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联盟TM系列是为适应和平号空间站长期飞行而改进发展的第三代载人飞船。设计人员采用了称为“航向”的新对接机构，替代以前联盟号飞船的“针状”对接机构。这种装置允许飞船在任何姿态下与空间站进行对接，减少了空间站的机动动作，使可靠性大为提高。采用了强度更高、质量更轻材料制成的降落伞，使发射和着陆的有效载荷均有所增加，且在钟形座舱里占有更小的体积。除此以外联盟TM还做了一系列改进来保障飞船的安全性，这些改进使的联盟TM飞船在提高安全、可靠性的同时还提高了运载能力。
联盟号飞船的“针状”对接系统，要求空间站与载人飞船呈直线对接，这就需要对接时空间站做机动飞行，调整到一定姿态，与飞船呈直线对接。
1986年5月21日，联盟TM首次试飞时不载人。截止到2002年4月，联盟TM飞船总共进行33次载人飞行，创造了载人到空间站上长期生活的一系列新纪录。1994年1月8日乘第18艘联盟…TM升空的俄罗斯航天员波利亚科夫，在和平号上创造了连续逗留438天的世界纪录。
由于联盟飞船的可靠性，联盟TM…31～TM…34已经开始作为国际空间站的运输飞船及救生艇。2002年10月29日，俄罗斯发射了新型的改进飞船联盟TMA…1代替空间站上的TM…34。TMA采用了更人性化的设计，座舱内空间增大，可以运送个子更高、体重更大的航天员。联盟…TM能运送身高164～182厘米、体重56～85公斤的航天员，而联盟TMA可以运送身高150～190厘米、体重50～95公斤的航天员。设计人员还改进了座椅结构、降落伞、操纵模块和呼救信号装置等，允许坐在左右两侧的航天员体重相差45kg也能在降落时保持平衡，落地更加〃柔软〃。2003年4月26日，联盟TMA…2发射升空，两天后与空间站对接。
从1967年4月联盟1号首次飞行到今天，30多年的实践证明联盟飞船是一种经久耐用、性能良好的运输飞船，这棵“常青树”还将在整个人类的航天事业中继续发挥作用。
轨道上的握手
20世纪60年代末，苏美两国在政治方面的矛盾有所缓和，加上两国载人航天计划的不断发展，需要进行一些国际间的合作互相促进，双方在载人航天方面开始了初步接触。
由于美苏两国长期处于关系紧张的状态，因此一开始的接触并不顺利。1968年，佩恩接任NASA的局长后开始积极地促使美苏进行合作。阿波罗11号登月之前，佩恩曾特别邀请苏联科学院航天委员会负责人勃拉格恩拉沃夫作为学术访问来现场参观发射。虽然由于多方面原因，勃拉格恩拉沃夫没有达成这次美国之行，但阿波罗11号登月成功后，苏联政府和学术界向美国表示祝贺，这种友好的反映，让佩恩看到合作的希望。1970年勃拉格恩拉沃夫去美国进行了学术访问，期间广泛交淡了两国在载人航天领域合作的可能性，特别提到两国航天员相互救援的问题。当年底双方基本达成了用阿波罗和联盟号进行联合飞行的意向。经过2年多的讨论，1972年5月24日，美国总统尼克松和苏联总理柯西金在莫斯科正式签署了双方进行航天合作的协议。协议规定，在1975年要实现一次由美苏飞船共同参与的联合飞行。
接下来的3年多时间里，双方进行了紧张的协调、计划和修改工作。因为阿波罗和联盟飞船都发展得相当成熟，所以双方的工作主要解决如何实现两艘飞船在太空中的安全对接。联盟号飞船上安装了一种应答机，它可以自动回答来自阿波罗飞船的询问。考虑阿波罗飞船光学系统的要求，联盟飞船涂成了部分白色、部分绿色，并安装了在地球阴影区使用的白色闪光灯，以及最后对接使用的指示灯。这些改装使得阿波罗飞船在几百公里外就可以发现联盟飞船。由于两种飞船对接装置的结构以及飞船内的大气环境都不相同，所以设计人员设计了一个对接过渡舱，对接后经过压力调节，航天员便可以由此通过了。
1975年7月15日，联盟19号飞船和阿波罗18号飞船相继上天，对接舱放在土星火箭的裙段与阿波罗18号一同发射。大约两天后，两艘飞船经过一系列的变轨机动，在德国上空会合对接。经过45个小时的共同飞行，两艘飞船双双安全返回地球。
