20世纪60年代人类载人航天活动就是从载人天地往返运输系统的研制与试验开始的。在太空竞赛时期，苏联和美国分别研制了三个系列的载人飞船，即东方号、上升号、联盟号和水星号、双子星号、阿波罗号。联盟号飞船经过不断改进，仍作为天地往返运输工具在使用。美国研制并使用了航天飞机，未来各航天大国还将研制新一代载人飞船。
1961年4月，苏联航天员尤里·加加林乘坐东方一号飞船飞上太空，宣告了人类载人航天时代的到来。虽然加加林乘坐东方一号飞船仅环绕地球飞行一周，却完整地验证了天地往返运输系统发射入轨、在轨运行、生命保障、测控通信、安全返回所需要的关键技术，证明了人类有能力实现可靠的天地往返。
美国的代载人飞船是在苏联取得巨大成就的情况下奋起直追的产物。1961年5月5日，艾伦B·谢泼德乘坐水星3号，成为美国位乘坐飞船升空的人，到达186千米的高空。之后乘坐水星4号的格里索姆也采用了亚轨道飞行方式。在水星4号任务之后，因为有了更大的宇宙神运载火箭，美国才得以将水星号飞船送入环绕地球的轨道。1962年2月20日，约翰·格伦乘坐水星6号飞船绕地球飞行3圈，成为美国个进入地球轨道的人。此后的3次水星号飞行任务均取得了成功。