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航天飛機在返回地球的過程中，必須做一系列復雜的動作，以調整自身狀態，進入正確的位置，以達到安全返航。
1. 航天飛機在軌道上先是仰面飛行，以便控制其發熱。
2. 為了重返大氣層，航天飛機調轉頭，以尾部向前飛行，發動其引擎，以便降低其飛行速度。
3. 航天飛機然后再翻轉180度，使機身在上，以與機翼水平呈40度角的角度進入大氣層的最上層。
4. 經過兩次方向調整，航天飛機上的黑色絕熱瓦面向摩擦熱的主要部分，在機頭和機翼的頂尖端，溫度高達1650攝氏度(3000華氏度)。
5. 隨著速度減慢，航天飛機更像一架飛機那樣飛行，使用其尾舵和機翼上的活動葉片來實施控制。與此同時，航天飛機做大拐彎動作，進一步降低飛行速度。
6. 航天飛機從360多公里的高空往地球降落，速度能超過30倍音速，俯沖角19度，比普通商業飛機降落時陡得多。從航天飛機開始降落，到完全停止在地球上，這個過程大約覆蓋了地球的一半。
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