这次被誉为“轨道上的握手”的飞行，是载人航天史上的第一次国际合作，在技术上为航天员救援提供了新的手段，并为未来的太空计划，提供了早期样板。但更重要的是为改善美苏关系乃至东西方关系做出了重要贡献。其意义远远超出了航天技术发展的本身。
什么是航天飞机？
虽然载人飞船实现了人类进入太空的梦想，但无论是登上月球的阿波罗，还是经久耐用的联盟号，在将人类送入太空之后，返回地球的都只是载有航天员的座舱，整个飞船的其余部分不是留在了太空，就是在返回地球时被焚毁，而就是返回地球的部分也不可能再次进入太空。这也就意味着每次太空飞行，都需要研制一艘新的载人飞船，这无疑提高了太空飞行的成本。因此各国的技术人员自然而然的想到可不可以设计一种可重复使用的航天器，这种航天器可以像飞机一样，来往于地面和太空之间执行太空任务。于是出现了经常听说的航天飞机。
在各种媒体中我们可以看到航天飞机令人惊心的发射场面，而对于航天飞机的认识可能也就只有发射时冒起的滚滚浓烟。可航天飞机究竟是什么样的？是如何进行飞行的呢？本章就要回答这些问题。在回答这些问题之前，先要清除一个事实，即美国是目前惟一将航天飞机投入正式使用的国家，所以我们对航天飞机的技术解释是以美国航天飞机为基础的。
什么是航天飞机
通过报纸或电视我们经常可以看到航天飞机，在技术上这个词实际指的是一个航天交通系统（Space Transportation System，STS），它包括三个部分：轨道器（Orbiter）、外贮箱（External Tank）和固体火箭助推器（Solid Rocket Boosters）。
轨道器是航天飞机系统中最主要的部分，也是惟一进入轨道飞行的部分。其形状与飞机非常相似，大小与一般的中型商业客机差不多。整个轨道器可以分为前、中、后三段。前段主要是航天员工作生活的机组座舱，中段是有效载荷舱，后段是航天飞机和轨道舱的动力系统。
机组座舱同载人飞船的返回舱、轨道舱一样，提供了航天员在整个飞行期间的生存环境和活动空间。座舱的空间比载人飞船的空间要大，但是一般情况下，座舱内要有7名航天员，如果有紧急情况，乘员还要增加到10名，这样空间似乎还是显得有些狭小。
机组座舱分为两层，顶层为飞行舱。里面装有上升、着陆及在轨期间驾驶轨道器所需的各种控制器。飞行舱的前部非常像客机的驾驶舱，透过窗口航天员可以看到外面的景象。飞行舱的后墙有两个观察窗，透过这两个窗口，航天员可以直接观察有效载荷舱，在太空中他们操纵后墙上的各种仪器来控制有效载荷舱内的系统。飞行舱后部的天花板上同样有两个观察窗，给航天员提供了更为广阔的视野。
在飞行舱的下面是航天员的生活间，被称为中舱。中舱实际上是航天员的生活间，所有的食品和生活用品都储存在这里。中舱内和飞行舱间有两个通行舱口可以使航天员在两舱之间自由通行。中舱一侧的机组通行舱门是航天员在地面上进出轨道舱的惟一通道。在中舱的后面有一气闸舱，是航天员在太空中进入太空，或进入未加压有效载荷舱的通道。
有效载荷舱占据了整个轨道器的大部分，舱内装的是由轨道器送入太空的卫星，或者是为航天员提供科学试验空间的小型实验室。它有两扇从中间对开的舱门。舱门分为内外两层，外层是防热层，内层是辐射冷却器。在轨道器上升和返回时舱门处于关闭状态，以保护放在载荷舱内的货物。而在轨期间舱门则一直开着，这样可以起到散热的作用。
轨道器后段的动力系统包括有3台主发动机，航天飞机发射时，这些发动机提供了轨道器进入轨道的部分推进力。主发动机的两侧各有1个轨道机动发动机，采用轨道器自身携带的甲基肼和四氧化二氮作为推进剂，用于主发动机关闭后的轨道器加速、变轨或交会，以及返回制动的推力。它可以持续工作15个小时，重复启动1000次。
为了进行轨道器的姿态控制和交会、入轨控制，轨道器的尾端两侧还装有24台反作用控制发动机，可重复启动50 000次，同样的发动机在飞行舱前面的机头还有14台。在机头和机尾还装有6台微调发动机，可进行50万次的启动。这些发动机合起来称为反作用控制系统，推进剂由轨道器携带。这些发动机通过复杂的控制系统控制其点火时间，可以调整轨道器的姿态。
应该注意，轨道器只提供了在轨飞行期间的推进剂，并没有提供发射时主发动机所需的推进剂。考虑轨道器进入轨道需要燃烧大量的推进剂，而要把这些推进剂都贮存在轨道器内是很不合适的，于是设计人员在轨道器之外设计了一个专门携带推进剂的外贮箱。
