且靈活機動，保密性好，具有重要軍事意義。1985年6月17日，“發現”號航天飛機一次就施放了三顆同步衛星。1985年1月24日，“發現”號航天飛機施放了一顆絕密軍事載荷，重達2.5噸，價值3億美元。1985年10月3日，“阿特蘭蒂斯”號也連續發射了兩顆軍用通信衛星。另外，還幾次回收了軍用航天器或進行了太空軌道上的修理或秘密帶回地麵處理。
試驗“星球大戰”(SDI)激光：1985年6月21日，“發現”號航天飛機成功地進行了激光高精度跟蹤試驗，驗證了激光跟蹤低軌道高速運動目標的能力。這是美國“星球大戰”計劃中的重要項目。這次試驗，用直徑隻有0.06厘米的地麵激光束，使飛機被照射長達3分鍾。激光在370千米高空漫長的傳輸後，到達飛機，直徑已變大到4.5米，但還是被機載反光鏡反射了回去。1985年7月29日至8月6日，“挑戰者”號在太平洋上空用一台電子發生器從280千米的高空對地麵發射了電子束，夏威夷的觀測站記錄到電子束在電離層引起的擾動。這也是SDI計劃中的又一重要試驗項目。
建立完整的空間軍事係統：航天飛機具有運載量大的突出特點(一次最多載荷29.5噸)，就可把特大構件運上軌道。1985年1月24日，“發現”號將一顆綽號“大耳朵”的大型軍用偵察衛星，送入了地球同步軌道。這顆衛星能截獲前蘇聯向太平洋發射遠程導彈的遙測信號，還可竊聽歐、亞、非三大洲大部分地區的軍事和外交情報。這意味著美國已有能力將重達20噸以上的空間軍事應用係統部署在軌道上。1985年11月26日發射的“阿特蘭蒂斯”號的宇航員在太空演練裝配太空大型建築，也標誌著可在太空建造太空作戰平台和太空指揮中心。美國NASA安排的航天飛機飛行任務有2／3以上都與軍事任務直接相關，有1／3就純屬軍事任務。
直接從事軍事行動：航天飛機有很大的軍用潛力。在擔負偵察任務時，在200千米亦空拍攝地麵照片，可辨別1米長的物體；可作為高能激光武器、粒子束武器和小型導彈的發射平台；能攻擊敵方飛行中的導彈，也可直接攻擊地麵目標；能成為太空殺手，既可消滅別國衛星，也可將其捕獲據為己有；還可在太空試驗各種軍事裝備。同時，由於它具有往返天地之間的能力，自然可作為軍事後勤保障的重要工具，成為“太空軍事後勤部”。
總之，航天飛機已經做到的和能夠做到的各種軍事應用活動，完全證明航天飛機是一種不折不扣的從事戰略、戰術用途的軍用機，決不僅僅是“和平鴿”。它所具有的更加完善的機動能力，必將使太空軍事爭奪更加複雜激烈。由於有了航天飛機，製天權的爭奪，已提上軍事航天大國的戰略議程。
航天飛機的主體結構
美國航天飛機的研製計劃是於1969年由美國航空與航天局提出，1972年獲得美國政府的正式批準。於是這個計劃從70年代初開始付諸實現，一直是美國70年代空間計劃的重點。自決定研製航天飛機以來，有關研製工作一直在緊張地進行著。盡管一些技術上的困難和故障已把軌道飛行時間從原定1979年推遲到1981年初，但是由於航天飛機十分緊密地牽連著美國未來的空間活動，全國上下都在全力爭取於80年代初將其投入全麵使用。它是美80年代和本世紀內空間運輸係統的主要組成部分。
航天飛機是 一種有人駕駛的，主要部分可以重複使用的空間運輸工具。它既能像載人飛船一樣，使用火箭發動機從地麵垂直起飛，像衛星一樣在地球軌道上運行，在重返大氣層以後，又能像普通飛機一樣，於空中滑翔，在地麵水平著陸。航天飛機係統是由一個軌道器(即通常所說的航天飛機)、一個外貯箱和兩個固體火箭助推器所組成。通常所說的航天飛機就是指的軌道器。所謂部分重複使用是指每飛行一次就要扔掉一個外貯箱而言，而固體火箭助推器和航天飛機仍能重複使用。航天飛機正式開展設計工作以來，總體結構及其參數經過了多次變化，直至1976年初方確定下來。航天飛機整個係統全長56.14米，高23.34米，相當於一幢7層樓房，確實是一個龐然大物。航天飛機的起飛重量2000多噸，海平麵的起飛總推力約為29400多千牛。起飛重量與世界上最大的運載火箭土星-5差不多，但長度隻有土星-5火箭的一半左右。
