Das Space Shuttle startet senkrecht mit Hilfe zweier Feststoffkörperraketen (sog. Booster, bzw. solid-fuel rocket boosters "SRB").
Diese Booster haben eine Brennzeit von ca. 2 Minuten, anschließend werden sie abgeworfen (in ca. 66 km Höhe).
Sie gehen an Fallschirmen nieder und können wiederverwendet werden.
Das Shuttle fliegt dann weiter mit seinem Flüssigtreibstoff-Triebwerk, das aus einem großen, abwerfbaren Tank gespeist wird.
Nach ca. 8,5 Minuten wird dieser Tank in ca. 109 km Höhe abgeworfen.
Er verglüht in der Atmosphäre.
Die Raumfähre erreicht schließlich eine Umlaufbahn in ca. 300 km Höhe mit dem restlichen Treibstoff aus seinem eingebauten Tank.
Die Raumfähre kehrt nach erfolgtem Raumflug wie ein Segelflugzeug in einem Landemanöver auf die Erde zurück. Dabei wird sie durch spezielle Hitzeschutzkacheln vor den extremen Wärmeeinwirkungen beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre geschützt. Weltweit gibt es nur wenige spezielle Landebahnen, auf denen Space Shuttles landen können. Schlechte Wetterbedingungen an den Hauptlandeplätzen machen mitunter die Auswahl eines alternativen Zielgebietes notwendig.
Im Gegensatz zu früheren Raumschiffkonzepten (Apollo-Projekt, Sojus) sind sowohl die Fähre selber, als auch Teile der Raketen für weitere Starts wiederverwendbar (für ca. 100 Missionen).
Als Space Shuttle wird das gesamte System aus Raumfähre (engl.: Orbiter Vehicle), Tank und Feststoffkörperraketen bezeichnet.
In einer BBC-Dokumentation über die Entwicklung des Space Shuttle (dt.: "Der Traum, der vom Himmel fiel") wurde dieses System mit einem "Ritt auf einer Dynamitstange, begleitet von zwei Feuerwerkskörpern", verglichen, um Mängel in der Konzeption darzustellen.
Seit dem Verlust der Columbia ist den verbleibenden Shuttles ein Startverbot erteilt worden. Da die Shuttles aber ein Großteil des Auf- und Ausbaus der Internationalen Raumstation ISS übernommen haben, ist dieser ebenfalls gestoppt worden.
Die Untersuchung des Columbia-Unglücks hat ergeben, dass es innerhalb der NASA schwere technische und organisatorische Mängel gibt. Momentan wird an Plänen gearbeitet, wie der Betrieb der Shuttles sicherer gemacht werden kann und sie bis zum März 2005 ihren Dienst wieder aufnehmen können.
Der Nachfolger der Space Shuttles sollte der X-33 (Venture Star) werden. Da die Kosten jedoch weit über dem Plan lagen, wurde das Projekt im Jahre 2002 gestoppt. Über einen Nachfolger des Space Shuttles kann momentan nur spekuliert werden.
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