Sau Dự án thử nghiệm Apollo–Soyuz năm 1975, một chương trình "Shuttle–Salyut" đã được đề xuất vào những năm 1970, nhưng nó chưa bao giờ được hiện thực hóa. Bản vẽ đồ họa này mô tả một tàu con thoi đang ghép nối với Trạm vũ trụ Salyut thế hệ thứ hai, phía trên là một tàu vũ trụ Soyuz đã cập bến cổng sau của Salyut.

Nguồn gốc của chương trình có thể truy ngược về Dự án thử nghiệm Apollo–Soyuz năm 1975. Dự án này đã dẫn đến một sứ mệnh chung giữa hai siêu cường trong thời kỳ détente của Chiến tranh Lạnh, đánh dấu lần ghép nối đầu tiên giữa các tàu vũ trụ Apollo của Hoa Kỳ và Soyuz của Liên Xô. Tiếp đó là những cuộc đàm phán giữa NASA và Interkosmos trong thập niên 1970 về chương trình "Shuttle–Salyut" nhằm thực hiện các sứ mệnh phóng tàu con thoi đến Trạm vũ trụ Salyut. Nhiều cuộc thảo luận sau đó vào những năm 1980 thậm chí còn xem xét khả năng đưa tàu con thoi Liên Xô tương lai thuộc chương trình Buran đến trạm vũ trụ tương lai của Hoa Kỳ. Tuy nhiên, ý tưởng "Shuttle–Salyut" này chưa bao giờ trở thành hiện thực trong thời gian tồn tại chương trình Interkosmos của Liên Xô.[2]

Mọi thứ đã thay đổi sau khi Liên Xô tan rã: Chiến tranh Lạnh và Cuộc chạy đua vào không gian kết thúc dẫn đến việc cắt giảm tài trợ cho trạm vũ trụ mô-đun của Hoa Kỳ (ban đầu có tên là Freedom), vốn đã được lên kế hoạch từ đầu những năm 1980.[3] Những khó khăn tương tự về ngân sách cũng đang xảy ra ở nhiều quốc gia khác với dự án trạm không gian, khiến quan chức chính phủ Mỹ phải tiến hành đàm phán với các đối tác ở châu Âu, Nga, Nhật Bản và Canada vào đầu thập niên 1990 để triển khai một dự án trạm vũ trụ hợp tác đa quốc gia.[3] Ở Liên bang Nga, quốc gia kế thừa phần lớn Liên Xô và chương trình không gian của nước này, tình hình xấu đi trong thời kỳ khủng hoảng kinh tế hậu Xô Viết đã dẫn đến các vấn đề tài chính ngày càng gia tăng đối với chương trình trạm vũ trụ. Việc xây dựng Mir-2 để thay thế cho Trạm Hòa Bình cũ kỹ đã trở thành ảo vọng dù cho khối cơ sở của nó là DOS-8 vừa được chế tạo.[3] Những bước phát triển này dẫn đến việc tập hợp các đối thủ cũ lại với nhau bằng chương trình Shuttle–Mir, mở đường cho Trạm vũ trụ Quốc tế, một dự án chung tập hợp nhiều đối tác trên thế giới.[4]

Tàu con thoi Atlantis ghép nối với Trạm Hòa Bình trong sứ mệnh STS-71

Tháng 6 năm 1992, Tổng thống Mỹ George H. W. Bush và Tổng thống Nga Boris Nikolayevich Yeltsin đã đồng ý cùng chung sức khám phá không gian bằng việc ký Thỏa thuận giữa Hợp Chúng quốc Hoa Kỳ và Liên bang Nga về hợp tác thăm dò và sử dụng khoảng không vũ trụ vì mục đích hòa bình. Thỏa thuận này kêu gọi thiết lập một dự án không gian chung ngắn hạn, trong đó một phi hành gia người Mỹ sẽ lên Trạm vũ trụ Hòa Bình của Nga, và hai phi hành gia người Nga sẽ lên tàu con thoi của Mỹ.[3]

Tháng 9 năm 1993, Phó Tổng thống Mỹ Al Gore Jr. và Thủ tướng Nga Viktor Stepanovich Chernomyrdin đã công bố kế hoạch xây dựng một trạm vũ trụ mới mà sau này trở thành Trạm vũ trụ Quốc tế.[5] Nhằm chuẩn bị cho chương trình này, họ còn đồng thuận rằng Hoa Kỳ sẽ tham gia sâu vào dự án Trạm Hoà Bình trong những năm tới dưới tên mã Phase One (với việc xây dựng ISS là Phase Two).[6]

