สเปซชัทเทิล (อังกฤษ: space shuttle) คือ เครื่องบินอวกาศของสหรัฐอเมริกา สร้างขึ้นโดยองค์การนาซ่า (NASA) มีชื่อเรียกอย่างเป็นทางการว่า Space Transportation System (STS) ผลิตโดยบริษัท North American Aviation ซึ่งปัจจุบันเป็นส่วนหนึ่งของบริษัท Rockwell International สเปซชัทเทิลทะยานขึ้นเหมือนจรวดและไปโคจรรอบโลก มีปีกและตอนกลับสู่โลกจะร่อนลงตามรันเวย์ กระสวยอวกาศสามารถนำมาใช้ได้หลาย ๆ ครั้ง
กระสวยอวกาศถูกออกแบบมาให้ใช้งานซ้ำได้ 100 ครั้ง หรือปฏิบัติการได้ 10 ปี โครงการถูกเริ่มขึ้นในท้ายยุค 60 หลังจากนั้นก็มีบทบาทสำคัญในปฏิบัติการที่ต้องใช้คนเข้าร่วมของนาซามาโดยตลอด
ส่วนสำคัญของกระสวยอวกาศ เรียกว่า ออร์บิเตอร์ (orbiter หมายถึง ยานโคจร) จะพาลูกเรือและสัมภาระไปยังอวกาศในขณะที่จะส่งกระสวยอวกาศขึ้นไป กระสวยจะอยู่ที่ฐานส่งโดยจะตั้งชี้ขึ้นไปคล้ายจรวด ข้าง ๆ ออร์บิเตอร์จะมีแทงค์น้ำมันขนาดใหญ่ ซึ่งเรียกว่า แทงค์ด้านนอก (External Tank) ซึ่งมันจะเก็บออกซิเจนและไฮโดรเจนในขณะที่มันขึ้นเชื้อเพลิงเหล่านี้จะถูกสูบเข้าไปยังเครื่องยนต์หลัก 3 เครื่อง ของออร์บิเตอร์
นอกจากนี้ยังมีแทงค์ขนาดเล็กที่อยู่ข้าง ๆ ออร์บิเตอร์บนฐานส่งเพื่อให้แรงผลักดันพิเศษในขณะส่งกระสวยขึ้น ซึ่งเรียกว่า Solid Fuel Rocket Booster หรือ SRB ทำงานคล้ายกับจรวดดอกไม้ไฟขนาดใหญ่
เมื่อกระสวยอวกาศทะยานขึ้น หลังจากนั้นประมาณ 2 นาที เชื้อเพลิงในแทงค์เชื้อเพลิง SRB จะหมดลง และตกลงในทะเลกับร่มชูชีพ อัตราความเร็วของกระสวยค่อย ๆ เพิ่มขึ้นจนถึงความเร็วประมาณ 72 ไมล์ จากนั้นเครื่องยนต์หลักจึงหยุดทำงาน และถังเชื้อเพลิงภายนอกซึ่งว่างเปล่าจะถูกปล่อยตกลงสู่ทะเล เครื่องยนต์ของจรวดสองลำจะรับภาระต่อไป ซึ่งเรียกว่า ระบบการยักย้ายการโคจร ในระหว่างการโคจร
เมื่อถึงเวลากลับสู่โลก เครื่องยนต์ระบบการยักย้ายการโคจรจะถูกยิงคล้ายกับตอนล่างของจรวด และยานจะหลุดออกจากการโคจร แล้วกลับลงมาสู่บรรยากาศโลกในอัตราความเร็ว 15,900 ไมล์ต่อชั่วโมง (หรือประมาณ 25,700 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) แผ่นกำบังความร้อนข้างใต้กระสวยอวกาศจะเปล่งแสงสีแดงจัดพร้อมกับความร้อนในการกลับเข้ามาสู่โลก แผ่นกระเบื้องพิเศษบนกระสวยอวกาศจะป้องกันลูกเรือและยานอวกาศออร์บิเตอร์จะช้าลงเมื่อเข้ามาถึงบริเวณส่วนล่างของบรรยากาศ จะร่อนลงบนพื้นดินบนรันเวย์ด้วยความเร็วประมาณ 210 ไมล์แล้วภารกิจก็จะจบลง
วันที่ 28 มกราคม ค.ศ. 1986 กระสวยอวกาศแชลเลนเจอร์ประสบอุบัติเหตุระเบิดขณะทยานขึ้นจากพื้นโลกได้เพียง 73 วินาที ลูกเรือเจ็ดคนเสียชีวิตทั้งหมด สาเหตุเกิดจากมีรอยรั่วบริเวณจรวด SRB ด้านขวา ทำให้เชื้อเพลิงรั่วออกมาและเกิดการเผาไหม้ที่ช่องว่างระหว่างจรวด SRB และถังเชื่อเพลิงหลัก ซึ่งรอยรั่วนั้นเกิดจากความเย็นจากน้ำแข็งที่เกาะรอบยานในช่วงไม่กี่ชั่วโมงก่อนปล่อยยาน
