Grawitacja (ciążenie powszechne) to jedno z czterech oddziaływań podstawowych, będące zjawiskiem naturalnym polegającym na tym, że wszystkie obiekty posiadające masę oddziałują na siebie wzajemnie przyciągając się.

We współczesnej fizyce grawitację opisuje ogólna teoria względności. Oddziaływanie grawitacyjne jest w niej skutkiem zakrzywienia czasoprzestrzeni przez różne formy materii. W życiu codziennym prostsze prawo powszechnego ciążenia, które zostało sformułowane przez Newtona, jest wystarczające do opisania efektów grawitacji na otaczający ludzi świat.

Kiedy znajdujemy się na powierzchni naszej planety, odległość od środka ciężkości Ziemi jest dużo większa niż wysokość, na której możemy się przemieszczać (bez rakiet). W takiej sytuacji można założyć, że pole grawitacyjne jest jednorodne.

W ujęciu ogólnej teorii względności postuluje się, że źródłem grawitacji jest tensor energii-pędu. Nawet cząstki pozbawione masy spoczynkowej (foton) doznają wpływu wynikającego z zakrzywienia przestrzeni a więc oddziałują grawitacyjnie. Generalnie, źródłem grawitacji są wszelkie postacie energii dające wkład do wyżej wymienionego tensora energii pędu: masy, gęstość energii promieniowania i ciśnienia. W szczególności, wkład ciśnienia jest identyczny z wkładem masy, czyli wzrost ciśnienia powoduje wzrost sił przyciągających a nie, jak podpowiada nam intuicja, spadek.

Jakkolwiek zewnętrznie obie konstrukcje wydają się bliźniaczo podobne, założenia projektowe są zupełnie odmienne. Amerykańska wersja wahadłowca składa się z orbitera wyposażonego w trzy potężne silniki, napędzane mieszanką wodoru i tlenu oraz przymocowanego doń zewnętrznego zbiornika paliwa z wodorem. Dodatkową moc potrzebną w pierwszej fazie startu zapewniają dwie rakiety na paliwo stałe (sproszkowany glin), przymocowane po obu stronach zbiornika z paliwem. W radzieckiej wersji główna jednostka napędowa została przeniesiona poza orbiter. Do jego wyniesienia służyła rakieta Energia.
Radziecka konstrukcja stała się przez to znacznie bardziej elastyczna i bezpieczna. Była też napędzana paliwem płynnym, co umożliwiało regulację lub zatrzymanie procesu niemal w każdym momencie (rakiety pomocnicze amerykańskich wahadłowców nie mogą zostać wyłączone po ich uruchomieniu). Rakieta Energia mogła wynosić dowolny ładunek, nie tylko wahadłowiec, przez co jej ogromny udźwig mógł zostać znacznie lepiej wykorzystany. Możliwości te zademonstrowała, niedawno odtajniona, misja wyniesienia satelity bojowego Polus. W konfiguracji Energia/Buran całkowity udźwig na niską orbitę okołoziemską wynosił 30 ton. Dla porównania udźwig Space Shuttle na niską orbitę (ok. 250 km) to 29 ton, po katastrofie Challengera ograniczony do 25 ton.

Do czynnej służby trafiły jedynie dwa typy promów to amerykańskie Space Shuttle, w ramach programu Space Transportation System (STS), oraz radzieckie promy z programu Buran.

Pierwszym w historii lotów wahadłowcem był amerykański statek kosmiczny Columbia (pierwszy lot 12–14 kwietnia 1981), następnie zostały wprowadzone do eksploatacji amerykańskie wahadłowce: Challenger (uległ katastrofie 28 I 1986), Discovery, Atlantis i Endeavour. Loty wahadłowców wznowiono w lipcu 2005 (STS-114) po przerwie spowodowanej katastrofą Columbii w 2003 (STS-107).

Pojazdy radzieckie wykonały zaledwie jeden lot przed zawieszeniem, a następnie zakończeniem programu ich budowy. 15 listopada 1988 odbył swój inauguracyjny (bezzałogowy) i jedyny lot kosmiczny po orbicie okołoziemskiej radziecki wahadłowiec Buran, wyniesiony w przestrzeń kosmiczną przez rakietę nośną Energia.

Amerykańska agencja NASA korzystała z promów kosmicznych do 2011 roku. Ich głównym zadaniem było w ostatnich latach dostarczanie załóg, zaopatrzenia i elementów konstrukcyjnych Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Planowanym następcą wahadłowców z programu STS ma być statek Orion, który jednak nie jest pojazdem wielokrotnego użytku.
W kilku krajach (m.in. we Francji, w Niemczech) trwają prace nad konstrukcją nowych samolotów kosmicznych.

