Még inkább azt várnánk, hogy az űrhajó „hassal a Föld felé” helyezkedjen el. De ha megfigyeled a repülés valóságát, a Space Shuttle gyakran repült fejjel lefelé, vagyis „hassal a világűr felé”, ami számunkra meglehetősen furcsa.
Nos, kezdjük az alapoknál. Pályára állva nincsenek olyan megszokott fogalmaink, mint „fent” és „lent”. Minden, ami pályán mozog – legyen az műhold, űrhajó vagy egy szkafanderes űrhajós – valójában folyamatosan a Föld felé zuhan. Mivel azonban az adott test egyidejűleg nagy sebességgel (körülbelül 28 000 km/h) halad előre, folyamatosan „célt téveszt” a felszínhez képest. Pontosan így működik a keringési pálya.
Ebben a koordináta-rendszerben egy tárgy helyzete csupán megegyezés kérdése. Lehet, hogy az egyik űrhajós a másik számára „fejjel lefelé” van, de közben egyikük sem érzékeli a valódi „lent” irányát.
Ezért a „shuttle fejjel lefelé repül” kifejezés csupán egyet jelent: szándékosan egy meghatározott módon tájolják a Földhöz és a Naphoz képest.
A kulcsfontosságú pillanat – a shuttle átfordulása – nem a pályán történik, hanem még a légkörben való emelkedés során. A Földről való indítás után a sikló először függőlegesen emelkedik, majd végrehajt egy manővert, átfordulva úgy, hogy a hasi részével előre, „fejjel” a bolygó felé repüljön tovább. Ez az átfordulás, amelyet Roll Program-nak neveznek, a repülés körülbelül 20. másodpercében történik.
Az ok itt egyszerű: az aerodinamikai terhelés elosztása. Fordított helyzetben a nagy sebességű légáramlás úgy halad el a shuttle törzse mentén, hogy minimalizálja a szárnyakra nehezedő nyomást. A normál (nem fordított) konfigurációban ezek az elemek sokkal nagyobb terhelést kapnának, ami növelné a szerkezeti károsodás vagy a túlmelegedés kockázatát.
Ezenkívül a fordított helyzet stabilabb tömegközéppontot biztosít a teljes „shuttle + üzemanyagtartály + oldalsó gyorsítórakéták” rendszer számára, ami kritikus a gyorsítási fázisban. Ez csökkenti az üzemanyag-fogyasztást és egyszerűsíti az irányítást.
Amikor a shuttle még nem érte el a világűrt és a légkör felső rétegeiben halad, a legénység vizuális támpontokat használ. Az ablakokon keresztül látható Föld lehetővé teszi az űrhajósok számára, hogy kövessék a helyzetüket a horizonthoz képest. Olyan körülmények között, amikor a külső érzékelők meghibásodhatnak, a Földdel való vizuális kapcsolat megbízható tájékozódási módszer marad. Továbbá, a Föld látványa a start során pszichológiailag további erkölcsi támogatást nyújt a legénységnek.
A shuttle hővédő pajzsának kialakítása különös jelentőséggel bír. Az alját több ezer hőálló kerámialap borítja. Ezek a lapok akár 1650 °C-os hőmérsékletet is képesek elviselni, amely a légkörbe való belépéskor keletkezik, több mint 7 km/s sebességnél.
Bár a Föld körüli pályán nincs sűrű légkör, a napsugárzás továbbra is hat, ami túlmelegedéshez vezethet. Az egyenetlen felmelegedés elkerülése érdekében a shuttle-t úgy tájolták, hogy az űrhajó árnyékos része (az alja) nézzen a Nap felé. Ez lehetővé tette a hő egyenletes elosztását és a fedélzeten lévő érzékeny műszerek védelmét. Ezzel egyidejűleg a borítás megakadályozta az alkatrészek hőtágulását, ami kritikus a hermetikus zárás és a mechanizmusok megbízható működésének fenntartásához.
A shuttle tájolása befolyásolta a rádiókommunikációt és a navigációt is. Fordított helyzetben az antennák a Föld felé néztek – oda, ahol a követőállomások és az átjátszók találhatók. Ez stabil telemetriát, megbízható adatátvitelt és hangkommunikációt biztosított. Ha az űrhajó másképp helyezkedett volna el, a jeleket közvetítő műholdakon keresztül kellett volna továbbítani, vagy el kellett volna fordítani az űrhajót, ami bonyolította volna az irányítást.
Ezenkívül a küldetés kiemelt feladata gyakran a Föld felszínének fényképezése volt. Ehhez a külső burkolaton lévő kameráknak és műszereknek szintén a bolygó felé kellett nézniük. A fordított tájolás ezt felesleges manőverek nélkül tette lehetővé.
A következő szempont a dokkolás kérdése. A Nemzetközi Űrállomás (ISS) egy viszonylag stabil, alacsony Föld körüli pályán kering. Amikor a shuttle megközelítette, a pályán alulról, az állomás felé emelkedve haladt – ezt a pályamechanika törvényei írják elő. Ahhoz, hogy egy test módosítsa a pályamagasságát, változtatnia kell a sebességén: hogy „felemelkedjen” az ISS-hez, a shuttle-nek kissé lassítania kellett. Ez ellentmond az ösztöneinknek, de a világűrben éppen a fékezés teszi lehetővé, hogy egy tárgy egy elliptikus pálya révén magasabb pályára álljon.
Pontosan ezért volt kényelmesebb és hatékonyabb alulról megközelíteni az ISS-t, megtartva a fordított helyzetet. Ez tette lehetővé, hogy a shuttle dokkolószerkezetét egyenesen az űrállomás moduljára irányítsák anélkül, hogy további forgó manőverekre lenne szükség, vagy hogy megkockáztassák a tájolás elvesztését.
