ATS 2 (ATS-​A), den die NASA am 06.04.1967 mit einer Atlas-​SLV3 Agena-​D von Cape Canaveral startete, war der zweite experimentelle Kommunikationssatellit dieser Serie. Das erste Exemplar hatte sehr gute Ergebnisse geliefert. Doch diesmal mißlang der geplante Wiederstart der Agena Stufe, nachdem sich ein Ventil im Oxidator-​System nicht mehr schließen ließ. Der Satellit erreichte somit nicht die geplante Kreisbahn in rund 11.100 km Höhe. Damit konnten die geplanten Kommunikationsexperimente und meteorologischen Versuche nicht erfolgen. Auch ein technologischer Test zur Gravitationsgradienten-​Stabilisierung, an dem besonders das US Verteidigungsministerium interessiert war, mußte unterbleiben. Im Rahmen dieses Tests sollten vier je 37,5 m lange Ausleger aus einer Beryllium-​Kupfer-​Legierung zu einer X-​förmigen Struktur ausgefahren werden. Bis dahin lagen ausreichende Informationen zur Wirksamkeit der Gravitationsgradienten-​Stabilisierung nur aus niedrigen Umlaufbahnen vor. Die Wirksamkeit des Verfahrens in höheren Bahnen oder gar Synchronbahnen, wie sie zunehmend von Kommunikationssatelliten verwendet wurden, war dagegen fraglich. Letztlich setzte sich das Verfahren nicht generell durch und stattdessen begann die Entwicklung 3-​Achsen-​stabilisierter Anwendungssatelliten. ATS 2, gestrandet auf einer elliptischen Umlaufbahn, konnte lediglich zu einigen wenigen Kommunikationsexperimenten genutzt werden, bevor er verglühte. Nachdem der Satellit zunehmend zu taumeln begonnen hatte, wurde der Meßdatenempfang nach etwa sechs Monaten eingestellt.
Weitgehend unbeeinträchtigt durch die kurzlebige Bahn war das „Heat Pipe“ Experiment der USAF, das mit dem Research Payload Module 481 unternommen wurde und welches fest mit der Agena Stufe verbunden blieb. Entwickelt worden war das System von den Los Alamos National Laboratories (LANL) mit der Zielsetzung, die Eignung von Heat Pipes zur Kühlung von Nutzlasten auf zukünftigen Raumfahrzeugen zu erproben.