Space Shuttle

Pozemné prípravy

Družicový stupeň je po návrate z predchádzajúcej misie presunutý do jednej z troch montážnych hál OPF (Orbiter Processing Facility) na vyloženie nákladu a odstrojenie, v priebehu ktorého sa demontujú hlavné motory SSME a nahradia sa inými, ktoré medzitým prešli údržbou. Revíziou prechádzajú tiež moduly manévrovacích motorov OMS a RCS, ktoré sa niekedy tiež ako stavebný celok vymenia. Kontrolou prejde aj systém tepelnej ochrany TPS a je prípadne opravený a ošetrený. V OPF je do kabíny posádky a nákladového priestoru podľa potreby umiestnená časť užitočného nákladu.
V montážnej budove VAB (Vehicle Assembly Building) sa medzitým na pohyblivom vypúšťacom zariadení MLP (Mobile Launcher Platform) z jednotlivých segmentov zostavia obidva štartovacie stupne SRB, potom sa k nim pripojí odhadzovacia nádrž ET. Po ukončení príprav družicového stupňa v OPF je tento prevezený do VAB, žeriavom zdvihnutý, otočený do vertikálnej polohy a pripojený k ET. Po dokončení základných previerok sa MLP so zostaveným kompletným raketoplánom prevezie pásovým transportérom na jednu z dvoch štartovacích rámp LC-39A alebo LC-39B (v súčasnosti už len na 39-A), kde sa MLP posadí a napojí na pozemné zariadenie (rozvody elektrickej energie, dátové komunikačné linky, rozvody dodávky stlačených plynov, prevádzkových kvapalín a pohonných látok). Na rampe prebehnú ďalšie skúšky zostavy zavŕšené skúšobným odpočítavaním štartu.
Na rampe sa tiež naloží zostávajúce užitočné zaťaženie.
Vlastné odpočítavanie štartu začína zvyčajne tri dni pred očakávaným štartom za stavu T −43 hodín a obsahuje množstvo plánovaných prerušení, z ktorých posledné dve sú za stavu T −20 minút a T −9 minút. Približne 6 hodín pred štartom je do nádrže ET natankované palivo, dve hodiny pred štartom začína do stroja nastupovať posádka. Vlastný štart začína postupným zážihom hlavných motorov SSME začínajúc v čase T −6,6 sekundy. V T −0 sa zapália motory SRB a ich ťah pretrháva nity, ktorými je do tej doby raketoplán pripútaný k MLP.

Vzlet

V momente štartu bol ťah motorov SSME nastavený na najvyššiu možnú hodnotu (107 % nominálneho ťahu) a tiež motory SRM vyvíjali maximálny ťah. V čase T +10 s minul raketoplán najvyššie poschodie obslužnej veže a otáčal sa pozdĺž pozdĺžnej osi tak, aby jeho vertikálna os (kolmá na rovinu krídla) ležala v rovine dráhy, do ktorej mal byť navedený. Postupne sa tiež menil sklon, takže pôvodne vertikálne stúpanie sa plynule menil na dopredný let. Tento manéver sa uskutočňoval preto, aby sa nádrž ET nachádzala nad orbiterom a tým priveľmi nezaťažovala svoje spoje s orbiterom. V čase T +50 s sa znížil ťah motorov SSME na 67 %, aby sa znížilo aerodynamické namáhanie počas zmeny režimu letu raketoplánu z podzvukového na nadzvukový. Maximálne aerodynamické namáhanie nastávalo pri T +54 s. Približne v T +65 s sa opäť ťah motorov SSME zvyšoval na 100 % až 104 % nominálneho ťahu.
V čase T +120 až 130 s sa vypojili motory SRM a štartovacie stupne SRB sa odhadzovali. Pokračovali v lete po balistickej dráhe a neskôr na padákoch približne v T +410 s dopadali do Atlantiku.
Družicový stupeň poháňaný motormi SSME pokračoval v lete. Približne v T +450 až +460 s, keď preťaženie dosiahne hodnotu 3 g, začali palubné počítače znižovať ťah motorov SSME tak, aby sa preťaženie ďalej nezvyšovalo. V určitom okamihu letu sa raketoplán otočil do polohy, v ktorej bola nádrž ET pod orbiterom. Tento manéver sa nazýva angl. roll to heads up a tým sa umožnila komunikácia raketoplánu s riadiacim strediskom prostredníctvom spojovacej družice TDRS. Pri prvých letoch sa tento manéver nevykonával. Pri letoch na Medzinárodnú vesmírnu stanicu sa niekedy zažihli aj motory OME, aby uľahčili stúpanie. Tesne pred dosiahnutím plánovanej rýchlosti sa skokom znížil ťah motorov SSME na 64 %. K vypnutiu motorov (angl. main engine cut off) dochádzalo medzi T +500 až 510 s. O 20 sekúnd neskôr bola odhodená nádrž ET, ktorá pokračovala po balistickej dráhe, zhorela v atmosfére a jej prípadné zvyšky približne v čase T +86,5 min po štarte dopadali do oceánu.

