航天飞机轨道器是航天飞机系统中进行轨道飞行的航天器。它可由火箭发射升空，也可靠自身携带的火箭发动机或加助推器升空，进入近地轨道后完成各种轨道飞行任务，然后再入大气层，可作机动飞行，滑翔返回机场，水平着陆，经过短期维护后重复使用。
轨道器结构
航天飞机系统的核心分系统是轨道器，它的大致尺寸为：长度27.21米，翼展23.79米，机高17.39米，空重65吨。为了实现“普通人也能坐航天飞机”的设想，航天飞机在起飞过程中的最大过载限制在3g以下，在返回时的过载限制在1.5g以内。
轨道器在轨运行的时间最长达30天。轨道器大致可分为前段、中段和尾段。前段是上下两层的宽敞机舱，上层为驾驶舱，下层为生活间，有效容积为72立方米。中段是有效载荷舱，长18.3米，直径4.6米。舱门分内外两层，由中间对开。舱门内层是辐射冷却器，外侧是防热层。尾段除装有3台主发动机外，还包括控制动力系统和推进剂贮箱。
航天飞机轨道器是航天员进入地球轨道和返回时乘坐的舱段，要装备可供7名航天员正常生活和工作的生命保障系统，可装载必要的科学仪器与各类显示仪表。轨道器的分系统异常复杂，这包括23只各种天线、5台计算机，各种控制、通信、导航和操纵系统。在机头的上部和侧部、机尾处，共安装了46台大小推力的变轨与姿态控制发动机。研制轨道器需要解决的问题很多，最棘手的是主发动机和机身表面防热系统。主发动机的技术和性能要求很高，与“土星V”运载火箭上的J-2发动机相比，它上了一个很高的台阶，其单台最大推力达到210吨，比J-2的100吨增加了一倍多，但这还不是关键所在。这种发动机还要求推力在65～109%之间连续调节以适应航天飞机从发射到入轨整个过程不同阶段的不同要求，而且还要能重复使用100次。它的工作时间长达7.5小时，比J-2发动机提高5倍。主发动机在起飞过程中消耗推进剂数量很大，高性能的涡轮泵每秒向燃烧室内输送207升液氢和75升液氧。这些高性能要求对结构设计、材料选择、推进剂输送、发动机控制以及加工和制造都是极为困难的。
运转程序
由于发射场和着陆场不在一地，航天飞机轨道器在着陆场着陆后，需要转运至发射场。在着陆场的主要工作集中在如何完成转运上，而不是再次发射准备上，再次发射准备工作仍然是转运后在发射场进行，所以在着陆场的工作只考虑与转运有关的项目，其他内容一般不涉及（特殊情况除外）。
转运有空运或陆运两种途径可供采用，采用不同的转运途径，其转运的要求中对航天飞机轨道器状态要求也有所区别。空运对气动特性有要求，陆运则没有这方面要求，但需要将机身与机翼分解。转运工作主要包括检查、准备和转运三方面内容。
制造过程
以发现者号航天飞机为例，通过一组照片，展示航天飞机轨道器的制造过程。
发现者号是美国航天飞机机队中的第三架轨道器，代号为OV-103。发现者号从1979年8月27日开始制造，最终于1983年10月推出总装车间，共历时四年完成，并于1984年8月30日完成首飞。
在图6-19中：
（a）所示为1982年2月26日，发现者号的前机身壳体完成分段制造后，罗克韦尔公司的工程师在检査上下部分壳休的接口匹配性；
（b）所示为1982年3月9日，发现者号三台主发动机在加利福尼亚州的罗克韦尔公司车间安装前，后机身后端框的状态；
（c）所示为1982年3月24日，发现者号的中机身壳体停放在罗克韦尔公司 （此时波音已控制了罗克韦尔）的车间内，可以看出机身内有一个长约18m的有效载荷舱，而整体结构仅采用拱形隔框和壁板构成；
（d）所示为1982年4月6日，发现者号航天飞机的后机身结构部段完成装配的状态，该部段将用于安装轨道控制发动机舱并安装主发动机；
（e）所示为1982年5月5日，工程师们将发现者号的左翼安装到中机身上的画面，可以看出机冀采用整体对接方式安装，机翼主梁安装在（c）图中靠近镜头的加强框上；
（f）所示为1982年8月4日，发现者号的轨道飞行器已初步成形，前机身下部、中机身整段和主翼已完成对接组装，工程师正在机身内部作业；
（g）所示为1982年9月10日，发现者号完成后机身与中机身的对接，正在安装前机身的整体式乘员舱；
（h）所示为工程师正在为发现者号安装迎风面的耐高温隔热瓦，为避免再入时被大气烧蚀，航天飞机外表面完全覆盖了一层热防护系统；
（i）所示为1983年4月19日，工程师在位于加利福尼亚州的波音车间为发现者号进行最后的系统安装；
（j）所示为1984年8月30日，发现者号执行代号为D-41（亦称STS-41D）的首飞任务，机组成员6人，主要将3颗卫星送入太空，并进行了太阳能电池帆板新技术测试，发现者号于1984年9月5日在爱德华兹空军基地安全着陆；
（k）和（l）所示为1995年9月至1996年6月间，对发现者号进行检修和设备升级，发现者号服役期间进行了多次升级。
维护方案
航天飞机轨道器返回后在机场跑道上着陆，由于着陆场与发射场不在一地，具有相当的距离，着陆后需要经过转运返回发射场，才能进行再次发射。因此，航天飞机轨道器着陆后在着陆场需要进行相关检查，主要包括：安全维护检查和外观检查。