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移除书签一、航天科技
航空器和航天器
航空器泛指在大气层内飞行的飞行器，它们必须依靠空气产生上升和飞行的空气动力，其发动机利用大气中的氧气工作。目前世界上已经研制成功的航空器主要有飞机、飞艇、滑翔机、旋翼机、直升机、扑翼机和气球。
飞机按《中国大百科全书》航空航天卷所下的定义是：“由动力装置产生前进推力，由固定机翼产生升力，在大气层中飞行的重于空气的航空器。”因此，无动力装置的滑翔机、以旋翼作为主要升力面的直升机以及在大气层外的航天飞机都不属于飞机的范围。然而在日常生活中，许多人都习惯地将气球和飞艇以外的航空器泛称为飞机。
飞艇是一种有推进装置、可控制飞行的轻于空气的航空器。它是由一个巨大的流线型艇体、一个位于艇体下的吊舱、一个起稳定控制作用的尾翼和推进装置等组成的。艇体内的气囊内充以密度小于空气的氢气或氦气等浮升气体，借以产生浮力使飞艇升空。
滑翔机是一种没有动力装置，重于空气的固定翼航空器。它可由飞机拖曳辅助起飞，也可用绞盘车或汽车牵引起飞。滑翔机在上升气流中可像雄鹰展翅那样平飞或上升，专业人员管这种状态叫作翱翔。在无风情况下滑翔机主要依靠自身重力的分量获得前进的动力，这种损失高度的无动力下滑飞行的专业术语叫作滑翔。
旋翼机的旋翼没有动力装置驱动。它是在动力装置提供的拉力作用下前进的，迎面气流吹动旋翼像风车似的旋转，从而产生升力。有的旋翼机还装有固定小翼面，由它提供一部分升力。
直升机是一种由发动机驱动旋翼旋转而产生升力和拉力的航空器。
扑翼机是一种机翼能像鸟和昆虫翅膀那样扑动的重于空气的航空器。扑动的机翼既产生升力又产生向前的推动力。由于设计扑翼机所遇到的控制技术、材料和结构方面有许多一直未能解决的难题，所以，尽管从1930年就曾试飞成功过扑翼机模型，但它至今仍停留在模型制作和设想阶段。
气球是一种无推进装置的轻于空气的航空器。它由巨大的气囊和吊舱组成。气囊内充以密度小于空气的浮升气体，通常以氢气和氦气居多，使气球升空。
航天器泛指在大气层外的太空中飞行的各类飞行器。目前世界上的主要航天器有人造地球卫星、宇宙飞船、空间站、航天飞机以及空间探测器等。其中航天飞机是第一种跨大气层飞行器，既能在大气中飞行（滑翔），也能在太空中飞行。由于它主要活动是在太空，因而归于航天器之列。航天器种类繁多，用途各异，形状千差万别。有的航天器不带主动力装置，有的则带有大型发动机。但大多数航天器为了保持轨道高度或特定姿态，往往带有许多个小型火箭发动机或高压氮气喷管。推力大者几吨力，小者几牛顿甚至几达因。航天飞机除三台主发动机外，还有多达49个各种小发动机，用于轨道保持、轨道变换、返回制动、姿态控制等。
人造地球卫星是一种环绕地球在空间轨道上运行（至少一圈）的无人航天器。按照用途分成科学卫星、技术试验卫星和应用卫星等三类。科学卫星用于科学探测和研究，主要包括天文卫星和空间物理探测卫星。技术试验卫星用于新技术试验或为应用卫星进行试验。应用卫星用以直接为军事或国民经济服务。应用卫星按基本工作特点分类可分为数据中继卫星、导航定位卫星和遥感卫星；按具体用途可分为通信卫星、气象卫星、环境监测卫星、侦察卫星、导航卫星、测地卫星、地球资源卫星以及截击卫星和多用途卫星等。
空间站是可供多名航天员巡访、长期工作和居住的载人航天器。又称轨道站或航天站。在航天站运行期间，航天员的替换和设备物资的补充可由载人飞船或航天飞机运送，物资设备也可由无人航天器运送。
宇宙飞船是一种能保障宇航员在外层空间生活和工作，并能安全返回地面的航天器，又称载人飞船。它的容积较小，受到所载消耗性物资数量的限制，不具备再补给能力，运行时间有限，不能重复使用。
航天飞机是一种可重复使用的，往返于地球表面和近地轨道之间运送有效载荷的飞行器。通常由火箭推进，在轨道上运行时可在有效载荷和乘员配合下完成多种任务。返回地面时能像滑翔机或飞机那样下滑和着陆。
空间探测器是对地球以外的空间环境、月球、行星等天体以及宇宙进行探测的无人航天器。它包括月球探测器、太阳探测器、彗星探测器、行星探测器以及宇宙探测器（如美国的哈勃望远镜）。
航空器和航天器都属于飞行器，与二者并列的飞行器还包括火箭。火箭是一种靠火箭发动机喷射工质而产生反作用力推进飞行的飞行器。它自身携带全部推进剂，不依靠外部环境（如大气）产生推力或升力，所以既可以在大气层中飞行，也可以在大气层外的太空中飞行。根据推进剂和工质的不同，火箭可分为化学火箭，它采用化学推进剂，如液氢和液氧、液氧和煤油等；电火箭，用电能加热工质产生高速喷射流；核火箭，用核能加热工质产生高速喷射流。按用途火箭可分成三大类：玩具火箭、探空火箭和运载火箭。
玩具火箭在中国古代就已有之。像儿童们喜爱的“地老鼠”、“蹿天猴”属于玩具火箭。探空火箭是将专门仪器设备发射到高空进行高空物理学、气象学研究和新技术试验的小型火箭。它可采用固体推进剂或液体推进剂，可以是单级，也可以是多级。许多国家研制探空火箭已形成完整的系列，小的可发射几千米高，大的可发射到数千千米高。探空火箭是一次性使用。发射升空并达到最大高度后，装仪器设备的头锥部由降落伞回收。
运载火箭是将有效载荷发射到预定地点或轨道的大型火箭。有效载荷是爆炸物（弹头）的运载火箭称火箭弹（无制导）或导弹（有制导）。导弹的种类、型号极多。导弹可按多种特点分类。典型的一种分类方式是按发射点和目标点位置分类，包括地地导弹、潜地导弹、舰地导弹、岸舰导弹、舰舰导弹、地空导弹、舰空导弹、空空导弹。
如果火箭的有效载荷是人造卫星等航天器，则称航天运载火箭或简称运载火箭。目前，美国、俄罗斯、欧洲、中国等都已研制并形成了从低轨道到高轨道，从小载荷到大型载荷的航天运载火箭系列。已经研制成功的运载火箭最大者能将120吨的航天器发射到近地轨道，能将48.8吨有效载荷送往月球。
航天飞机的诞生
20世纪80年代初期投入使用的航天飞机，是现代卫星和载人飞船技术、运载火箭技术、航空技术综合发展的产物，这种飞行器的设想由来已久。早在20世纪初就有人提出过用火箭发动机做动力装置的飞机。第二次世界大战前夕，由于军事上的需要，法西斯德国曾将这一设想付诸实施，并于1941年研制成了ME-163型火箭飞机，时速可达1000千米。
第二次世界大战后，设计和研制可重复使用的火箭飞机的活动十分活跃，各国科学家和工程技术人员为了把火箭技术和航空技术结合起来，不仅进行了各种技术途径的探索和研究，而且还做了大量的设计和研制实验。
美国贝尔公司设计的X-15型火箭飞机曾进行过近200次的飞行试验，最大时速达到7300千米，最大高度为106千米，远远超出了大气层的范围。这些研究工作，对于探索可重复使用的空间运输系统的技术途径，都做出了有益的贡献，甚至可以说，X-15型火箭飞机就是航天飞机的雏形。
20世纪60年代美国研制的“阿波罗”宇宙飞船等航天器所进行的载人太空飞行，以及轨道对接、宇航员舱外活动等一系列载人轨道飞行基本技术的掌握，为发展大型的载人空间运输系统创造了条件，提供了雄厚的技术基础。
耗资巨大的“阿波罗”登月计划结束后，美国将大量的人力、物力、财力转移到新型空间运输系统的研制工作上来。1972年，美国总统尼克松批准了预计耗资55亿美元的航天飞机研制计划。
点火升空后的“哥伦比亚”航天飞机美国的航天飞机制造历时10年，实际耗资100亿美元。1981年4月12日上午7时，美国的第一架“哥伦比亚号”航天飞机在肯尼迪航天中心首次发射成功。航天飞机上载有两名宇航员。
航天飞机是一个庞大、沉重和复杂的系统，它有与以往航天飞行器不同的特征。首先，航天飞机能像火箭一样垂直发射；其次它能够像普通航天器那样在空中做机动和变更轨道的飞行；另外航天飞机能像普通飞机一样在机场滑跑着陆，经过维护修理后可再次使用，重复使用次数可达100次以上。
由于航天飞机的发射阶段和再次进入大气阶段速度低，过载较小，未经严格训练的人也能上天活动。所以航天飞机被认为是航天技术新阶段的标志。美国宇航局甚至宣称：运载火箭将逐步为航天飞机所取代。
航天飞机要比卫星大得多，复杂得多，要把这样一个航天系统发射到环绕地球的轨道，在轨道上完成预定的任务，然后再安全返回地面，这的确不是一件简单的事情，它需要解决一系列的关键性技术问题，如速度和推力，精确的控制导引系统，适当的空气动力外形和再入大气层的有效防热措施等。
航天飞机由助推级、轨道级、外接推进剂箱三部分组成。助推级是平行安装的两台固体火箭发动机。轨道级是航天飞机的心脏，它可以载运重达30吨的负荷。它很像一架大型的三角翼飞机，中部是一个很大的负荷舱。
轨道级的前端是宇航员的座舱，座舱是高度密封的，内有宇航员生活所需要的空气，舱内还有空气调节设备，使舱内的空气条件与地面上的大气基本一致，温度和湿度也保持适宜。座舱顶部是飞行甲板，这里是控制中心。
航天飞机的座舱与喷气式客机的座舱相似，有舒适的座位，并有两套控制系统，能够使两人中的任何一人，在必要时单独负责飞行的一切工作。座舱的底甲板是机务人员工作的地方。另外座舱内还有厨房、进餐间、储藏室、卫生设备，还有密封舱，用来供宇航员到附近的外部空间进行活动。
轨道级的外部是一层独特的隔热系统，可以防止在发射和重返时与大气摩擦积热使舱内温度升得过高。在它进入大气层时和大气摩擦产生的热量，可使表面温度达到几千度，而由于隔热层的存在，可保持舱内温度不发生剧烈变化。
航天飞机的推进级和轨道级都可以回收，只有盛推进剂的外接推进剂贮箱不可以回收。
航天飞机的主要用途是用来接送空间实验室工作人员和物资。除此之外还可以发放卫星，或把装配空间站的构件运上太空，还可以对其他航天器进行维修，也可以用来作为发射星际探测器的中继站。
1981年4月12日上午7时，美国宇航局在佛罗里达州的肯尼迪航天中心发射了第一架航天飞机——“哥伦比亚号”，揭开了人类宇宙航行的新篇章。
“哥伦比亚号”是在1977年研制成的“企业号”航天飞机的基础上改进而来。“企业号”属于航天飞机的试验阶段，它没有推进级，实验时利用波音747客机将它“背”上天空，达到一定高度和速度以后再将它放出，“企业号”脱离母机以后，在驾驶员的操纵下，自由飞行，并完成了一系列飞行动作，然后像普通飞机一样安全降落在机场跑道上。
“企业号”的飞行实验证明了航天飞机重返大气层在机场着陆是完全可靠的。但是由于财政困难及其他原因，发射“企业号”航天飞机的计划被迫中止。虽然“企业号”没能升上太空，却成了通向太空的铺路石，航天飞机首航天外的日子已经为期不远了。
“企业号”没有完成的任务是由“哥伦比亚号”来完成的。发射当天有百万观众赶到发射基地，去观看“哥伦比亚号”的首航。4月12日7时整，“哥伦比亚号”像火箭一样竖直起飞，冲出大气层，进入了预定的环绕地球的圆行轨道，像飞船一样在轨道上进行无动力飞行。宇航员检查、试验，各项功能正常。
“哥伦比亚号”在飞行36圈，历时54小时30分后开始返航。宇航员开启动力装置，它开始脱离圆形轨道进入大气层，此时它的时速是8200千米，飞机头部因与大气高速摩擦，外表温度已经上升到1600℃。
美国爱德华空军基地派出了4架歼击机，在12000米的高空排成方阵，给这位“天外来客”导航。“哥伦比亚号”平稳地降落在爱德华空军基地的跑道上。当两位宇航员神采奕奕地走下飞机时，几十万狂热的观众不停地向他们欢呼，欢庆“哥伦比亚号”首航成功。
1981年11月至1982年6月，“哥伦比亚号”航天飞机又进行了三次试航，进行了多项科学研究活动，进一步完善其性能。1982年11月6日，“哥伦比亚号”进行了首次常规业务飞行，将两枚人造地球卫星送入轨道，从此开始了它的“商业生涯”。航天飞机开始登上了宇宙航行的历史舞台。
大显身手的航天飞机
航天飞机一登上宇宙航行的舞台便大显身手。在航天领域扮演着越来越重要的角色，它能执行各种各样的任务。
（1）施放卫星
航天飞机可以将载人的和不载人的有效载荷送入地球环形轨道。航天飞机轨道级的货舱可以放置一颗巨型卫星，或者5～8颗小卫星，如资源卫星、导航卫星、气象卫星、通讯卫星等。从航天飞机上发放卫星极其简单。飞机飞组装完毕的航天飞机被运到了发射塔上入预定轨道后，驾驶员将飞机调整到合适高度、姿态，按动按钮，卫星便被弹出货舱，进入轨道。
1981年11月11日，美国“哥伦比亚号”航天飞机进行第一次商业飞行任务，施放两颗通讯卫星：美国的SBS-3和加拿大的安尼克-C，1983年4月20日，美国的“挑战者号”航天飞机一次施放了三颗卫星。这样简化了卫星的发射过程，大大降低了发射成本，提高了发射精度。