Núdzové prerušenie štartu

Ak by došlo k výpadku jedného alebo viacerých motorov SSME počas vzletu alebo inej závažnej poruche na systémoch raketoplánu, bolo by nutné vzlet raketoplánu núdzovo ukončiť. Časy uvedené v ďalších odstavcoch sú pre prípad výpadku jedného motora; v prípade výpadku viacerých motorov alebo iných porúch sa podstatným spôsobom líšili. Časové intervaly sa prekrývajú, niekedy je možné využiť viaceré alternatívne spôsoby.

Manéver RTLS (Return to Launch Site)

Ak by sa tak stalo v čase od T +0 do približne T +245 s, raketoplán by pokračoval v doprednom lete do odhodenia štartovacích stupňov (ak k nemu už nedošlo) tak dlho, až kým sa nespotrebovala časť pohonných látok z nádrže ET. Potom by sa družicový stupeň otočil, aby motory SSME najskôr vynulovali doprednú rýchlosť a naopak raketoplán urýchlili naspäť smerom k miestu štartu. Po vyčerpaní pohonných látok by ET bola odhodená a raketoplán by pristál na KSC.

Manéver TAL (Trans-Atlantic Landing)

Tento manéver by sa použil v čase od približne T +150 s do T +275 s. V tomto prípade by sa raketoplán uviedol do viac či menej strmo stúpajúceho letu, aby vyčerpal prebytočné pohonné látky a po odhodení ET by družicový stupeň pristál na záložnom letisku v západnej Európe alebo západnej Afrike (podľa sklonu plánovanej dráhy).

Manéver ATO (Abort to Orbit)

Pri tomto manévri, ktorý mohol byť uskutočnený po T +260 s, by raketoplán bol navedený na bezpečnú obežnú dráhu okolo Zeme, ale podstatne nižšiu ako bola plánovaná – preto by nebolo možné splniť úlohy misie. Používal by sa v prípade, že by nehrozilo bezprostredné nebezpečenstvo a raketoplán by mohol zotrvať na obežnej dráhe dlhšiu dobu a prípadne plniť náhradné úlohy.

Manéver AOA (Abort Once Around)

Tento manéver by sa použil tiež po T +260 s a to v prípade, že buď by nebolo možné dosiahnuť bezpečnú stabilnú obežnú dráhu alebo by hrozilo nebezpečenstvo (napr. dehermetizácia obytných priestorov). Družicový stupeň by bol navedený na takú dráhu, z ktorej by mohol uskutočniť pristátie na území USA po necelom jednom obehu okolo Zeme.

Núdzové navedenie na obežnú dráhu

Ak by došlo k výpadku jedného motora SSME po T +305 s, výkon zostávajúcich motorov spolu so zásobami pohonných látok pre motory OMS by mal byť dostačujúci, aby družicový stupeň bol navedený na plánovanú obežnú dráhu a mohol tak splniť všetky alebo väčšinu stanovených úloh.

Operácie na obežnej dráhe

Pod odhodení ET pokračoval družicový stupeň v lete po suborbitálnej dráhe. Po dosiahnutí apogea tejto dráhy približne v čase T +40 minút sa zapojili obidva manévrovacie motory OMS, ktoré zvýšili rýchlosť raketoplánu tak, aby sa dostal na stabilnú východziu dráhu. Po prvotnej previerke systémov (cca 90 minút po štarte) boli otvorené dvere nákladového priestoru, aby mohli začať fungovať radiátory klimatizačného systému. Potom zvyčajne boli vypojené tri z piatich hlavných palubných počítačov, aby sa ušetrila elektrická energia. Demontovali sa aj kreslá v kabíne pre posádku s výnimkou kresiel veliteľa a pilota.
Nasledovali operácie na obežnej dráhe, špecifikované úlohy podľa jednotlivých misií.
Deň pred návratom z obežnej dráhy sa uskutočnila dôkladná kontrola všetkých systémov družicového stupňa vrátane skúšobného zážihu motorov OMS a RCS. V obytnej kabíne boli uložené resp. pripútané všetky predmety.
V deň návratu boli na obytnej palube nainštalované kreslá, posádka si obliekla ľahké skafandre a pripravila sa na zostup. Dvere do nákladového priestoru boli uzavreté a spustili sa čerpadlá hydrauliky APU.

