美國航天飛機由軌道飛行器、外掛燃料箱和固體火箭助推器三大部分組成。
軌道飛行器簡稱軌道器，它是美國航天飛機最具代表性的部分，長37.24米，高17.27米，翼展29.79米。
它的前段是航天員座艙，分上、中、下3層。上層為主艙，有飛行控制室、臥室、洗浴室、廚房、健身房兼貯物室，可容納8人；中層為中艙，也是供航天員工作和休息的地方；下層為底艙，是設置冷氣管道、風扇、水泵、油泵和存放廢棄物等的地方。
它的中段為貨艙，是放置人造地球衛星、探測器和大型實驗設備的地方，長18.3米，直徑4.6米，可裝載24噸物品進入太空，可載19.5噸物資從太空返回地面。
它的后段有垂直尾翼、三臺主發動機和兩臺軌道機動發動機。主發動機在起飛時工作，它使用外掛燃料箱中的推進劑。
在軌道器的頭部和機翼前緣，貼有約2萬塊防熱瓦，保護軌道器在回返時不被氣動加熱產生的600℃～1500℃的高溫所燒毀。在軌道器的頭錐部和尾部內，還有用于輕微軌道調整的小發動機，共44臺。
外掛燃料箱簡稱外貯箱，長46.2米，直徑8.25米，能裝700多噸液氫液氧推進劑，它與軌道器相連。
固體火箭助推器共兩枚，連接在外貯箱兩側上，長45米，直徑約3.6米，每枚可產生15682千牛的推力，承擔航天飛機起飛時80％的推力。
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