（2）回收、检修航天器
如果太空中的卫星上某个部件或某一系统发生故障，将使整个卫星失效，被白白遗弃，造成很大浪费。航天飞机出现后，这一问题便得到解决。
航天飞机可以调整自己的飞行轨道、速度、姿态，与发生故障的卫星交会，用机械手将卫星回收到舱内进行检修，然后再将卫星重新送入轨道，也可以将卫星带回地面修理。
由于航天飞机这一特殊功能，使人造卫星的设计思想发生了变化。原来卫星都是按每次具体任务的要求，对每个卫星进行单独设计，研制费用极高。现在提出了“多重任务组件式”的设计思想，这是一种积木式、多层复用的办法。在标准的机架上，有标准化的姿态控制、数据处理、电源、通讯等每个卫星必备的共用系统，另外有许多标准接口，根据每次任务的需求接上不同的设备，完成任务后航天飞机将其收回，更换下一回任务所需要的设备，再送入轨道，成为一颗新的卫星。
1980年2月14日，美国发射的太阳能峰年测控器，便是这种新式卫星，这颗价值7700万美元的卫星上天9个月后姿态控制系统便失灵了，飞行高度在慢慢下降，美国便发射了航天飞机去营救这颗卫星，航天飞机先飞近这颗卫星，然后用机械手将它收回机舱，更换损坏部件后，重新将卫星放回轨道，这颗卫星又复活了。
修复“哈勃太空望远镜”更显示了航天飞机的本领。1997年2月美国的“发现号”航天飞机的宇航员进行了5次出舱修理工作。
航天飞机先飞行到“哈勃太空望远镜”的下部，然后伸出巨大的机械手抓住它并放在后部的平台上，宇航员走出机舱为它“医治”，给它换上了最先进的设备，为断裂、剥落的地方进行了修补。然后将其送回原来的轨道。这次维修工作用了3.5亿美元的费用，使价值20亿美元的“哈勃太空望远镜”返老还童，重新开始了太空观测。
（3）空间实验室
以前做一项太空实验必须发射一颗卫星，实验完成后卫星或被遗弃在太空，或坠毁，造成巨大浪费。因此在航天飞机设计时，就有人提议在航天飞机上设计一个空间实验室。这个实验室可以根据不同的太空实验任务携带不同的仪器，适应性、灵活性很强。它和航天飞机一起起飞，一起返回，可以重复使用，只要更换其中的仪器设备，便可以做不同的实验。
空间实验室是和航天飞机连成一个整体的，它不可以在空间单独存在，可以说是航天飞机的一个大配件。实验室工作人员可以在航天飞机的机舱内生活、休息，工作时由专门的通道进入实验室。实验室的电源、通讯等都与航天飞机共用。
空间实验室由实验舱和辅助舱组成，它是封闭的，可以根据不同的任务安装不同的设备，内部的工作环境舒适。另外空间实验室还有一个直接暴露在太空的U型工作台，用来进行一些太空空间实验。空间实验室能够满足天体观测、对地观测、医学实验、生物学实验、物理化学实验、空间工业技术等各项科学研究工作的需要。
（4）太空交通工具
航天飞机起飞时的超重仅为地面重力的3倍，返回时只有1.5倍，一般健康水平的人都可以乘坐，甚至妇女、儿童也没问题。因此，航天飞机不仅可以为空间运送货物，接送往返于太空的各种科技人员，而且可以向地球上的普通人开放，开展太空旅游业。生活在地球上的人都可以到太空去漫游，有机会到太空领略一下地球的全貌，去到太空城市度假。
航天飞机一登上历史舞台，便大显身手，美国制造了“哥伦比亚号”、“挑战者号”、“发现者号”、“亚特兰蒂斯号”航天飞机。计划平均每年发射60次。至今，“哥伦比亚号”仍活跃在太空，1996年12月发射升空收回了一颗实验卫星。
现在世界许多国家都正在积极地研制航天飞机，在未来的航天事业中，航天飞机将发挥不可估量的作用。
新兴太空城——空间站
（1）空间站像个家
空间站，又称“航天站”、“轨道站”、“太空站”，是一种长期运行在轨道上、具备一定试验条件、可供多名宇航员生活和工作的载人航天器。空间站在轨道运行期间，用宇宙飞船或航天飞机接送宇航员、运送物资和设备。
空间站通常由对接舱、气闸舱、轨道舱、生活舱、后勤服务舱、专用设备舱和太阳能电池等几部分组成。对接舱有多个对接口，其中一部分对接口用于停靠接送宇航员和运送物资的航天器，另一部分对接口为对接新舱体以扩大空间站做准备。气闸舱是宇航员在轨道上出入空间站的通道。轨道舱是宇航员在轨道上的主要工作场所。生活舱是宇舱员进餐、睡眠和休息的地方。后勤服务舱装有推进剂、水、气源和电源等设备，为整个空间站服务。专用设备舱是根据飞行任务而设置的安装专用仪器的舱体，它也可以是不密封的构架，用以安装暴露于空间的雷达和天文望远镜等仪器设备。太阳能电池安装在空间站舱体的外侧或桁架上，为空间站提供电力。
空间站扩大了航天技术应用、空间资源开发的范围和规模，对国民经济、军事和科学研究均有重大意义。已经实现的用途有：医学和生物学研究，地球资源勘测和国土普查，军事侦察和大地测量，微重力环境条件下生产新材料的试验，微重力环境条件下高效、高纯药物生产试验，以及天文观测等。
（2）从“礼炮”到“和平”
前苏联于1971年4月19日发射的“礼炮-1”号，是世界上第一个试验空间站。
1973年5月14日，美国发射了“太空实验室”空间站，它利用“阿波罗登月计划”的剩余物资——“土星-5”号火箭第三级改造而成，是第一个实际投入并长期使用的空间站。在完成使命后，于1979年7月11日坠入大气层烧毁。
前苏联的第一个实用型空间站是1977年9月29日发射的“礼炮-6”号，它有两个对接口，可同时与两艘飞船对接，组成轨道联合体。1982～1991年间在轨道上运行的“礼炮-7”号空间站，接待过11批共28名宇航员。
在“礼炮”系列空间站的成功经验基础上，前苏联于1986年2月发射了“和平”号空间站核心舱，它有6个对接口，两个用于对接运输飞船，4个用于对接其他专用舱体。其后，边使用，边扩展，直到1996年4月，“和平”号最后一个舱段完成组装。此时的“和平”号是一个总重116吨（包括一艘“联盟TM”飞船）、总容积470立方米的庞然大物。但由于资金缺乏、维护欠佳，“和平”号事故不断。世纪之交，俄罗斯一度准备让“和平”号空间站的轨道逐步降低，一直降到402千米的高度，然后由地面控制中心向它发送最后的指令，进入地球大气层自毁。没有烧毁的空间站部件将安全地坠入太平洋。
（3）国际空间站：共同的家
国际空间站又名“阿尔法”空间站，它由美国牵头，包括俄罗斯、日本、加拿大、巴西和欧洲航天局的11个成员国共16个国家联手筹建，是世界航天史上第一次由多国合作建造的最大的空间工程。
国际空间站的结构复杂，站体庞大，预计投资总额将超过630亿美元，计划于2004年建成，完工后由6个实验舱、一个居住舱、两个连接舱、服务系统及运输系统等组成，是一个长88米，重约430吨的庞然大物，运行时间为10年。
国际空间站可为21世纪的太空提供了一个前所未有的研究场所，是一个长期运行的在轨实验室。空间站将建成载人航天基地、空间工厂或空间试验中心，用于修理人造卫星，发射高轨道卫星和作为月球及行星探测器的中转基地，空间电站建设的后勤基地，新材料、新药物等的试验和生产基地，空间武器的试验基地和空间作战的指挥中心。国际空间站将成为人类在太空的前沿阵地，成为人类开启太阳系之门的钥匙。
火箭的故乡——中国
火箭的历史大约有800多年了。火箭的故乡全世界公认是中国。在美国华盛顿航空与航天博物馆内，立着一尊中国古代武士手持火箭发射筒的塑像。“火箭”这个名称在古代典籍中最早出现是在距今1700多年前的三国时期（220—265年）。当时的兵家曾把箭杆前部绑上易燃物点燃后，用弓、弩射出去进行火攻战。
大约从南宋孝宗年间（1163—1189年）开始，我国民间用火药制作了各种炮仗和花炮。这些炮中，有不少靠自身喷气推进的“火箭”，其基本原理与现代火箭一样。明代，已经有了“一窝蜂”、“神火飞鸦”、“飞空砂筒”、“火龙出水”等名气较大的火箭。
古代火箭的飞行原理比较简单，它是利用火药点燃后产生的迅速喷出的燃气，给物体一个反作用力，当这个力超过物体自身重量时，物体就会腾飞或前进。
我国古代的“火箭”主要应用在两个方面：一个是节日的庆贺焰火，另一个是战争中的杀伤武器。大约在公元13世纪，我国的“火箭”传入阿拉伯国家，又经阿拉伯人传入欧洲。虽然我国古代的“火箭”并没能打开天门之锁，但是全世界都承认，火箭的故乡是中国。中国的火箭是打开天门的第一把钥匙。
“火箭之父”——戈达德
戈达德1882年生于美国马萨诸塞州，他从小就是一个不安分的孩子。上小学时，他受电学吸引，自己拆卸了一个蓄电池，取出锌电极把它连在双脚上，试图贮存电能。有一次他还带领两个孩子试图花一周时间挖通一条到中国的隧道。不久他又试图制造一架永动机和铝制氢气球。尽管他的努力全是白费工夫，但他却乐其所为。
1908年，他毕业于伍斯特理工学院，之后成为克拉克大学的研究人员，并开始了火箭的研究工作。1926年3月16日下午2点30分，在美国马萨诸塞州偏僻的沃德农场，戈达德和他的助手进行了一项划时代的试验。当戈达德小心翼翼地点燃了世界上第一枚使用液氧和煤油美国的戈达德的液体火箭时，立即被眼前的景象吸引了：火箭“噌”地飞上12米高，然后拐向水平方向又飞行了56米，掉在一片菜地里，整个飞行时间仅仅2.5秒。试验成功后，戈达德激动地说：“这一下，我可创造了历史！”
戈达德试验成功的液体火箭，其结构比较简单。火箭全长3.04米，由一台0.6米长的液体发动机和两个燃料贮箱组成，发射架仅是一个简陋的铁架子。戈达德的成功来之不易。为了试验燃料贮箱，他经历了多次失败。第一次点火时发生逆火现象，烧坏了液氧管路；第二次点火，因燃料溢出发生爆炸；第三次试验时，又烧坏了橡皮管；直到第四次点火试验，燃料贮箱才算过了关。
戈达德不仅使液体火箭上了天，他还在火箭发动机的喷射口中央安装了一个舵。舵转动时，可以改变气流方向，从而达到控制火箭飞行的目的。这项技术后来被用在了V-2火箭（也称V-2导弹）上。
V-2火箭
尽管戈达德的火箭试验在美国反响平平，但却在德国引起了轩然大波。1927年德国一批业余爱好者组成了世界上第一个宇宙旅行协会德国在二战中发射的V-2火箭，科学家赫尔曼·奥伯特担任了会长。30年代的德国正准备打第二次世界大战，军方看到了火箭作为武器的重要作用。于是德国陆军迅速投资，准备把火箭用于战争，并且招聘了一批杰出的火箭专家。奥伯特和他的助手冯·布劳恩（1912-1977）都在德国陆军火箭研究所任过职。1937年布劳恩到德国著名火箭研究机构佩纳明德研究中心从事火箭研究，并任技术部主任。
1942年10月布劳恩主持了先进的A-4火箭的研制并且试飞成功，此时液体火箭的飞行速度已超过音速5倍，接近每秒2千米，飞行距离已达到了189.8千米。这时，如果在此基础上马上研究多级火箭，人类也许能提前跨进太空时代。然而纳粹头子希特勒看中了A-4火箭的军用价值，为了战争的需要，他下令把火箭装上炸药进攻英国。当时，德国已经有了V-1火箭，也就是无人驾驶的喷气式飞机，可是它的飞行速度不及音速，英国的战斗机能毫不费劲地击落它。A-4火箭出现后，1944年6月被装上炸药，改进后更名为V-2火箭。纳粹德国将它从设在荷兰的基地发射，火箭越过英吉利海峡，数千次地轰炸了英国和其他欧洲国家，使这些国家防不胜防，损失掺重。
V-2火箭尽管在战争中扮演了不光彩的角色，但是它在技术上的成功却使人类拥有了第一种向地球引力挑战的工具，成为现代大型火箭的雏形，它是航天史上重要的里程碑。
人造卫星的分类
从人类发射第一颗人造卫星以来，迄今已有170多个国家和地区开拓了卫星应用，发展速度令人吃惊。1957年全世界只有2颗卫星上天，1958年达到8颗，1959年14颗，1960年35颗，到1960年后，每年发射的卫星都在100颗以上。截止1996年，世界各国发射的卫星总数为4000颗左右，其中绝大多数已停止工作或坠入大气层而被烧毁，仍留在轨道上继续工作的卫星虽然为数不多，但名目繁多，按运行轨道分，有低轨道卫星、中高轨道卫星、地球同步轨道卫星、地球静止轨道卫星、太阳同步轨道卫星、大椭圆轨道卫星和极轨道卫星等。按用途分，可分为科学卫星类、技术试验卫星类和应用卫星类等三大类。其中每一类又可按具体的用途范围再进行分类，如用于科学探测研究的卫星有空间物理探测卫星和天文卫星等；大家比较熟悉的直接为国民经济、军事和文化教育服务的应用卫星有通信及广播卫星、气象卫星、测地卫星、地球资源卫星、导航卫星、侦察卫星等。
上述各式各样的卫星，不仅用途不同，其外形也呈现出千姿百态，有球形、锥形、圆柱形，有的伸出长长的“触角”，有的则张着庞大的“翅膀”；有的像翩翩起舞的蝴蝶，有的又像戴在帝王头上的“皇冠”。卫星外形这样奇形怪状，这并非是科学家随心所欲之作，而主要是根据卫星肩负的使命，对卫星有效容积、姿态控制特征、能源要求和运载火箭大小等因素进行综合考虑后确定的。