Návrat na Zem

Družicový stupeň sa otočil proti smeru letu a zapojil motory OMS, ktoré znížili jeho rýchlosť o 85 až 110 m/s. Zážih motorov OMS sa oficiálne považoval za začiatok pristávacieho manévra. Tým sa pôvodná dráha zmenila na eliptickú s perigeom pod hornou hranicou atmosféry. Po ukončení manévru sa raketoplán otočil do polohy pre vstup do atmosféry (predkom dopredu, pozdĺžnu os asi 30º nad horizont). V tejto polohe sa totiž opieral o zemskú atmosféru veľkou plochou, čo umožnilo aerodynamické brzdenie a orbiter zároveň tepelnému treniu vystavil svoju spodnú, tepelne najlepšie chránenú stranu. Potom sa z dôvodu bezpečnosti z predných motorov raketoplánu FRCS vypustili prebytočné pohonné hmoty. Do atmosféry družicový stupeň vstupoval v referenčnej výške 121 km rýchlosťou asi 7,6 km/s asi 30 až 35 minút pred dosadnutím na pristávaciu dráhu a vo vzdialenosti viac ako 8 000 km od miesta pristátia.
Počas zostupu atmosférou družicový stupeň vďaka aerodynamickému odporu strácal rýchlosť, pričom jeho kinetická energia sa menila na tepelnú a okolitý vzduch sa v nárazovej vlne ohrieval na vysokú teplotu a ionizoval sa. Tepelná energia z nárazovej vlny sa v prvých fázach zostupu prenášala na povrch raketoplánu najmä žiarivým prenosom (radiačne), pričom povrch sa zahrieva na najexponovanejších miestach až na 1 500 °C. V neskorších fázach zostupu, keď sa raketoplán pohyboval v hustejších vrstvách atmosféry a prúdenie okolo neho prechádza z laminárneho na turbulentné, sa pridával aj prenos tepla vedením a nábežné hrany mohli byť vystavené teplotám až 1 800 °C. Stabilitu lode v tejto fáze udržiavali korekčné raketové motory, nakoľko hustota atmosféry bola ešte príliš nízka na to, aby mohli byť použité aerodynamické prvky. So vzrastajúcim odporom vzduchu rástlo aj preťaženie na palube raketoplánu. 
Pre urýchlenie brzdenia raketoplán počas prvých 20 minút po vstupe do atmosféry vykonal dve striedavo pravotočivé a ľavotočivé zatáčky. Po znížení rýchlosti na 760 m/s vo výške okolo 25 km a vzdialenosti približne 100 km od miesta pristátia, začal raketoplán kontrolované aerodynamické brzdenie TAEM (Terminal Area Energy Management), aby do oblasti letiska priletel vo výške 9,5 km rýchlosťou okolo 240 m/s. Potom prešiel do zatáčky HAC (Heading Alignment Circle) s polomerom 5 až 6 km, ktorá ho naviedla rýchlosťou 150±6 m/s na zostupnú dráhu v osi pristávacej dráhy vo výške 3 km, 12,8 km od prahu dráhy asi jednu minútu pred dosadnutím.
Kĺzavý zostup prebiehal veľmi strmo, pod uhlom 17º až 19º k horizonále (teda asi sedemkrát strmšie ako bežné dopravné lietadlo). Dvadsať sekúnd pred dosadnutím vo výške okolo 500 m bol uhol klesania znížený na 1,5º a posádka vysunula podvozok. Záverečné podrovnanie vo výške 25 m znížilo vertikálnu rýchlosť na menej ako 2,7 m/s. Družicový stupeň dosadol asi 65 m za prahom dráhy pristávacou rýchlosťou medzi 340 až 360 km/h (podľa hmotnosti nákladu) najskôr kolesami hlavného podvozku (pod krídlom), potom sa vypustil brzdiaci padák, ktorý pri prvých letoch nebol používaný. Väčšinou pristával na Floride na pristávacej dráhe SLF Shuttle Landing Facility). Ďalšou možnosťou bola Edwardsova letecká základňa v Kalifornii, v krajnom prípade aj základňa White Sands v Novom Mexiku, kde však raketoplán pristával len raz. Približne 20 až 30 s po prvom dotyku so zemou dosadli aj pneumatiky predného podvozku a zhruba o minútu neskôr sa raketoplán zastavil. Po pristátí prebehlo zabezpečenie raketoplánu. Pokiaľ stroj pristál v Kalifornii alebo v Novom Mexiku, na Floridu bol premiestnený prostredníctvom špeciálneho lietadla Shuttle Carrier Aircraft. Potom sa vrátil naspäť do hangáru OPF.

Pôvod názvu

Prvé slovo názvu, space, je skrátením dvojslovného termínu outer space, teda vesmír; druhá časť, shuttle, v pôvodnom význame slova znamená článok tkáčskeho stavu alebo šijacieho stroja, teda súčiastku vykonávajúcu nepretržitý pohyb tam a späť; v americkej angličtine je v prenesenom význame používaný na označenie dopravného prostriedku kyvadlovej prepravy (napr. vlak, autobus, loď a pod.). V spojení space shuttle teda znamená dopravný prostriedok pre kozmickú kyvadlovú prepravu