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1985年，“亚特兰蒂斯”号成为美国宇航局的第四架航天飞机。“亚特兰蒂斯”号是以美国一艘远洋船舶的名字命名的，这艘轮船从1930年到1966年在马萨诸塞州的伍兹霍尔海洋研究所被用来进行研究。“亚特兰蒂斯”号航天飞机重77.7吨，它在1985年10月和2010年5月之间进行了17次飞行。2011年7月8日，“亚特兰蒂斯”号航天飞机在佛罗里达州肯尼迪航天中心点火升空，开始它以及整个航天飞机团队的最后一次飞行，于美国东部时间21日晨5时57分在佛罗里达州肯尼迪航天中心安全着陆，结束其“谢幕之旅”，这寓意着美国30年航天飞机时代宣告终结。
根据美国航天局的计划，美国现役3架航天飞机——发现号、奋进号和亚特兰蒂斯号将分别于3月、5月和7月进行一次飞行，随后航天飞机将全部退役。三架航天飞机集体退役后，美国的“航天飞机时代”将正式结束，新一代航天器将取代航天飞机进行载人航天活动。
“亚特兰蒂斯”号航天飞机的第一次飞行是美国空军的一次机密行动，它把两颗国防通信卫星送入太空。这架航天飞机一些更加引人注目的飞行行动包括1989年将“伽利略”号和“麦哲伦”号行星探测器送入太空和1991年将康普顿伽马射线观测台送入太空。1996年，“亚特兰蒂斯”号航天飞机将美国宇航员莎朗·露西德送到俄罗斯的“和平”号空间站，露西德在空间站上停留了6个月，打破了太空停留时间的记录，之后“亚特兰蒂斯”号航天飞机又把她接回了地面。
亚特兰蒂斯号航天飞机正和国际空间站对接在一起。此次飞行任务为期12天，期间亚特兰蒂斯号将为空间站送去一个俄罗斯建造的轨道舱段，以及用于更换的新电池。所有的航天飞机将在2011年功成身退。
美国东部时间2011年7月8日11时30分（北京时间23时30分）许，“亚特兰蒂斯”号航天飞机升空，这是美国航天飞机的最后一次飞行。
美国东部时间2011年7月21日5时58分成功降落于肯尼迪航天中心，为美国的航天飞机计划画上了圆满的句号。
如同其他美国航天飞机都是以早年的调查船等科学船只作为命名由来的作法，阿特兰蒂斯号的命名，是源自于一艘1930年到1966年间，隶属于马萨诸塞州伍兹·霍尔海洋科学研究所（WoodsHoleOceanographicInstitute）的460吨双桅帆船阿特兰蒂斯号。这艘双桅帆船是第一艘被用于海洋科学研究的美国船只，也是帆船时代末期最后几艘活耀在海上的范例，因为到那年代以蒸气引擎或柴油引擎做为动力的船只已经渐渐占据水面，鲜少见得到帆船还在服役的。阿特兰蒂斯号是艘140呎（42.7米）长、29呎（8.8米）宽的铁壳海洋研究船，船身设计首重稳定性，船上设有实验室可以随时分析化验利用两具大型绞盘所采得的海水与海洋生物样本，甚至还配置有最早期的电子化声纳设备，用以进行海床地貌的调查。
开始建造时间：1980年3月
首次飞行时间：1985年4月
至今往返太空：37次
绕地球飞行圈数：4462圈
在轨道上空时间：282天
飞行距离：1亿8400万公里
向太空运送航天员人数：185名
末次飞行时间：2011年8月
由于几乎每一次升空的任务都不尽相同，因此，亚特兰蒂斯号航天飞机设计时就突出了任务适应性。空重151,315磅，装发动机后重171,000磅。亚特兰蒂斯号从前任航天飞机中吸取了许多经验，在首飞时，它比哥伦比亚号轻6,974磅；在轨道器组装中获得的经验，使亚特兰蒂斯号所需人时比哥伦比亚号减少了49.5%，这大部分来源于在机身前部采用防热敷层取代陶瓷片。
在建造亚特兰蒂斯和发现号过程中，NASA选择不同的承包商生产一套结构备件，以便在出现偶然事件时方便修理。这些备件包括后机身、中机身、前机身、垂尾和方向舵、机翼和升降舵等。后来这些备件被用到了奋进号航天飞机上。
亚特兰蒂斯被船运到加利福尼亚进行升级和改装，包括加装减速伞，800个防热片以及起落架舱门换装新型绝缘材料等，共计在20个月内完成约165处改进。
采用模块化设计，整个系统包括三大模块：
