行中，航天員承受的最大過載值要達到7~8g。

發射8分30秒後，軌道器的主發動機熄火，太空梭插入一近地點65千米，遠地點296千米的橢圓軌道。主發動機熄火後20秒，外貯箱與軌道器分離，外貯箱上的小推進器將其推向地球，在穿越外圍大氣層的時候焚燬。剩下的軌道器在橢圓軌道上飛行，當到達遠地點時，軌道機動發動機點火，使軌道器進行園化運動。這時整個上升階段就結束了，航天員可以從座位上離開，開始太空工作了。如果不在遠地點進行加力，軌道器會繼續在原橢圓軌道上執行，可該軌道的高度下大氣還有一定濃度，不斷的大氣阻力和摩擦，會使這一軌道上的運動難以維持。

另外在整個上升過程中如果出現意外事件，比如一臺或多臺主發動機失靈，太空梭會採取什麼措施來保證人員的安全。NASA也制定了一系列模式，這些模式的選擇要根據出現故障的時間來確定。如下表所示。但類似挑戰者號的事故是無法逃生的，這種情況目前還沒有什麼應急措施。

太空梭的飛行過程：太空的任務

軌道器一旦進入軌道，航天員首先要做的就是將有效載荷艙門開啟。如果不這樣做，軌道器飛行一段時間，內部溫度就會過高。接下來，航天員會把座艙內除了飛行艙頭部的兩個駕駛座椅之外的所有座椅移開，以使他們有更多的工作空間。

軌道器在太空飛行時，因為大氣阻力的影響非常小，並不用保持頭部衝前的飛行姿態，相反考慮到任務的要求，軌道器往往需要在太空中保持不同的姿態。比如，令有效載荷艙的科學儀器對準適當的方向，避免有效載荷艙內物品受到太陽光的直接照射，或為變軌機動作準備等等。航天員可以透過控制軌道器頭部和尾部的反作用控制系統來使姿態發生變化。這些姿態變化並不會引起軌道器運動速度的變化，因為它只是圍繞著自己的質量中心在轉動。

太空梭在太空中執行的所有任務，都離不開有效載荷艙。在不同的任務中，有效載荷艙所攜帶的載荷不同。執行衛星施放任務時，有效載荷艙內安裝的是需要釋放的衛星。因為太空梭所攜帶的燃料只能使軌道器在300千米高度的近地軌道飛行，而大多數衛星執行的軌道高度比這個高度要高，所以通常在執行衛星施放任務時，還需要把一枚火箭接到衛星上。當軌道器到達合適的位置時放出衛星，然後衛星再由火箭提供動力，進入更高的執行軌道。

有時候，軌道器還需要進行衛星搶救和修理工作，航天員可根據具體情況，決定是在太空中進行修理工作，還是將此放入載荷艙送回地球。但不論哪種方式，幾乎都需要航天員透過氣閘艙進行艙外活動。氣閘艙在軌道器中的安裝位置不是一成不變的，可以裝在中艙內也可以裝在有效載荷艙內。執行艙外任務時，航天員從中艙進入氣閘艙，關閉通往座艙的密封艙門，然後換上航天服，啟動一發動機，將氣閘艙內的空氣慢慢抽出。待空氣抽盡時，開啟通向有效載荷艙的艙門，進入太空環境。氣閘艙的設計一般只容許2個航天員出艙活動，但在1992年5月，由於任務的需要，航天員們靈活掌握，進行了3人的艙外活動。

進行艙外的衛星救援任務看上去令人激動，但航天員們切身感受到執行這一任務的具有相當的難度。首先在太空中的行動並不容易，想象一下在游泳池中的行動，艙外的任何一個動作都比這要困難得多。最重要的是航天員要時刻注意不要讓衛星上的任何邊緣將自己的航天服劃破。

為了協助艙外航天員的活動，工程師們在有效載荷艙內安裝了一個機械手臂。像人的手臂一樣該機械臂具有“肩關節”和“肘關節”，“肩關節”在有效載荷艙口的左舷內壁上，“肘關節”連線了機械臂的上臂和下臂，完全展開時機械臂長米。不使用時收放在有效載荷艙內的左舷。在機械臂的末端是一個空心的圓柱，當航天員需要機械臂“抓握”物體時，透過飛行艙後部的儀器控制機械臂移動，把物體的一部分放入圓筒，再利用圓筒外殼的三根導線將物體固定。有時航天員也將自己連到機械臂末端，把機械臂作為自己的活動平臺。

太空梭在太空中最重要的一項任務是進行科學實驗，但可惜的是太空梭的機組座艙空間非常狹小，不足以放下大量的科研裝置。為此歐洲航天局為NASA設計了可以放入有效載荷艙的太空實驗室（SpaceLab）。

太空實驗室長約米，直徑4米。一條增壓通道將太空實驗室的前端與軌道艙的中艙連線，航天員可直接進入實驗室。實驗室的內部四周堆放著各類