軌道器(航天飛機)的結構
航天飛機整個係統的外形尺寸航天飛機整個係統分為三大部件第一部件是軌道器，即航天飛機。它是整個係統中唯一可以載人，真正在地球軌道上飛行的部件，它很像一架大型的三角翼飛機。它的重量與尺寸與一架DC-9型運輸機相當，全長37.27米，起落架放下時高17.27米，三角形後掠機翼的最大翼展24米，不帶有效載荷時自重68噸。它所經曆的飛行過程及其環境比現代飛機要惡劣得多，航天飛機與土星火箭和波音飛機的尺寸它既要有適於在大氣層中作高超音速、超音速、亞音速和水平著陸的氣動外形，又要有承受再入大氣層時高溫氣動加熱的防熱係統。因此，它是整個航天飛機係統中，設計最困難，結構最複雜，遇到的問題最多的部分。它的結構主要用鋁合金製造，表麵用重複使用的隔熱材料保護。整個機身結構分為前、中、尾三段。前段結構可分為頭錐和乘員艙兩部分。頭錐處於航天飛機的最前端，具有良好的氣動外形和防熱係統。頭錐內隻裝置反作用控製係統前段的核心部分是處於正常氣壓下的乘員艙。這個乘員艙又可分為三層：最上層是駕駛台，有4個座位；中層是生活艙；下層是儀器設備艙。艙的下部裝有飛行中可收起的頭部著陸架。乘員艙為宇航員提供寬敞的空間。乘員在艙內可穿普通地麵服裝工作和生活。一般情況下艙內可容納4至7人，緊急情況下也可以容納10人。航天飛機的中段主要是有效載荷艙，航天飛機結構示意個長18米，直徑4.5米，容積300米3的大型貨艙，一次可攜帶重達29噸多的有效載荷，艙內可以裝載各種衛星、空間實驗室、大型天文望遠鏡和各種深空探測器等。為了在軌道上施放所攜帶的有效載荷或回收軌道上運行的有效載荷，艙內設有一或二個自動操作的遙控機械手和電視裝置。機械手是一根根細細的長杆，在地麵上它幾乎不能承受自身的重量 ，但是在失重條件下的宇宙空間，卻可以迅速而靈活地載卸10多噸的有效載荷。航天飛機中段機身除了提供貨艙結構之外，也是前、後段機身的承載結構，它是由機翼結構和有效載荷艙門組成，沿著中段等距離分布著33個加強環，它們支撐著中段的外殼和載荷艙門。另外還設有兩個主著陸架耳軸支撐結構。艙門由新型複合材料製成。機翼由波紋翼梁腹板、構架型翼助和鉚接的鋁合金蒙皮及桁條結構組成。航天飛機的尾段比較複雜，主要裝有3台主發動機，還裝有2台機動發動機和反作用控製係統。在主發動機熄火後，機動發動機為航天飛機提供進入軌道，進行變軌機動和對接機動飛行以及返回時脫離軌道所需要的推力。反作用控製係統用來保持航天飛機的飛行穩定和姿態變換。除了動力裝置係統之外，尾段還有升降副翼、襟翼、垂直尾翼、方向舵和減速板等氣動控製部件。尾段機身由整塊鋁板加工製成，裏麵配有硼環氧樹脂增強的鈦合金構架。在後部有一個鋁蜂窩隔熱的防熱罩，用以保護發動機係統。升降副翼用鋁蜂窩材料製成，垂直尾翼為雙翼梁、多翼肋、加強蒙皮的鋁合金盒狀裝置。方向舵和減速板分成上下兩部分。航天飛機的設計壽命是至少可以飛行100次。
航天飛機的外貯箱
航天飛機係統的第二個部件是外貯箱，它的作用就是為航天飛機的主發動機貯存入軌前所用的全部推進劑。外貯箱裝在航天飛機的下方，夾在兩台固體火箭助推器的中間，它是航天飛機係統上唯一不可回收的部件。全長47米，直徑8米多，淨重33噸，是一個十分龐大的尖頭圓柱體，由鋁合金製成。內有前、後兩個貯箱，前貯箱裝600多噸液氧，後貯箱裝102噸液氫，外貯箱總共可裝700多噸推進劑。
外貯箱與航天飛機用三個結構件連接，外貯箱與固體火箭助推器用四個接合件連接，這些連接部都有自爆連接件控製係統，可按指令脫鉤。在主發動機關機18秒時，指令艙發出拋掉外貯箱指令，外貯箱脫離軌道器，約1小時後再入大氣層時解體，並在大西洋或印度洋預定海域墜落。
采用外貯箱這種結構形式，使航天飛機的尺寸幾乎縮小了一半，減輕了航天飛機的重量，簡化了整體係統的結構。這樣，外貯箱的大小可根據推進劑貯量而定，推進劑加注量也可根據每次飛行任務的不同而有所不同。
