Autor: Karl Urban.

Nach zwei Minuten Flug ist das Space Shuttle schon 45 Kilometer hoch und über 4828 km/h schnell. Nun sind die Booster ausgebrannt und werden abgetrennt. Kurze Zeit später öffnen sich an ihnen Bremsfallschirme und sie fallen unbeschadet ins Meer. Sie landen ungefähr 225 Kilometer vor der Küste Floridas. Dort werden sie von Spezialschiffen der NASA geborgen, damit siefür einen weiteren Flug mit Treibstoff gefüllt werden können. Die drei Haupttriebwerke des Space Shuttles, die sich am Heck des Orbiters befinden, liefern bis genau 8,5 Minuten nach dem Start Schub und werden dann abgeschaltet. Dabei verbrennen sie 1,9 Millionen Liter Flüssig-Sauerstoff und -Wasserstoff. Sie verbrennen bei 3315,6 °C, dass ist heißer als der Siedepunkt von Eisen. Damit arbeiten die Triebwerke bei höheren Temperaturen als bei allen bisher gebauten Maschinen. Die Abgase des Haupttriebwerks besteht zum größten Teil aus Wasserdampf, der das Reaktionsprodukt von Wasserstoff und Sauerstoff ist.

Acht Minuten und 30 Sekunden nach dem Start – das Shuttle fliegt nun mit 8 Kilometern pro Sekunde schalten sich die Triebwerke ab, da der Treibstoff aufgebraucht ist. Eine Sekunde danach wird der externe Tank abgekoppelt und verglüht daraufhin in der Atmosphäre. Er ist der einzige Teil des Shuttles, der nicht wiederverwendbar ist. Während dieses achteinhalb Minuten-Fluges hat es mehr als 1.590 Tonnen Treibstoff verbrannt.

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Ist es Zeit auf die Erde zurückzukehren, rotiert das Shuttle, so dass es die Manövriertriebwerke in die richtige Richtung bewegen können. Der sogenannte „deorbit burn“ (etwa „zündung zum verlassen des orbits“) beinhaltet den Betrieb der Triebwerke für drei Minuten. Dieses Manöver verringert die Bahngeschwindigkeit des Orbiters um einige 100 km/h, was reicht, ihn in Richtung der Atmosphäre zu lenken. Der „deorbit burn“ wird ungefähr eine halbe Erdumrundung vor dem Landeziel gestartet. Beispielsweise zünden die Triebwerke, wenn sich das Shuttle über dem Indischen Ozean befindet, wenn der Landeplatz das Kennedy Space Center in Florida ist. Die Zündung ist die einzige aktive Bremsung des Orbiters auf seinem Landeanflug. Der Rest des Fluges wird er lediglich durch den Druck gebremst, den die Atmosphäre durch die hohe Eintrittsgeschwindigkeit erzeugt.

Nach dem „deorbit burn“ dauert es noch etwa 25 Minuten, bis das Shuttle den Bereich der Atmosphäre erreicht, ab dem starke Erhitzungserscheinungen wirksam werden. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Orbiter in ca. 120 km Höhe und ist noch über 8000 km von seinem Landeort entfernt. Kurz vor dem Eintreten in die Atmosphäre lässt das fordere Reaktionssystem als Sicherheitsmaßnahme noch den übriggelassenen Treibstoff ab. Danach wird die „Nase“ des Orbiters auf ca. 40° Höhe über dem Horizont gehoben, damit beim Eintritt lediglich die schwarzen Hitzeschutz-Platten von der Reibungswärme beeinträchtigt werden. Die Temperatur beim Eintreten liegt hier bei ungefähr 1600 °C.

Die hinteren Lenkruder hat die Aufgabe, das Shuttle beim Hinabgleiten zu steuern. Beim Wiedereintritt wird aus dem Raumfahrtzeug ein Flugzeug und Lenkruder und Hitzeplatten werden – erstmals im aktuellen Flug – verwendet. Die Steuerung übernehmen automatische Systeme.