Wahadłowiec kosmiczny, prom kosmiczny to rodzaj załogowego statku kosmicznego, który może być wykorzystywany wielokrotnie i zwykle przystosowany jest do wynoszenia na orbitę i ściągania z orbity sztucznych satelitów i innych ładunków.

W założeniach prom, dzięki możliwości wielokrotnego wykorzystania, miał umożliwić znaczną redukcję kosztów związanych z wynoszeniem na orbitę ładunków i pasażerów. W praktyce te statki kosmiczne stały się bardzo skomplikowane a każdy ich lot orbitalny okazywał się niezwykle kosztowny.

Wahadłowce używane były m.in. do umieszczania w przestrzeni kosmicznej sztucznych satelitów Ziemi i próbników kosmicznych oraz prowadzenia przez kilkuosobową załogę badań naukowych i eksperymentów technicznych na orbicie Nietypowym zastosowaniem wahadłowca było użycie go dla naprawy i remontu umieszczonego na orbicie teleskopu Hubbla.

Pierwotnie nazywany R-bar pitch maneuver (RPM), następnie Rendezvous Pitch Maneuver (RPM), także nazywany Rotational Pitch Maneuver (RPM), czyli salto w tył, ang backflip, które wykonywał prom kosmiczny mocą silniczków Reaction Control System (RCS), przed przycumowaniem do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), w celu zaprezentowania osłony termicznej wahadłowca astronautom ją fotografującym, z pokładu stacji kosmicznej. Podczas gdy prom kosmiczny był oddalony od stacji o 180 metrów, obracał się w tył, o 360° w płaszczyźnie pionowej, aby umożliwić wykonanie zdjęć cyfrowych osłony termicznej, w celu udokumentowania jej stanu technicznego.

Bazując na informacjach zebranych podczas RPM, zespół kontroli misji mógł podjąć decyzję o gotowości, lub nie, do wejścia w atmosferę. Mogli oni również podjąć decyzję na oczekiwanie w ISS na misję ratowniczą lub próbować EVA do naprawienia osłony termicznej umożliwiającego bezpieczne wejście promu w atmosferę. Te działania stały się standardem dla wszystkich wahadłowców dokujących do ISS po katastrofie promu Columbia, spowodowanej przez uszkodzoną osłonę termiczną. Po raz pierwszy manewr RPM wykonano w misji STS-114. Manewr RPM trwał dziewięć minut, półtora minuty podczas manewru było przeznaczone na fotografowanie osłony termicznej promu.

Nosiciel wahadłowców: określenie opisujące samoloty służące do przenoszenia promów kosmicznych. Były tylko 2 modele samolotów które potrafiły wykonywać takie zadania:

Boeing 747 Shuttle Carrier Aircraft: zmodyfikowane samoloty Boeing 747 wykorzystywane przez NASA do przewozu promów używanych w programie STS.

Antonow An-225 Mrija: wykorzystywany w radzieckim programie Buran do przewozu zarówno orbiterów, jak i części rakiety Energia, jeden z największych i najrzadziej spotykanych samolotów na świecie.

NASA używa dwóch zmodyfikowanych komunikacyjnych samolotów Boeing 747, oryginalnie wyprodukowanych i przeznaczonych do użycia jako nosicieli wahadłowców. Ich oryginalna nazwa to Shuttle Carrier Aircrafts (SCA). Jeden z nich to model 747-100 a drugi jest oznakowany jako 747-100 SR /krótki zasięg/. Obydwa odrzutowce są identyczne z wyglądu jak i w konstrukcji.

Samoloty serii 747 są czterosilnikowymi samolotami o międzykontynentalnym zasięgu, eksploatację rozpoczęły w 1970 r

Skylab 2 to pierwsza misja programu Skylab. Misja trwała od 25 maja do 22 czerwca 1973 roku. Start misji miał rozpocząć się 15 maja został jednak przełożony o 10 dni z powodu awarii baterii słonecznych. Podczas lotu astronauci wykonali liczne badania naukowe i eksperymenty naukowe jak również wykonali ponad 29 000 zdjęć fotograficznych. Misja trwała 28 dni i 50 minut.

Lot został odroczony o 10 dni z powodu problemów z bateriami słonecznymi które nie mogły się rozłożyć w wyniku awarii podczas startu gdy osłona meteorytowa uległa uszkodzeniu oraz uszkodzona została jedna z baterii słonecznych. Czas ten był niezbędny by personel naziemny mógł znaleźć sposób naprawy stacji. Konieczne okazało się zainstalowanie swego rodzaju zastępczej osłony termicznej chroniącej wnętrze Skylaba przed nadmiernym nagrzaniem. Na pokładzie statku Apollo astronauci wykonali specjalny „parasol”. Po jego zainstalowaniu na zewnętrznej powierzchni laboratorium temperatura wewnątrz stacji spadła do 24°C a astronauci mogli wreszcie wejść na pokład Skylaba. 7 czerwca 1973 Charles Conrad oraz Joseph Kerwin wyszli na zewnątrz stacji w celu dokonania naprawy uszkodzonej baterii słonecznej. Umożliwiło to przywrócenie zasilania stacji w energię elektryczną niezbędną dla jej dalszego funkcjonowania.