外貯箱用鋁合金製造，裏邊分兩個箱體，即分為液氧箱和液氫箱，兩箱體之間由一個長為6.8米的中間艙段隔開。中間艙段上裝有兩個固體火箭助推器的前部緊固裝置和一個航天飛機的前部緊固裝置。中間艙段內部裝有液體輸送管道和電纜管道。兩個貯箱都采用鋁合金蒙皮加支撐或穩定框架結構。液氧箱在前部，約占外貯箱體積的1／4，有效容積552米3，可加注液氧約600噸。液氧箱頭部是一個尖頂形硬壺式結構，錐頭可減少氣動阻力和氣動加熱，並可兼作避雷針之用。液氧箱內安裝有防渦流和防晃動隔板，以使液體剩餘量減至最少，並阻止液體的運動。液氫箱比液氧箱要大得多。液氫箱的有效容積達1523米3，可裝液氫100多噸。除了液氧箱、中間艙段、液氫箱等主要部件外，外貯箱上還有一些管道、閥門、支撐結構和電子係統等。外貯箱輸送液氧和液氫的管道都是使用43厘米直徑的管子。共有5根推進劑管路(燃料3根、氧化劑2根)直接與航天飛機的外貯箱主發動機管路相連接。為了控製加注和了解貯量，在兩個箱體中都裝有液麵傳感器，以便不斷地把貯量信息傳輸給航天飛機。外貯箱是整個航天飛機係統中唯一不回收的部件，為了最大限度地降低成本費用，外貯箱係統設計得隻供一次使用。主推進係統的全部液體控製儀器和閥門都設置在航天飛機上，以便盡可能降低外貯箱的成本。
由於液氫、液氧的溫度很低，特別是液氫，其沸點為-253℃，密度又很小，如果沒有足夠的隔熱，液氫的沸騰率是很高的。因此如何保證把外貯箱主結構及分係統部件控製在允許的溫度範圍內，如何防止液氫、液氧的液化，以及避免外貯箱表麵積冰等，就成為外貯箱設計中的重要問題。這也是外貯箱的隔熱和溫控係統設計中所要解決的主要問題。外貯箱的防熱措施采用了25.4毫米(1英寸)厚的噴塗泡沫塑料絕緣層，並用玻璃纖維外套保護。所有的各個管路及液氫箱的整個外表麵上均噴塗泡沫塑料絕緣。但為了經得起局部高熱，有的地方還額外敷設了噴塗泡沫絕緣層和燒蝕材料。例如在航天飛機助飛階段，受氣動力加熱和發動機噴流加熱會產生局部高溫加熱。因此對所有凸起部分，如緊固件、液氧箱鼻錐外表麵，靠近固體火箭助推器的箱間段結構處都直接粘接了軟木片的燒蝕材料。盡管如此，宇航局仍然擔心，當航天飛機與外貯箱豎立在發射台上或在爬升期間，低溫推進劑的外貯箱表麵仍可能結冰並隨後脫落，而脫落則會損傷航天飛機上脆弱的防熱瓦。為了防止外貯箱表麵結冰，在研製過程中又采取了兩項預防性的補救措施，一是檢驗外貯箱突出部分的隔熱係統，一是設計一種液氧捕集和排氣係統。這部分液氧在發射準備期間從貯箱內排出，它是通過貯箱頂部旁邊的排氣孔排出的。就在航天飛機3台主發動機並聯點火試驗期間，發現排氣孔結冰。為此研究了兩種捕集排氣裝置，一種是裝在貯箱頂部下方的環形裝置，一種是能從四麵八方捕集氣體的耳套形裝置。所以采取這些預防性和補救措施，是因為任何微小的疏忽，都可能影響全局並造成整個係統的失效。
在外貯箱設計中，除了隔熱和溫控問題外，還有一些結構及設計中的技術問題，如大直徑箱體的加工、成形、總裝等問題，也都是比較複雜的。
航天飛機的固體火箭助推器
兩台固體火箭助推器是航天飛機係統的第三個部件。它平行地安裝在外貯箱的兩側、航天飛機的下方。兩台固體火箭助推器的結構完全相同，每台助推器長約45 米，直徑3.7米，自重83噸，可以裝500多噸的固體推進劑，推力約12740千牛，可以重複使用20次。
航天飛機作為一種可重複使用的空間運輸係統，既能大幅度地降低空間活動的費用，又能提高工作性能，擴大活動範圍，還能安全地將科學家和工程技術人員送入軌道。這就可以使各個科技領域中第一流的男女科技人員能直接參加空間實驗和觀測。使得能飛往宇宙空間的不再隻限於訓練有素、體格健壯的宇航員了。這都是目前一次使用的運載火箭所作不到的。
航天飛機名為飛機，卻像火箭那樣垂直發射，在宇宙空間飛行。它雖然是空間飛行器，卻又像飛機那樣能在大氣層中機動滑翔並在機場著陸。因此，航天飛機是一種兼有空間飛行器和航空飛機二者特性的空間運輸工具。它是第一次把現代空間技術和航空技術高度有機地結合起來的創舉，所以它被認為是空間技術領域中的一項最重大的技術突破。當航天飛機在宇宙空間與地麵之間往返飛行時，必將對未來的空間活動產生深遠的影響。
