Space Shuttle orbiter var på størrelse med en McDonnell Douglas DC-9 og lignede et fly i sin udformning med en standardlignende skrog og to dobbelte deltavinger, begge med en vinkel på 81 grader ved de indre forkanter og 45 grader ved de ydre forkanter. Orbiterens lodrette stabilisator havde en forkant, der var svunget tilbage i en 45-graders vinkel. Der var fire elevatorer monteret på deltavingernes bagkanter, og kombinationen af ror og fartbremse var fastgjort på bagkanten af den lodrette stabilisator. Sammen med en bevægelig kropsklap, der var placeret under hovedmotorerne, styrede disse flyvemaskiner orbiteren under de senere faser af genopstigningen.
HoldningskontrolsystemRediger
Reaktionskontrolsystemet (RCS) bestod af 44 små rakettrækere med flydende brændstof og deres meget sofistikerede fly-by-wire flyvestyringssystem, som benyttede beregningsintensiv digital Kalman-filtrering. Dette kontrolsystem udførte den sædvanlige holdningskontrol langs pitch-, roll- og yaw-akserne under alle flyvefaserne opsendelse, kredsløb og genindflyvning. Dette system udførte også alle nødvendige kredsløbsmanøvrer, herunder alle ændringer i banens højde, baneplan og excentricitet. Det var alle operationer, der krævede mere fremdrift og impuls end blot holdningskontrol.
De forreste raketter i reaktionskontrolsystemet, der var placeret nær næsen af rumfærgens omløbsfartøj, omfattede 14 primære RCS-raketter og to vernier-raketter. De bageste RCS-motorer var placeret i de to Orbital Maneuvering System (OMS)-kapsler (Orbital Maneuvering System) bagerst på orbitteren, og disse omfattede 12 primære (PRCS) og to vernier-motorer (VRCS) i hver kapsel. PRCS-systemet stod for styringen af orbiterens pegning, og VRCS-systemet blev brugt til finmanøvrering under rendezvous-, docking- og uddockningsmanøvrerne med den internationale rumstation eller tidligere med den russiske Mir-rumstation. RCS’en kontrollerede også orbiterens holdning under det meste af dens genindflyvning i Jordens atmosfære – indtil luften blev tæt nok til, at roret, elevonerne og kropsklapperne blev effektive.
Obiterens OMS- og RCS-brændstof er monomethylhydrazin (CH3NHNH2), og oxidationsmidlet er dinitrogentetroxid (N2O4). Denne særlige drivmiddelkombination er ekstremt reaktiv og antændes spontant ved kontakt (hypergolisk) med hinanden. Denne kemiske reaktion (4CH3NHNH2 + 5N2O4 → 9N2 + 4CO2 + 12H2O) finder sted i motorens forbrændingskammer. Reaktionsprodukterne ekspanderes og accelereres derefter i motorklokken for at give fremdrift. På grund af deres hypergolske egenskaber kan disse to kemikalier let startes og genstartes uden en antændelseskilde, hvilket gør dem ideelle til manøvresystemer til rumfartøjer.
I den tidlige designproces af orbitteren skulle de forreste RCS-thrustere være skjult under indtrækkelige døre, som ville åbne sig, når orbitteren nåede rummet. Disse blev udeladt til fordel for indfældet monterede thrustere af frygt for, at RCS-dørene ville blive hængende åbne og bringe besætningen og orbiteren i fare under genindflyvningen.
TrykkabineRediger
Orbiterens flyvedæk eller cockpit havde oprindeligt 2 214 kontroller og displays, ca. tre gange så mange som i Apollo-kommandomodulet. Besætningskabinen bestod af cockpittet, mellemdækket og forsyningsområdet. Det øverste af disse var cockpittet, hvor rumfærgens kommandør og pilot sad, med op til to missionsspecialister siddende bag dem. Midtdækket, som lå under flydækket, havde yderligere tre sæder til resten af besætningsmedlemmerne.
