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航天飞机是飞机和火箭的结合体，它既能像火箭那样发射到宇宙空间遨游，又可像飞机那样降落到机场。
通常，航天飞机由上下部分组成；上部是航天飞机的主体，叫做轨道级，它的形状像一架大型喷气式客机。下部是两台固体助推火箭和一个大燃料箱，这是一个庞然大物，有十几层楼房那么高，是用来供给轨道级上主发动机燃料的。
轨道级分前、中、后三段。前段是乘员舱，舱内气压等于正常大气压，可乘3-7名宇航员，多到10人。中段是个很大的运载舱，可以装载人员、卫星、科学仪器和航天武器等，还有在空间用来装卸货物的巨型遥控机械手。后段装有三台发动机，以及使航天飞机作机动飞行，保持飞机的稳定，进行姿态变换的动力装置。
航天飞机分三步登天。起飞时，像火箭一样竖立在火箭发射台上，三台发动机和置于大燃料箱两旁的两台火箭助推器，几乎同时点火。当航天飞机升到五六十公里的高空时，两台助推器燃烧完毕，自动脱落，并打开降落伞降落，以便回收后下次再用。这里航天飞机的时速已达5000多公里，依靠主发动机的推力，继续向高空冲去。大约起飞后8分钟，航天飞机已到达预定的轨道附近，庞大的燃料箱已经用完燃料。这样，航天飞机就乘下轨道级了，由于装在后段的机动发动机的作用，轨道级正式进入太空轨道飞行。
航天飞机入轨后，运载舱上的舱门打开，就可以执行各种任务了。航天飞机可以在太空飞行一个月之久。
航天飞机要返回地球时，便启动机动发动机，使它脱离原来的地球轨道，高度逐渐降低，再入大气层，在大气动中作无动力滑翔飞行，最后像普通喷气式客机那样，在跑道上俯冲着陆。返回地面后，经过维修保养，补充燃料，加装助推器和燃料箱，又可再次升空飞机。这种航天飞机可以重复使用100次左右。
航天飞机上升和再入大气层时加速度很小，可供健康的人乘坐遨游太空。还可以在轨道上发射人造卫星，进行科学实验和修理卫星，以及用于军事目的等。航天飞机还可以作为“运输机”为空间实验室运送部件、器材、物资和人员。
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