Zu den wenigen dedizierten Wissenschaftsmissionen des Space Shuttle zählte das Unternehmen ATLAS-​1  (Atmospheric Laboratory for Applications and Science). Bereits lange vor der „Challenger“ Katastrophe war eine Serie von drei Spacelab EOM (Earth Observing Mission) Flügen geplant gewesen. Die beiden ersten wurden schließlich zur für August 1986 terminierten Mission STS 61 K zusammengefaßt. Nach der Wiederaufnahme der Shuttle Flüge erhielt dieses Unternehmen die neue Bezeichnung ATLAS-​1 . Ziel war und blieb die Erforschung der oberen Erdatmosphäre unter spezieller Berücksichtigung der solaren Einflüsse. Zu diesem Zweck wurde das Space Shuttle „Atlantis“ mit umfangreichen Experimenten ausgestattet, die größtenteils fest auf zwei (nicht hermetisierten) Spacelab Paletten in der Nutzlastbucht montiert waren. Der Start der Mission STS-​45  war ursprünglich für den 23.03.1992 geplant, mußte aber verschoben werden, als Messungen erhöhte Wasserstoff– und Sauerstoff-​Konzentrationen im Heck des Shuttle zeigten (statt der erlaubten Konzentration von 500 ppm wurden bis zu 860 ppm ermittelt). Da aber kein Leck gefunden werden konnte, ging man schließlich davon aus, daß sich die Gase beim Betanken angesammelt hatten. Nach einer entsprechenden Belüftung konnte der Countdown wieder aufgenommen werden. Am 24.03.1992 um 13:14 UTC hob das Shuttle zur Mission „Atlantis“ F-​11  ab. Die Experimente an Bord von Wissenschaftlern aus den USA, Frankreich, Deutschland, Großbritannien, Belgien, der Schweiz, den Niederlanden und Japan wurden von einer siebenköpfigen Crew betreut. Kommandant war Charles Bolden, Pilot Brian Duffy, als Missionsspezialisten befanden sich Kathryn Sullivan (zugleich Nutzlast-​Kommandantin), David Leestma und Michael Foale an Bord, während Byron Lichtenberg und Dirk Frimout als Nutzlastspezialisten ausgewählte Experimente betreuten. Der Belgier Frimout war erst im September 1991 in die erste Mannschaft aufgerückt, nachdem der ursprünglich vorgesehene US Wissenschaftler Michael Lampton schwer erkrankte. Die sieben Astronauten operierten im Orbit mit den Instrumenten, zu denen u.a. das UV-​Teleskop FAUST (Far Ultraviolet Space Telescope), das Shuttle Solar Backscatter Ultraviolet Experiment SSBUV und das französisch-​belgische Grille Spektrometer zählten. Weitere bedeutsame Experimente waren die Atmospheric Lyman-​Alpha Emissions (ALAE) Meßapparatur und der Millimeter-​Wave Atmospheric Sounder (MAS). Das Active Cavity Radiometer (ACR) flog identisch auch auf dem UARS Satelliten. Neben den atmosphärischen Studien unternahm die Shuttle Crew Messungen der solaren Strahlung, betrieb zwei Experimente zur Plasmaphysik (Atmospheric Emissions Photometric Imaging — AEPI und Space Experiments with Particle Accelerators — SEPAC) u.a.m. Aufgrund der Fülle der Experimente beschloß die NASA, die ursprünglich knapp 8-​tägige Mission um einen Tag zu verlängern. Ressourcen waren nach sechs Tagen im Orbit noch ausreichend vorhanden. Probleme bereitete im Verlauf der Mission das FAUST Instrument, das sich schließlich wegen eines Sicherungsdefekts als Totalausfall erwies. Auch das SEPAC des japanischen ISAS konnte nur eingeschränkt genutzt werden. Ziel dieses Experiments war es, mit einer „Elektronenkanone“ künstliche Polarlichter zu generieren. Obwohl sich der „high power“ Modus nicht aktivieren ließ, zeigte sich Wissenschaftsastronautin Sullivan von den Ergebnissen begeistert. Schließlich setzte die „Atlantis“ am 02.04.1992 um 11:23 UTC nach 214:09 h auf Runway 33 in Cape Canaveral auf. Trotz der der Verlängerung der Mission um einen Tag waren die Treibstoffvorräte des Orbiters am letzten Flugtag noch so hoch, daß die zulässige Landemasse überschritten worden wäre. Daher hatten Bolden und Duffy die Anweisung erhalten, beim Retromanöver reichlich Treibstoff zu verbrennen. Den hatte man in Erwartung der zur Erfüllung des Flugprogramms erforderlichen zahlreichen Bahnmanöver überreichlich mitgeführt.
Bis 1997 folgten zwei weitere ATLAS Missionen, so daß die Messungen des Programms fast einen ganzen solaren Zyklus abdeckten. Das Ziel, bis 2002 zehn bemannte Flüge im Rahmen des Programms „Mission to Planet Earth“ durchzuführen, wurde aber wegen technischer und finanzieller Probleme verfehlt. Somit lieferte die Experimentenreihe leider nur einen Bruchteil der von den Wissenschaftlern erhofften Daten.