Während des Abstiegs absolviert der Orbiter vier Manöver, die ihn bremsen sollen. Wenn er sich der Landestelle auf 225 km nähert (er ist dann 45,7 km hoch), erhält der Orbiter Navigations-Unterstützung des Taktischen Navigationssystem TACAN („Tactical Air Navigation System“). TACAN unterstützt die Bord-Navigationssysteme und stabilisiert das Shuttle für den Rest des Fluges und insbesondere beim Anflug auf die Landebahn.

Seit der Landung der Endeavour am 21. August 2007 ist das TACAN-System jedoch über ein genaueres GPS-basiertes System ersetzt.

Während das Shuttle die Landung fortsetzt, wird seine Geschwindigkeit auf unter die dreifache Schallgeschwindigkeit gesenkt. Dann werden zeitgleich zwei Messfühler an der Spitze des Orbiters analysiert. Damit wird noch einmal die Eigengeschwindigkeit, Höhe, der Außendruck und die Windgeschwindigkeit überprüft.

Während eines normalen Landeanflugs übernehmen Flugkontrollcomputer ungefähr 40 km vor der Landung die Kontrolle über das Raumfahrzeug. Zu diesem Zeitpunkt vermindert sich die Geschwindigkeit des Shuttles auf unter Schallgeschwindigkeit und ist 15,2 km hoch. Zu diesem Zeitpunkt übernimmt meist der Commander die manuelle Steuerkontrolle um die Landung einzuleiten. Dabei behilflich ist ihm das „Microwave Scanning Beam Landing system“. Hierbei steuert der Commander um einen imaginären Zylinder, um die Flugbahn zu halten, die direkt auf die Landebahn zielt. Dabei dreht das Shuttle manchmal noch einen 6,4 km-Kreis über der Landebahn.

Während dieses Kreisfluges des Orbiters sinkt die Flughöhe von 15,2 km auf ca. 3 km. Stimmt der Kurs auf die Landebahn, beginnt das Shuttle einen steilen Sinkflug, der Neigungswinkel liegt dabei siebenmal tiefer als bei der Landung einer normalen Verkehrsmaschine. Die Geschwindigkeit ist dabei 2mal höher als die eines Passagierflugzeugs. Wird die Höhe von 610 m erreicht, zieht der Commander das Steuer hoch und vermindert die Geschwindigkeit zur Vorbereitung für das Aufsetzen auf der Rollbahn.

An diesem Punkt fährt der Pilot auch das Fahrwerk aus. Setzt das primäre Fahrwerk auf der Landebahn auf, liegt die Fallgeschwindigkeit bei nur noch 8 m/s, die Vorwärtsgeschwindigkeit jedoch noch bei 354 km/h. Nach dem Aufsetzen wird der Bremsfallschrim gezündet. Zeitgleich wird die Nase des Orbiters auf den Boden gedrückt. Der Bremsfallschirm wird daraufhin abgetrennt, damit er nicht auf dem Shuttle landet nachdem es auf dem Boden zum stehen gekommen ist.

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Nach dem Abschalten der Haupttriebwerke befindet sich das Shuttle in einem ellipsenförmigen Orbit, so dass es, wenn keine weiteren Triebwerke zünden, wieder in die Erdatmosphäre eintreten würde. Doch 35 Minuten nach dem Abschalten der Haupttriebwerke, wenn das Shuttle den höchsten Punkt des ellipsenförmigen Orbits erreicht hat, zünden die beiden orbitalen Manövriertriebwerke (an der linken und rechten Seite des Shuttle-Hecks) für genau drei Minuten. Die Manövriertriebwerke nutzen zwei flüssige Treibstoffe (Hydrazin und Stickstofftetroxyd), die sofort bei Kontakt zünden. Das Shuttle wird durch sie in einen Orbit mit konstanter Höhe geschossen, der es über der Erdatmosphäre hält.