外贮箱有两个贮箱组成，上端的贮箱内部装有液氧，下端的贮箱装有液氢。中间由一个连接舱连接。虽然看上去液氢贮箱的体积比液氧的大很多，但是因为液氧比液氢重16倍，所以装满推进剂后，液氢的重量只是液氧的1/6。在与轨道器连接时，液氧和液氢各通过一根管子从贮箱底端流入轨道器。当主发动机开始工作时，通过这两根管子流入发动机的液体可以很轻松的在25秒钟之内，就把一个中等大小的游泳池灌满。
由于液氧和液氢的沸点约为零下一两百摄氏度，因此很容易就会汽化。为了使汽化的程度尽量减小，在外贮箱的外表面覆盖了一层薄薄的异氢尿酸泡沫。这种材料令外贮箱的表面呈橘红色。
在最初的飞行中，外贮箱被涂成了与白色，这样做完全是为了美观，但从使用上毫无用处，因此后来不再使用这一做法。
有了外贮箱的航天飞机重量加大，特别是灌满了推进剂后，如果只用轨道器上的主发动机，根本不能使它们离开地球表面。于是外贮箱的两侧又连接了两个固体火箭助推器。
这两个固体助推器是在大力神IIIC运载火箭助推器的基础上研制的，高度米。为了降低研制成本，助推器采用了分段结构，推进剂分别装入四段。最上端整流罩内装有推进剂点火装置、电子设备、应急自毁装置和减速伞。最下端是可调节方向的喷口，偏转角度°。
之所以采用这种分段结构，最大的好处在于推进剂的灌装。固体推进剂在灌装前呈橡皮膏似的粘稠液体，灌入助推器后，要经过几天的干燥才能形成固态。整个灌装和干燥的过程要绝对保证推进剂的搅拌均匀，否则会影响发动机效率。比较之下，灌四个小段当然比灌一个长段要容易的多。
助推器各段之间的连接也是极其讲究的，要严格保证推进剂的密封性，防止高温燃气泄漏。虽然NASA的设计人员很早就注意到了这个问题，但还是在1986年挑战者号航天飞机的发射中付出了血的代价。
挑战者号与助推器的密封
1986年1月28日挑战者号从肯尼迪航天中心发射执行第10次太空飞行任务，升空约60秒后，右侧固体火箭助推器的连接处开始发生泄漏，从接口处可以看见一团火光。火光横穿出去，不断的烧灼外贮箱，外贮箱很快被烧坏，这时助推器与贮箱的下部连接处出现故障，助推器剧烈撞击外贮箱，几乎与此同时，大量推进剂泄漏发生爆炸，瞬间火光包围了挑战者号，将其撕成碎片。
在此之前美国的航天飞机已经安全的进行了24太空飞行。任何一个美国人都不会觉得太空飞行还有什么危险，因为在1967年阿波罗飞船进行地面演练发生火灾，造成3名航天员窒息死亡的事故之后，美国几乎没有过什么重大的航天事故，而即使那次也是在地面上发生的事故。可谁也没想到这次飞行给了美国人当头一棒。
事后对事故原因的调查表明，这次事故完全是由于助推器段间的O形密封圈由于温度过低，弹性变坏，没有达到密封效果造成的。其实O形密封圈的问题早在方案评审时，就有人对其提出过质疑，而且在1977年的一次试验中曾发生过连接处微小脱开，高温气体外泄的事故。但NASA为了争取时间、节约资金并没有对这些问题给予必要的重视。
哥伦比亚号第二次飞行时，在回收的助推器中发现尾部接口处的O形密封圈已被严重烧蚀，进一步说明了连接处的问题。接下来的几次试验也表明助推器接合处确实存在严重的问题，这种情况之下，助推器的生产商锡奥克尔公司开始对接口进行重新设计。可同样因为经费和时间的问题，NASA对此问题一直不能痛下决心。当时估计，如果全部修改接合部，要花费亿美元，并且所有航天飞机要停飞1年。所以接合部的修改工作进行的非常缓慢。加之80年代中期欧洲在航天领域内与美国的竞争，使得NASA决定在1985年增加飞行次数，进一步增加了航天飞机的隐患。
1986年挑战者号升空之前，锡奥克尔公司针对助推器接合部的严重问题，提出建议，反对在摄氏度以下的环境发射。但所有这些问题和建议都不能引起上层决策人员的注意，最终酿成了这次事故。事故的直接结果就是美国不得不停止一切飞行，对航天飞机进行全面的改进。
改进之后的助推器使用了更为合理的连接件。O形密封圈完全重新设计，增加了直径，采用更有弹性的橡胶材料，2个密封圈增至3个。在连接部还安装了加热装置，保证其发射温度达到20摄氏度。另外，助推器的检测也使用了新研制的全自动检测系统。