卫星的外形虽然复杂，执行的任务也各不相同，但不论什么卫星，其基本组成通常都是由专用系统和通用系统两大部分构成。专用系统的组成将视卫星担负的任务而定，如通信卫星有无线电接收和转发设备等通信专用系统，侦察卫星必须有高空照相机、可见光和红外扫描辐射仪等遥感设备，科学探测卫星必须装有相应的探测仪器等。照明发电类卫星则必须有太阳光反射与接收等聚能转换系统等。而通用系统则是各类卫星都不可缺少的组成部分。通常包括结构、温度控制、姿态控制、无线电遥测、遥控、跟踪和能源等分系统。
民用火箭的种类
民用火箭的种类很多，这里让我们给主要民用火箭画个像。
气象火箭它把科学仪器送到低于120千米的高空，探测那里大气的温度、压力、密度和流动速度，以预测气象变化。这是很重要的气象探测，因为那里是气象卫星和一般探测气球都到不了的盲区。1960年2月19日，我国发射成功T-TM气象火箭。
地球物理火箭它把科学仪器送到120千米以上的高空，探测那里的各种地球物理状况的数据资料。
生物火箭它将生物和科学仪器送到高空，观测生物的生理等变化，研究高空环境对生物的影响。这是为载人航天活动服务的，在人类进入太空以前，科学家们发射了大量的生物火箭，而且至今仍在发射。在20世纪60年代，我国就用生物火箭把果蝇、大小白鼠等生物送到高空进行实验，最有名的是1966年7月15日和28日，分别将小狗“小豹”和“姗姗”送进几十千米的高空，并安全返回，后来它们还婚配产仔。
科学实验火箭它把科学仪器和实验材料送到高空，进行各种科学实验。如日本在1980年和1981年，用火箭将小型炼钢炉送到高空，利用短暂的失重状态进行炼钢实验。1988年，日本还两次用德国火箭将微重力实验装置，送到240~270千米高空，利用6分钟的微重环境，进行半导体材料实验。
防雷、除雹、降雨火箭大气中的雷电，常常会击毁电力设施、电子仪器、引起火灾，击毁竖立在发射台上和飞行中的航天运载火箭等，可用火箭将特定装置送到可能有雷电产生的空间，预先引发雷电，以达到防雷、避雷和减轻雷电损失的目的。用火箭将炸药送到有冰雹的云层中爆炸，可以消除冰雹或减轻雹灾。同样还可以用火箭把催化剂送到降雨云中，进行人工降雨。
加速和减速动力火箭火箭可作为飞机和船舶的加速动力。火箭也可作为各种飞行器的减速动力，叫制动火箭。如航天器返回地球或在其他星球上着陆前，可用制动火箭降低速度。
邮政火箭为交通不便的边远地区运送信件和物资，特别是运送紧急需要的药品、救灾物资和工程抢险材料等。1992年，俄罗斯曾用火箭将哥伦布航行到美洲500周年的纪念品发送到美国。
观察和摄影火箭用火箭把电视摄像机送到空中，然后用降落伞吊挂着对地面摄影，这比卫星对地面拍照更清晰、灵活和及时得多，可用于观察火山爆发、森林火灾、地震和洪水等灾情，观测地球南北两极、百慕大“黑三角”等不易到达和有危险的地区，海滩、空难现场的观察和指挥营救、野生动物跟踪，对体育比赛进行现场摄影和报道等。
从1957年至1988年的各种航天火箭体育运动火箭即模型火箭，它是一种重要的体育器材，深受青少年的喜爱，模型火箭竞赛已成为一项国际性的体育竞赛活动。模型火箭运动参加者，可以动手制作模型火箭，可以用模型火箭进行科学探测、实验和研究，把体育与教学、科研、科学普及活动结合起来，对小学、中学、大学和自学计划中的数学、空气动力学、物理学、工艺学、甚至文学的形象教学都有很大帮助。
这里顺便说一下模型火箭与火箭模型的区别。火箭模型是真实火箭的缩小比例的模型，如“长征二号E”火箭模型、“长征三号”火箭模型等等，它们一般用作陈设和观赏。模型火箭的外形既可以是真实火箭的缩比模型，也可以根据需要来设计，它们可以像真实火箭一样地点火发射。
军用火箭的种类
军用火箭和导弹是一个庞大的队伍，只有让它们列队来点卯。
火箭武器有火箭炮。前苏联在第二次世界大战中使用的“喀秋莎”，就是一种火箭炮，它曾经使德国法西斯军队丧胆。中国制造的70式火箭炮，射程达10000多米。还有火箭筒。中国制造的70式火箭筒，可穿透300毫米厚的装甲。还有火箭弹，是由发射装置发射，由火箭发动机推动的爆破、燃烧和杀伤武器。还有火箭增程弹，它像普通炮弹那样发射出去，然后由火箭发动机的推力来增加射程。如我国的130毫米的加农炮，就配备了火箭增程弹。还有航空火箭弹，即从飞机上发射的火箭武器。在越南战争中，美国曾大量使用航空火箭弹。此外，还有布雷火箭、照明火箭、干扰火箭、侦察摄影火箭和战场上运送紧急军政邮件的火箭等等。
导弹导弹的种类很多，有打击战略目标的战略导弹；有战役中战场上使用的战术导弹；有像飞机一样带巨大翅膀，可在大气层中巡航飞行的巡航导弹；有反弹道导弹，即截击弹道导弹的导弹等等。
在战略导弹中，有从陆地上发射，打击遥远陆地目标的地地战略导弹，它们沿弹道轨迹飞行，所以叫地地战略弹道导弹，一般是洲际（射程8000千米以上）导弹。如美国的“民兵”、MX，前苏联——俄罗斯的SS-18、SS-19等，我国在1980年5月，也从内陆基地向南太平洋海域进行了洲际导弹发射飞行试验。
还有从水下潜艇上发射，打击陆地上战略目标的潜地战略弹道导弹。如美国的“北极星”、“海神”、三叉戟”，前苏联——俄罗斯的“SS-N-20”、“SS-N-23”，法国的M-4、M-20等。它们有中程（1000千米以上）的，也有远程（4000千米以上）的。1982年10月，我国也从潜艇水下发射导弹成功。潜射导弹是一种重要的战略武器，因为潜艇在水下航行，可驶向有利位置发射导弹，然后遁去，隐蔽性好，机动性强，有很强的生存能力。
战术导弹的种类繁多，有从地面发射，打击地面目标的地地战术弹道导弹；有从地面和海面发射，打击空中目标的面空导弹（也叫防空导弹）；有从空中发射打击空中目标的空空导弹；有从空中发射，打击地面目标的空地导弹；有专门对付舰艇的反舰导弹；还有专门对付坦克的反坦克导弹；专门袭击雷达的反雷达导弹（又叫反辐射导弹）等等。
巡航导弹有战略的，也有战术的。如海湾战争前后，美国从海面舰艇上发射后，飞行2000多千米，攻击伊拉克的“战斧”巡航导弹，就是战略巡航导弹；一些从陆地和空中发射的反舰巡航导弹，则是战术巡航导弹。
反弹道导弹的导弹，是防御战略导弹进攻的导弹。20世纪60年代前苏联开始在莫斯科周围部署“橡皮套鞋”反导弹系统。接着，美国也搞了“奈基——宇斯”反导弹系统。到80年代实施“星球大战计划”时，美国的反弹道导弹导弹研制达到了高潮。
肯尼迪航天中心
美国佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心，被人们称为人类通向太空的大门。它濒临大西洋，由于地理条件优越，1947年被辟为火箭试验发射场。这里是在美国本土最接近赤道的地区，又在美国的边缘，面临浩瀚的海洋，其东南方向有巴哈马群岛和西印度群岛，适宜于建立一系列监控站，是各种航天器理想的发射场所。从美国第一颗人造卫星到举世瞩目的航天飞机，都是从这里启程飞上太空的。
肯尼迪航天中心南北长56千米，东西宽20千米。中心包括技术阵地和发射阵地两大部分。在技术阵地建有火箭及卫星、飞船组装检测厂房。特别引人注目的是装配大楼，其容积360万立方米，高160米，楼内备有各种先进的测试仪器和显示、记录设备。发射阵地建在5千米外，拥有发射控制中心和发射台。整个航天中心有23个发射阵地，其中著名的39号发射阵地有A、B两座发射台，许多大型航天器都从这里飞出地球。
欧洲航天港——库鲁
欧洲空间局把阿丽亚娜火箭发射基地建在南美洲东北海岸的法属圭亚那，它的优越之处是靠近赤道，从这里易于把卫星送入极地轨道和赤道轨道。从地理位置上看，库鲁是全球最佳的卫星发射地点，它可以把卫星向东射入大西洋上空，又能得到地球自转的助推，而且向北和向东的海面上有一个很宽的发射弧度。由于这个地方位于赤道之上，所以用同一种火箭把卫星送入赤道上空轨道时，可比在美国卡纳维拉尔角发射多载15％的重量。
1968年库鲁航天中心的第一个发射台和控制中心建成，同年4月9日发射第一枚火箭。1985年又建成第二发射台，用于发射阿丽亚娜3型和4型火箭。截至目前，这里已有400多次的发射纪录。每年大约有9次商业卫星的发射任务。
鹿儿岛和种子岛航天中心
日本有两座火箭发射基地，第一座是鹿儿岛发射场，又称内之浦发射场。位于日本九州的鹿儿岛县境，始建于1967年，有两套发射设施，分别用于发射L和M系列火箭。这座发射基地所处的位置，能把卫星送上倾角为30度的地球轨道。
第二座是种子岛发射场，位于九州南端的种子岛，与鹿儿岛发射场毗邻。这座发射场有供N系列和H系列运载火箭发射的设施。它的光学、无线电测位跟踪站和遥测数据接收站设在竹畦岛，距种子岛22千米。
拜科努尔航天中心
在前苏联的领土上有三座航天城：拜科努尔、卡普斯丁亚尔和普列谢茨克。其中拜科努尔航天中心最负盛誉。拜科努尔航天中心位于莫斯科东南2100千米处的丘拉坦沙漠地带（今哈萨克斯坦共和国境内），始建于1955年，占地广阔，装备齐全。在这里，火箭飞行路线可跨过朝东和东北方向的一片杳无人烟的宽阔地带，空间轨道在前苏联境内就有几千千米，一直延伸到太平洋上的赤道上空为止。由于它在前苏联境内属低纬度地区，有利于将各种航天器发射入轨。世界上第一颗人造卫星和第一艘载人飞船都从这里飞上太空，后来的联盟号系列载人飞船、礼炮号和和平号轨道站，还有部分人造卫星和月球号、金星号、火星号空间探测器也都从这里发射进入太空。
我国的卫星发射中心
酒泉卫星发射中心位于甘肃酒泉，是我国运载火箭、科学试验卫星的发射试验基地。通常向东南方向发射，将科学试验卫星送入轨道。该发射场也可进行中、远程运载火箭的发射试验。酒泉卫星发射场包括测试区、发射区以及各种测试设备和保障设施，还有运载火箭和航天器的装配测试厂房、发射台、勤务塔、脐带塔、发射指挥控制中心、推进剂贮存和加注设施、计算中心、测定站等。为发射服务的一系列生活设施也是应有尽有。北京时间1999年11月20日6时30分，我国一枚新型运载火箭自酒泉卫星发射中心起飞，成功地将中国第一艘载人航天试验飞船送入太空。为实施载人航天工程，酒泉卫星发射中心专门建设了垂直总装发射工位。
西昌卫星发射中心位于四川西南部的西昌市，主要发射方向也是东南。西昌发射中心是我国低纬度航天器发射点，1984年起主要发射试验通信卫星。运载火箭主要是由我国研制的长征号，有“长征”1号、“长征”2号和“长征”3号。1970年4月24日，“长征”1号火箭把我国第一颗人造卫星“东方红”1号送入轨道。从此，我国也成了世界上为数不多的能发射人造卫星的国家。1984年4月8日，“长征”3号火箭又成功地发射了我国第一颗地球静止卫星的试验通信卫星。
太原卫星发射中心位于山西太原以北的岢岚县，1968年建成投入使用，当年12月8日，我国第一代中程火箭的全程飞行试验在这里成功进行。为适应国内外发射任务的需要，1979年建成了7号发射塔，主要执行“长征”4号和“长征”2号丙改进型运载火箭的发射任务。1988年和1990年，“长征”4号火箭两次成功地发射了“风云”1号气象卫星。1999年5月10日，“长征”4号乙运载火箭在这里成功地将第二批“风云”1号气象卫星和“实践”5号小卫星送入轨道。“长征”2号丙改进型在这里已发射了7次。
技术试验卫星
技术试验卫星，是进行新技术试验或为应用卫星进行试验的卫星。人造卫星在发射上天前必须经过一系列的地面试验，以考验卫星的技术性能。但是地面环境毕竟不同于天上，在地面上试完了还必须上天“实地”试一试。无论哪个国家在发射每一种应用卫星之初，都要发射一些技术试验卫星。美国的返回式卫星就是发射了12颗技术试验卫星后才掌握了卫星回收技术的。从1966年12月到1974年5月，美国曾发射了6颗多用途技术试验卫星，它们叫“应用技术卫星”系列。这些卫星进行了很多试验：空-地和船-岸之间的话音通信；传输全球云层分布图；卫星导航；卫星天线作用；卫星姿态稳定及无线电传输等，为美国以后的通信卫星、气象卫星、导航卫星、资源卫星的研制、应用作了大量的准备。
随着试验项目的完成，人们逐渐掌握了某类卫星的技术和应用技术，于是在新种类卫星诞生前，试验卫星的发射便大大减少了。
“实践”1号卫星是中国第一颗科学探测和技术实验卫星。它于1971年3月3日发射，重221千克，外形为近似球体的多面体，直径1米。它的主要任务是试验卫星上太阳能电池供电系统、主动无源温度控制系统、长寿命遥测设备及无线电线路性能及其他太空环境探测。“实践”1号的设计寿命为1年，可它实际在太空中工作了8年之久，直到1979年6月17日才陨落。技术试验卫星中最让普通人感觉兴趣的是生物卫星。我们知道，在载人航天之前必须先进行动物试验，看看动物能否适应太空生活，看看太空失重、强辐射的环境对动物生长、发育、遗传、生育有什么影响，采取什么防护措施，然后才能慎重地将人送入太空。