Køkkenet, toilettet, sovepladser, opbevaringsskabe og sidelemmen til at komme ind og ud af rumfærgen var også placeret på midtdækket, ligesom luftslusen. Luftslusen havde en ekstra luge ind til nyttelastrummet. Denne luftsluse gjorde det muligt for to eller tre astronauter, iført deres EMU-rumdragter (Extravehicular Mobility Unit), at få trykket ned, inden de gik i rummet (EVA), og også at få trykket ned igen og komme ind i orbitteren igen ved afslutningen af EVA’en.
Venlighedsområdet var placeret under gulvet på mellemdækket og indeholdt luft- og vandtanke ud over kuldioxidrensningssystemet.
FremdriftRediger
Tre Space Shuttle Main Engines (SSME’er) var monteret på orbiterens bageste fuselage i mønsteret af en ligesidet trekant. Disse tre væskefyrede motorer kunne drejes 10,5 grader lodret og 8,5 grader vandret under orbiterens raketdrevne opstigning for at ændre retningen af deres fremdrift. De styrede således hele rumfærgen og sørgede samtidig for raketdrift frem mod kredsløb. Den bageste fuselage rummede også tre hjælpeenheder (APU). APU’erne konverterede kemisk hydrazinbrændstof fra flydende til gasform og drev en hydraulisk pumpe, som leverede tryk til hele det hydrauliske system, herunder det hydrauliske undersystem, der styrede de tre vigtigste raketmotorer med flydende brændstof, under computerstyret flyvestyring. Det hydrauliske tryk, der blev genereret, blev også brugt til at styre alle orbiterens flyvestyringsflader (elevatorer, ror, fartbremse osv.), til at udfolde orbiterens landingsstel og til at trække navlestrømsslangeforbindelsesdørene ind, der var placeret nær det bageste landingsstel, og som forsynede orbiterens SSME’er med flydende brint og ilt fra den eksterne tank.
To Orbital Maneuvering System (OMS) thrusters var monteret i to separate aftagelige kapsler på orbiterens bageste fuselage, der var placeret mellem SSME’erne og den lodrette stabilisator. OMS-motorerne gav betydelig fremdrift til banemanøvrer i kredsløb, herunder indsættelse, cirkularisering, overførsel, rendezvous, deorbit, afbrydelse af kredsløb og afbrydelse af kredsløb. Ved lift-off blev to solid rocket boosters (SRB’er) brugt til at bringe fartøjet til en højde på ca. 140.000 fod.
Elektrisk strømRediger
Elektrisk strøm til orbiterens undersystemer blev leveret af et sæt af tre brint-ilt-brændselsceller, der producerede 28 volt jævnstrøm og blev også konverteret til 115 volt 400 Hz AC trefaset elektrisk strøm (til systemer, der brugte AC strøm). De leverede strøm til hele rumfærgens stak (herunder SRB’erne og ET) fra T-minus 3m30s og frem til missionens afslutning. Brint og ilt til brændselscellerne blev opbevaret i parvis af kryogeniske lagertanke i midten af flykroppen under lastkappen, og der kunne installeres et variabelt antal af sådanne tanke (op til fem) afhængigt af missionens krav. De tre brændselsceller var i stand til at generere 21 kilowatt kontinuerligt (eller en 15-minutters spidsbelastning på 36 kilowatt) med et gennemsnitligt forbrug på ca. 14 kilowatt af denne effekt (hvilket efterlod 7 kilowatt til nyttelasten).
Dertil kommer, at brændselscellerne leverede drikkevand til besætningen under missionen.
ComputersystemerRediger
Orbiterens computersystem bestod af fem identiske IBM AP-101 flyelektronikcomputere, som redundant styrede fartøjets ombordværende systemer. Det specialiserede programmeringssprog HAL/S blev anvendt til orbitersystemer.
Termisk beskyttelseRediger
Orbiterne var beskyttet af Thermal Protection System (TPS)-materialer (udviklet af Rockwell Space Systems) indvendigt og udvendigt, fra orbiterens ydre overflade til nyttelastrummet. TPS beskyttede den mod kulden fra -121 °C (-186 °F) i rummet til varmen på 1.649 °C (3.000 °F) ved genindflyvning.