Chuyến bay tàu con thoi đầu tiên đến Hoà Bình chỉ đơn thuần là một sứ mệnh dạng gặp gỡ mang tên STS-63, nhưng tiếp theo đó, từ STS-71 đến STS-91 là chín nhiệm vụ ghép nối Shuttle–Mir.[lower-alpha 1] Tàu con thoi đảm nhiệm việc luân chuyển phi hành đoàn và cung cấp hàng tiếp tế, trong đó ở một nhiệm vụ là STS-74, nó đã mang theo một cặp mảng quang điện và mô-đun ghép nối tới Trạm Hoà Bình. Nhiều thí nghiệm khoa học khác nhau cũng đã được tiến hành, cả trên các chuyến bay tàu con thoi lẫn thời gian dài ở trạm vũ trụ. Dự án cũng chứng kiến phi vụ phóng của hai mô-đun mới là Spektr và Priroda tới Hòa Bình, nơi chúng sẽ được các phi hành gia Mỹ sử dụng làm chỗ ở và phòng thí nghiệm để tiến hành phần lớn hoạt động khoa học của họ trên trạm. Những sứ mệnh này đã giúp NASA lẫn Roscosmos học được rất nhiều điều về cách thức làm việc hiệu quả nhất trong không gian với các đối tác quốc tế, cũng như phương pháp nhằm giảm thiểu rủi ro liên quan đến việc lắp ráp một trạm vũ trụ lớn trên quỹ đạo, như sẽ phải làm với ISS.[7][8]

Dự án này cũng đóng vai trò là một mưu kế chính trị của chính phủ Mỹ nhằm cung cấp một kênh ngoại giao để NASA tham gia tài trợ cho chương trình không gian đang thiếu kinh phí của Nga. Điều này lại cho phép chính phủ Nga mới thành lập tiếp tục hoạt động của Trạm Hòa Bình, bên cạnh toàn bộ chương trình không gian của Nga, đảm bảo sự thân thiện của chính phủ Nga đối với Hoa Kỳ.[9][10]

Các chuyến bay Increment

Bảy phi hành gia người Mỹ đã thực hiện các chuyến bay Increment dài hạn trên Trạm Hòa Bình

Ngoài phi vụ tàu con thoi đến trạm vũ trụ, Phase One còn bao gồm bảy "Increment", hay những chuyến bay dài ngày trên Hòa Bình của các phi hành gia người Mỹ. Bảy nhà du hành vũ trụ tham gia Increment là Norman Thagard, Shannon Lucid, John Blaha, Jerry Linenger, Michael Foale, David Wolf và Andrew Thomas lần lượt được đưa tới Star City, Nga để tham gia khóa đào tạo các khía cạnh khác nhau về hoạt động của Hòa Bình và tàu vũ trụ Soyuz, phương tiện được sử dụng để vận chuyển đến và đi từ trạm. Phi hành gia còn được thực hành những chuyến đi bộ trong không gian bên ngoài Hòa Bình cũng như học tiếng Nga, ngôn ngữ sẽ được sử dụng trong suốt sứ mệnh của họ để nói chuyện với các phi hành gia Nga trên trạm và Trung tâm Kiểm soát Sứ mệnh ở tỉnh Moskva là TsUP.[10]

Trong những chuyến thám hiểm trên Hòa Bình, các phi hành gia đã thực hiện nhiều thí nghiệm khác nhau, bao gồm sự phát triển của cây trồng và tinh thể, đồng thời chụp hàng trăm bức ảnh về Trái Đất. Họ cũng hỗ trợ bảo trì và sửa chữa trạm sau nhiều sự cố khác nhau như hỏa hoạn, va chạm, mất điện, quay không kiểm soát và rò rỉ độc hại. Tổng cộng, các phi hành gia người Mỹ đã dành gần một nghìn ngày trên Hòa Bình, cho phép NASA tìm hiểu rất nhiều điều về các chuyến bay vũ trụ dài hạn, đặc biệt là trong lĩnh vực tâm lý phi hành gia và cách sắp xếp lịch trình thí nghiệm tốt nhất cho các đội bay trên trạm vũ trụ.[9][10]

Trạm vũ trụ Hòa Bình

Quang cảnh Hòa Bình nhìn từ tàu con thoi Discovery khi nó rời trạm trong sứ mệnh STS-91 năm 1998