1957年11月3日，前苏联发射了一颗载有一只名叫“莱伊卡”小狗的人造卫星——“人造地球卫星”2号，这是世界上第一颗生物卫星。
“超级间谍”——侦察卫星
侦察卫星，就是窃取军事情报的卫星，它站得高看得远，既能监视又能窃听，是个名副其实的“超级间谍”。
1990年8月2日，伊拉克突然袭击并占领了科威特的国土，由此拉开了一场持续半年之久的海湾战争。40多万美国及盟国军队云集海湾，伊拉克的重要机场、武器库、战略设施受到了美国导弹和飞机的狂轰滥炸，损失惨重。美国何以能准确地掌握伊拉克的军事机密呢？其中侦察卫星功不可没。
侦察卫星利用光电遥感器或无线电接收机，搜集到地面的目标辐射、反射或发射出的电磁波信息，用胶卷或磁带记录下来后存贮在卫星返回舱里，待卫星返回时地面回收。或者通过无线电传输的方法，随时或在某个适当的时候传输给地面接收站，经光学、电子计算机处理后使用。
侦察卫星根据执行任务和侦察设备的不同，分为照相侦察卫星、电子侦察卫星、海洋监视卫星和预警卫星。在预警卫星出现前，人们用巨型雷达探测，由于地球曲面的阻挡，只有当导弹爬高到250千米高空时，雷达才能“看”到目标，预警时间只有15分钟，常常由于来不及准备而被动挨打。预警卫星可以把预警时间提到30分钟。海湾战争中，美国的爱国者导弹拦击伊拉克的飞毛腿导弹，预警卫星起了极大的作用。预警卫星运行在地球静止轨道，并由几颗卫星组成一个预警网。
海湾战争中，为多国部队服务的军事卫星至少有32颗，其中不少是侦察卫星。“锁眼11”侦察卫星是美国最新型的数字成像无线电传输卫星，它不用胶卷而是用电荷耦合器件摄像机拍摄地面场景图象，然后把图象传送给地面。地面收看的效果犹如看电视片。它的地面分辨率为1.5～3米，它最早发现伊拉克军队向科威特推进的行动。
还有一种更先进的“锁眼12”）（KH-12）侦察卫星，它的地面分辨率高达0.1米，足可以清点沙漠中伊军的坦克、帐篷和人员。这种卫星具有一种“斜视”功能，即当卫星不能直接飞越海湾地区上空时，也能通过改变其光学系统的指向来摄取旁边地域的图像。
侦察卫星上的红外设备还可以在夜间拍照。“长曲棍球”号侦察卫星是一种雷达成像型卫星。海湾地区地表沙漠多，最适合雷达全天候监视。雷达成像卫星与可见光照相侦察卫星不同，它不受光照条件限制，可以昼夜工作，不间断地提供地面目标图像。这些卫星传回了大量数据，在处理、分析这些情报的美国图像照片判读中心里堆积如山，使处理人员每天工作长达18小时以上。经过处理的信息输入美国海、空军的导弹制导系统中，其结果是伊拉克一个个精心伪装的战略重地大多进了多国部队的轰炸清单。
2001年10月，为了打击阿富汗塔利班，美国又发射了一颗“锁眼-11”侦察卫星，监视塔利班的行动。
能看透地层的资源卫星
资源卫星，是勘测和研究地球自然资源的卫星。它能“看透”地层，发现人们肉眼看不到的地下宝藏、历史古迹、地层结构，能普查农作物、森林、海洋、空气等资源，能预报和鉴别农作物的收成，考察和预报各种严重的自然灾害。
资源卫星分两类：一是陆地资源卫星，二是海洋资源卫星。资源卫星一般采用太阳同步轨道运行，这能使卫星的轨道面每天顺地球自转的方向转动1度，与地球绕太阳公转每天约1度的距离基本相等。这样既可以使卫星对地球的任何地点都能观测，又能使卫星在每天的同一时刻飞临某个地区，实现定时勘测。
世界上第一颗陆地资源卫星是美国在1972年7月23日发射的，名为“陆地卫星”1号。它采用近圆形太阳同步轨道，卫星距地球920千米高，每天绕地球14圈。卫星上的摄像设备不断地拍下地球的情况，它拍的每幅图像可覆盖地面近20000平方千米，是航空摄影的140倍。世界上的第一颗海洋资源卫星是美国于1978年6月发射的，名叫“海洋卫星”1号。它装有各种遥测设备，可在各种天气里观察海水特征，测绘航线，寻找鱼群，测量海浪、海风等。美国用这颗卫星拍摄的图片，绘制了世界三大洋的海底地形图，为人类发展海运、开发海洋提供了资料。可惜的是，它只工作了105天，就因电源系统短路而失去了作用。
神奇的资源卫星
中国在修建大同——秦皇岛的铁路时，原先认为桑乾河为不可通的地段，铁路须绕行40千米。而每千米的铁路建设费高达900万元人民币，还要占用数千亩良田。后来设计人员研究了资源卫星提供的卫星图片，认为桑乾河的地质条件可以让铁路通过，这样一下子就减少了国家4亿元的投资。
美国夏威夷群岛上的居民一直找不到充足的淡水，人们祈求资源卫星来帮忙。通过研究资源卫星提供的图片，专家们发现某些岛屿沿海处的温度辐射比周围要低10℃。根据图片坐标去实地勘探，结果发现那里竟是地下淡水的入海处。就这样，资源卫星一下子为夏威夷的人找到了200多处地下淡水源。
世界上最长的河流叫亚马孙河，长期以来该河流域的资源状况一直是个谜。因为那里是一个原始森林密布、野兽出没、人迹罕至的地方，它的面积有500万平方千米，大约占南美洲巴西国土的60％。如果要进行人工勘测，可能需几千人工作100年以上，耗资70亿美元。这么大的投资，使得人们无力去解开亚马孙之谜。然而80年代中期以后，人们并没有费太大的劲，就对世界第一大河流域的地形地貌、土壤植被、森林、矿藏等等资源了如指掌了，并且发现了这条大河还有一条几千千米长的大支流。
“天上的驿站”——通信卫星
通信卫星，是作为无线电通信中继站的卫星。它像一个国际信使，把来自地面的各种“信件”带到天上，然后再“投递”到另一个地方的用户手里。由于它“站”在36000千米高的高空，所以它的“投递”覆盖面特别大，一颗卫星就可以负责1／3地球表面的通信。
“烽火连三月，家书抵万金。”中国古代劳动人民就有过对快速通信的殷切期望，但是那时人们只能靠驿马、驿车。20世纪实现了无线电通信，使人类的通信手段大为改观。我们知道无线电通信是靠电波传送信号的，电波分长波（波长20000～3000米）、中波（波长3000～200米）、短波（波长200～10米）、超短波（波长10～1米）和微波（波长1米以下）等波段，而后两者具有传输信息容量大、信号稳定可靠等优点。但超短波和微波传输只能直线传播，人们只好每隔50千米为它们建造一个中继通信站，使它们像跑接力赛一样一棒一棒地跑下去，把电波传送到遥远的地方。这种接力通信的方式在许多情况下是不可行的，如果把北京的电视节目传到美国纽约，不知要建造多少个中继通信站（每站必设收信机、发信机和天线铁塔），而且在崇山峻岭和汪洋大海中，根本无法建立中继站。怎么办呢？于是人们想到了在天上挂一个“驿站”，利用超短波、微波直线传输的特性，把信号发给天上的卫星，再由卫星接收后转发到地面的另一个地方。
通信卫星一般采用地球静止轨道，这条轨道位于地球赤道上空35786千米处。卫星在这条轨道上以每秒3075千米的速度自西向东绕地球转，绕地球一周的时间为23小时56分4秒，恰与地球自转一周的时间相等。因此从地面上看卫星像挂在天上不动，这就使地面接收站的工作方便多了。接收站的天线可以固定对准卫星，昼夜不间断地进行通信，不必像跟踪那些移动不定的卫星一样而四处“晃动”了。如果在地球静止轨道上均匀地放置三颗通信卫星，便可以实现除南北极之外的全球通信。现在，通信卫星已承担了全部洲际通信业务和电视传输。当你和远隔重洋的亲人通电话、通电报时，当你从电视上观看世界新闻、体育比赛时，当你收听广播时，你也许没有意识到通信卫星正在为你效劳。
通信卫星是世界上应用最早、应用最广的卫星之一，许多国家都发射了通信卫星。美国是最先发射成功通信卫星的国家，1965年4月6日美国发射了第一颗实用静止轨道通信卫星：国际通信卫星1号。到目前为止，这种卫星已发展到第八代，一代比一代体积大、重量重、技术先进、通信能力强、卫星寿命长。其中第五代国际通信卫星5号是当今容量大、技术先进的比较常用的国际通信卫星。
前苏联的通信卫星系列叫“闪电号”，包括闪电1、2、3号三种型号。由于前苏联国土广阔的需要，闪电号卫星大多数不在静止轨道上，而在一条偏心率很大的椭圆轨道上。
气象卫星——人类平步青云的观象台
天有不测风云。在大自然中，天气变化无常，有时晴空万里，有时电闪雷鸣，有时风急雨骤。人类为了掌握天气变化的规律，探知大自然的奥秘，建立了成千上万个气象观测站；但由于地理条件的限制，气象观测并不能满足天气预报的要求。气象卫星的出现，带给人类的不仅仅是观测手段的变化，更是气象预报技术的革命。
气象卫星鸟瞰大地，能从太空观测到地球大气和地面上的事物，如大海、大陆、高原、沙漠、盆地、湖泊、植被、冰雪覆盖区域等，还有各种不同气团的云系能都反映在观测仪器上，形成图像。另外，还能获得一些定量探测资料，如大气温度、湿度、气压、臭氧含量、大气辐射和高空风向风速等。卫星把这些资料传到地面站。地面接收系统得到这些资料后，必须用容量大、速度快、功能全的计算机进行处理。图像资料的处理是一个很复杂的过程。处理后得到的黑白灰度不同的云图，才能供分析使用。
气象卫星可分为太阳同步轨道气象卫星和地球静止轨道气象卫星。太阳同步轨道气象卫星每天对全球表面巡查两遍，可以获得全球气象资料。地球静止轨道气象卫星可以对全球1／3的地区连续进行气象观测，及时将气象资料传回地面。气象卫星具有一些明显的优势：观测范围广、次数多、时效快、完整、连续和系统；不受自然条件和国界的限制，也不受时间和空间的限制，可以准确地预报台风、暴风雪、暴雨等灾难性天气，而且可以监视森林火灾。
世界上第一个太空探险者——加加林
世界上第一个太空探险者，是前苏联的宇航员加加林。他是人类第一个进入太空的使者，实现了人类飞向宇宙的愿望。
1961年4月21日清晨，在前苏联中部的拜科努尔宇航中心，加加林怀着激动的心情，登上了“东方”1号飞船。上午9点零7分，飞船起飞了。在飞船达到最高速度时，加加林已经适应了失重的环境。他在飞船里吃着食物，并观察舱内的仪表，认真地做着记录，并拍照。在飞船的生活舱内，温度比较适宜，只有20℃左右，气压和地面上一样。在轨道上飞行了一圈，准备返回地面。在返航的时候，加加林启动了装在机械舱内的制动火箭，使飞船减速，然后控制火箭喷射气体的方向，使飞船脱离轨道，飞回地球。上午10点25分，飞船在北非上这是“东方1号”舱内的尤里·加加林空进入大气层的时候，加加林把机械舱甩掉，使它坠入大海，剩下生活舱用高速降落。在距离地面7700米时，加加林和他的座椅一起被弹射出来，3顶彩色降落伞慢慢张开。当下降到4400米的时候，加加林脱离开座椅，慢慢地飘落到地面上。
随着加加林的升空，揭开了人类征服月球、征服宇宙的新纪元。太空探险已成为令全世界瞩目的头等大事。十分不幸的是，1968年3月27日，年仅34岁的加加林在一次飞行中不幸遇难身亡。他的名字将永远记载在人类征服宇宙的史册上。
美国的“阿波罗”登月工程
“阿波罗”工程是指美国于20世纪60年代至70年代初组织实施的载人登月工程。实施这一工程的目的，是实现载人登月飞行和人对月球的实地考察。“阿波罗”工程在世界航天史上具有划时代的意义。工程始于1961年5月，至1972年12月第6次登月成功结束，历时11年，共耗资255亿美元。整个工程组织了2万家企业、200多所大学和80多个研究单位，共有30多万人参加。
“阿波罗”17号飞船降落月球表面为了登月，方案论证了飞船登月飞行轨道和确定载人飞船的总体布局。从“阿波罗”号飞船的3种飞行方案中选定月球轨道交会方案，确定由指挥舱、服务舱和登月舱组成的飞船总体设计方案。“阿波罗”号飞船使用大推力的“土星”5号巨型3级运载火箭作为飞船登月的运载工具。1969年7月20～21日，美国首次实现人类登月的理想。此后，美国又相继6次发射“阿波罗”号飞船，其中5次成功，总共有12名宇航员登上月球。
世界上第一个登上月球的人是美国的阿姆斯特朗。阿姆斯特朗，1930年8月5日生于俄亥俄州瓦帕科内塔。他原是海军飞行员，毕业于珀杜大学的航空技术专业，因此有很高的专业知识。1962年他被选为宇航员，经过专门训练之后，于1966年3月16日与另一位宇航员斯科特合乘“双子星座”号飞船进入太空。他们在围绕地球飞行4圈之后与“阿金纳”目标飞行器会合，完成了飞船在太空的对接任务。