StrukturRediger
Orbiterens struktur var primært fremstillet af aluminiumslegering, selv om motorens drivkraftstruktur var fremstillet af titanlegering. De senere orbitere (Discovery, Atlantis og Endeavour) erstattede grafit epoxy med aluminium i nogle strukturelle elementer for at reducere vægten. Vinduerne var fremstillet af aluminiumsilikatglas og smeltet silicaglas og bestod af en indvendig trykrude, en 33 mm tyk optisk rude og en udvendig termisk rude. Vinduerne blev farvet med det samme blæk, som bruges til at fremstille amerikanske pengesedler.
LandingsudstyrRediger
Rumfærgens orbiter havde tre sæt landingsudstyr, der kom ud nedad gennem døre i varmeskjoldet. Som en vægtbesparende foranstaltning kunne redskaberne ikke trækkes ind, når de først var udfoldet. Da en for tidlig udtrækning af landingsstellet højst sandsynligt ville have været katastrofal (fordi det åbnede sig gennem lagene i varmeskjoldet), kunne landingsstellet kun sænkes manuelt og ikke ved hjælp af et automatisk system.
Da rumfærgen landede med høj hastighed og ikke kunne afbryde sit landingsforsøg, skulle landingsstellet ligeledes udrulles pålideligt i første forsøg hver gang. Gearene blev låst op og udfoldet ved hjælp af tredobbelt redundant hydraulik, idet gearets døre blev aktiveret af mekaniske forbindelser til gearstangen. Hvis det ikke lykkedes alle tre hydrauliske systemer at frigøre landingsstellets låse inden for et sekund efter frigørelseskommandoen, skar pyrotekniske ladninger automatisk låsekrogene over, og et sæt fjedre udfoldede stellet.
Under landingen kunne rumfærgens næsehjul styres med rorpedalerne i cockpittet. Under konstruktionen af rumfærgen Endeavour blev der udviklet et forbedret næsehjulsstyresystem, som gjorde det lettere og bedre at styre næsehjulet. Efter Endeavours udrulning blev systemet installeret på de andre rumfærger under deres eftersyn i begyndelsen af 1990’erne.
Rumfærgens orbiter havde ikke antikollisionslys, navigationslys eller landingslys, fordi orbitteren altid landede i områder, der var blevet specielt godkendt af både Federal Aviation Administration og Air Force. Orbitteren landede altid på enten Edwards Air Force Base (Californien) eller på Kennedy Space Center Shuttle Landing Facility (Florida), undtagen STS-3 på White Sands Space Harbor i New Mexico. Lignende særlige tilladelser (flyveforbudszoner) var også i kraft på potentielle nødlandingspladser, f.eks. i Spanien og i Vestafrika under alle opsendelser.
Når en orbiterlanding blev gennemført om natten, var landingsbanen altid stærkt oplyst med lys fra projektører og projektører på jorden, hvilket gjorde landingslys på orbiteren unødvendigt og også en unødvendig rumflyvningsvægtbelastning. I alt 26 landinger fandt sted om natten, den første var STS-8 i september 1983.
Mærkning og insignierRediger
Den skrifttype, der blev anvendt på rumfærgens orbiter, var Helvetica.
Prototypen af orbiter Enterprise havde oprindeligt et amerikansk flag på den øverste overflade af venstre vinge og bogstaverne “USA” i sort på højre vinge. Navnet “Enterprise” i sort var malet på lastrumsdørene lige over det forreste hængsel og bag besætningsmodulet; på den bageste ende af lastrumsdørene var NASA’s “orme”-logotype i gråt. Under den bageste del af nyttelastdørene på siden af skroget lige over vingen var teksten “United States” i sort med et amerikansk flag foran.
Den første operationelle orbiter, Columbia, havde oprindeligt de samme markeringer som Enterprise, selv om bogstaverne “USA” på højre vinge var lidt større og havde længere mellemrum. Columbia havde også sorte fliser, som Enterprise manglede, på sit forreste RCS-modul, omkring cockpitvinduerne og på sin vertikale stabilisator. Columbia havde også karakteristiske sorte kineser på den forreste del af dens øverste vingeflader, hvilket ingen af de andre rumfærger havde.