航天飛機主發動機及其外貯箱推進係統，雖然具有強大的推力，但還不足以使整個航天飛機係統飛離發射台並升入空中，還必須借助輔助的推進裝置並提供更大的推力，以便共同把航天飛機推向高空。航天飛機所采用的輔助推進裝置，就是固體火箭助推器。
固體火箭助推器的主要部件是固體火箭發動機。固體火箭發動機使用固體氧化劑和燃料作推進劑。古代使用的原始固體推進劑是我國在7世紀的唐朝初期發明的黑色火藥。火藥後經阿拉伯人傳入歐洲，但是直至19世紀，由於固體火箭的命中精度不如火炮，所以一直未能得到廣泛應用。在第二次世界大戰中，固體火箭彈的研究又受到了人們的重視，並在戰爭中得到了應用。本世紀50年代末，尤其是到了60年代，由於新的固體推進劑的出現，新型藥柱澆鑄工藝的成功研製，藥柱型麵設計的改進以及在其他各方麵的進展，為研製大型固體火箭發動機創造了條件。固體與液體火箭發動機的基本工作過程，都是推進劑在燃燒室中燃燒，產生高溫高壓氣體，燃氣流從噴管高速噴出，產生反作用力，即推力，而使火箭上升。不過，固體火箭發動機結構非常簡單，可靠性高，適合於作導彈武器的動力裝置。在空間技術上則可用作小型衛星的運載火箭和遠地點發動機。但較廣泛地用作大型飛行器的助推器，實際使用時常把幾枚固體火箭捆綁在主火箭的周圍，作為輔助動力裝置，如德爾塔火箭可捆綁9枚固體火箭助推器，大力神火箭捆綁2枚大型固體火箭助推器，以此來提高火箭的推力。
航天飛機的固體火箭助推器，共有2枚，平行地安裝在外貯箱的兩側，航天飛機的下方。2枚固體助推器的結構完全一樣，都是細長的圓柱體。每枚助推器長45.46米，直徑3.7米，重約586噸，其中固體推進劑重503噸，助推器淨重83噸，燃燒時間約125秒，在海平麵可產生推力11760千牛。固體火箭發動機的研製由聚硫化學公司負責。宇航局的馬歇爾空間中心，負責將固體火箭發動機裝配成助推器，麥克唐納·道格拉斯公司向宇航局提供技術支援。每枚固體助推器均由固體火箭發動機、推力向量控製、分離、回收、自爆安全、電子設備、推力終止、故障檢測等係統以及頭錐、前段、尾裙、支撐等結構組成。
固體火箭發動機主要部件有：固體推進劑、殼體、燃燒室、噴管、擋藥板和點火器。航天飛機的固體火箭發動機是一種性能極高的發動機。它所采用的推進劑為過氯酸銨粉(氧化劑)、鋁粉(燃料)、氧化鐵粉(催化劑)和聚合物(粘合劑)的混合物。比推力可達253秒。
固體火箭助推器的推力，主要決定於固體推進劑的燃燒速度，而燃燒速度又取決於推進劑的幾何形狀和藥柱的排列方式。因此人們可以通過改變推進劑的形狀而控製推力。航天飛機固體助推器，推進劑的形狀是這樣設計的，推進劑的藥柱形狀使推力隨時間的增長而減少，以便在航天飛機起飛55秒後，推力能大約降低1／3，從而防止起飛後對航天飛機產生過大的應力。藥柱采用傳統的設計方法，發動機前端為星形孔，其餘各段後端為截頂的錐形孔。噴管的膨脹比(出口與喉部麵積比)為7∶1。
固體火箭助推器固體火箭助推器的推力向量係統，采用擺動噴管的方法來協助航天飛機控製推力的方向。推力向量控製係統由液壓作動筒和活動噴管組成，作動筒安裝在尾裙和噴管之間，作動筒可使噴管在俯仰、偏航、滾轉等三個方向上擺動8°。
兩個固體火箭助推器與航天飛機主發動機是幾乎同時工作的，與主發動機平行燃燒，以提供最初的上升推力，2分鍾後與航天飛機及其外貯箱在50千米高空分離。兩個固體助推器是用裝在前、後連接裝置部分的固體火藥分離器同外貯箱分離的。每個固體火箭助推器各有8個分離火箭，前後各有4個。每個分離火箭的推力約88千牛。工作時間0.6秒。這些分離火箭可使它同航天飛機和外貯箱分離。分離後的助推器還將靠慣性飛到67千米的高空，然後降落。降到5.8千米的高度時，拋掉頭部的整流罩，開傘回收。按設計要求，固體助推器至少要重複使用20次，這主要是從經濟上著眼，因為固體助推器成本估計占航天飛機整個係統成本的20%。從純經濟觀點出發，確定回收重量達70多噸的巨大物體，這是飛行器回收技術在回收重量方麵的重大突破。