1969年7月，阿姆斯特朗被任命为“阿波罗”11号飞船的指令长，与登月舱驾驶员E·E奥尔德林和指令舱驾驶员M·柯林斯完成了人类历史上首次登月飞行。7月20日格林威治时间20时17分，他与奥尔德林在月球静海西南角着陆。7月21日格林威治时间2时56分，他在月球表面迈出人类的第一步。他说：“对一个人来说，这是一小步，对人类来说这是巨大的一步”。19分钟后，奥尔德林也踏上月球表面。他们在月球上采集了22千克岩石和土壤样品，在月球表面共停留21小时36分，然后自月面起飞，返回地球。
空间站——建在宇宙空间的实验室
空间站是一个大型的、载人的、在太空能长期运行的人造卫星，是环绕地球运动的半永久性空间基地。空间站是整个航天体系中的重要组成部分。它可以接送来往的人员和物资，并担负通信任务；可以对其他航天器进行后勤保障、维修与保养；可以作为发射平台，把新的人造天体送入太空；也可以利用太空的特殊环境从事科学研究，进行材料加工，完成对地监测、资源勘查、天气预报以及天文观测等任务；还可以与其他航天器在太空对接，组合成更大的轨道联合体，为宇航员在太空长期工作和生活创造良好的条件。
空间站用途很广，鉴于太空中的高真空、高纯净、微重力和高位置，它在科学研究、国民经济和军事上都有重大价值。
1971年，苏联首先将世界上第一个空间站——“礼炮”1号送上了轨道。不甘落后的美国也在1973年发射了天空实验室空间站。截至2000年底，已经有9个空间站先后在太空遨游，先后已有190多位宇航员在空间站上生活和工作，成为名副其实的航天人。
第一位实现太空行走的宇航员
1965年3月18日，前苏联宇航员别里亚耶夫和列昂诺夫乘“上升”2号宇宙飞船进入轨道飞行。在这次仅有1昼夜2小时的航天飞行中，宇航员列昂诺夫创造了离开飞船到敞开的太空行走的新纪录。
当“上升”2号飞船进入轨道飞到第三圈时，列昂诺夫穿着宇航服，系上拴在飞船上的安全带，打开密封舱舱盖，慢慢地飘浮到舱外空间，离开飞船5米，在太空深渊飘翔24分钟，试验了太空安装作业。第一次太空行走的成功，预示着人类进行空间活动的广阔前景。
太空握手——交会和对接
交会是指一个航天器与另一个航天器在同一时间以相同速度到达同一空间位置，即两个航天器会合在一起。航天器在轨道上交会的过程分为三个阶段：远程导引阶段、近程导引阶段和停靠阶段。
对接是指受控航天器通过对接装置与对接航天器相互接触，并通过对接机构将二者连接为一个整体的过程。
人们掌握了这项技术，就可以把巨大而沉重的物体分批送入太空，再组装起来，像搭积木一样把一个个的舱体组合成一个大的整体。
1975年7月18日，美国“阿波罗”号飞船与前苏联的“联盟”号飞船在大西洋上空对接成功，进行第一次联合飞行。两国的宇航员互相访问对方的飞船，互致问候。这次对接成功表明国际合作开发太空时代的来临。
美国“天空实验室”
1979年盛夏，时值国门刚刚打开，神州大地一时盛传这样的紧急通知：有一个离轨的外国航天器将于几日内坠毁，并有可能坠落在我国境内，要求大家密切注意情况，并协助保护好现场云云。好奇与担忧的心情一时遍于国中。没过几日，这位不速之客终于在南印度洋和澳大利亚西部地区人烟稀少的地带坠落，时间是7月12日。它就是名噪一时的“天空实验室”。“天空实验室”是美国建造的大型载人轨道空间站，它于1973年5月14日发射，曾先后接待了3批9名宇航员，考察了长时间的空间飞行对人体心理和生理的影响，探测了太阳、彗星的种种奥秘，拍摄了2000多张地球资源照片，在取得累累硕果后，于1974年2月关闭停用。由于它位于空气十分稀薄的435千米的高空，预计可运行到1983年，而结果却提前4年坠毁了。这是为什么呢？原来是太阳黑子作的怪。设计者也许疏忽了一点：1983年前要遇到一次太阳黑子高峰年。此时，由于太阳黑子活动的加剧，导致整个地球大气层上涨，这样，“天空实验室”的轨道就陷入较稠密的大气之中，它很快就因精力衰竭而“夭折”。
航天飞机如何升空
我们知道，普通的飞机都是依靠空气动力学的原理在地球的大气层中飞行的。而航天飞机能够飞出地球的大气层到宇宙空间去遨游，同时又能像普通飞机一样降落在机场。
航天飞机其实是火箭和飞机的结合体。航天飞机的下部是助推火箭和燃料箱，它的上部是一个形状像架大型喷气式客机的轨道器。轨道器分为前、中、后三段。前段的乘员舱是宇航员起居活动的地方；中段是装载航天飞机携带物品的运载舱；后段的装置为轨道器提供动力。
航天飞机的上天并不只是简单的起飞或发射，而是要分三个步骤。刚开始，它像火箭一样竖在发射台上，随着一声指令，助推火箭和轨道器发动机同时点火，飞机直刺苍穹，到五六十公里的高空时，助推火箭燃烧完毕，自行脱落。接着航天飞机依靠主发动机继续冲向高空。当航天飞机到达预定轨道附近时，燃料箱用尽燃料，坠入大气层，主发动机停机，轨道器正式进入太空轨道飞行。进入太空轨道的航天飞机可以开始由宇航员执行各种任务。航天飞机的运载舱可以携带多颗人造卫星，直接将它们放入各自的轨道；它的机械臂还能抓住那些已失控的或出故障的卫星，让宇航员修理好放回空中，或将有的卫星带回地球；宇航员可以在机体内从事各种太空实验，也可以走出航天飞机进行太空行走；航天飞机还能与正在轨道上的空间站实现对接，为它们提供给养和替换宇航员……
航天飞机垂直升空、水平降落
航天飞机每次上太空执行任务，总给人“虎头蛇尾”的印象。它挟着浓烟和烈焰，在震耳欲聋的轰鸣声中升空。返回地面时，却像滑翔机一样无声无息地降落，还不如一架大型客机降落时热闹呢！根据前面的介绍，我们可以注意一下发射时的航天飞机：它身上绑着比自己还要大的外燃料箱，还有两枚助推火箭。在这些“贤外助”的帮助下，航天飞机先上升到几十千米高空，扔下两枚耗尽燃料的助推火箭（它们用降落伞回收后重复使用）。再上升到100多千米高度时，又抛弃庞大的外燃料箱，这时航天飞机本身的发动机才足以把它送上几百千米高的轨道。航天飞机挂了那么多“外挂”，当然无法像飞机那样水平滑跑起飞，而且它受到的空气阻力也远远超过大型飞机。再说火箭发动机又是急性子，只能短时间工作。因此，航天飞机必须在最初一二分钟里垂直上升，尽快冲出稠密的低层大气。当它返航时，早已摆脱了累赘的外挂物，就能像滑翔机一样飘然降落。
用能够重复使用的航天飞机发射卫星，比用一次就报废的传统运载火箭便宜。但航天飞机只能在造价昂贵的发射台上升空，每次飞行后要重新装配，不能在短期内重复使用。所以在21世纪，它将被更先进的空天飞机所取代。
哈勃空间望远镜
哈勃空间望远镜是最先进的天文望远镜，重12吨，运行在高587千米的地球轨道上。在1990年被送入太空后，发现由于制造失误，导致望远镜的成像模糊，太阳能电池板也有故障，使得哈勃空间望远镜不能充分发挥作用。
1993年12月2日至13日，美国“奋进”号航天飞机上的7名宇航员进行了艰难的太空操作，成功地修复了哈勃空间望远镜。宇航员操纵航天飞机上的机械臂，将“哈勃”拉进货舱，并固定住。修复“哈勃”是在敞开的货舱中进行的，需要宇航员以太空行走来完成。宇航员分成两组轮流到平台上工作，为“哈勃”更换了11个部件，共在太空中行走了5次，在开放的空间共逗留35小时28分钟，创造了航天史上的新纪录。
这次行动开创了人类在太空修复大型航天器的先例，对于远征火星或其他航天活动来说，在太空中修复和组装航天器具有特殊的作用，在航天技术上具有重要意义。
国际空间站——航天史上的杰作
已经开始动工建造的、迄今为止最大的航天器——国际空间站，是航天史上最伟大的杰作，代表了当今人类航天技术的实力和水平。
国际空间站采用桁架式结构，其结构之复杂和规模之大令人咋舌。它在长达108.5米的桁架上安装有太阳能电池帆板和散热器，其中心部分是居住舱、实验舱，它们是由美国制造的。此外，还有俄罗斯制造的服务舱、研究舱和太阳能电池帆板，日本的实验舱、欧空局的哥伦布轨道设施和加拿大的移动服务系统。空间站宽度达88.4米，几乎有足球场那么大，相比之下，与其对接的航天飞机犹如一个足球。国际空间站重472吨，太阳能电池帆板面积为4000平方米，覆盖的面积超过两个足球场，当它划过夜空时，将像钻石般晶莹剔透，可以用肉眼直接看到。
国际空间站的部件有100多个，需要多次发射升空，并在太空将它们组装起来。预计美国航天飞机和俄罗斯运载火箭共需发射45次，宇航员要进行舱外活动1100小时，其技术难度和风险是巨大的。建成后，空间站上可居住6～7名宇航员，可以在太空运行10年。它的轨道平均高度为350千米，运行时速为2.8万千米，绕地球一圈只用90分钟，运行期间可看到地球总表面积的85％。
国际空间站的建站计划长达10年，分为三个阶段。1994年到1998年6月为第一阶段，主要是完成技术攻关和建站的一系列准备工作。1998年6月至1999年6月为第二阶段，进行主要装置的发射，建成核心部分，可具备3名宇航员在轨工作、开展科学研究的能力。此阶段共需进行15次发射。从1999年7月到2003年12月为第三阶段（现在已推迟到2006年），这阶段将全面完成所有装配任务，将美、俄、加、欧空局、日制造的各种舱段和桁架结构按顺序发射并组装起来，还能具备6～7名宇航员在轨工作的能力。此阶段共需发射30次。建成后，它将成为真正的太空研究试验机构。
第一个空间站
载人飞船进入太空，无疑是人类在载人方面取得的一项辉煌成就。但是，由于载人飞船内部空间相当有限，只能乘坐1～3名航天员，狭窄的舱里没有多余的活动余地，很难从事更苏联在宇宙建立第一个太空站多的观察科研和生产等活动。因此，科学家们设想在太空建造一个内部空间较大的能在轨道上长时间飞行的工作站，这样，航天员就可以像地面的实验室那样从事科学研究，像地面的车间那样从事加工生产，可居高临下，充分地发挥人的因素，从事军事活动。基于上述原因，20世纪70年代初，前苏联载人航天的重点转向了空间站。
1971年4月，前苏联发射了世界上第一个空间站，取名“礼炮1号”。它重约18吨，长约14米，最大直径4.2米，飞行轨道近地点219公里，远地点275公里，倾角51.6°。“礼炮号”由轨道舱、对接舱和服务舱三大部分组成。轨道舱类似于由直径分别为3米和4米的两个圆筒拼在一起，它是航天员工作、用餐、休息和睡眠的场所。舱内保持着与地面相同的小气候环境，舱内的地板、天花板以及周围的墙壁漆成了不同的颜色，这是为了有利于航天员区别方向时作参考。“礼炮号”在太空长期运行时，航天员的更换和所需消耗物资的补充分别由“联盟号”和“进步号”天地往返运输器承担，因此，“礼炮号”的对接舱是供“礼炮号”与“联盟号”和“进步号”在太空对接时用的，也是航天员进出空间站的出入口。如“礼炮6号”的对接舱设有两个对接口，既可同时与两艘“联盟号”飞船对接，也可用一个接口同“联盟号”对接；另一个供停靠“进步号”飞船用。“进步号”无人运货飞船是专为空间站运转货物而研制的，实为“联盟号”飞船的改型，长8米，直径2.2米，由运货舱、燃料舱和工作舱三部分组成，一次能运货2.3吨，包括燃料、食品、水和氧气等必需品。当“进步号”升空与空间站对接后，自动将货物卸下，并装上空间站不再需用的物品然后自动脱离空间站，其中运货舱与燃料舱在进入大气层后烧毁，只保留工作站继续留在空间。
“礼炮号”空间站分科学研究型和军用型两种。前者的主要任务是完成天体物理学、航天医学、生物学等方面的广泛研究，考察地球自然资源和进行长期失重条件下的科学实验。后者主要进行高空照相侦察以及高能武器的可行性实验研究等。自1971年4月至1982年4月，前苏联共发射了7艘“礼炮号”空间站，其中1973年4月3日发射的“礼炮2号”（即“钻石-1号”）1974年6月25日发射的“礼炮3号”（即“钻石-2号”）和1976年6月22日发射的“礼炮5号”（即“钻石-3号”）为军用型空间站，其余为科学研究型空间站或军民结合型。
军用型空间站是由前苏联切洛米伊设计局负责研制的，它属于绝密的“钻石计划”。在空间站的工作舱里装有口径达1米的专用侦察照相机，所拍照片装在特制的密封盒里由运输飞船带回地面。工作站内还装有当时最先进的计算机等操纵设备，研究新式武器的一些秘密装置和探测太空环境的望远镜等。此外，还装备了当时最完备的防御开武系统。在空间站内工作的也全是清一色的军事专家，每个空间站的有效使用期为1～2年。
