空间渡船又称轨道转移飞船，是一种正在研究中空间运输器。由乘员舱（也可没有）、推进剂箱、动力装置及制动盘等组成。可以有人或无人。由大型运载系统把它送到空间站，由它将大型有效载荷或人员在空间站与静地轨道、月球间转移。采用积木式结构，能重复使用，其动力可以是化学能或电能（太阳能或核能）。由于仅在空间轨道中转移，所需动力较小，又能重复使用，故成本较低。
航天飞机可称得上是第一种“空间渡船”。航天飞机，是一种兼有航天器和航空飞机两者特性的大型运载工具，英文为SpaceShuttle，其中Shuttle就是梭子的意思。由于航天飞机具有在地球和轨道间，重复往返行动的功能，所以也称之为“太空梭”。
在天上居住的梦想的历史比希腊文化乃至19世纪凡尔纳关于登月的天才预测要年轻得多。它包括：生活并工作在地球以外的空间，建立空间站和太空建筑等等。这个梦想是由19世纪末以来的几代科幻小说家笔下涌现的无数关于太空探索的幻想构成的。这些讨论太空时代细节的文字也启发火箭先驱们要创造一种可以往返于地球和太空之间的货船，以满足空间站建设和维护的需要。
发现号骑在一架改装过的波音
747上飞离爱德华兹空军基地德国人冯·布劳恩曾是V-2火箭的总设计师，也是后来阿波罗登月计划的总导演。在20世纪40年代末50年代初的岁月里，人造卫星计划尚未被美国政府看重，洲际导弹也只是一个模糊的影子。冯·布劳恩乐得向普通人推销他征服太空的宏伟蓝图。1952年3月，在发行量超过1000万的《科里尔》杂志封面上，出现了一枚货运火箭在太平洋上空攀升的瞬间。在内文中，布劳恩设想要建造一个轮幅式空间站，数千人在其中生活。为了向这个太空城运送人员物资，有一枚高度超过24层楼房、重达7000吨的火箭（相当于一艘驱逐舰）充当渡船。火箭的头两级配有降落伞，在燃料耗尽后可以在水面上回收，火箭的第三级带有翼翅，可以像滑翔机一样从太空中螺旋式下降，并以飞机的方式着陆。
这正是20年后，冯·布劳恩执掌NASA时美国航天飞机的蓝图。甚至，布劳恩对其功能的设想也被后来的航天飞机设计者采纳——“望远镜主要用于研究宇宙的外层区域，对宇宙的这种测绘将得到在地球上无法企及的成果。但是这台带摄影机的望远镜也可以转动，拍摄下面的地球，这样一来，‘铁幕’也就不存在了……”这正是后来航天飞机释放哈勃太空望远镜和对地面进行军事侦察的预言。不要忘记，布劳恩是一个经历过战争、讲究实际的工程师，他在1952年预测“这种航天器可以改装成一种极其有效的原子弹运载工具……还可以提供军事史上最重要的战术和战略优势。航天器上的人有充足时间发现敌人发射火箭的企图，从而有可能在火箭还没有打到他们之前，就发射反导弹导弹把它摧毁”。
1969年4月，美国宇航局提出建造一种可重复使用的航天运载工具的计划。1972年1月，美国正式把研制航天飞机空间运输系统列入计划，确定了航天飞机的设计方案，即由可回收重复使用的固体火箭助推器，不回收的两个外挂燃料贮箱和可多次使用的轨道器三个部分组成。经过5年时间，1977年2月研制出一架创业号航天飞机轨道器，由波音747飞机驮着进行了机载试验。1977年6月18日，首次载人用飞机背上天空试飞，参加试飞的是宇航员海斯（C·F·Haise）和富勒顿（G·Fullerton）两人。8月12日，载人在飞机上飞行试验圆满完成。又经过4年，第一架载人航天飞机终于出现在太空舞台，这是航天技术发展史上的又一个里程碑。1977年8月12日上午，美国宇航局在加利福尼亚莫哈维沙漠上空成功的进行了航天飞机的第一次大气试验飞行。这架命名为“企业号”的航天飞机由一架波音747型飞机托载飞行，到达6736米的高空，指令长海斯点燃一组起爆器，使航天飞机脱离母机。然后，由驾驶员驾驶它绕了一个大圈子。最后，在爱德华兹空军基地降落。
哥伦比亚号航天飞机1981年4月12日，在卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心聚集着上百万人，参观第一架航天飞机哥伦比亚号发射。宇航员翰·杨（John W·Young）和克里平（Robert L·Crippen）揭开了航天史上新的一页。这架航天飞机总长约56米，翼展约24米，起飞重量约2040吨，起飞总推力达2800吨，最大有效载荷29.5吨。它的核心部分轨道器长37.2米，大体上与一架DC-9客机的大小相仿。每次飞行最多可载8名宇航员，飞行时间7至30天，轨道器可重复使用100次。