固體火箭助推器的回收係統，主要由引導傘、穩定傘和三具主傘組成，另外還設有無線電信標機等輔助設備，以便幫助回收人員尋找。固體火箭助推器的回收方案的特點是采用大攻角回落法。為了使助推器從大攻角的橫側狀態轉入尾部向前的姿態，以利於打開主傘和減少主傘的載荷，在回收上增加了一個穩定傘和穩定傘的引導傘。回收係統總重達3.3噸。固體助推器的濺落，距發射場約300千米，固體助推器濺落後，回收船隻將其係到船後並使其漂浮於水麵，然後拖拽入港，整修待用。1973年曾用一個固體助推器模型在海上進行了濺落、浸泡和拖拽試驗，試驗結束後，整個殼體又由水路拖往卡納維納爾角，以研究助推器殼體在不同航速和不同牽索長度時的狀態。
航天飛機的主發動機
裝在軌道器即通常所指的航天飛機尾段處有三台火箭主發動機，每台的額定推力為1665千牛(海平麵推力約為1665千牛，其真空推力約為2087千牛)，每次起飛時，點火工作約8分半鍾，燃料為液氫和液氧混合推進劑，開始時在預燃室內混合並部分燃燒，電點火器一旦點火，燃燒室內混合燃燒燃燒，產生巨大推力。
主發動機的推力在額定功率65％～104％之間調節。起飛時使用100％，航天飛機離開發射塔，推力增至104％，當上升到34000英尺(11600米)高空時，為減少氣動負載，推力減少到65%，隨後，推力加大，使航天飛機在動力飛行段最後1分鍾時的加速度達到地球重力加速度的3倍。
發動機是各種運輸工具的心髒。航天飛機的主發動機采用的是高能液體火箭發動機。
航天飛機主發動機係統航天飛機的主發動機就是采用當今世界上最先進的高壓補燃氫氧發動機。航天飛機的主發動機是一種可重複使用的、高性能、可調節推力的液體推進劑火箭發動機。它為航天飛機提供主要推力。每1架航天飛機上裝有3台主發動機，發動機的結構完全一樣。它們在發射時於地麵點火，直到關機總共工作約8分多鍾，頭2發鍾主發動機和固體火箭助推器幾乎同時工作，使航天在飛機達到入軌速度，少量不足的推力由兩台小發動機(機動發動機)提供，以進入所要求的軌道。
3台主發動機每台長約4.3米，噴管出口直徑為2.35米，每台發動機的海平麵推力為1666千牛噸，真空推力2058千牛，3台發動機的起飛總推力為4998千牛，真空總推力為6174千牛。起飛時由於兩台固體助推器幾乎是同時點燃，每台固體助推器的起飛推力約為12740千牛，所以航天飛機整個推進係統的起飛推力可達30772千牛。在航天飛機主發動機的設計中，為了滿足性能、壽命、可靠性及便於維修等方麵的要求，采用了許多獨特的革新措施。發動機係統采用分級燃燒的高壓補燃係統。這是一種具有較高效率的功率循環係統，它是先將20%總推進劑流量在預燃室內以高壓低溫進行不完全燃燒，產生燃氣驅動渦輪後，再進入主燃燒室以同溫高壓進行完全燃燒(即補燃)，最後通過噴管膨脹排出。而常規的燃氣發生器循環係統，卻損失了燃料產物中的剩餘能量。
航天飛機主發動機另一個特點就是它的燃燒室壓力和膨脹麵積比，比常規發動機高得多。普通液體火箭發動機的燃燒室壓力都不高，如40年代的德國V-2火箭燃燒室壓力約為15個絕對大氣壓力(15MPa，簡稱絕壓)，60年代土星5號火箭達到70絕壓，而同壓補燃係統中的燃燒室壓力則高達210個絕壓。主發動機噴管麵積膨脹比為77.5∶1，液氫液氧混合比為6∶1。在再生冷卻中，采用氫燃料對燃燒室中暴露於高溫燃燒產物的各部分進行冷卻，以保證長壽命。由於主發動機在很高的壓力和溫度下工作，同時又要求較長的工作壽命並能重複使用，所以必須對發動機的工作狀態實行嚴格的控製和調節。
