Il 6 ottobre 1990, presso la base di lancio della Florida, le procedure operative per l'avvio della missione giungono alla loro fase decisiva. Il conto alla rovescia prosegue in modo lineare e senza rilevare discrepanze nei dati della telemetria. Lo Shuttle accende i propulsori principali, seguiti immediatamente dall'innesco dei booster a propellente solido, staccandosi dalla rampa per risalire il corridoio di volo atmosferico. Dalle consolle del controllo di missione a terra, i direttori di volo monitorano costantemente la pressione dinamica, l'efficienza dei sistemi idraulici e il corretto bilanciamento dell'assetto. Superata la prima fase di salita, si verifica la separazione nominale dei propulsori laterali e, successivamente, lo spegnimento dei motori principali con lo sgancio del serbatoio esterno, permettendo all'astronave di inserirsi nell'orbita di parcheggio stabilita.
Una volta raggiunta la stabilità orbitale e verificata la tenuta dei sistemi ambientali, l'equipaggio di bordo riceve l'autorizzazione per procedere all'apertura dei portelloni del vano carico. Tale manovra è indispensabile per consentire l'irraggiamento termico ed esporre alla struttura dello spazio il carico utile principale della missione. Nella stiva si trova la sonda Ulysses, integrata con un sistema propulsivo combinato composto da uno stadio superiore inerziale e da un modulo di assistenza al carico utile. I controllori di volo e gli astronauti eseguono le liste di riscontro necessarie a verificare i circuiti elettrici di sgancio, lo stato degli azionatori pirotecnici e il funzionamento dei riscaldatori dedicati alla strumentazione scientifica.
Il meccanismo di supporto orientabile posizionato nel vano carico si attiva, inclinando gradualmente la sonda e i suoi stadi propulsivi verso l'angolo di rilascio prescelto. I flussi telemetrici confermano che la temperatura dei sottosistemi di bordo e lo stato di carica delle fonti energetiche si mantengono nei limiti previsti dalle specifiche di progetto. Al raggiungimento dell'assetto ideale, il comando di separazione invia il segnale ai ganci di trattenuta. Un sistema di molle calibrate spinge il complesso nello spazio libero, imponendo una velocità di allontanamento costante rispetto al veicolo ospitante.
Lo Shuttle effettua una manovra di disimpegno propulsivo per portarsi a distanza di sicurezza prima dell'innesco dei motori solidi del carico. Sulla sonda Ulysses, i temporizzatori di bordo completano la sequenza automatica di armamento del primo stadio propulsivo. Il motore principale si accende generando la spinta prescritta, imprimendo un forte incremento di velocità al veicolo. Dopo il completamento della prima fase di spinta, si susseguono in rapida sequenza la separazione dello stadio esausto, la successiva accensione del secondo stadio e l'impulso finale del modulo ausiliario.
La rotta risultante inserisce la sonda in una traiettoria d'uscita diretta verso il pianeta Giove, snodo fondamentale per effettuare una manovra di fionda gravitazionale in grado di deviare l'orbita fuori dal piano dell'eclittica. Le stazioni della rete di tracciamento profondo agganciano il segnale radio trasmesso dal veicolo, confermando la stabilità dell'orientamento primario, la corretta alimentazione della piattaforma di bordo e la piena operatività dei canali di comunicazione.
A missione compiuta, l'eredità scientifica accumulata da Ulysses rappresenta un pilastro fondamentale nell'esplorazione della fisica eliosferica. Prima di questa impresa, le conoscenze sull'ambiente spaziale governato dal Sole erano limitate alle misurazioni effettuate in prossimità del piano dell'eclittica, la fascia piatta lungo la quale orbitano quasi tutti i pianeti del sistema solare. Attraverso l'uso pionieristico della gravità di Giove per modificare radicalmente l'inclinazione orbitale, la sonda ha consentito alla comunità scientifica di analizzare per la prima volta le regioni polari della nostra stella, fornendo una visione tridimensionale e senza precedenti dell'eliosfera.
Uno dei risultati scientifici più rilevanti riguarda la caratterizzazione del vento solare. I dati raccolti dagli strumenti di bordo hanno dimostrato una netta dicotomia nella struttura di questo flusso costante di particelle cariche. A basse latitudini, vicine al piano equatoriale, il vento solare si presenta lento, turbolento e soggetto a continue variazioni di intensità e composizione. Al contrario, al di sopra delle elevate latitudini polari, i sensori hanno registrato un vento solare estremamente rapido, omogeneo e caratterizzato da una dinamica stabile. Questa scoperta ha costretto i fisici solari a rivedere profondamente i modelli teorici relativi all'accelerazione del plasma all'interno della corona solare.
Le misurazioni del campo magnetico solare hanno smentito le ipotesi storiche che prevedevano la presenza di forti concentrazioni magnetiche localizzate esclusivamente ai poli geografici del Sole. Ulysses ha invece rivelato che l'intensità del campo magnetico radiale risulta sorprendentemente uniforme a tutte le latitudini eliosferiche. Inoltre, la continuità temporale delle osservazioni ha permesso di mappare le profonde riorganizzazioni della struttura magnetica globale durante l'intero ciclo di attività solare della durata di 11 anni, mostrando come l'inversione periodica della polarità influenzi direttamente la propagazione delle particelle energetiche.
La sonda ha fornito un contributo decisivo anche allo studio dei raggi cosmici d'origine galattica. Contrariamente alle previsioni teoriche iniziali, la penetrazione di tali particelle ad alta energia verso il sistema solare interno non è risultata nettamente favorita dai poli, a causa dell'intensa azione di dispersione esercitata dalle fluttuazioni magnetiche sferiche. Parallelamente, il veicolo ha effettuato i primi rilevamenti diretti di atomi neutri di elio interstellare e di granelli di polvere provenienti dallo spazio galattico, definendone la densità e la direzione d'ingresso nel sistema planetario.
Nel corso della sua prolungata permanenza nello spazio interplanetario, la sonda ha registrato inaspettati attraversamenti delle code di varie comete a grande distanza dai rispettivi nuclei, dimostrando che le strutture gassose cometarie si estendono per dimensioni enormemente superiori a quanto ipotizzato. Le operazioni scientifiche si sono concluse ufficialmente nel 2009, quando il calo di resa del generatore termoelettrico ha portato al congelamento del propellente nei condotti di assetto. L'insieme delle informazioni raccolte ha trasformato in modo definitivo le conoscenze sui meccanismi che governano le interazioni tra il Sole e lo spazio interstellare.