外表为铁锈颜色，主要由前部液氧箱、后部液氢箱以及连接前后两箱的箱间段组成。外部燃料箱负责为航天飞机的3台主发动机提供燃料。外部燃料箱是航天飞机三大模块中唯一不能重复使用的部分，发射后约8.5分钟，燃料耗尽，外部燃料箱便被坠入到大洋中。
这对火箭助推器中装有助推燃料，平行安装在外部燃料箱的两侧，为航天飞机垂直起飞和飞出大气层进入轨道，提供额外推力。在发射后的头两分钟内，与航天飞机的主发动机一同工作，到达一定高度后，与航天飞机分离，前锥段里降落伞系统启动，使其降落在大西洋上，可回收重复使用。
外形像普通飞机一样的轨道器就是人们通常所说的航天飞机，它是整个航天飞机系统的主体，相当于系统的“大脑和心脏”。机体分为机头、机身、机尾3段。机头是乘员密封舱，通常最多只容纳7人。机身是一个大货舱，可以与国际空间站对接，里面还安装有遥控机械臂，用于搬运货物或进行轨道器检查等工作。机尾是3台主发动机。
据国外媒体报道，据国外媒体报道，美国宇航局"亚特兰蒂斯"号航天飞机将于几天后发射，机组成员再次成为外界关注的焦点。执行此次任务的7名宇航员全部是男性，且都是土生土长的美国人他们是詹姆斯·雷利（JamesReilly）、约翰·奥里瓦斯（DannyOlivas）、克莱顿·安德森（ClaytonAnderson）、史蒂夫·斯瓦森（SteveSwanson）、帕特里克·弗雷斯特（PatForrester）、李·阿可汗保尔特（LeeArchambault）和里克·斯图科（RickSturckow）。
任务重点是为空间站运送各种备件．以备航天飞机退役后维持空间站运行之用。
航行记录
1985年10月3日STS-51-J和1985年11月26日STS-61-B
首次任务;美国国防部任务部署三颗通讯卫星：MORELOS-B，AUSSAT-2，与SATCOMKU-2
1988年12月2日STS-27
美国国防部任务
1989年5月4日STS-30
发射麦哲伦号金星探测器
1989年10月18日STS-34
发射伽利略号木星探测器
1990年2月28日STS-36
美国国防部任务
1990年11月15日STS-38
美国国防部任务
1991年4月5日STS-37
部署康普顿伽玛射线太空观测站（ComptonGammaRayObservatory）
1991年8月2日STS-43
部署TDRS-5.
1991年11月24日STS-44
美国国防部任务
1992年2月24日STS-45
携带ATLAS（AtmosphericLaboratoryforApplicationsandScience，应用与科学大气实验室）第一次任务
1992年7月31日STS-46
部署欧洲空间局所开发的欧洲可回收载具（EUropeanREtrievableCArrier,EURECA）与NASA的系链卫星系统（TetheredSatelliteSystem,TSS）
1994年11月3日STS-66
携带ATLAS，第三次任务
1995年6月29日STS-71
第一次航天飞机与和平号空间站会合
1995年11月12日STS-74
运送接驳模组至和平号太空站并泊靠在Kristall模组上。在三天的航天飞机-和平号太空站连结任务中机组人员将水、补给品、设备与两套用来升级太空站的太阳能发电阵列搬至太空站中
1996年3月22日STS-76
与和平号空间站会合，并移转组员ShannonLucid
1996年9月16日STS-79
与和平号空间站会合，并进行组员ShannonLucid与JohnBlaha的交换
1997年1月12日STS-81
与和平号空间站会合，并进行组员JohnBlaha与JerryLinenger的交换
1997年5月15日STS-84
与和平号空间站会合，并进行组员JerryLinenger与MichaelFoale的交换
1997年9月25日STS-86
与和平号空间站会合，并进行组员MichaelFoale与DavidA.Wolf的交换
2000年5月19日STS-101
国际空间站装配任务（补给国际空间站）
2000年9月8日STS-106
国际空间站装配任务(补给国际空间站).
2001年2月7日STS-98
国际空间站装配任务(运送以及装配命运号实验舱).
