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  第一架波音747-100(註冊號N9668)是一架原本交付給美國航空的747-100,但後來因美航更改訂單而未能交付。1974年轉售NASA,註冊號更改為N905NA,引進的時候是為了NASA德萊頓的飛行尾渦流研究,還進行與一架F-104以密集隊形並飛,模擬747釋放軌道器。 1976年,波音公司開始對飛機進行大幅度修改,機艙座椅被移除,並加裝了支桿,並對機身加強。機尾增加垂直安定面。電子裝置和發動機也得到升級。加裝了類似波音747首次飛行測試的軸隧應急出口。進場著陸測試後,應急出口就被去掉,因為由此逃生的乘員可能被發動機吸入。  NASA原本考慮用C-5運輸機來運送軌道器,比起C-5的高翼設計,NASA更看好747的低翼,而且考慮到美國空軍可能會保留C-5的使用權,NASA最終選擇了747。 負載軌道器飛行增加了阻力和重量,消耗更多油料,航程從10100 km縮減到1850 km。進行跨大陸飛行,運輸機需要中途加油數次。運輸機最高飛行高度4572米,巡航速度0.6馬赫。太空梭運輸飛機運送太空梭的飛行,需要170人的隊伍,與一星期的時間進行準備。 研究人員考慮給運輸機加裝空中加油裝置,此項改進已經在美國空軍的波音E-4(改進型747-200)上進行。然而在與空中加油機編隊密集飛行測試加油靠近時,N905NA的尾翼出現細小裂痕,雖然可能不是試驗飛行造成的,但研究人員認為沒有必要承擔無謂風險,何況並沒有給運輸機加增空中授油能力的迫切需求,研究便被擱置了。  1980年代初,N905NA運輸機不再使用美國航空公司的紅白藍塗漆,NASA替換上自己的塗裝,白色機身帶一條藍線。  1988年,在挑戰者號太空梭災難的餘波下,NASA宣佈再次購入一架原本在日本航空公司營運的747-SR100(原有編號JA8117),經過與N905NA類似的改裝後編號改為N911NA。1991年第一次任務是從生產地帕姆代爾運送新的太空梭奮進號到肯尼迪太空中心。 這兩架運輸機基本相同,N911NA每側有五個上層甲板舷窗,而N905NA每側只有兩個。N905NA上的尾部支座有一句玩笑式的說明:軌道器連線至此,黑色面朝下。  運輸機在諸如西班牙、法國等地的備選著陸點也能執行運輸工作,但由於航程加大,飛行前需要移除一些機載裝置減輕重量以保證順利運輸。  2012年2月8日,編號為N911NA的太空梭運輸機最後一次飛往德萊頓之後宣告退役,一些部件將用於同溫層紅外線天文臺。  而N905NA在太空梭退役之後承擔了將退役的太空梭運輸至博物館的任務,於2012年9月24日在完成最後一次運輸奮進號太空梭的任務後退役,同年10月由德萊頓飛往休士頓埃靈頓機場,最初計劃與N911NA一樣用於SOFIA的零件供應,但NASA工程師的檢查發現N905NA運輸機上可供SOFIA使用的零件已經很少,N905NA得以被保留,並將於重新組裝後在休士頓太空中心展出,且將搭載太空梭複製品“探測者號”。
太空梭運輸機(Shuttle Carrier Aircraft,SCA,以下簡稱「運輸機」)是NASA用來運輸太空梭軌道器的兩架大幅度改進的波音747,分別改裝自一架747-100型與一架747-100SR型客機。