С помощью двигателей системы орбитального маневрирования, установленных на орбитальной ступени, давался дополнительный импульс по приращению скорости корабля. Шаттл выводился на опорную орбиту. Эти же двигатели орбитального маневрирования могли использоваться и при аварийном прекращении штатного полета на участке выведения «Спейс шаттла», и для его межорбитальных перемещений, и для сближения с космическими аппаратами и стыковки с орбитальными станциями, и для выдачи тормозного импульса при сходе с орбиты орбитальной ступени в ходе ее посадки на Землю. После торможения и маневрирования на атмосферном участке спуска орбитальная ступень совершала посадку на полосу стартово-посадочного комплекса или запасного аэродрома.
При полете экипаж состоял из 2-8 астронавтов (обычно в большинстве полетов было от 5 до 7 астронавтов) и размещался на верхней и средней палубах кабины орбитальной ступени. В кабине корабля располагались органы управления полетом, рабочие и спальные места астронавтов, кухня, кладовая, санитарный отсек, шлюзовая камера, посты управления операциями и полезной нагрузкой, другое оборудование. Общий герметизированный объем кабины – 75
кубических метров. Расчетные давление и температура на борту корабля соответственно 760 мм рт. ст. и 18,3 -26,6º С.
Полезный груз, выводимый орбитальной ступенью в космос, располагался в ее грузовом отсеке. Грузовой отсек имел размеры 18,3 х 4,6 метра и объем 339,8 кубических метра. После выведения на околоземную орбиту створки грузового отсека раскрывались. Вместе с ними поворачивались в рабочее положение радиаторы системы охлаждения на внутренней поверхности створок. Груз выводился в космос либо с помощью орбитальных буксиров, либо с помощью специальной трехзвеньевой «руки-манипулятора» длиной 15,3 метра, размещенной в самом грузовом отсеке.
При возникновении аварийной ситуации на участке выведения на орбиту «Спейс шаттла» рассматривалось несколько вариантов действия:
1) при первых четырех полетах «Спейс шаттла» предусматривалось катапультирование двух астронавтов в случае аварийной ситуации без спасения орбитальной ступени и полезной нагрузки. Однако катапультные кресла могли работать только на скоростях до 3 Мах и на высотах до 30 километров, а эти пределы покрывали лишь незначительный участок полета шаттла;
2) продолжение полета шаттла, отделение твердотопливных ускорителей и внешнего топливного бака и возвращение орбитальной ступени на посадочную полосу, расположенную недалеко от места запуска. После отделения твердотопливных ускорителей шаттл совершал поворот вокруг поперечной оси. При этом его основные двигатели продолжали работать и работали до момента полного гашения взлетной скорости. Отделив топливный бак, корабль возвращался назад на космодром и производил нормальную планирующую посадку на посадочную полосу Космического Центра Кеннеди или космодрома Ванденберг (в зависимости от того, откуда он стартовал).Этот режим полета с возвращением к месту старта являлся одним из самых трудных и для экипажа, и для орбитальной ступени;
