Eine der komplexesten Space Shuttle Missionen der 1980er Jahre stand im Frühjahr 1984 auf dem Flugplan der NASA. Die „Challenger“ sollte nicht nur eine große Forschungsplattform aussetzen, sondern die Crew auch den teilweise defekten Millionen Dollar teuren Forschungssatelliten SMM (Solar Maximum Mission) reparieren. Dazu hatte die NASA bei früheren Shuttle Missionen eine Reihe von Tests unternommen. Gleichzeitig hatte die Missionsspezialisten beim Training während Parabelflügen und im Hydrobecken von Houston reiche Erfahrungen für das komplizierte Außenbordmanöver sammeln können. Anspruchsvoll war aber auch aus bahnmechanischer Sicht der Anflug an den Satelliten. Erstmals war ein direkter Aufstieg in den Zielorbit geplant mit lediglich einer OMS Zündung. Mit zweitägiger Verzögerung hob die „Challenger“ F-5 am 06.04.1984 um 13:58 UTC von Cape Canaveral zur Mission STS 41-C ab. Die fünfköpfige Crew an Bord bestand aus Kommandant Robert Crippen, Pilot Francis Scobee und den Missionsspezialisten George Nelson, James van Hoften sowie Terry Hart. Problemlos erreichte die „Challenger“ den geplanten Orbit. Am 07.04.1984 wurde die LDEF (Long-Duration Exposure Facility) mit dem Manipulatorarm aus der Nutzlastbucht herausgehoben und freigesetzt. Diese rund 10.000 kg wiegende Experimentalplattform sollte etwa zehn Monate im All kreisen und dabei vor allem die Langzeiteinflüsse von Mikrometeoriten, Strahlung und atomarem Sauerstoff auf Materialproben, Solarzellen und Systeme erforschen. Auch direkte Forschungen zur Mikrometeoritenverteilung, ihrer Energie und Auftreffrichung waren geplant. Die Mission der LDEF nahm jedoch einen unerwarteten Verlauf. Statt während der Mission STS 51-D im Februar 1985 wurde der Satellit erst im Januar 1990 bei STS-32R geborgen. Wiederholte Verzögerungen im Shuttle Programm und schließlich die Explosion der „Challenger“ im Januar 1986 hatten dazu geführt, daß die LDEF erst wenige Wochen vor dem drohenden Wiedereintritt in die Atmosphäre geborgen werden konnte. Das ruinierte zwar einige Experimente, gab den Forschern andererseits aber auch eine einmalige Gelegenheit zu einer echten Langzeitstudie. Zu weiteren usprünglich geplanten Einsätzen der LDEF kam es aber nicht mehr. Das Aussetzmanöver der LDEF wurde von den Astronauten mit Cinema 360 and IMAX 70 mm Kameras dokumentiert, ebenso die Höhepunkte der weiteren Mission. Die Aufnahmen wurden für einen Kinofilm („The Dream Is Alive“) verwendet, der Teil der NASA Öffentlichkeitsarbeit war. Nach dem Rendezvous mit dem defekten SMM Satelliten am nächsten Tag verließen die Missionsspezialisten Nelson und van Hoften am 08.04.1984 die Luftschleuse der „Challenger“ zu einem Außenbordmanöver. Sie sollten eine Art Kopplungsadapter an dem Satelliten anbringen, so daß dieser für die Reparaturen in der Nutzlastbucht verstaut werden konnte. Doch mehrere Versuche von Nelson, die TPAD (Trunion Pin Attachment Device) Apparatur anzubringen, scheiterten. Stattdessen begann SMM zu rotieren. Nach drei vergeblichen Versuchen wollte Nelson zunächst die Rotation des Satelliten stoppen. Dazu griff er nach einer der Solarzellenflächen und aktivierte die Autostabilisierung seiner MMU. Doch die Situation verschlimmerte sich dadurch nur noch mehr. Die Rotation kehrte sich um und „Solar Max“ taumelte nun sogar um zwei Achsen! Der Satellit verlor die Ausrichtung zur Sonne und zehrte von seiner Batteriekapazität. Gleichzeitig signalisierten die Anzeigen an Nelsons Raumanzug einen niedrigen Vorrat an Stickstoffgas für die MMU. Das Außenbordmanöver mußte nach 2:38 h ergebnislos abgebrochen werden, nachdem auch ein Versuch von Missionsspezialist Hart fehlgeschlagen war, den Satelliten mit dem RMS Manipulator zu ergreifen. Die Astronauten waren extrem niedergeschlagen, wußten sie doch, was für die NASA bei dieser Mission auf dem Spiel stand. War doch die Fähigkeit, Nutzlasten im Orbit zu warten und reparieren, eines der Hauptargumente für das kostspielige Shuttle System. Glücklicherweise konnte die Bodenkontrolle des GSFC die Rotation von „Solar Max“ am 09.04.1984 noch rechtzeitig stoppen, bevor die Batterien erschöpft waren. Am 10.04.1984 gelang Missionsspezialist Hart dann im ersten Anlauf das Greifen des Satelliten mit dem RMS. Nun konnte SMM in der Servicestruktur in der Nutzlastbucht verankert werden. Daraufhin verließen Nelson und van Hoften am 11.04.1984 die Luftschleuse der „Challenger“ zu einem zweiten Außenbordmanöver. Angesetzt für die Reparatur des Satelliten waren sechs Stunden. Der Austausch der zentralen Elektronikbox und der Kontrolleinheit (227 kg) für die Lageregelung war eine Stunde vorfristig erledigt. Die defekten Komponenten wurden zur Analyse auf der Erde verstaut. Ihre Untersuchung sollte näheren Aufschluß geben, ob eine Wartung von Satelliten im Orbit überhaupt sinnvoll war. Waren nur einzelne Komponenten defekt, kam eine Reparatur wie bei „Solar Max“ in Frage. Zeigte jedoch die gesamte Elektronik starke Alterungserscheinungen, wäre ein Neustart sinnvoller. Nach der Reparatur des Satelliten und der Demontage einiger kleiner Materialproben nutzte Nelson den Manipulatorarm, um sich in die geeignete Lage für eine Fotodokumentation von SMM bringen zu lassen. Kollege van Hoften machte unterdessen einen kurzen Testflug mit seiner MMU innerhalb der Nutzlastbucht der „Challenger“. Nach 6:44 h waren die beiden Astronauten schließlich wieder zurück an Bord. Der reparierte „Solar Max“ wurde am 12.04.1984 mit dem Manipulatorarm ausgesetzt, wobei erneut einige faszinierende Filmaufnahmen entstanden. Damit begannen aber auch schon die Vorbereitungen für die Rückkehr zur Erde. Wegen einer zu dichten Wolkendecke über Florida mußte die Landung nach Kalifornien verlegt werden. Nach einem zusätzlichen Orbit leitete die „Challenger“ am 13.04.1984 schließlich die Landung ein und setzte nach einem Flug von 167:40 h um 13:18 UTC auf der Edwards AFB auf. Bei der Landung wurden die Bremsen des Hauptfahrwerks beidseitig erheblich beschädigt. Neben diversen Problemen mit der Ku-Band Antenne des Orbiters, einem nicht entfalteten Hauptschirm des rechten Boosters und einem Gasleck im Bereich eines O-Rings, ebenfalls an diesem SRB, war das die bedeutendste Anomalie auf dieser Mission.