科学研究型空间站则是由科罗廖夫设计局负责研制的，在发展初期并不顺利。1971年4月19日，由卡拉廖夫设计局负责研制的“礼炮1号”虽然成功地进入轨道，3名航天员在太空逗留24天，创造了新的世界纪录。不幸的是，他们于6月30日在返回途中，当他们发动下降的制动火箭时，因返回舱的一个阀门密封件失灵，舱内空气在极短的时间内大部分漏走，导致航天员全部窒息而亡。但1977年9月发射的“礼炮6号”和1982年4月发射的“礼炮7号”，在技术上有较大改进，安全性和可靠性也有了更大的保障。从“礼炮1号”至“礼炮5号”，每个都只有一个接口，而“礼炮6号”、“礼炮7号”各有两个接口，即它们的前后轴向各有一个对接口。这两个空间站都多次与“联盟号”、“联盟T号”及“进步号”飞船顺利对接。“礼炮6号”接待了16批乘员，“礼炮7号”接待了21批乘员，他们各自肩负使命，在太空多次进行载人对地观测、天文观测和与天气预报有关的高层大气和红外辐射观测，开展了微重力条件下的空间新型合金等材料生产、金属熔化过程的研究和空间焊接，还进行了小球藻的培育、乘员心血管系统的观测等研究。1984年7月17日，前苏联女航天员萨维茨卡娅乘坐“联盟T-7号”飞船进入“炮礼7号”工作了8天。她同另外几位男航天员共同开展科学实验活动。7月25日，她随指令长扎尼别科夫步出舱外，顺利完成了切割、焊接、喷涂等复杂操作任务，共在舱外进行了3小时35分钟的作业。她不仅创造了妇女在太空行走的纪录，而且她在这次飞行后不久完婚，1986年10月喜生贵子，这表明太空生活对妇女生育并无根本性的影响。“礼炮号”的一系列活动，还雄辩地表明人类在太空中具有有效生活和工作的能力，人在环绕地球的轨道上，能从事探测、研究、生产和维修等各种有意义的活动。前苏联不仅是最早发射空间站的国家，开创了航天史上载人空间站的新时代，还曾相继创下航天员在太空持续生活75天，96天，140天等一系列世界纪录。
“发现号”航天飞机回收卫星
摘天上的星星，曾是多少童话中的幻想。但是，在科学技术高度发展的今天却成了活生生的事实。
1984年11月12日和14日，美国航天飞机“发现”号，真的从地球轨道上“摘下”两颗“星星”——两颗人造地球通信卫星，并把它们运回地面。
这两颗“星星”，一颗是印尼的“帕拉帕B——2”，另一颗是美国西方航空公司的“西联——6”通讯卫星。它们从航天飞机上发射后，由于自身的定位火箭提前灭火，没有进入轨道。
九重天外摘星星的过程分两个阶段进行：首先是“追赶”，然后是“捕捉”和“搬运”。
这两颗卫星由于火箭发动机失灵，进入了一条“无用”的椭圆形轨道。而航天飞机的圆形运行轨道一般离地面300公里左右。为了“捕捉”卫星，从1984年5月到10月，美国地面站的工程师们利用遥控讯号，把卫星的椭圆形轨道变成了圆形并且把它们的远行轨道的高度降低到接近航天飞机的运行轨道。“发现”号11月8日发射进入的运行轨道，比卫星的轨道低约48公里，比卫星落后约10000公里。“发现”号用了4天时间“追赶”上了这两颗卫星，把航天飞机和卫星之间的距离缩短不到11米。
这时，宇航员穿上“航天喷气包”，手持6米长的杈杆“飘”上去，插入卫星尾部的火箭“喷气管”，杈杆前部像雨伞一样，自动张开固定在卫星尾部；然后航天飞机上的机械手臂伸出去，由另一个宇航员将卫星顶部的天线夹住，接着把被揪住头尾的卫星拖进货舱指定位置，拿下杈杆，截去天线，用一个A型框架盖上锁住。
这次摘的第一颗“星星”是印尼的“帕拉帕”，最先出马的那个宇航员叫艾伦。由于准备用来夹住卫星圆形天线的框架窄了0.5厘米，而不能使机械手臂发挥作用，结果艾伦像抱着一个哭闹踢打的孩子，与另一个守候在货舱里的宇航员加德纳一起费了九牛二虎之力，才把卫星拖进货舱里锁定。整个“捕捉”和搬运过程花了6小时又10分，比原定时间延长了10分钟。
11月14日，摘第二颗“星星”先由加德纳出征，这次接受了前次的教训，艾伦骑在机械手臂的顶端工作台上，抓住顶端不放，按照同伴吩咐翻动它的位置。加德纳将卫星尾部锁住，女宇航员还是像头一次一样在舱内操纵机械手臂，这样把第二颗失控卫星终于连拖带拽地拉进货舱里固定。
这次航天飞机“摘星星”成功，被认为是“航天史上最雄心勃勃和最重要的活动之一”。从经济上讲，收回卫星每颗花500万美元，修理后，可以6000万美元再度出售；从商业竞赛上，可以消除航天飞机发射卫星连连失败的“沮丧情绪”；从航天发展上，这次行动表明可以利用航天机队在地球轨道上构筑永久性太空站，在军事上还告诉人们：既然可以在轨道上抓回自己的卫星，难道不能在太空捕捉或破坏敌方的通讯卫星吗？
修复卫星故障
1984年4月8日，美国航天飞机“挑战者”号开始试图在太空中修理一颗发生故障的太阳活动峰期探测卫星，结果开始几次都失败了。
4月8日，航天飞机追上了太阳探测卫星，并和它保持60米左右的距离。宇航员纳尔逊使用以氮射流为推进剂的喷气背包，飞出了航天飞机，逐步靠近了离地球480公里，虽已出故障，可还在运行的太阳探测卫星。
宇航员携带着一种特殊的装置，准备更换卫星上的老抓钩，然后将卫星拖回航天飞机舱内，可是没有成功。纳尔逊用戴着手套的手抓住了卫星的一片太阳能板，正要将卫星拖回机舱，指令长克里平却命令他立即返回，原因是他背包上的氮气已经消耗殆尽。纳尔逊返回航天飞机后，克里平使航天飞机更靠近卫星，然后宇航员试图用机械臂抓住这颗缓缓旋转的卫星，又没成功。
第一天就这样过去了。4月9日，地面控制中心的工程师们成功地用无线电信号减慢了卫星的运转速度，并遥控这颗卫星运行的姿态。
4月10日，在最后一次的尝试中，指令长克里平和驾驶员斯科比谨慎地发动了几枚火箭，然后小心翼翼地操纵航天飞机靠近那颗卫星。宇航员哈特操纵航天飞机这是修理人造卫星的高智能宇宙机器人上的机械手，抓住了卫星，并将它从轨道上拖进航天飞机货舱内。
这颗太阳活动峰期考察卫星，是1980年2月发射进入运行轨道的。原来由于保险丝出了故障，10个月之后，也就是1980年12月就基本停止了工作。这颗卫星可以称之为美国观测太阳的一只眼睛。在短短的10个月之内，它便获得了大量有关太阳耀斑的重要数据。这颗卫星又是美国宇航局设计的第一颗能用航天飞机回收和修理的卫星。探测卫星的主要系统都安置在外部的盒子里，卫星上还特别安置了一种抓钩装置，专供航天飞机上的遥控机械臂捕捉卫星时使用。
太阳活动峰期考察卫星需做两项修理，一项是更换烧坏保险丝的姿控舱；另一项是置换日冕仪——偏振计试验中的一个电子设备盒，以及日冕仪中的微处理机。
首先置换姿控舱，这件工作比较简单，使用电板钳活扳子之类的工具就可以解决了。太阳探测卫星有7个主要的试验，为了获取试验结果，其中有4个敏感器必须非常准确地指向太阳。可是由于保险丝失灵，卫星的指向长期处在一个很不精确的状态下，这4个敏感器就无能为力了。更换了姿态控制舱之后，恢复到精确的指向，探测试验就可进行了。
更换日冕仪器的电子设备盒，是一件比较复杂的工作。首先提取下绝缘体，拆下螺钉固定的入口板。接下来拆掉12根电线，最后换上一个电子设备盒和一个盖子。当卫星修理好以后，宇航员用机械臂把它高举到航天飞机顶上，由地面控制中心的工程师进行检验。
接着，卫星就像医治好创伤的小鸟一样，又飞回到太空轨道上去了。
宇航员在太空中的工作
宇航员穿上宇航服后，可以进入太空，从事复杂的太空作业。虽然利用机器人也可以代替人进行科学考察和科学实验，而且它们比人更能适应恶劣的太空环境。但是，机器人无法从根本上代替人的作用。人具有创造力、应变能力和适应能力，有预见性，能够处理各种意外事件。
步入太空，要干和想干的事太多太多——从事科学研究，组装空间站，建设太空城，施放、回收、修理及捕捉航天器，开发宇宙资源等等。进入太空作业，只是人类了解宇宙，探知宇宙奥秘的第一步。经过不断的探索，人类可以扩大视野，增长知识，跨入整个宇宙空间。
宇航员的太空生活
据太空人介绍，“天宫”的生活同人间很不一样。
吃喝太空厨房内有100多种食品，全装在软管、软袋的金属盒内，嵌在舱壁上。吃饭时把脱水食品加上水，与其他食品一起放进舱壁上的小电炉里加热到80℃。舱壁上有两块板放平，上面有橡皮带把食品勒住，以免飘飞。食品直接从软管内啜取。太空人劳动量颇大，每天食品的热量为3800大卡。淡水久存会变味，太空人为喝不上凉水而抱憾，只好对付着以咖啡、茶和果汁解渴。
睡眠睡的是带垫单的睡袋，四周有通气口，热了可打开。睡觉时只穿内衣。失重影响血循环，脚部失血怕冷，要穿软底毛靴保暖。睡袋扣在舱架上，以免飘动。
梳洗太空人早上用附有吸尘器的电动刮脸刀刮脸。洗脸则用一种特别的水枪冲湿一太空人沐浴时得使用一个真空系统，好让水在无重力下正常地流动块海绵。这海绵的吸附力很强，一擦脸部即能吸走表皮的污垢。刷牙使用特别的牙膏和牙刷。这种牙膏既可用来刷牙，也可当作食物吃。牙刷完后把口内的泡沫全吞下肚内，这样就避免让它们在舱中到处“流浪”。10天淋浴一次。空间站顶棚上有个大圆盘，上面有好几个水箱，每箱5升水。开动电热器，圈盘上就降下塑料罩，形成一个圆柱形的浴室。打开拉锁，进入浴室，穿上固定在地上的拖鞋，人就不会乱飘。把通浴室外的呼吸管套在嘴上，鼻子用夹子夹住，以免呛水。打开水龙头，清水从顶上徐徐淋下。室内是真空的，水由地面的孔眼收到废物箱内。15分钟后把身体和浴室壁擦干。塑料罩用后像手风琴一样叠上。
厕所工作舱到对接口的过道上有卫生间，用拉锁橡皮帘隔开。内有真空小便池和抽水便桶。便桶内有带过滤底的塑料盒，粪便落入，橡皮阀迅速关上此盒，外包几层橡皮袋，投入废物箱，弹到太空，进入大气层后就被烧掉了。
休息太空人闲时看录像，戴耳机听立体声音乐，通过电视电话同亲友“见面”，透过20个舷窗观赏太空美景……
有一次，当宇航员诺姆·沙加德坐在飞船遨游太空时，他不注意地瞧了瞧镜子。镜中的形象使他大吃一惊，他的脸又肿又红，像个大红萝卜。如果在地面上的话，任何人脸肿到那种程度都会感到不舒服，可他当时的感觉却和平常一样。在进入太空的头几天里，人体的血液和体内其他液体由于失去地心引力的影响，纷纷涌向头部。宇航员们都成了大圆脸，眼睛鼓出，变成了另外一个人。幸运的是这种情况慢慢会消失。
宇航员们大部分时间是在舱里度过，即使在舱外也被裹在隔绝的太空服内，所以他们往往会染上一种常见的户内病，这就是皮肤龟裂。除这种病外，他们还可能患皮肤过敏症，因为他们的日常工作是做各种各样的实验，与各种化学物质打交道。这些化学物质用后，遗留在空中，久不散去，致使皮肤过敏。
尽管失重给宇航员带来诸多不便，但有一点使他们受益不浅，那就是失重延缓了他们的衰老过程。原因是地球上存在着重力加速度。而在无重力加速度的太空环境中，人们就不需要那么多热量了，可以大大减少食物的摄入量。食物摄入量减少，意味着新陈代谢速度减慢，任何生物体，新陈代谢速度越慢，它的生长期就越长。在失重条件下，人体肌肉质量会减少，心率也会减慢，从而减轻心脏的负担。不言而喻，在太空生活可延年益寿。
随着航天医学的发展，有大量的资料说明航天对肌体的生理功能和代谢有深刻的影响，如宇航员体重的减轻、前庭功能障碍、心血管系统功能降低、水盐代谢和氮代谢紊乱、肌肉萎缩和骨盐丧失等等。多数人认为在无舱外活动的情况下，宇航员的能量消耗低于地面，而应激反应初期进食量减少，人体蛋白分解增加，特别是由于体液分配的改变，回心血量增加，反射性地引起脑垂体抗利尿激素分泌减少，尿量（水盐丧失）增加是宇航员体重减轻的主要原因。宇航员骨质变化的机理和防治措施迄今仍是航天医学研究中的一个重要课题。在卧床实验中，肌体每月钙的失量约相当体内总钙量的0.3％～0.5％，其中承受重量的骨骼（如跟骨）骨钙的丧失要大得多。一些学者认为航天时在肌肉与骨骼的变化以及失重与运动减退状态下，组织的能量代谢、物质代谢均有变化，即使有充分的营养，肌体也不能利用，而运动锻炼迄今仍是最有希望的防护措施。
美国和前苏联宇航员的营养供给标准，在无出舱活动的情况下，食物热量为每天2500～2800大卡。宇航员每天食物热量为7100大卡，宇航员在舱外活动时的能量消耗为每分钟8大卡，每小时480大卡，宇航员在月面活动时的能量消耗每小时约为300大卡。航天食品的蛋白质供给量略高于地面膳食，约占总热量的15％～20％。对于航天中是否应增加维生素的供给量曾有不同看法，前苏联认为补充供给多种维生素有助于提高宇航员的耐力和对航天环境的适应能力。从“东方”号开始，宇航员在飞行中每天都服用多种维生素制剂，而美国直到“天空实验室”进行较长时间飞行后才使用了复合维生素。
宇航员在太空的生理变化
每个宇航员上天初期，都有明显的不适反应，主要是心跳速度在飞行加速时明显提高。据统计，宇航员起飞前，平均心跳每分钟62次，而飞行加速时达到每分钟109次，以后又下降稳定在每分钟70次。此时血液向头部集中，引起头胀鼻塞、面部浮肿、颜面潮红，伴有恶心感，严重的甚至呕吐。这种情况称为“航天病”。但在每个宇航员身上表现程度不同，就像有人要晕船有人不会晕船一样，经过一段时间可以逐渐适应。
据测定，宇航员飞行一天失钙1％～2％，以骨骼中的钙缺乏最为严重。所以飞行回来的宇航员骨头会变得较疏松、较脆，容易骨折。宇航员尿中的钙含量为地面时的3倍，可见钙主要通过排尿而损失。