วันที่ 1 กุมภาพันธ์ ค.ศ. 2003 กระสวยอวกาศโคลัมเบียประสบอุบัติเหตุขณะกลับสู่พื้นโลก เนื่องจากบริเวณปีกมีความเสียหายที่เกิดขึ้นจากการกระแทกของชิ้นส่วนโฟมจากถังเชื้อเพลิงหลักหลุดขณะขึ้นบิน ทำให้ยานแตกออกป็นเสี่ยงๆขณะเสียดสีกับชั้นบรรยากาศระหว่างกลับลงสู่พื้นโลก ลูกเรือเจ็ดคนบนยานเสียชีวิตทั้งหมด
นับตั้งแต่เหตุการณ์กระสวยอวกาศโคลัมเบียเป็นต้นมา ทุกเที่ยวบินจะมีกระสวยอวกาศสำรองอีก 1 ลำ ในกรณีเหตุฉุกเฉินหรือเหตุการณ์ที่ต้องกู้ภัยนักบินในเที่ยวบินหลักทุกเที่ยวบิน โดยกระสวยอวกาศสำรองที่จะออกปฏิบัติการจะใช้รหัสเที่ยวบิน STS-3xx กระสวยอวกาศที่รับหน้าที่กู้ภัยสามารถบินได้ทันทีตามปฏิบัติการ Launch On Need (LON) เช่น STS-114 กระสวยอวกาศดิสคัฟเวอร์รี่ (ซึ่งเป็นเที่ยวบินแรกหลังเหตุการณ์กระสวยอากาศโคลัมเบียระเบิด) จะมีกระสวยอากาศสำหรับเที่ยวบินกู้ภัยเป็น กระสวยอวกาศแอตแลนติส รหัสเที่ยวบินคือ STS-300 เป็นต้น ยกเว้นเที่ยวบิน STS-125 มีการเปลี่ยนแปลงรหัสเที่ยวบินกู้ภัยเป็น STS-400 สำหรับภารกิจซ่อมบำรุงกล้องโทรทรรศ์อวกาศฮับเบิล ครั้งที่ 4 ของกระสวยอวกาศแอตแลนติส เนื่องจากเป็นภารกิจนี้เป็นภารกิจเดียวที่ไม่ได้ไป ISS หากมีเหตุฉุกเฉินการที่จะไป ISS เป็นเรื่องที่ทำได้ยาก โดยกระสวยอวกาศเอนเดฟเวอร์จะรับหน้าที่เป็นเที่ยวบินกู้ภัย จนกระทั่งตั้งแต่เที่ยวบิน STS-126 จึงยกเลิกแผนกู้ภัยโดยใช้กระสวยอวกาศสำรอง เพราะหากมีเหตุที่ไม่สามารถลงจอดได้จะใช้ยานกู้ภัยของ ISS แทน แต่นำมาใช้อีกครั้งในเที่ยวบิน STS-134
นาซ่ายุติโครงการกระสวยอวกาศในเดือนกรกฎาคม ค.ศ. 2011 หลังจากกระสวยอวกาศลำแรกขึ้นสู่อวกาศมานานกว่า 30 ปี รวมถึงระยะเวลาพัฒนาอีกกว่า 20 ปี และจะเปลี่ยนไปพัฒนาระบบขนส่งรุ่นใหม่ในโครงการ Constellation ซึ่งเป็นจรวดธรรมดาแทน เดิมคาดการณ์ว่าจะเริ่มใช้งานได้ในปี ค.ศ. 2016 จนกระทั่งในวันที่ 1 กุมภาพันธ์ ค.ศ.2010 ประธานาธิบดีบารัก โอบามา ได้ประกาศให้ยกเลิกโครงการนี้ โดยให้เปลี่ยนไปออกแบบพัฒนายานอวกาศรุ่นใหม่ที่มีประสิทธิภาพมากกว่าเพียงแค่ใช้ในโครงการเดียวแทน
วันที่ 21 กรกฎาคม ค.ศ. 2011 กระสวยอวกาศแอตแลนติสถูกปลดประจำการ นับเป็นกระสวยอวกาศลำสุดท้ายที่ได้ขึ้นบินสู่อวกาศ
สำหรับกระสวยอวกาศของสหภาพโซเวียต มีชื่อว่า บูราน (Buran - ?????? แปลว่า พายุหิมะ) ปัจจุบันล้มเลิกโครงการไปแล้ว ตั้งแต่ ค.ศ. 1993 ในสมัยประธานาธิบดีโบริส เยลท์ซิน เนื่องจากมีต้นทุนสูง และประเทศกำลังประสบปัญหาทางเศรษฐกิจ หลังจากปฏิบัติการเพียงหนึ่งครั้ง ใช้เวลาในอวกาศเพียง 3 ชั่วโมง