2001年7月12日STS-104
国际空间站装配任务(运送以及装配寻求号气密舱).
2002年4月8日STS-110
国际空间站装配任务(运送以及装配S0衍架组件).
2002年10月7日STS-112
国际空间站装配任务(运送以及装配S1衍架组件).
2006年9月9日STS-115
国际空间站补给和建设(P3、P4衍架及太阳能电池板组件).
2007年6月8日STS-117
国际空间站补给和建设(P3、P4衍架及太阳能电池板组件).
2008年2月7日STS-122
国际空间站建设(哥伦布实验舱).
2009年5月11日STS-125
维修哈勃空间望远镜.
2009年11月16日STS-129
国际空间站建设
2010年5月14日STS-132
国际空间站建设
2011年7月9日STS-135
国际空间站补给物资
美国航天局介绍，“阿特兰蒂斯”号此行12天，主要任务是为国际空间站运送“黎明”号小型实验舱以及6块太阳能电池板和Ku波段通信天线、发射天线等关键部件和货物，设备总重超过12吨。
“黎明”号实验舱由俄罗斯制造，长7米，重5吨，将与空间站俄罗斯舱段永久性对接，用于展开科学实验、存放实验设备。
随“阿特兰蒂斯”号升空的6名宇航员其间将展开3次太空行走，每次用时6个半小时。前两次主要任务是更换空间站外6块太阳能电池板，最后一次旨在安装通信天线。
美国航天局官员说，“阿特兰蒂斯”号自1985年首次升空以来飞行超过1.85亿公里，是执行国际合作任务最多的一架航天飞机，也是首个与俄罗斯“和平”号空间轨道站对接的轨道飞行器。
“这是俄罗斯人最了解的飞行器。”空间站飞行任务主管埃米莉·纳尔逊说，“因为它造访他们轨道站次数最多，我们过去用它为俄罗斯人运送舱体。”
“亚特兰蒂斯”号上次（第36次）执行太空任务时，美国有线电视新闻网画面显示，肯尼迪航天中心附近当天下午天气晴朗。“亚特兰蒂斯”号在巨大轰鸣声中按预定时间升空，拖着白色“长尾”冲入云霄。大约8分半钟后，“亚特兰蒂斯”号进入预定轨道，当时国际空间站运行至距地大约354公里处。
美联社报道，超过4万人聚集到肯尼迪航天中心和附近道路上观看这次升空，人数之多创数年来观看航天飞机升空人数最高纪录。现场观众包括数十名俄罗斯人和大约150名“推特”用户。
俄罗斯航天局载人航天项目主管阿列克谢·克拉斯诺夫说，“亚特兰蒂斯”号这次准时升空是个奇迹。先前“大约三分之二升空活动因天气或硬件原因推迟……今天它按计划运行，分秒不差”。
“亚特兰蒂斯”号点火后不到3小时，美国国家航空航天局官员说，一块太空垃圾逼近空间站，挡住航天飞机原定飞行轨道。地面控制中心可能在必要时下令航天飞机临时改变路线，而后再与空间站对接。
按计划，“阿特兰蒂斯”号将于16日上午抵达空间站。“祝好运、平安，在上面愉快。”地面指挥迈克·莱因巴克在宇航员升空前对他们说。按照莱因巴克的说法，他在代表所有为“阿特兰蒂斯”号工作过的人讲话。
宇航员指令长肯尼思·哈姆回答道：“如果你不介意，我们会带它……绕地球多转几圈。”
搭乘“亚特兰蒂斯”号的6名宇航员均为男性且先前执行过太空任务。他们当天早餐前亮相时着蓝黑色晚礼服，内套白色衬衫，打黑色领结。美联社评价，这可能是宇航员历次升空前着装最正式的一次。
“航天飞机时代”终结。
在“亚特兰蒂斯”号之前“发现”号和“奋进”号航天飞机已完成各自告别之旅。3架航天飞机将以总计135次飞行任务的纪录全部退役，宣告美国“航天飞机时代”终结。美国航天局迄今共建造6架航天飞机。第一架“企业”号航天飞机作为样机从未进入太空“挑战者”号于1986年1月28日在肯尼迪航天中心起飞73秒后爆炸，7名宇航员殒命。“哥伦比亚”号2003年2月1日在它第28次飞行返程途中解体，7名宇航员遇难。
