“哥倫比亞”號的整個飛行過程可分為上升、軌道飛行和返回三個階段。
發射時助推火箭和主發動機同時點火，航天飛機垂直起飛，當飛到50千米高時，助推火箭熄火，同軌道器自動分離。在快要進入繞地球運行的軌道時，主發動機熄火。接著由兩台發動機提供推力，使軌道器進入地球軌道，至此上升階段結束，軌道器繞地球開始無動力飛行，乘員執行各種任務。任務完成後開始返回階段。機動發動機再次點火，進行製動減速，使軌道器脫離運行軌道，重新進入大氣層，在大氣中摩擦減速。這時軌道器變成了一架重型滑翔機，機翼成了決定性的器件，使它完成最後著陸階段的滑翔飛行。在機場著陸時的速度為每小時341~346千米。
1981年4月12日，美國航天飛機“哥倫比亞”號載著兩名宇航員首次試飛，經過54個半小時的飛行，繞地球36周後於14日安全著陸。
繼第一次試飛成功之後，“哥倫比亞”號航天飛機又成功地進行了三次試飛，對係統的各種性能進行全麵的試驗。1982年11月11日，“哥倫比亞”號航天飛機正式開航。它攜帶宇航員成功地在將兩顆衛星發射到預定的地球同步軌道位置上，從而開創了商業性空間運輸的新紀元。繼“哥倫比亞”號之後，1983年美國第二架航天飛機“挑戰者”號也試飛成功。
航天飛機的出現是航天事業中的一場革命，航天飛機和大型空間站將是航天新時代的標誌。
人類進入太空的工具——宇宙飛船
飛到太空去，漫遊大宇宙，這是人類的一個夙願。傳說中國古代，有一位名叫嫦娥的女子，因偷吃了不死藥，變得身手不凡而奔向月亮，永居天堂。
古希臘的一個神話說：萊湟的克裏特國王囚禁了迷宮的建築師代達洛斯和他的兒子愛琴。父子二人借臘製的雙翼飛出了克裏特島。勇敢的愛琴因飛得離太陽太近，臘翼被熔化而墜入大海。後人為了紀念他，把他葬身的大海取名愛琴海。
美麗的神話故事，樸素地反映了古人對探索宇宙奧秘、揭示未知世界的神往。
1865年，凡爾納寫了一本著名的關於宇宙旅行的科幻小說，講的是初次到月球上旅行的事情。雖然俄國科學家齊奧爾科夫斯基早在1903年對這個問題已進行了一些重要的物理學和數學研究，但是科學家們直到20世紀20年代才開始認真地考慮宇宙飛行的可能性。齊奧爾科夫斯基指出，隻有火箭才是適用於離開地球大氣層的飛行器。
火箭是一種較為理想的推進工具。它的發動機與航空發動機不同，它自帶燃料和氧化劑，不僅能在真空中獨立工作(即不依賴空氣)，而且還有巨大的推進能力。
在火箭推進方麵最重要的理論工作和實踐工作，是德國人完成的。德國物理學家奧伯特於1923年出版了一本有影響的書《宇航之路》。若幹年後，汽車實業家馮·奧佩爾在柏林附近試製成功了一輛火箭推進的汽車。另外一個叫瓦利亞的火箭先驅者，於1929年製造出了一種用乙醇和液態氧作燃料的汽車，在凍冰的巴利亞湖上試車時，時速達378千米。
與此同時，美國的物理學教授戈達德正在做大量的、係統的火箭研究工作。
他根據早期的一些實驗寫了一本小冊子，名為《到達極大高度的方法》，於1919年出版。數年之後，他做了一係列的火箭發射試驗，利用液態推進劑，火箭到達2286米的高空，速度每小時達到1126千米以上。
蘇聯人在空間探索方麵取得了兩項第一。1957年10月，一枚前蘇聯火箭攜帶著一顆較小的人造地球衛星飛升901千米後，開始以每小時27358千米的速度繞地球飛行，這就意味著隻要有足夠大的離心力以抵消地球的引力，就能離開地球，進入太空。後來前蘇聯和美國的無人駕駛宇宙飛船曾多次進入外層空間，到達月球和太陽係中的其他星球。
蘇聯人取得的另一項第一是在1961年4月，他們用火箭發射了一個四噸半重的宇宙飛船。這艘飛船載著加加林進入軌道，以每小時28968千米的速度，繞地球進行了89分鍾的載人宇宙飛行。在第一次載人宇宙飛行之後，季托夫進行了第二次載人宇宙飛行，繞地球飛行了17圈。後來美國的格倫進行了第三次載人宇宙飛行。
1969年7月20日，美國首次進行了登月飛行，這是人類征服宇宙的偉大壯舉。這枚三級、44噸重的阿波羅11號火箭燃燒液體燃料，用陀螺儀導航，電子計算機控製。有56個獨立的工作係統，載著阿姆斯特朗、奧爾德林和科林斯三個宇航員，飛行了三天之後進入繞月球飛行的軌道。科林斯繼續繞月飛行，其他兩名飛行員則乘登月艙下到了月球表麵。這種登月方法，是美國航天局的高級技術員霍博爾特想出來的。當這隻登月艙再次從月球上升起並與指揮艙對接時，情況頗有點緊張。但是從起飛到195小時後在太平洋濺落，一切都很順利。從技術上說，到月球旅行的成功是人類最輝煌的成就，雖然它並沒有揭示多少科學家們所不知道的關於月球的情況。