為了使航天飛機的加速度不超過3ｇ，發動機的推力可以在額定推力的50％～109％的範圍內調節。3台主發動機裝在搖擺發動機架裏，通過發動機的搖擺，可使航天飛機在飛行中穩定，並使姿態可以控製或改變飛行方向。主發動機在加速飛行階段為控製飛行，可在俯仰方向擺動±10.5°，在偏航方向擺動±8.5°。迄今為止，常規火箭發動機的燃燒時間隻有幾分鍾，而且很少重新點火，而航天飛機主發動機的工作時間(總燃燒時間)卻可達7.5小時。由於每次飛行，主發動機隻工作8分多鍾，因此每台主發動機約可使用55次。在兩次飛行之間，發動機隻須進行必要的維護和修整。每台主發動機都有一整體可更換的發動機電子控製器，其中包括兩台相同的互作備份的數字計算機。它能自動完成發動機的飛行準備檢驗，在航天飛機上對發動機進行測試，在飛行過程中對發動機性能進行監控，以防止發生故障，具有完成發動機的程序起動和關機的各種功能，能對發動機的性能參數，如溫度和壓力進行監控，並能用閉環控製調節發動機，使其在所要求的推力和恒定的推進劑混合比狀態下工作。電子控製器保證了高度的可靠性和較長的工作壽命。主發動機的一些裝置可以很容易地進行整體更換，對一些關鍵組件采用安裝在內部的儀器進行檢查，這些措施保證了發動機具有的良好的維護性能。
主發動機在上升段所用的700多噸推進劑是由外貯箱供給的。這些推進劑在外貯箱與航天飛機分離前用完。推進劑管路由裝在航天飛機後機身底部的斷路器與外貯箱相連。3個液氫斷路器安裝在左邊的承載板上，2個液氧斷路器安裝在右邊。主發動機的地麵加注工作通過後機身兩側的臍帶裝置進行，液氫從左邊加注，液氧從右邊加注。
主發動機主要組合件有：主燃燒室、噴管、燃氣集合器、燃料預燃室、氧化劑預燃室、主噴注器、常平座、低壓燃燒渦輪泵、低壓氧化劑渦輪泵、高壓燃燒渦輪泵、高壓氧化劑渦輪泵、活門及控製器係統。
目前空間技術中所使用的大型液體火箭發動機都是一次使用的。因此無需考慮使用後的發動機地麵檢驗和維修工作。可是，航天飛機不僅要多次重複使用，而且兩次飛行的間隔時間要盡量短，要確保每次飛行的安全可靠，這就必須象對待航空發動機那樣進行各種地麵檢查和維修工作。這就需要建立一套獨特的和專門的檢查和維修方法。航天飛機在完成軌道飛行任務後就再入大氣層，滑行回到發射場，在跑道上水平著陸，然後開始其地麵檢修工作。航天飛機一次典型的維修周期(從著陸到下次起飛)為160小時，其中發動機的維修工作周期為25小時。維修工作包括兩方麵，一方麵是例行檢查，一方麵是更換維修。例行檢查主要是通過自動化測試、發動機結構外觀檢查、泄漏檢查以及用光學探測儀對一些重要組件進行內部檢查等，以便確定發動機的狀態。然後，根據例行檢查所獲得的數據和對在飛行時監測發動機工作狀態所獲得的數據的分析，確定是否要對發動機進行某種更換修理工作，在極端情況下，可進行整台發動機的更換。
航天飛機主發動機的研製試驗工作起始於1972年4月。1975年完成了方案論證和初步設計，隨後開始生產研製，計劃生產27台，其中10台用於研製性試驗。早在1974年就完成了發動機各組合件的試驗，1975年6月開始進行發動機的係統試驗，1977年3月通過了額定推力的試驗。根據以往的研製經驗，要求首次進行軌道飛行的主發動機必須積累80000秒的試驗，必須成功地完成研製性試驗，初步飛行鑒定試驗、主推進係統試驗和驗收試驗。隻有這樣方能交付、裝配和進行載人軌道飛行試驗。
1978年以來航天飛機主發動機試驗工作進入緊張狀態，在一係列試驗中暴露了許多問題。主噴注器液氧噴嘴於1978年3月和7日就發生了兩次故障。4個高速渦輪泵是出現問題最多的組合件，這是因為高速、高壓、低溫介質的轉動部件本身的技術問題較多的緣故。氧化劑主閥門於1878年12月發生爆炸事故。1979年5月又發生兩起氧化劑冷卻導管和熱交換器的事故。1979年11月又因液氧泵密封件失效而發生故障。這樣，致使航天飛機原定於1979年初作首次飛行的計劃，一再推遲。造成推遲的原因，有其他因素，如防熱係統中的很多問題。不過，1979年12月17日航天飛機主發動機成功地完成了550秒的全周期靜點火試驗。據報道試驗點火結果達到了所有試驗指標。航天飛機主發動機在試驗過程中，曾出現過許多問題並拖延了計劃進度，但就整個情況來看還是好的。整個試驗過程也證明主發動機的設計方案是合理的和可行的，而出現的一些故障也是可以改進和克服的。
航天飛機的軌道運行控製係統