Trạm Hòa Bình được xây dựng từ năm 1986 đến năm 1996, và là trạm vũ trụ mô-đun đầu tiên trên thế giới. Đây là trạm nghiên cứu dài hạn có người ở thường xuyên đầu tiên trong không gian, và trước đó đã giữ kỷ lục về sự hiện diện liên tục lâu nhất của con người trong vũ trụ, chỉ còn 8 ngày là đủ 10 năm. Mục đích của Hòa Bình là cung cấp một phòng thí nghiệm khoa học lớn có thể ở được trong không gian, và thông qua một số sự hợp tác bao gồm Interkosmos và Shuttle–Mir, trạm đã mở rộng cửa trên phạm vi quốc tế cho các phi hành gia của nhiều nước khác nhau. Trạm tồn tại cho đến ngày 23 tháng 3 năm 2001, tại thời điểm đó nó đã bị phá hủy một cách có chủ ý và vỡ tung trong quá trình tái thâm nhập khí quyển.[3]

Hòa Bình được dựa trên loạt Trạm vũ trụ Salyut mà Liên Xô từng phóng trước đây (bảy Trạm vũ trụ Salyut đã được phóng từ năm 1971), chủ yếu nhận tiếp tế từ tàu vũ trụ Soyuz và tàu vận tải Tiến bộ của phi hành đoàn Nga. Tàu con thoi Buran được lên kế hoạch ​​sẽ đến thăm Hòa Bình, nhưng chương trình của nó đã bị hủy bỏ sau chuyến bay vũ trụ không người lái đầu tiên. Các tàu con thoi Hoa Kỳ đến thăm trạm đã sử dụng docking collar Androgynous Peripheral Attach System vốn được thiết kế cho Buran, gắn trên một giá đỡ mà mục đích ban đầu là để sử dụng với Trạm vũ trụ Freedom của Hoa Kỳ.[3]

Với việc tàu con thoi cập bến Hòa Bình, sự mở rộng tạm thời các khu vực sinh hoạt và làm việc đã tạo thành khu phức hợp tàu vũ trụ lớn nhất thế giới vào thời điểm đó, với tổng khối lượng 250 tấn (250 tấn Anh; 280 tấn Mỹ).[3][11]

Tàu con thoi

Góc nhìn từ trên cao của Atlantis khi nó đang nằm trên Bệ phóng Di động (MLP) trước phi vụ STS-79

Tàu con thoi là một hệ thống tàu vũ trụ bay quanh quỹ đạo Trái Đất tầm thấp có thể tái sử dụng một phần, được vận hành từ năm 1981 đến năm 2011 bởi Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ (NASA) như một phần của dự án tàu con thoi. Tên chương trình chính thức của nó là Hệ thống Vận tải Vũ trụ (STS), bắt nguồn từ kế hoạch năm 1969 về một hệ thống tàu vũ trụ có thể tái sử dụng, trong đó nó là hạng mục duy nhất được tài trợ để phát triển.[12] Ngoài nguyên mẫu bị hủy bỏ, năm hệ thống tàu con thoi hoàn chỉnh đã được chế tạo và sử dụng trong tổng số 135 phi vụ từ năm 1981 đến năm 2011, với địa điểm phóng là Trung tâm vũ trụ Kennedy (KSC) ở Florida. Tổng thời gian thực hiện nhiệm vụ của đội tàu con thoi là 1322 ngày, 19 giờ, 21 phút và 23 giây.[13]

Tàu con thoi có thể mang tải trọng lớn đến các quỹ đạo khác nhau, và trong các chương trình Shuttle–Mir và ISS, nó đã cung cấp sự luân chuyển phi hành đoàn cũng như mang theo nhiều hàng tiếp tế, mô-đun và thiết bị khác nhau đến các trạm. Mỗi tàu con thoi được thiết kế với tuổi thọ dự kiến ​​là 100 lần phóng hoặc 10 năm hoạt động.[14][15]

Chín nhiệm vụ ghép nối đã được gửi tới Hòa Bình từ năm 1995 đến năm 1997 trong Phase One: Tàu con thoi Atlantis đã cập bến Hòa Bình bảy lần, với Discovery và Endeavour mỗi tàu thực hiện một nhiệm vụ ghép nối với Hòa Bình. Vì tàu con thoi Columbia là chiếc lâu đời nhất và nặng nhất trong hạm đội, nó không phù hợp để hoạt động hiệu quả ở độ nghiêng 51,6 độ của Hòa Bình (và sau này là của ISS). Do đó, Columbia đã không được trang bị thêm chốt gió bên ngoài cũng như Orbital Docking System (tạm dịch: Hệ thống Ghép nối Quỹ đạo) cần thiết, và chưa bao giờ bay tới một trạm vũ trụ nào.[16][17][18]