Máy bay vũ trụ hay tàu con thoi là “đứa con hỗn huyết” của tên lửa, tàu vũ trụ và máy bay. Khi phóng lên, nó cất cánh thẳng đứng giống như tên lửa, khi đi vào quỹ đạo bay quanh Trái Đất thì giống như tàu vũ trụ và có khả năng đối tiếp với các thiết bị vũ trụ khác, khi trở về Trái Đất nó lại là một máy bay có cánh, hạ cánh trên đường băng truyền thống. Tên lửa và tàu vũ trụ chỉ sử dụng một lần, còn máy bay vũ trụ có thể dùng lặp đi lặp lại trên 100 lần, là một bước nhảy vọt rất lớn của kỹ thuật vũ trụ, được thừa nhận là một trong những thành tựu kiệt xuất của khoa học kỹ thuật thế kỷ XX.

Với tư cách là thiết bị vận chuyển hồi quyển được, ưu điểm lớn nhất của máy bay vũ trụ chính là nó có thể trở về mặt đất an toàn và hoàn chỉnh như máy bay, nhờ đó mà được sử dụng lặp đi lặp lại, làm cho giá thành của hoạt động vũ trụ giảm xuống rất nhiều.

Nhưng muốn chế tạo máy bay vũ trụ là điều không dễ, cửa ải khó khăn chủ yếu chính là phòng nhiệt.

Máy bay vũ trụ có cánh hình tam giác và đuôi thẳng đứng khiến cho nó có tính ổn định và thao tác điều chỉnh khi bay trong không khí, giống như một máy bay bình thường, nhưng khi từ trên quỹ đạo trở về Trái Đất với một tốc độ lao vào tầng khí quyển rất nhanh (gần 30 lần tốc độ âm thanh), nên mặt ngoài máy bay ma sát mạnh với không khí, làm cho nhiệt độ nhanh chóng tăng cao. Đó gọi là khí động tăng nhiệt. Sau khi bị đốt nóng, vật liệu hợp kim nhôm chế tạo các kết cấu của máy bay mau chóng đạt đến nhiệt độ nóng chảy, vì điểm nóng chảy của hợp kim nhôm chỉ có 660oC. Do đó các nhà khoa học phải cho máy bay vũ trụ khoác một chiếc áo phòng nhiệt đặc biệt.

Phần đầu và phần biên trước của cánh máy bay nhiệt độ cao nhất, có thể đạt đến 1600 °C, do đó phải dùng vật liệu phức tạp có sợi than chì chịu nhiệt cao để bảo vệ hợp kim nhôm không bị nóng chảy. Ở phần thân và mặt trên của cánh, nhiệt độ khoảng 650 – 1260°C. Những chỗ này phải dùng một tầng cản nhiệt gồm 2 vạn miếng gốm chịu đựng nhiệt độ cao ghép thành. Mỗi miếng gốm có kích thước hình vuông, mỗi cạnh 15 cm, chiều dày 2 – 6 cm. Ở mặt bên thân máy bay và bề mặt cánh đuôi thẳng đứng nhiệt độ thấp hơn, chỉ khoảng 400 – 650 °C. Những chỗ này chỉ cần bảo vệ, cho nên chỉ dùng 7000 miếng gốm theo một quy cách khác là được. Các miếng gốm này mỗi miếng hình vuông, cạnh 20 cm, dày 0,5 – 2,5 cm. Còn các bộ phận khác nhiệt độ cao nhất không vượt quá 400 °C chỉ cần dùng một lớp sơn trắng tạo nên thảm keo cao susilic mà không cần dùng đến loại gốm có trọng lượng nặng và giá đắt như các phần trên.

Dán 27000 miếng gốm lên trên bề mặt máy bay không phải là một việc nhẹ nhàng. Tuy kích thước của các miếng gốm phần lớn giống nhau, nhưng có một số ít căn cứ các bộ phận đặc biệt của thân máy bay mà được chế tạo theo cách đo người cắt áo. Trên mỗi miếng gốm có đánh số thứ tự, đối chiếu công nghệ dán hình từng miếng một được gắn lên thân máy bay. Vì gốm rất dễ vỡ cho nên công nhân khi dán phải hết sức cẩn thận. Máy bay vũ trụ đầu tiên của Mỹ phải mất một năm mới dán hết các miếng gốm này. Về sau người ta dùng rôbot để dán nên tiến độ nhanh hơn.

Từ trên vô tuyến truyền hình ta còn thấy máy bay vũ trụ khi hạ cánh, sau đuôi còn mở một cái dù. Nhờ thế mà máy bay đã ngừng lại rất nhanh, rút ngắn đường băng được rất nhiều.