為了在空間軌道上使航天飛機機動飛行，以便保證能追趕、回避、上升、下降等航跡，航天飛機尾部裝有兩台機動發動機，使用一甲基肼(燃料)和四氧化氮(氧化劑)作推進劑，當兩者相遇時自動點燃。
另外，在航天飛機頭部和尾部還裝有44台小型火箭發動機，用來控製舳在飛機的俯仰和滾轉姿態。這些發動機可用作為航天飛機三個軸向速度進行微調。這就是為什麼1991年11月28日“阿特蘭蒂斯”號航天飛機能在太空中機動飛行躲避開前蘇聯“東方”火箭殘骸免遭撞毀；1992年5月8～13日“奮進”號航天飛機三次追趕國際通信衛星，以及能捕獲人造衛星和返航再入時能調頭調姿的奧秘所在。
1992年5月7日首航的“奮進”號航天飛機，有五項重大改進：一是增加了額外的燃料箱，必要時可使航天飛機飛行延長到28天；二是配備了一頂直徑13米的著陸傘，在著陸時，減速傘在機尾後部29米處張開，使航天飛機滑行減速，滑行距離縮短到300米～600米；三是前輪操縱裝置有了改進；四是配備了先進的軍事導航係統；五是機上裝備了先進的抽水馬桶和空調設備。“奮進”號於1991年4月25日建成，造價20億美元，僅用近4年時間就完成，采用了許多最新高技術，與首批5架飛機性能相同，但有所提高，更可靠、更精致些。
前麵介紹了用於航天飛機主發動機係統的大型液體火箭發動機。軌道機動係統和反作用控製係統使用的發動機，是一種高空、小推力的液體火箭發動機。它們的工作原理和一般特性基本相同，但其工作環境和任務要求則有所不同。
下麵對上述兩係統分別作一簡要介紹。
軌道機動係統
軌道機動係統的主要功用是為航天飛機提供入軌、軌道運行、變軌、交會和脫離軌道所需要的推力。軌道機動係統由兩台液體火箭發動機組成。發動機安裝在位於後機身兩側的兩個外吊艙內，每個外吊艙由包括一個高壓氦氣瓶、增壓貯箱用的減壓器和控製組件、一個燃料箱、一個氧化劑箱以及一個擠壓式供應的、再生冷卻的火箭發動機。每台發動機在真空中可產生推力26460牛，使和四氧化二氮(Ｎ2Ｏ4)作氧化劑，一甲基肼(MMH)作燃料。
軌道機動係統軌道機動係統在外貯箱與航天飛機分離和主發動機關機後，首先要為航天飛機精確地進入軌道提供推力。當主發動機熄火時，航天飛機的高度隻有100多千米。這時航天飛機就需要軌道機動係統的兩台小型火箭發動機作末速度修正，將其推入橢圓形地球軌道。隨後在遠地點，由軌道機動係統將軌道修正到預定值，使其軌道變為圓形，並可進行變軌與其他空間飛行器進行交會，以及完成包括有效載荷的發射、觀測、實驗或其他一些活動在內的各種軌道機動任務。在完成軌道機動工作後，軌道機動係統提供完成脫離軌道和反回地麵所需要的速度變量。航天飛機以約-1°的彈道傾角和約34°的攻角進入大氣層。然後開始減速滑行，以便到達規定的著陸場地。
軌道機動係統的兩台液體火箭發動機，分別對稱地安裝在機身尾段頂上的左右兩側，加上一些管路和貯箱組成了左右兩個機動係統，每個係統可以攜帶4087千克的燃料和6743千克的氧化劑。由於航天飛機在宇宙空間需運行7天以上的時間，因此推進劑的選取首先要考慮在空間低溫真空環境中，長期貯存和使用的問題。采用四氧化二氮作氧化劑、一甲基肼作燃料的雙組元可貯存自燃(兩種推進劑進入發動機後，互相接觸就能立即自行點火)液體推進劑，這樣就簡化了多次起動的發動機係統，從而也提高了可靠性。
軌道機動係統的兩台發動機均可重複使用100次，可經受1000次起動和15小時的連續點火。發動機的燃燒室壓力為8.5個絕壓力，比推力為313秒，氧化劑和燃料的混合比為1.65。兩台發動機的結構和工作情況是完全一樣的，根據設計要求，左右艙係統中有一個發生故障時，隻用另一個係統仍可完成軌道機動任務。
左右艙係統中球形高壓氣瓶是由鈦合金製造的，外殼用玻璃纖維纏繞予以加強，容積為0.49米3，氣瓶壓力高達337個絕壓。高壓氦氣通過減壓器輸往推進劑貯箱，把燃料和氧化劑壓入發動機的燃燒室。每個外吊艙係統的燃燒箱和氧化劑箱都是橢球形底的鈦合金製貯箱，每個貯箱的形狀和大小都一樣，直徑125厘米，容積為2.55米3。左右艙係統的發動機裝置係由推力室、常平座、俯仰和偏航作動筒、雙組圓球形活門和氣動控製等部件組成。整個推力室使用一甲基肼進行再生冷卻，而由铌合金製成的噴管延長部分則采用輻射冷卻。