飞行一次，宇航员体重会下降4～6公斤。但返回地面一天之后，便能增加2公斤，这和太空中人体容易脱水有关。太空飞行中，由于体液的失常和血液的再分配，因此人体脱水不可避免。美国“阿波罗”飞船登月舱驾驶员身体体积比在地面时减少2.5升，而指令舱的驾驶员身体甚至减少6.9升。
宇宙飞船绕地球轨道作圆周运动时，飞船运动的离心力和地球对飞船的引力相等。由于这两种作用力方向相反，使飞船上的人和物体，处于失重状态。在失重条件下，会出现一些难以想象的奇妙而有趣的现象，这对人的生活、健康有着重要的影响。
人类在进化过程中，长期生活在恒定的地心引力条件下，形成了内环境的平衡。人体的主要成分是由软组织、骨骼、体液构成的，重力对这些成分的作用不同，在进化中形成了这些基本成分之间的一定比例。骨骼结构的坚固性和它的功能、肌肉的主要活动、体液的分布特点，保证了对重力的对抗，使人体得以生存成长。
人类进入宇宙空间前，曾有人预言，失重可能破坏人体的内环境平衡，使人的生理功能发生不可恢复的变化，甚至断言，谁要摆脱重力，谁就将因发生心力衰竭而死亡。人在宇宙空间生活的实践证明，人在失重时，生理功能要发生变化，但不像那位悲观者预言的那么严重。失重时人体生理功能改变，主要是血液和体液重新分布，大量的血液和体液向头部及上半身集中。大约有2公斤血液和体液瘀积到头、胸部，引起头、胸部脉管扩张，面部及上肢浮肿，下脚皱缩；胸部充血增多，心脏增大；血液中红细胞下降约10％，心血输出量减少30％，全身循环血量减少20％；体内大量失水而造成血浆加浓，血液容量下降。宇航员刚从飞船走下地面，甚至一时不能直立行走，要别人扶着走一段才能行动，这也表明体力消耗是颇大的。
习惯于地球重力生活的人，一旦进入失重环境，将会感到新奇。人体的重量消失了，行动起来真正是身轻如燕，掌上可舞。在舱内可以自由地飞来飞去；也可以停留在空中。在空中失重条件下，站着、坐着或躺着睡眠都一样舒坦，只是必须用带子把自己固定在座椅上，或束缚在固定的睡袋内，以防飘走或到处乱撞。由于飞船内没有我们习惯的白天黑夜之分，只能按钟点执行起居。
在失重情况下，宇航员会觉得头部知觉和身体知觉不协调，闭上双眼时，判断不清周围物体和自己身体的相对位置，有时感到眼前冒金星并有幻觉。
失重条件下人的姿势反射失灵，摇摇晃晃坐立不稳，因而走路要十分小心，要穿上鞋底带爪子的特制鞋，想站住时就把爪子插进有网格的舱壁上稳住身体。如到舱外活动，就要操纵戴在身上的一组喷气嘴，控制来去行动。
宇航员不仅空间生活奇特，在飞船从地面发射时还要承受强大“过载”的考验。早期飞船在发射加速阶段，宇航员要承受5～5G的“过载”，使人感到体重增加五六倍，若取坐的姿势就会使人体血液涌向下肢，造成脑细胞贫血缺氧而死亡，因而必须让宇航员采用躺卧的姿势。近代飞船，像航天飞机在发射时的“过载”只有3G，一般的人都能承受，这为更普遍的空间旅行开创了条件。
现在，对太空人体生理学的研究正逐步开展，要实验的内容很多，包括人体在太空中的无机盐平衡、体液生化反应变化、体内微量元素变化，人体的免疫能力、心血管的浓缩应变性能、红细胞寿命变化、人体新陈代谢率的改变，前庭功能变化等项目。可以预见，这些研究将会更多地揭示人在太空中如何变化之谜。
宇航员在太空中锻炼
茫茫太空中进行宇宙航行的宇航员，是不是需要进行体育锻炼呢？在进行宇宙航行的初期，每次宇宙航行的时间只有几天，宇航员着陆后并没有发现有什么异常情况。然而，随着宇航时间的不断增长，问题也就随之出现了。
首先发现的问题是，当宇航员在太空中航行一个星期后返回地球的时候，宇航员出现了“起立性低血压症”，而且身体都比较虚弱。甚至连飞船的舱口也出不了，需要人扶着他们出舱。造成上述现象的主要原因，是由于宇航员长期停留在太空失重的环境中，身体产生脱钙，从而使骨骼变得疏松，肌肉也软弱无力。
那么，怎么才能克服这种现象呢？科学家们找到了解决的办法。那就是在宇航员食物中增加钙、磷、钾和维生素D，以及在太空中进行必要的体育锻炼。
但是，宇宙航行的环境与地面大不相同，不仅飞船的舱内空间很有限，载重量也不可能过大，一些体育的设施无法装置。同时，人体在太空中出现失重现象而飘浮在空间，双脚都很难落在舱底。在这种情况下，又怎么能进行体育锻炼呢？
体育科学家们经过反复研究和实践，已经找到了在太空中进行身体锻炼的项目及方法。这些项目和方法，大致可分为以下类型：
利用弹簧进行身体锻炼。比如让宇航员坐在椅子上，将身体固定好以后，用手和脚反复推、拉一种特制的弹簧器材；也可以用双手、双脚或者一手、一脚分别拉弹簧器材的两头；还可以用具有较好弹性的橡皮带将四肢固定后，两臂分别或同时向下、向左、向右拉橡皮带；或者用双脚、单脚往上拉橡皮带等。以此种种方法来锻炼宇航员的四肢骨骼和肌肉的力量。同时，医学家们还为宇航员设计了一种具有弹性的服装。宇航员穿上这种特制的服装后，全身都可以受到弹力的作用。只要一活动身体，就能够达到锻炼身体的效果。
还可以利用人体肌肉的颉抗作用来进行身体锻炼。如用双手五指交叉，进行对拉、拉推或者互拉；还可以双手拉脚而脚用力往前伸等。有人还为宇航员们编了一套由这些动作组成的体操。这种不需任何器材和不受空间限制的锻炼方法，也同样起到锻炼四肢和身体的作用。
利用双手推、拉或者打击悬挂在舱内的重物，以达到锻炼身体的目的。
由于宇航员在太空中采取并坚持以上几种锻炼身体的运动项目和方法，从而使他们的体质和骨骼及肌肉的力量不断增强。即使在太空中航行二三百天，甚至更长的时间，身体也不会变得虚弱，返回地球后再不会出现“起立性低血压症”和其他症状了。
航天服——宇航员的护命服
载人航天中，为了充分保证宇航员的生命安全和在极端恶劣环境条件下进行工作，除了有装备齐全的生活座舱外，还必须为宇航员提供一个方便灵活和独立密闭的生活小环境。为此，航天专家们就为宇航员设计了一种特殊服装，即通常说的“航天服”。
航天服通常分为两种：一种是宇航员在航天器座舱里应急穿用的服装，称为“舱内活动航天服”；另一种是供宇航员到座舱外面工作用的“舱外活动航天服”。舱内活动航天服，实际上是个备用的保险系统。因为航天器生活座舱本身具有完善的生命保障系统，宇航员一般只是在航天器发射和再入大气层过程中穿着这种航天服。在这期间，由于加速度、冲击、振动和噪声的作用，有可能引起航天器结构的破坏，或仪器设备发生故障，危及人的安全。例如，前苏联“联盟11号”载人飞船在1971年完成任务返回时，由于一个阀门脱开，造成爆炸减压，即座舱里的空气一下子全泄漏到高真空的空间里，3名宇航员由于没穿航天服，全部遇难。
航天服的结构十分复杂。舱内活动航天服虽然稍微简单些，但至少有五层构成：最里边的即贴近衬衣的为液冷服，在尼龙布上粘着聚氯乙烯细管，管内有冷却水回流，以排除人体代谢产生的热量；第二层为气密层，由涂氯丁胶的尼龙织物构成，并通过管路与座舱氧源相接，有供氧、通风、加压的作用；第三层是限制层，是由尼龙丝或特氟纶丝编织成的网状结构，防止第二层加压后向外隆起膨胀；第四层是隔热层，是由多层的镀铝的聚脂无纺布构成，起防热辐射作用；第五层为外套，由抗磨损耐高温的尼龙等织物构成。
舱外活动航天服，除了应具备舱内活动航天服的基本结构和功能外，至少还要增添一个保护层，以防止微流尘的侵袭。该层多是采用涂有特氟纶的玻璃纤维织物。此外，为了方便航天员的出舱活动，现在已经摆脱了过去那种与航天器连接的“脐带”（包括供氧、冷却等管路，并起着固定宇航员的作用），而在航天服上装备了一种背包式生命保证系统，可独自提供压力为183～210毫米汞柱的纯氧，有滤出二氧化碳等有害气体的净化装置及循环冷却等设备。还有通讯、姿控、推进等附属设施，从而成为一个完全独立的系统。
海洋——安全的太空船降落地
美国载人太空船，现在已经借用降落伞和火箭降落地面，代替了过去落入海洋的旧方式。这对于研究载人太空飞行的安全性与适应性都很有帮助。因为太空计划的目标在不断增高，如果仍把海洋限为降落地区，有时就要增加工作上的困难；如果能将陆地亦列为降落地点的话，那对太空船从两极的上空轨道回返地球，或对太空船以超轨道速度自月球回航时，都极为方便。
太空船降落陆地，当然不是什么新鲜事，前苏联所有的太空船都降落在陆地上。而刚好相反，美国太空船却从开始到现在，一直降落于海洋中，然后再由船舰将其捞出，这属于技术问题吗？当然不是。
既然如此，为什么美苏两国太空船降落计划如此不同呢？我们打开世界地图，便可立即发现：前苏联本土的陆地极广，在它周围的海洋多属严寒或在条件上对太空船员潜藏着极大的危险，除非降落后能在极短的时间内将太空船打捞出水，否则太空船员就难免冻死。在前苏联附近，惟一暖和一点的水域是黑海和里海；波罗的海仅在夏季能够使用。
尽管美国本土也有广大的陆地，但是，要找一处适合太空船着陆而又人口稀少的理想陆地，就不简单了，这些地点不是山就是炎热而高温的沙漠，或是冰雪严寒的草原，本不利于人类居住，当然更不利于太空船员的降落了。无论如何，在巴哈马群岛以北的广阔海洋区，飓风甚少，其中气候及海洋情况，可说终年都处于良好状态。因此美国太空计划的第一阶段，就选择了水面降落。
在美国肯尼迪角的东方海面降落，对美国太空航员来说，还有另一个好处：无论是“信使神”或“双子星”太空船，在返回地球时，万一与地面援助站联络信号失灵，太空船员仍可立刻采取紧急措施，将太空船降落到预定地点数百公里外的海面上，同样可获得安全。同时，各援救舰艇亦会立即从待命地点出发，抢捞落海的太空船员。
而前苏联载人太空船降落，需经东北部的太空中心到西伯利亚东部一带的路程。如果遇到紧急事件，就会迫降落到极寒地区，可能直升机在此恶劣天气里都无法达到救援地点，以致使太空船员陷入绝境，这也说明前苏联载人太空船为什么不能在冬季发射的原因了。
美国自早期的“信使神”飞行以来，由于太空船长的降落非常精确，每次都能在救援船舰视线内落入海中，这简直成为“双子星”惯常的演习一样了；虽然是这样，可是只要降落伞一张开，“双子星”的俯冲降落，仍难以再予控制。
依此状况如打算在陆地降落，就将造成严重的危险，太空船极可能随风盲目飘落。太空船员将无法看到降落的地点；就算他们能看到降落地点，可是也无法躲避地面上的障碍，除非他们刚好降落在浓密的树丛中或沼泽里。否则在“双子星”中的太空船员所感觉到的撞击震动，将极为强烈。假如这太空船恰巧落在一个陡峭的山坡地带上，它就很可能沿着山坡一直往下滚，那实在是危险而荒唐的事。
发射航天器要用多级火箭
在太空中运行的各类航天器，都是用火箭把它们送到太空中去的。
飞行在太空中的航天器（卫星、飞船、空间站及航天飞机等），只有速度达到7.9千米／秒（第一宇宙速度）才不会掉到地面上来；飞到月球上去的宇宙飞船，速度是11.2千米／秒（第二宇宙速度）；如果要飞到其他行星上去，速度还要更大一些。
怎样才能使这些航天器达到这样大的飞行速度呢？只有火箭才能胜任这一任务。火箭是靠往后喷出高速气体产生的反作用力前进的，是当今惟一可在真空中使用的飞行运输工具。
俄国科学家齐奥尔科夫斯基早在20世纪初就指出，要提高火箭的飞行速度，出路有两条，一是提高火箭发动机的喷气速度，二是提高火箭的质量比（火箭起飞时的质量与火箭发动机熄火时质量的比值）。要达到很高的飞行速度，除了要求有很高的喷气速度外，还要求火箭的质量比越大越好，即壳体做得又轻又大，能装贮更多的燃料。
虽经过科学家们几十年的努力，采用当今最好的燃料和最轻型的材料，以及最先进优化的设计，但目前用一台或几台发动机组成的单级火箭，其最大速度也只能达到5～6千米／秒，远远达不到第一宇宙速度的目标。
出路在哪里？好在齐奥尔科夫斯基早就提出了“火箭列车”的思路，即把火箭串联或并联起来飞行，质量一级一级地减少，速度一级一级地增大，最后达到和超过第一宇宙速度，这就是多级火箭。它把两个以上的火箭，头接尾、尾接头地衔接在一起。当第一级火箭燃料用完以后，它就会自动地掉下来，接着第二级火箭立即发动；第二级火箭燃料用完后也自动地掉下来，接着第三级火箭发动起来……这样就会使装在最前一级火箭上的卫星或飞船达到7.9千米／秒以上的速度，成为遨游太空的“新客人”了。
科学正在不断地发展和进步，待更新型的燃料和更先进的又轻又坚固的材料出现后，只用一级火箭去发射航天器的时代就会到来。据科学家预测，这种先进的单级运载火箭，十年之后就会变成现实。
捆绑式火箭
为了战胜地球引力进入太空，我们必须利用火箭。然而单级火箭是达不到这个目的的。俄国科学家齐奥尔科夫斯基首先提出了“火箭列车”的概念，就是把两节以上的火箭串联或并联起来，组成一列多级火箭来提高火箭的速度，最终使末级火箭达到第一宇宙速度。
