STS-9

Seinen ersten und längsten Weltraumeinsatz hatte Lichtenberg als Nutzlastspezialist der Mission STS-9 vom 28. November bis 8. Dezember 1983 mit dem Space Shuttle Columbia, bei der zum ersten Mal das Weltraumlabor Spacelab mitgeführt wurde. Unter dem Kommando von Astronautenlegende John Young, der als erster Mensch bei dieser Mission zum sechsten Mal in den Weltraum flog, war es der erste Raumflug mit sechs Raumfahrern. Gleichzeitig war dies die erste NASA-Mission, bei der ein Nichtamerikaner, Ulf Merbold, Mitglied der Besatzung war und auch seinen ersten Raumflug damit unternahm.

Der Flug war aus wissenschaftlicher Sicht ein voller Erfolg, denn durch die Mitführung des Spacelab konnten mehr Experimente erfolgreich durchgeführt werden als bei allen Apollo- und Skylab-Missionen zusammengenommen.

Lichtenberg war damit zusammen mit Merbold der erste Nutzlastspezialist, der in den Weltraum befördert wurde.

STS-51-H

STS-51-H war eine Atlantis-Mission, die schon vor der Challenger-Katastrophe abgesagt wurde. Die EOM-1-Shuttle-Mission war für November 1985 vorgesehen. Neben Lichtenberg waren Vance Brand, Michael J.Smith, Robert Springer, Owen Garriott, und der zweite Nutzlastspezialist Michael Lampton eingeplant.

STS-61-K

STS-61-K war eine Columbia-Mission, die wegen der Challenger-Katastrophe abgesagt wurde. Die EOM-1-Shuttle-Mission war für Oktober 1986 vorgesehen. Neben Lichtenberg waren Vance Brand, David Griggs, Robert Stewart, Owen Garriott, Claude Nicollier, Michael Lampton und Robert Stevenson eingeplant.

STS-45

Bei dieser Mission wurde die Atlantis für einen Flug ins All benutzt. Lichtenberg war wieder einer der Nutzlastspezialisten dieser Mission.

Die Mission beförderte das erste Atmospheric Laboratory for Applications and Science (ATLAS-1) auf zwei Spacelab-Paletten in der Ladebucht des Shuttles. Die in der Nutzlastbucht installierte Ladung bestand aus zwölf Instrumenten aus den USA, Frankreich, Deutschland, Belgien, der Schweiz, den Niederlanden und Japan. Es wurden Studien in den Bereichen Atmosphärenchemie, Sonneneinstrahlung, Plasmaphysik und Ultraviolettastronomie durchgeführt. Weitere Forschungsprojekte waren unter anderem das Shuttle Solar Backscatter Ultraviolet Experiment (SSBUV) und das Get Away Special Experiment (GAS) von Lichtenberg durchgeführt.