1970年美国人研制成功第一架航天飞机的样机“企业”号，1977年8月12日8时“企业号”正式试飞成功。1981年4月12日，世界上第一架航天飞机“哥伦比亚”号首航成功。但1986年1月28日，“挑战者”号航天飞机飞行了73秒之后，在17千米的高空突然爆炸，不仅震惊了世界，也使美国空间计划瞬时陷入混乱，航天飞机的研制计划一度停滞不前。
进入20世纪90年代，美国的航天飞机研制也进入了新的阶段。1990年1月9日，115吨重的航天飞机“哥伦比亚”号载着五名宇航员于12时35分升空，开始了航天飞机有史以来第二次为时最长的飞行。这也是美国之后进行的10次飞行中的第一次。宇航员在太空把一颗海军通讯卫星放到轨道上，并回收了一个大型航天器。后者是个绕地球飞行6年、重11吨、长9米，直径4米的科学试验室。宇航员还回收了经太空辐射的种子，收集了微粒陨石或宇宙尘埃的微粒子及星际气体，并做了生物系统受辐射的影响，环境保护等方面的科学试验。“哥伦比亚”号于1月20日安全着陆。
1990年12月2日6时49分，“哥伦比亚”号再次出征，把造价1.5亿美元的天文观测台送上天。这个天文观测台在飞行中利用了1架紫外望远镜和1架X射线望远镜收集了大量数据，对包括超新星、暗星、星系、脉冲星和类星体在内的80多个天体进行观测，大大改变了人类对有关爆炸恒星的结构和演化的认识，科学家第一次详细地观测到了来自被地球大气层遮蔽的深太空的X射线和紫外线，为研究宇宙开启了一个新的窗口。
1995年2月，“发现”号航天飞机进行了太空冰冻试验，宇航员在-700C太空悬停20分钟。同年3月，美国的“奋进”号载着3台价值1.95亿美元的望远镜作大规模的天文观测飞行，获得重大发现。宇航员不仅观测到100亿光年远的最遥远的一颗超新星，还目睹了星系的相互碰撞以及新恒星的诞生。这次飞行中科学家与宇航员、公众还第一次通过信息高速公路进行了有关天文学的交流。