据估计，这次航天飞机的全面改进总耗资达到了25亿美元。为了避免事故的再次发生，美国人可谓慎之又慎，直到2年零8个月后才恢复飞行。
美国的航天飞机：费用与效益的考虑
在航天飞机的研制方面，美国走在了前面，它们于20世纪80年代首先研制成功航天飞机，成为目前世界上惟一将航天飞机投入使用的国家，但是20多年的飞行结果表明其效果并不完全尽人意。
费用与效益的考虑
美国的航天计划通常都是多个项目同时开展的，航天飞机的最早提出可以追溯到60年代。当时NASA已经意识到研制可重复使用航天员运载工具的重要性。在阿波罗计划取得了实质性进展后，NASA开始着手规划新的航天计划。1968年，NASA主管载人航天飞行的副局长在向美国国会太空委员会提交的报告中指出，在未来的几十年，美国应大力发展航天飞机这种全新的航天运载工具。
但是美国60年代末的政治气候并不稳定，国内出现了诸多问题，最明显的是越战的泥潭使得民众对太空科学的热情有所转移，加之冷战局势的缓和。所以阿波罗登月计划之后，美国人开始反思，投入如此巨大的人力、物力去进行一场科学意义不是太大的太空竞赛是否值得。在这种情况之下，NASA所提出的火星登陆计划由于预算太大，没有得到政府的批准。
美国总统尼克松对未来航天计划的看法是：“我们应当减少未来太空运行的花费。我们目前的火箭技术已能在今后一段时间内提供可靠的发射能力。但从长远发展考虑，我们必须研究低耗费和不太复杂的向太空运送必需品的方式。这种能力，设计上可满足科学、国防和商业应用等方面的广泛需要，能帮助我们在太空计划的各个方面实现重要的节约。”
这种情况之下，航天飞机成为惟一未被政府预算削减置于死地的项目。围绕着预算和花费的问题，NASA进行了大量的游说工作，力求使所有人相信航天飞机的优越性。最终，尼克松政府考虑方方面面的问题，于1972年1月3日，正式批准了航天飞机计划的实施。从而使之成为了70年代美国航天计划的重点。
美国的航天飞机：昂贵的飞行
尽管提出航天飞机的初衷是为了降低整个载人航天研制和发射过程中的花销，但是美国人在执行这一计划的过程中却发现真实情况并非如此。
1972年7月，NASA选定北美的洛克韦尔公司为航天飞机轨道器的主承包商，要求在今后6年内，用26亿美元研制生产5架航天飞机的轨道器，并于1978年实现首次载人轨道飞行。可直到1979年4月份洛克韦尔才完成第一架轨道器企业号（Enterprise，代号OV…101）的全部实验工作，开始研制用于轨道飞行的航天飞机。
造成这种情况的原因一方面是研制过程中面临的技术问题，另一个重要原因是资金的严重不足。NASA在确定航天飞机的结构布局时，曾经做过预算，航天飞机的研制费用大约需要60亿美元，每次发射费用不超过600万美元。尽管NASA采取了种种措施节约开支，但研制费用还是连年超支。1978年9月，NASA宣布航天飞机的研制费用可能比原计划增加8％～9％。1980年4月，NASA透露整个计划费用将增加到89亿美元。这种情况下NASA只得一再向国会申请继续增加拨款，而当时的卡特政府考虑航天飞机对国家安全有利，对科学研究和商业开发也有很高价值，因此对追加经费基本不持异议，所以航天飞机计划的费用才得以解决。
1981年4月12日，美国发射哥伦比亚号，进行了航天飞机的首次轨道飞行，标志着航天飞机的正式启用。到1986年，包括企业号在内，NASA共制造了5架轨道器：哥伦比亚号（Columbia，代号OV…102），挑战者号（Challenger，代号OV…99），发现号（Discovery，代号OV…103），亚特兰蒂斯号（Atlantis，代号OV…104）。1986年后由于挑战者号的事故，又建造了一架轨道器——奋进号（Endeavour，代号OV…105）。
美国的轨道器都有一个代号，“OV（Orbiter Vehicle）”代表轨道器，后面的数字代表了轨道器的新旧。100以下的数字表示的是不准备进入太空的是沿用轨道器，100以上的指正在运行中的轨道器。最初，最初准备试验用的是挑战者号（OV…99），但在建造过程中，NASA决定把挑战者号建成投入使用的轨道器。
在航天飞机的使用中，NASA发现同研制费用一样，