航天飞机最初被认为是使用土星5号的运输工具，甚至被称为是土星飞机。最初的设计中使用了和现在一样的轨道飞行器和外部燃料箱，但是燃料箱装在一个修改过的可以返回版本的S-IC推进器上。它可以提供航天飞机在飞行时最初两分钟的动力，随后S-IC推进器将被抛弃，运回肯尼迪航天中心进行返修，而航天飞机的主发动机点火，将航天飞机送入轨道。航天飞机可以负责空间站的后勤工作，土星5号负责发射零件。然而，无法生产第二代的土星5号使这个计划胎死腹中，而美国也再也没有这种重型助推器了。美国航天界人士认为如果当初继续生产土星5号，只要经过少数几次发射就可以以天空实验室或和平号空间站为基础建成国际空间站，而使用土星飞机或可能避免导致1986年挑战者号航天飞机灾难的情况。