"Спейслэб". Когда надежды на возможность строительства после "Скайлэба" новой космической станции окончательно растаяли в начале 1970-х годов, НАСА стало рассматривать варианты использования "Шаттла" в качестве космической лаборатории на орбите. Первые разработки были направлены на создание научно-технологического модуля, который должен был представлять собой герметичную лабораторию внутри грузового отсека. В 1973 Европейское космическое агентство приступило к разработке лабораторного комплекса, который теперь известен как "Спейслэб", - объединение герметичного модуля, открытой платформы и другого оборудования для проведения экспериментов в материаловедении, медико-биологических исследованиях, астрономии, физике атмосферы и других научных дисциплинах.

В полетах могли использоваться модуль, платформа или их комбинация. Каждая секция модуля имеет 4 м в диаметре и 3 м в высоту. Внутри модуля с каждой стороны наверху располагаются стойки для приборов и шкафы для хранения материалов, а внизу - отсеки для оборудования. Переходный тоннель со шлюзовой камерой соединяет модуль и кабину экипажа корабля.

Платформа представляет собой открытую U-образную конструкцию также диаметром 4 м и высотой 3 м. На ней располагаются телескопы и другие инструменты, направленные в открытый космос. Кроме того, имеется система наведения приборов на звезды или Солнце.

Другие экспериментальные возможности. Менее дорогостоящие средства проведения научных исследований на борту "Шаттла" могут быть размещены на средней палубе внутри одного или нескольких ящиков, размером не больше "дипломата", который помещается под самолетным креслом. Ряд фундаментальных экспериментов в области материаловедения (в частности, изучение роста кристаллов протеина) был проведен на аппаратуре, размещенной в столь малом объеме. Небольшие по размерам приборы для проведения экспериментов, общей массой до 90 кг, устанавливаются в контейнерах по периметру грузового отсека.

Ремонт спутников. Одним из основных обоснований необходимости создания космической транспортной системы "Шаттл" была возможность проведения ремонта и обслуживания спутников, которые до этого прекращали функционировать из-за отказа какой-нибудь простейшей детали. Два удобных случая продемонстрировать возможности "Шаттла" в отношении ремонта представились в связи с научным спутником для изучения солнечной активности (Solar Max) и космическим телескопом им. Хаббла (запущенных в 1980 и 1990 соответственно), которые были спроектированы в блочном исполнении, т.е. наиболее важные системы были объединены в легко заменяемые модули. Полет для ремонта спутника Solar Max ("Челленджер", 6-13 апреля 1984) предусматривал захват спутника манипулятором, помещение его в грузовой отсек, замену вышедшей из строя системы ориентации и неисправных элементов электронного оборудования в модуле телескопа и возвращение спутника на орбиту для дальнейшей эксплуатации.

В полете для ремонта телескопа ("Эндевор", 2-13 декабря 1993) возникла необходимость, когда ученые вскоре после запуска обнаружили, что при шлифовке главного зеркала телескопа ему была придана неправильная форма. Задачами полета были: 1) замена высокоскоростного фотометра; 2) замена широкоугольной и планетной фотокамеры улучшенной запасной моделью, имеющей собственные корректирующие зеркала; 3) замена солнечных батарей, компьютера и некоторых других элементов. При проведении ремонтных работ четыре космонавта, работая попарно, провели в открытом космосе около пяти суток. Объем этих работ стал испытанием для разрабатываемой космической станции, которая, по расчетам специалистов НАСА, потребует многих часов работы в открытом космосе для сборки и обслуживания. Большой объем тренировок в гидробассейне позволил космонавтам хорошо подготовиться к проведению ремонта телескопа в космосе, и ремонт прошел в полном соответствии с планом.