畫出了軌道機動係統推進劑貯箱、氦高壓氣瓶、發動機等配置情況。
左右艙的軌道機動係統，可以為裝29噸有效載荷的航天飛機提供305米／秒的速度增量。可將航天飛機送入傾角為28.5°，390千米高度的圓軌道。航天飛機如若進入更高的軌道以完成所需要的各種任務，除了使用左右艙軌道機動係統外，還可在航天飛機貨艙內增設輔助推進裝置，但要相應地減少有效載荷的重量。根據需要軌道機動係統可增加1至3套輔助推進裝置，每套裝置可多攜帶5625千克的液體推進劑，軌道機動係統利用這些推進劑，可為航天飛機再提供152.4米／秒的速度增量，如用軌道機動基本係統並增加3套輔助推進裝置，則可為航天飛機提供762米／秒的速度增量。3個輔助推進裝置總重量(推進劑加結構重)為19.2噸，要達到傾角為28.5°，1052千米高度的圓軌道，航天飛機僅可攜帶9.3噸的有效載荷。
反作用控製係統
反作用控製係統用來實現航天飛機在空間的姿態控製，並為空間會合、對接和軌道修正提供最後階段所需要的精確的速度增量。此外，反作用控製係統還與航天飛機的氣動控製麵一起控製再入時的姿態。反作用控製分係統安裝在軌道機動係統的兩個外吊艙內和機身前部的頭錐內。整個反作用控製係統由44個液體推進劑的推力室組成(氧化劑為四氧化二氮，燃料為一甲基肼)，以提供精確的姿態控製和3個軸向移動所需要的推力。其中38個主推力室的推力近400千克，另外6個是推力僅為11千克的小遊動推力室。2個遊動推力室和14個400千克的推力室設置在前艙。另外28個則均勻地分布於兩個後艙。每個艙內包含有采用正向擠壓裝置的推進劑貯箱，可在各種條件下保證推進劑的供應。
前艙反作用控製係統反作用控製係統當航天飛機與外貯箱分離、進入軌道、在軌道運行中進行軌道交換、交會對接、釋放回收有效載荷以及脫離軌道再入大氣層的時候，都需要使用反作用控製係統來控製、調整和穩定航天飛機的姿態。另外，如果主發動機因出現故障而需使航天飛機應急返回時，也要利用反作用控製係統來排泄它本身及軌道機動係統的推進劑，以調節重心位置，使航天飛機安全返回和著陸。
反作用控製係統的發動機也采用可貯存、自燃、雙組元推進劑、擠壓式輸送係統的液體火箭發動機。反作用控製係統可以分為獨立工作的3個部分，即頭部的前艙係統和尾部的左右艙係統。前艙係統共有14個主推力室，2個遊動推力室，一個可貯存600千克的燃料箱，一個可貯存381千克的氧化劑箱，2個高壓氦氣瓶。尾部的左右艙反作用控製係統是完全相同的，它們就位於軌道機動係統的左右艙內，緊靠軌道機動係統的整流罩。左右艙反作用控製係統包括3個垂直向上，3個垂直向下，2個向後，4個與航天飛機橫軸平行、向外的主推力室，每個艙還各有2個遊動推力室，2個高壓氦氣瓶和2個總計可貯存990千克推進劑的貯箱。
由前艙和左右艙3部分組成的反作用控製係統，共可攜帶2970千克的推進劑。另外，左右艙之間相互連接，設有交叉供應管路，需要進可允許左右艙之間交叉供應推進劑。而且軌道機動和反作用控製係統的推進劑供應係統之間也相互連接。因此反作用控製係統可從軌道機動係統的推進劑貯箱中獲得推進劑。
3部分反作用控製係統在航天飛機與外貯箱分離、進入地球軌道和進行軌道機動時，全部同時工作。但在再入大氣層時，僅用後段的左右艙兩個反作用控製係統進行姿態穩定。3部分反作用控製係統都由高壓氦氣擠壓係統、推進劑供應係統、以及發動機裝置(包括主推力室和遊動推力室)等幾個部分構成。它們的結構和工作狀態與軌道機動係統基本上是一樣的。反作用控製係統推力室中的氧化劑和燃料的混合比為1∶6，主推力室由铌合金製成，內壁由燃料冷卻，噴嘴采用輻射式冷卻。主推力室對航天飛機進行正常狀態的姿控，遊動推力室僅提供有限的控製，進行微調。每個主推力室設計要求可重複使用100次，並能經受5萬次起動和2萬秒的連續點火。每個遊動推力室設計要求亦可重複使用100次，並能經受50萬次起動和12萬秒的連續點火。