Challenger etablerede et modificeret mærkningsskema for rumfærgeflåden, som Discovery, Atlantis og Endeavour skulle matche. Bogstaverne “USA” i sort over et amerikansk flag blev vist på venstre vinge, med NASA’s “orm”-logotype i grå farve centreret over orbiterens navn i sort på højre vinge. Orbiterens navn var heller ikke indskrevet på døren til lastrummet, men på den forreste del af skroget lige under og bag cockpitvinduerne. Dette ville gøre navnet synligt, når rumfartøjet blev fotograferet i kredsløb med åbne døre. Challenger havde også sorte fliser på spidsen af sin lodrette stabilisator ligesom Columbia, hvilket de andre orbiters manglede.
I 1983 fik Enterprise ændret sine vingemærkninger, så de passede til Challenger, og NASA’s “orm”-logotype på den bageste ende af lastrumsdørene blev ændret fra grå til sort. Der blev tilføjet nogle sorte markeringer på næsen, cockpitvinduerne og den lodrette hale for at ligne flyvefartøjerne mere, men navnet “Enterprise” forblev på lastrumsdørene, da der aldrig var behov for at åbne dem. Columbia fik sit navn flyttet til den forreste del af fuselagen for at matche de andre flyvemaskiner efter STS-61-C i løbet af den pause i 1986-88, hvor rumfærgeflåden blev holdt på jorden efter tabet af Challenger, men beholdt sine oprindelige vingemærkninger indtil den sidste eftersyn (efter STS-93) og sine unikke sorte hager i resten af sin operationelle levetid.
Fra 1998 blev flyvefartøjernes markeringer ændret for at inkorporere NASA’s “kødbolle”-insignier. “Orm”-logoet, som agenturet havde udfaset, blev fjernet fra lastrumdørene, og “meatball”-insigniet blev tilføjet bagved teksten “United States” på den nederste bagkropsdel. “Meatball”-insigniet blev også vist på venstre vinge, med det amerikanske flag over orbiterens navn, venstrejusteret i stedet for centreret, på højre vinge. De tre overlevende flyvemaskiner, Discovery, Atlantis og Endeavour, bærer stadig disse mærker som museumsgenstande. Enterprise blev Smithsonian Institution’s ejendom i 1985 og var ikke længere under NASA’s kontrol, da disse ændringer blev foretaget, og derfor har prototypen stadig sine 1983-mærkninger og har stadig sit navn på døren til lastrummet.
PensioneringRediger
Med afslutningen af rumfærgeprogrammet blev der lavet planer om at placere de tre resterende rumfærger i kredsløb på permanent udstilling. NASA-administrator Charles Bolden meddelte den 12. april 2011, 50-årsdagen for den første menneskelige rumflyvning og 30-årsdagen for Columbias første flyvning, hvor orbiterne skulle placeres, at de ville blive disponeret. Discovery blev flyttet til Smithsonian’s Steven F. Udvar-Hazy Center og erstattede Enterprise, som blev flyttet til Intrepid Sea, Air & Space Museum i New York City. Endeavour blev flyttet til California Science Center i Los Angeles, hvor den ankom den 14. oktober 2012. Atlantis tog til Kennedy Space Center Visitor Complex den 2. november 2012. Hundredvis af andre rumfærgeartefakter vil blive udstillet på forskellige andre museer og uddannelsesinstitutioner rundt om i USA.
Et af Crew Compartment Trainer Flight og mid-deck træningsudstyret er udstillet på National Museum of the U.S. Air Force, mens det andet er udstillet på JSC. Full Fuselage Trainer , som omfatter lastrummet og den bageste del, men ingen vinger, er udstillet på Museum of Flight i Seattle, Washington. Mission Simulation and Training Facility’s Shuttle Mission Simulator Fixed Base Simulator gik oprindeligt til Adler Planetarium i Chicago, Illinois, men blev senere overført til Stafford Air & Space Museum i Weatherford, Oklahoma. Motion Base-simulatoren blev overført til Texas A&M Aerospace Engineering Department i College Station, Texas, og styrings- og navigationssimulatoren blev overført til Wings of Dreams Aviation Museum i Starke, Florida. NASA stillede også ca. 7.000 TPS-fliser til rådighed for skoler og universiteter.