按计划，“发现”号定于9月向空间站运送货物分离舱，实现二者对接。“奋进”号定于11月为空间站运送粒子探测器阿尔法磁谱仪，用于寻找反物质组成的宇宙、暗物质的来源并测量宇宙射线的来源。
“亚特兰蒂斯”号末次飞行将于2011年7月21日返回地球并退役，美国为期30年的航天飞机项目也将宣告终结。美国方面将依靠俄罗斯联盟号载人飞船输送宇航员至空间站，直至开发出新的太空飞行器。
“亚特兰蒂斯”号从美国佛罗里达州肯尼迪航天中心升空，执行美国航天飞机项目第135次也是最后一次飞行。
“亚特兰蒂斯”号这次任务共历时12天。参与本次飞行的共有4名宇航员，他们本次需完成两项试验任务。一项是确定能否使用机器人为现有的航天器加燃油，另一项是在微重力状态下测试名叫“正渗透”的处理技术，以探寻再次利用废水的新方法。
经过2天的飞行，“亚特兰蒂斯”号与国际太空站成功对接，为驻守空间站的宇航员们送去了足够他们消耗1年的补给品，重约4吨，包括食物、衣物、科学仪器设备等。
15日，“亚特兰蒂斯”号航天飞机上的一台主计算机突然死机，随之而起的警报声惊醒了已沉睡的4名宇航员。“亚特兰蒂斯”号指令长克里斯托弗·弗格森介绍，警报持续了一个小时左右，宇航员们都醒了。随后，他们迅速启动了备用计算机，并修复了故障。
据悉，故障疑为宇宙射线所致。由于宇航员睡眠受到影响，地面控制中心将叫醒他们的时间推迟了半小时。
19日，“亚特兰蒂斯”号航天飞机最后一次脱离国际空间站“和谐”号(Harmony)节点舱，返回地球。脱离后的“阿特兰蒂斯”号先停在距离国际空间站200米处，国际空间站则翻转90度，如此“阿特兰蒂斯”号便能飞越空间站，拍摄外部照片进行检查。
脱离空间站的时候，铃声响起，美国宇航局在国际空间站上的小组长加兰用无线电报出“‘阿特兰蒂斯’号最后一次脱离空间站”。“感谢‘阿特兰蒂斯’号进行的12次国际空间站飞行任务，还有兴建空间站期间37次的宇航飞机飞行任务”。
当地时间21日凌晨4时(北京时间当天下午4时)过后不久，美国宇航局发布了批准“阿特兰蒂斯”号航天飞机“开始(脱轨燃烧)”的指令。
“亚特兰蒂斯”号航天飞机最后一次的飞行任务，是载回2.5公吨国际空间站上不再需要的材料和废物返回地球。
“亚特兰蒂斯”号航天飞机于美国东部时间21日晨5时57分(北京时间21日17时57分)在佛罗里达州肯尼迪航天中心安全着陆，结束其“谢幕之旅”，这寓意着美国30年航天飞机时代宣告终结。
2012年底，“亚特兰蒂斯”号航天飞机将在佛罗里达州的肯尼迪航天中心展出。可惜的是，游客不允许爬进驾驶舱一探究竟。为了给“亚特兰蒂斯”号腾出空间，肯尼迪航天中心的实体大小“探索”号航天飞机模型被搬走，这个模型已经在这里展出了近20年。“探索”号模型被运到大约4英里(约合6.4公里)外的39发射架掉头区。
用于展出“亚特兰蒂斯”号的建筑耗资1亿美元。2011年夏季，“亚特兰蒂斯”号执行了航天飞机计划的第135次，同时也是最后一次飞行任务。服役期间，这架航天飞机共执行了33项任务。“探索”号模型重67吨，1993年展出。几个月后，这个模型将被驳船运到德克萨斯州，而后在休斯顿航天中心展出。
7月，完成最后一次航天飞机任务的“亚特兰蒂斯”号顺利着陆，有着30年历史的航天飞机计划从此画上一个句号，与此同时，近1万名参与这项计划的工人失掉饭碗。美国有线电视新闻网最近进行的调查显示，50%的美国人认为结束航天飞机计划对美国造成重大影响，导致美国宇航员不得不租用俄罗斯的“联盟”号飞船进入太空。87%的受访者表示他们相信美国将在未来研制出新一代载人航天器。美国总统奥巴马宣布，美国将在本世纪将宇航员送上小行星和火星。