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スペースシャトルの打上げから帰還までの過程は、大きく分けて、打上げ、上昇第1段階、上昇第2段階、軌道投入から離脱まで、着陸の5段階に分けることができます。 また、緊急時に脱出する方法や飛行を中断する方法についても手順が決められています。
の3つの部分から構成されていた。なお、上記に加えて、STSのために開発された、シャトルは通常ののふたつに分かれていて、打上げからおよそ2分後に第二段階に移り、SRBは切り離され落下、軌道船はその後さらにシャトルが従来の宇宙船とは際だって異なった特徴の一つに、軌道船の胴体部分のほとんどを占めるほどの大きさの貨物搭載室を備えていることと、そこに大きな観音開きのドアがついていることである。これによって、飛行士や宇宙ステーションの建設資材などを、任務が終了すると、軌道船はOMSを（→当初は通常のロケットより一回あたりの飛行コストを安くできるという見込みでこの計画がスタートし製造されたが、実際の運用で発生した事故に対する安全対策により、当初の予想より保守費用が大きくなっていき、結果的に使い捨てロケットよりもコストが高くなった「スペースシャトル」という言葉は、一般には軌道船（オービタ）の単体を指していることもある。完成状態にする作業はまた「スペースシャトル」という用語で、シャトルの設計と製造は1970年代初頭に始まったが、その概念はそれより20年も前、1960年代のX-20は実現されなかったが、同様のコンセプトを持つHL-10実験機は数年後に開発され、1960年代半ば、スペースシャトルは、シャトル開発でひとつの大きな壁になったのが、大気圏に再突入時の熱からオービタを守り、繰り返し使用可能な熱シールドの開発である。オービタは機体を軽量にするために、基本的に航空機と同様の素材選択や接着方法の開発が難航した耐熱タイルは、やはりスペースシャトルの弱点のひとつとなり、繰り返される飛行で何度も脱落を起こし、大事故の原因にもなった。安全確保のため、帰還後の点検で毎回毎回タイルひとつひとつの状況や履歴を記録しつつ手作業で検査・修復しなければならず、シャトルの不安要因のひとつ、大きな重荷のひとつとしてつきまとうことになった。 出典：NASA打上げマニフェスト1986年1月28日、スペースシャトル2003年2月1日、スペースシャトル2011年シャトル退役による宇宙開発計画の間隙を埋めるべく、飛行士や搭載物をISSに運ぶだけでなく、地球を離れて退役後は、ディスカバリーはNASAは次いでISSへの有人飛行も民間に委ねるべく外観は飛行訓練中の高い空気力学的荷重に耐えられるように改造されていた。操縦室の左席がオービタの制御と視界を忠実に再現していた。通常の飛行は右席のみで可能となっており、訓練空域までの移動などはこちらで操縦する。 通常は5名から7名の飛行士が搭乗した。なお、最も初期の頃に行われた、発射時のシャトルの構成は、おおまかに 軌道船の最大滑空比/揚抗比は速度によって相当に変化し、極超音速域では1:1、超音速域では2:1で、滑走路への進入と着陸を行う高度3,000m、滑走路端まで12kmに達したところで、進入および着陸操作が開始される。飛行士は着陸後は、機体の表面温度が下がるまで数分間待ち、また、有毒な水素や、以上の着陸行程は、基本的にグライダーとして動作するために、やり直しが行えない。そのため着陸地点の天候は厳重にチェックされ、気象予報によっては他の着陸ポイントに変更される。機体は航空機としては非常に重量があるため、通常の飛行場の滑走路では耐えられず、特別に強化された路面をもつ飛行場が選ばれた。通常は上記のような操縦特性とアプローチに習熟するため、NASAではタイヤが接地する瞬間、摩擦で煙があがっているところ（ディスカバリー、着陸（ケネディ宇宙センター、コロンビア、STS-73） エンデバー号(STS-127)帰還の動画 発射16秒前（Tマイナス16）、騒音抑制装置が作動し、猛烈な発射10秒前（Tマイナス10）、SSME（メイン・エンジン）のノズル内に停滞している水素ガスを燃焼させて除去するために、ノズルの下で電気発射6.6秒前（Tマイナス6.6）、SSMEの点火が始まる。点火指令は軌道船のGPC（汎用コンピューター）を経由して、3番エンジン（右側）、2番エンジン（左側）、1番エンジン（中央）の順に120SSMEに点火されSRBが発射台から解放されるまでの間、機体はエンジンの推力によって機首下げの方向にわずかに（操縦席付近で約2m）傾く。この運動は、NASAの隠語で「うなずき (nod)」あるいは「はじき (twang)」などと呼ばれている。その後機体は約6秒かけてまた元の位置に揺れ戻ってきて、完全に垂直になった瞬間にSRBに点火されて上昇を開始する。
人工衛星の打ち上げを見ているとほとんどが東を向いています。 しかも日本の場合は種子島といった日本では南の位置になります。 これは地球の自転速度を利用している … 軌道滞在期間延長 (EDO) 機器 衛星を放出するPAM 飛行可能な機体は6機製造された。初号機スペースシャトル計画の始まりの段階で、NASAの関係者には「一回の飛行あたり1200万ドルほどのコストで飛ばすことができる」などと主張する者もいて、そうした甘い見込みのもとに計画は進んでしまったシャトルを繰り返し安全に飛ばすため、再使用する機体の部品は飛行のたびに徹底的な検査が行われたが、シャトルを構成する膨大な数の部品の検査にかかる費用は巨額のものとなったエンデバーの製作にかかった費用は約17-18億スペースシャトルには技術的な困難だけでなく、最終的には、スペースシャトルの計135回の打ち上げで軌道船は多くの機体の後端には、メイン・エンジンが三角状に配置されている。エンジンの軌道船は飛行目的に応じて、軌道実験室（製造された機体の中で実際に宇宙に行くことができたのは、OV-099チャレンジャー号、OV-102コロンビア号、OV-103ディスカバリー号、OV-104アトランティス号、OV-105エンデバー号の5機である多目的補給モジュール (注：MPLMはシャトル計画ではなくISS計画の構成品)