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Als Atmosphärenflug bezeichnet man einen Flug der in den oberen Schichten der Erdatmosphäre stattfindet, wobei grundsätzlich jeder Flug, der nicht Raumflug ist so bezeichnet werden kann.

Die Fähigkeit zum Atmosphärenflug, bei dem das Fahrzeug selbstständig- oder fremdgesteuert zum Erdboden zurückkehrt, ist eine elementare Anforderung an eine Raumfähre.

Während der Entwicklung des Space Shuttle verwendete die NASA die nicht-raumflugfähige Raumfähre Enterprise, um das Verhalten im Atmosphärenflug zu testen. Im Rahmen der Approach and Landing Tests wurden 1977 fünf Atmosphärenflüge durchgeführt, bei denen die Enterprise auf einem Trägerflugzeug startete und eigenständig landete.

Die sowjetische Raumfahrt hatte zwei verschiedene Raumfähren-Programme. Für den geplanten Raumgleiter Spiral wurden zwischen 1976 und 1978 mehrere Testflüge mit einer MiG-105 unternommen, um das Atmosphärenflug-Verhalten zu untersuchen. Das konkurrierende Buran-Programm verwendete zwischen 1980 und 1988 unbemannte Modelle der Typen BOR-4 und BOR-5. Von 1984 bis 1989 wurden bemannte Atmosphärenflüge auch mit dem Buran-Testexemplar OK-GLI durchgeführt, das als einzige Raumfähre ohne Hilfe von Zusatzraketen starten konnte.

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