Scaled Composites Model 316 SpaceShipOne to pierwszy prywatny załogowy statek kosmiczny. Został wyprodukowany przez korporację Scaled Composites. Jego budowa była sfinansowana całkowicie z prywatnych źródeł. Właściciel firmy Burt Rutan postanowił wykonać ten statek w odpowiedzi na konkurs ANSARI X PRIZE. Najbardziej znanym z inwestorów stojących za SpaceShipOne jest Paul Allen. SpaceShipOne odbył 29 września oraz 4 października 2004 roku dwa loty w ramach programu Tier One i w ten sposób zdobył Nagrodę X Prize. Po sukcesie SpaceShipOne podjęto pracę nad większym statkiem SpaceShipTwo, który według planów miał wozić pasażerów w kosmos od roku 2011.

Projekt statku kosmicznego SpaceShipTwo oparty jest na projekcie mniejszego statku SpaceShipOne. SpaceShipTwo będzie zabierał ośmiu ludzi: dwóch pilotów i sześciu pasażerów. Apogeum lotów będzie wynosiło około 110 km, czyli o 10 km wyżej niż SpaceShipOne (chociaż ten w ostatnim locie wzniósł się na 112 km). Prędkość będzie wynosiła 4.200 km/godz., wykorzystując pojedynczy hybrydowy silnik rakietowy. Będzie on odpalany na wysokości 12,2 km z macierzystego statku WhiteKnightTwo. Kabina SpaceShipTwo będzie miała długość 3,66 m, średnicę 2,28 m, rozpiętość skrzydeł będzie wynosić 8,23 m, całkowita długość 18,29 m, wysokość 4,57 m. Ponieważ prędkość statku będzie stosunkowo niewielka w porównaniu ze statkami orbitalnymi, powrót na Ziemię będzie odbywał się lotem ślizgowym dzięki użyciu skrzydeł. Kabina pasażerów będzie wyposażona w okna o średnicy 43 i 33 cm, podczas lądowania fotele będą rozkładane w celu zmniejszenia efektów dużego przeciążenia.

SpaceShipTwo oraz statek macierzysty WhiteKnightTwo, służący do wynoszenia zestawu na wysokość ponad 15 km, znajdują się na etapie testów.

Orbital Space Plane – Orbitalny Samolot Kosmiczny – projekt pojazdu kosmicznego mającego zaopatrywać Międzynarodową Stację Kosmiczną jak również dostarczać tam załogę, a także zapewniać system ratunkowy. Projekt został wstrzymany po katastrofie promu kosmicznego Columbia, zdecydowano się na Crew Exploration Vehicle.

Był planowany jako pojazd bardziej funkcjonalny niż promy kosmiczne, miało się to odbywać przez różne jego wersje, np. jako służąca do transportu ludzi, czy jako statek ratunkowy. Ponieważ projektowany był do transportu początkowo zwracano szczególną uwagę na jego funkcje ratunkową, zajął więc miejsce Crew Return Vehicle. OSP miał wylecieć po raz pierwszy w 2010 roku.

Po katastrofie Columbii cały amerykański program załogowych lotów kosmicznych został wstrzymany. Później w związku z wysuniętą przez prezydenta Busha w 2004 roku Wizją Eksploracji Kosmosu dalsze prace wstrzymano. NASA postanowiła wesprzeć Crew Exploration Vehicle bazowaną na kapsułach Apollo.

Vision for Space Exploration (VSE, Wizja Eksploracji Kosmosu) to amerykański program badań kosmosu, ogłoszony 14 stycznia 2004 przez prezydenta Stanów Zjednoczonych George’a W. Busha. Postrzegana jest jako odpowiedź na katastrofę promu Columbia, stan lotów załogowych w NASA i jako sposób na przywrócenie w społeczeństwie entuzjazmu dla eksploracji przestrzeni kosmicznej.

Główne założenia VSE to. Dokończenie budowy Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) do 2010 roku. Zakończenie programu lotów promów kosmicznych do 2010 roku. Budowa statku kosmicznego Orion (wcześniej znanego jako Crew Exploration Vehicle) do 2008 i przeprowadzenie pierwszej załogowej misji z jego udziałem do 2014 roku. Opracowanie rakiet nośnych opartych na komponentach promu kosmicznego.Badania Księżyca za pomocą automatycznych próbników od 2008 roku i księżycowa misja załogowa do 2020 roku. Eksploracja Marsa i dalszych obiektów za pomocą misji automatycznych i załogowych.