Das Space Shuttle ist das einzige Raumfahrzeug, das auch große Satelliten aus dem Erdorbit zurück auf die Erde transportieren kann. Mit Hilfe des in Kanada gebauten Roboterarms mit dem Namen Reichweiten-Manipulationssystem (RMS für „Remote Manipulator System“), der an der linken Seite der Nutzlastbucht montiert ist, kann die Shuttle-Besatzung große Objekt in die Nutzlastbucht hinein oder aus ihr heraus heben. Mit dem Arm können außerdem Astronauten während eines Weltraumspaziergangs an einen Satelliten herangehoben werden, damit er dann vom Astronauten gewartet oder repariert werden kann. Ein berühmtes Beispiel für ein derartiges Vorgehen ist die erste Reparaturmission des „Hubble Space Telescope“, dass immerhin die Größe eines Busses hat. Auch der Aufbau der Internationalen Raumstation ISS geschieht mit Hilfe des Shuttle-Roboterarms.

Die größte jemals eingesetzte Shuttle-Besatzung war acht Mann stark, der Durchschnitt liegt aber bei fünf bis sieben. Zu einer Besatzung gehören immer zwei Piloten, wobei einer der „Commander“ ist (also das Kommando an Bord hat) und der Pilot, der das Shuttle fliegt. Der Commander erfüllt meist die Funktion des Copiloten. Außerdem gehören Missions-Spezialisten, oft Wissenschaftler oder Ingenieure, zur Crew, die an Bord Experimente durchführen oder spezielle Einsätze im Orbit ausführen. Gelegentlich fliegt auch ein Nutzlast-Spezialist mit, der für eine spezielle Nutzlast verantwortlich ist. Das Shuttle kann mehr als 28,803 t Nutzlast laden und in den Orbit transportieren. Es kann maximal 28 Tage im Orbit verbleiben, bevor es auf die Erde zurückkehrt. Vorgeschrieben ist aber eine maximale Missionsdauer von 17 Tagen.

Ess-, Schlaf- und Hygieneeinrichtungen sind im unteren Deck des Besatzungsbereiches untergebracht, das Mitteldeck heißt. Im Oberdeck, dem Flugdeck, befinden sich die Flugkontrollen an den forderen und hinteren Wänden.
Unterhalb des Mitteldecks werden Vorräte und Ausrüstung gelagert, außerdem ist hier die Bordelektronik untergebracht. Der Druckregulierte Bereich des Orbiters, also der Bereich, in dem sich Menschen ohne Raumanzug bewegen können, hat ein Volumen von 74,3 m³. Dieser Bereich besitzt eine runde Ausstiegsluke mit einem drei Meter-Durchmesser, die dem Ein- und Ausstieg vor und nach der Landung dient.

Die Luftschleuse des Orbiters, die aussteigene Astronauten während des Fluges vom Rest der Kabine abschließen, damit die dortige Luft nicht ausgestoßen wird, befindet sich in der Nutzlastbucht direkt hinter dem Besatzungsbereich. Sie ist an ein kurzes „Tunnel-Modul“ gekoppelt. Eine äußere Luke an der Luftschleuse kann für den Austritt in den Weltraum oder wieder zurück verwendet werden. Das Volumen der Luftschleuse beträgt 4,24 m³. Der Dockmechanismus für die Internationale Raumstation berfindet sich oberhalb von ihr.

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Das Space Shuttle wird aus einer vertikalen Position gestartet. Für den nötigen Startschub sorgen zwei Feststoff-Booster, die an beide Seiten an den Haupttank montiert sind, sowie das Haupttriebwerk im Heck des Orbiters (siehe Shuttle-Triebwerke). Während des Abhebens arbeiten sowohl Booster als auch das Haupttriebwerk, denn um einen Orbit zu erreichen, muss das Shuttle von null auf 28.968 km/h beschleunigen, die neunfache Geschwindigkeit einer Gewehrkugel.

Das Shuttle muss eine solche Geschwindigkeit erreichen, da erst ab der angestrebten Höhe, auf der es die Erde umkreist, die Atmosphäre der Erde dünn genug ist, um das Raumfahrtzeug weder zu bremsen noch aufzuheizen. Die Reise beginnt aber eher langsam: Während des Abhebens wiegt das Shuttle mehr als 2,04 Millionen Kilogramm (etwa 2040 Tonnen!). Und es dauert trotzdem nur acht Sekunden, bis die Raketentriebwerke das Raumfahrzeug auf 161 km/h beschleunigt haben. Nach einer Minute ist das Shuttle schon 1609 km/h schnell und hat schon 680 Tonnen Treibstoff verbrannt.

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