多级火箭利用了一种质量抛扔原理，即火箭发射后，把已经完成任务的无用的结构抛掉，使火箭发动机的能量最大限度地用于提高火箭的动能，从而间接地减轻火箭的结构质量，实现“轻装前进”。这样，在使用同样性能的火箭发动机和相同技术水平的箭体结构的条件下，用单级火箭无法达到的第一宇宙速度，而用多级火箭就能实现。
世界各国现有运载火箭数十种，其大小不等，形状各异，但其结构形式基本上分为两类：一类是各级首尾相连的串联式火箭；另一类是下面两级并联、上面一级串联的火箭，也称捆绑式火箭。运载火箭的大小，由其飞行任务的有效载荷和飞行轨道而定。若飞行轨道相同，有效载荷越重，则火箭起飞质量也越大；若有效载荷不变，飞行轨道越高，火箭的起飞质量也越大。在通常情况下，发射一颗质量为1吨的卫星，运载火箭质量为50～100吨。如美国发射阿波罗载人登月飞船的“土星5号”运载火箭，全长110.7米，直径10米，起飞质量为2840吨；而阿波罗飞船的质量只有41.5吨。“土星5号”是目前世界上最长的“火箭列车”，它由三级火箭串联而成。
大多数“火箭列车”都属于串联式多级火箭，因为这种火箭的级间分离容易实现，成为运载火箭首选的结构。而捆绑式火箭是把若干助推火箭均匀地成双捆绑在芯级火箭的四周，火箭发射后助推火箭首先工作，完毕后再与芯级火箭分离。捆绑式火箭的最大优点是可以明显缩短整个火箭的长度，因为助推火箭不单独占有火箭的长度，从而避免了因火箭细长比太大而给结构制造和飞行所带来的种种困难。由于捆绑上去的火箭不增加火箭的总长，我们也把这部分的火箭称为半级火箭，如两级火箭加上捆绑，就称作两级半火箭。
但是，捆绑式火箭在技术上难度更大。因为火箭在飞行中级间分离，一要绝对安全可靠，二要不因分离而影响芯级火箭的工作和姿态。捆绑式火箭采用侧向分离，相对串联式火箭的纵向分离，技术复杂性要高得多了。我国的“长征二号E”和“长征三号B”运载火箭，就是在原有的二级和三级火箭基础上，分别在芯级增加了四个捆绑上去的助推火箭。相对未捆绑的火箭，它们的运载能力都提高了3倍多。
首次把捆绑技术应用在火箭上的，是前苏联著名的航天总设计师科罗廖夫。1957年，他用一枚洲际导弹作芯级，在其周围捆绑4台助推火箭，成功地发射了世界上第一颗人造地球卫星。
捆绑技术除在运载火箭上广泛使用外，某些导弹武器也有采用。
发射火箭要沿着地球自转方向
大家都知道，跳远运动员在起跳前，先要助跑一段距离；而掷铁饼运动员，则是先转上几圈，再将铁饼投掷出去。这都是利用惯性，使人在起跳前、铁饼在出手时，就有了一定的初速度，可以比静立着跳得更远、投得更远。
发射火箭之所以要顺着地球自转的方向，道理正跟跳远和投掷铁饼一样，因为地球上的物体都随着地球的自转一起转动。根据惯性原理，如果顺着地球自转方向发射火箭，火箭在离开地球时就已经有了一个初速度，这个初速度的大小就是地球自转的速度。
地球由西向东自转，地球自转的线速度并不是全球各点都一样的，越近南北极，线速度越慢；越近赤道，线速度越快。在南北极的中心点上，线速度几乎等于0，可是在赤道上，线速度可达465米／秒。要使火箭绕着地球飞行不落到地球上来，那就需要使火箭达到7.9千米／秒的第一宇宙速度；要使它飞向月球，就需要达到11.2千米／秒的第二宇宙速度。要达到这样的速度，当然首先要依靠火箭本身的推力，可是如果火箭在赤道上发射，那么因为有465米／秒的初速度可借，火箭的推力略为小一点点，问题也还不大。
当然，如果发射火箭的推力大到足够的程度时，就不一定要借用地球自转的速度了。不过无论从科学上、经济上来考虑，沿着地球自转方向发射火箭，借用地球自转的速度总是有利而无弊。
一枚火箭可以发射多颗卫星
发射卫星的传统方式是用一枚火箭发射一颗卫星。而用一枚火箭同时发射多颗卫星进入轨道，则是一种先进的航天发射技术。因为准备一次火箭发射，需要耗资数千万元和历时数年，工作量相当大，涉及范围也十分广，而且每次发射难免要承担一定的风险。一箭多星就能以较少的代价取得较多的效益，所以它从一个方面代表了一个国家航天技术的水平。
一箭多星技术一般采用两种发射方式，其一是将多颗卫星一次投放，进入一条近似相同的运行轨道，卫星之间相距一定的距离；其二是利用多次起动运载火箭的末级发动机，分次分批地投放卫星，使各颗卫星分别进入不同的运行轨道。显然，后者的技术就更为高超。
为了实现一箭多星，需要解决许多技术关键。首先是要提高火箭的运载能力，以便把质量更大的数颗卫星送入轨道。其次是需要掌握稳定可靠的“星—箭分离”技术，做到万无一失。运载火箭在最后的飞行过程中，卫星按预先设计的程序从卫星舱里分离出来，既不能相互碰撞，又不允许相互污染。还需选择最佳的飞行路线和确定最佳分离时刻，使多颗卫星在各自的轨道上“就位”。另外，还必须考虑运载火箭装载多颗卫星以后，火箭结构刚度和重心分布发生变化，会使火箭在飞行中难以稳定，多颗卫星和火箭在飞行中，所载的电子设备可能会发生无线电干扰等特殊问题。
最早实现一箭多星技术的国家是美国。1960年，美国率先用一枚火箭成功发射了两颗卫星。1961年，又实现了一箭三星。前苏联也多次用一枚火箭发射了八颗卫星。我国于1981年9月20日开始，用“风暴1号”火箭发射了三颗科学试验卫星，成为世界上第四个掌握一箭多星技术的国家。从1981年至今，已进行了12次一箭多星的发射，次次成功，分别一次把三颗卫星或两颗卫星送入预定轨道，包括许多国外的卫星在内。这表明我国的一箭多星技术已达到相当高超的水平。
载人航天器要有生命保障系统
载人航天器与人造卫星虽有很多相似之处，但有一个最大的不同点，就是前者装有生命保障系统。这是因为载人航天器担负着把人送上太空的重任。
载人航天器中的生命保障系统，用来保障人在航天活动中的安全，并提供合适的生活环境和工作环境。在载人航天器的密封舱内，温度大约20℃，气压接近一个标准大气压，即101千帕左右；舱内的空气成分氧气为21％左右、氮气为78％左右，也与地球大气接近。生命保障系统同时具有随时对二氧化碳的清除功能，并保证人和设备所需水的供应，这些水可以是从地面携带上来的或是在航天器内再生的。当然，生命保障系统也包括对产生的废物（人体排泄物和生活废弃物）进行收集和处理。
航天医学是生命保障技术的医学基础。它主要研究航天对人体的影响，并寻找有效的防护措施，以保证航天员的健康与安全，以及航天员在太空中的工作效率。
同样，当航天员离开载人航天器进行舱外活动时，他们身上穿的航天服，也具有部分简易生命保障的功能。
用作动物和生物试验的生物卫星和生物火箭，也要有生命保障系统，其功能与载人航天器的生命保障系统相同，但系统的组成比较简单些。
载人航天器要有应急救生装置
1983年9月27日，前苏联的拜克努尔航天发射场上，“联盟T-10A”宇宙飞船即将升空，就在起飞前瞬间，运载火箭的一级发动机发生了爆炸。眼看船毁人亡之际，火箭顶端的救生塔突然打开，把两名航天员弹射到1千米外的安全区，航天员死里逃生，这就是应急救生装置的功劳。
载人航天是项高风险的事业，从起飞、运行到返回地面，随时都可能发生意想不到的险情。从1961年第一名航天员进入太空以来，前苏联和美国已有14名航天员在航天活动中不幸遇难。因此，人们设计制造了一整套的应急救生装置，把拯救航天员的生命作为最重要的大事。这些装置包括弹射座椅、救生塔、分离座舱和载人机动装置等。本文前面所提到的发射场情景，就是使用了救生塔内的弹射逃逸装置。
载人航天器在上升飞行阶段，一般使用弹射座椅或救生塔；在返回阶段，一般采用弹射座椅或分离座舱。在轨道上，则由一艘载人航天器去靠近出故障的航天器，并与之对接，最后把航天员营救出来；或者是故障航天器内的航天员乘坐载人机动装置离开，飞到另一艘载人航天器上去。
有了应急救生装置后，航天员的生命安全得到了很大保障。据称，目前载人航天器的可靠性已经提高到95％以上。
像陀螺一样旋转的航天器
在无依无靠的太空中，一个航天器始终要保持一种特定的“姿势”，在某个轨道上运行，或是“固定”在太空的某个位置上，是十分困难的。
太空中没有“风”吹，没有“人”去推，航天器为什么还会自己“开小差”呢？其实，由于太空中的不均匀的引力、残留的大气和空间微小颗粒的碰撞，都会使航天器处于不稳定状态。
为了使航天器保持稳定的状态，科学家们干脆使航天器像陀螺那样旋转起来。我们知道，凡是高速转动的物体，都有一种保持转动轴方向不变的特性，这叫做自旋稳定或定轴性。
玩过陀螺的人都知道，陀螺可以围绕它的转轴旋转很长时间，如果没有空气的阻力和转轴与桌面的摩擦力，理论上，陀螺可以非常稳定地围绕转轴永远旋转。人们模仿陀螺制成了陀螺仪，它就是利用陀螺高度稳定的定轴性，可以测出微小的位置变化。
在太空中，航天器受到的空气阻力很小，又没有摩擦力，所以，让航天器像陀螺那样旋转，可以十分经济有效地使航天器保持稳定的定向，这种自旋稳定还具有较强的抗干扰能力。
许多航天器都采用自旋稳定，而且它们的形状接近矮圆柱形，呈轴心对称，这就可以避免出现自转轴的周期性微小变化。自旋稳定的优点是操作简单，不消耗能源。当然，一些形状不规则或不呈轴心对称的航天器，就不能采用自旋稳定来保持稳定状态。
航天器在太空中的姿态
我们在读书写字时要保持正确的姿势，航天器在太空中也要保持正确的姿势吗？是的，这可是航天器在执行任务时，要满足的最起码的条件。
进入太空的航天器，如人造卫星，都是为了执行一些特定的任务。有的要对宇宙中的某一个天体进行观测；有的要监视地球的某个地域；有的要在空中对地球进行多地点的无线电转发；等等。许多航天器还装有大面积的太阳能电池板。如果把航天器上的各种探测仪器的传感器比作眼睛，把航天器上向地面传送信息的天线和接受太阳能的电池板比作耳朵，那么，航天器的“眼睛”和“耳朵”带有明显的方向性，只有同时对准各自特定的目标，航天器才能做到“耳聪目明”。
如果本来应该对准地球的传感器却面朝太阳，本来要对准太阳的太阳能电池板却背着太阳，处在阴暗面，那么，辛辛苦苦发射到太空的航天器就不能正常工作，成为一堆废物。举个例子，如果某颗负责电视转播的通信卫星的姿态发生了较大的误差，地面上成千上万的定向卫星电视接收天线将收不到电视信号。
所以，航天器要时刻进行姿态控制，使自己的“眼睛”和“耳朵”始终对准目标。一些执行复杂任务的航天器，还要随时从一种姿态转变成另一种姿态。
太空中航天器的修理
如同飞机、汽车等会发生故障一样，航天器同样也会出现各种各样的毛病。然而，远在地球上空400～500千米处飞行的“患病”航天器能不能修理呢？回答是肯定的，派航天飞机去修。
航天飞机本身就是绕地飞行的航天器，它所处的高度和速度跟那些出了问题在轨道上游荡的航天器几乎相同，加上它又具有能改变自己绕地轨道的轨道机动辅助发动机、控制飞行姿势的反作用控制发动机、抓取卫星的遥控机械手等精良设备，所以它就有可能飞到那些发生故障的航天器身旁去进行修理。
1984年4月，美国“挑战者号”航天飞机首次在空间绕地轨道上，捕获并修复了一颗名叫“太阳峰年”的观测卫星。
“太阳峰年”卫星是美国在1980年2月发射的，用来监测1980年太阳活动峰年中太阳表面耀斑的活动情况。同年11月，这颗卫星上的姿态控制装置和3台电子观测仪器突然失灵，接着又从540千米高的轨道上逐渐下降到480千米高的轨道上，并有可能坠落于地球大气层焚毁。
“出诊”的航天飞机，花了约4小时的时间，飞到距卫星约60米的地方。随机“出诊”的航天员穿好舱外航天服，背上一具装有喷气推进器的背包式生命维持装置，离开机舱。他借助于喷气推进器喷出的气流在太空“行走”，缓慢地“走”向5.4米高的六角形卫星主体。但因卫星每6分钟转一周的自转速度太快，使处于失重状态下的航天员无法用手里的1.2米长、雨伞状的捕捉杆插入卫星体上的火箭发动机喷口。于是请地面卫星控制中心对“太阳峰年”卫星上的电脑发出减慢自转速度和保持稳定的两个指令，再用航天飞机的机械手的“手指”插进卫星体上的火箭发动机喷口，才把卫星牢牢地拴连在机械手上，拉回来放到航天飞机敞开的货舱内特设的修理台上，用新的零部件换下了卫星上损坏了的姿态控制装置和一台日冕观测仪的电源部分，修理了硬X射线成像分光计以及软X射线多色仪。全部工作花了将近200分钟才完成。修复的卫星最后由航天飞机调整自己的飞行高度，升高到“太阳峰年”的原来绕地运行轨道上，通过机械手把卫星推向太空。
1992年5月14日，美国“奋进号”航天飞机将一颗两年前发射的因火箭发动机故障未进入预定轨道的“国际通信卫星6号F3“救了回来。给它安装了一个新火箭发动机，直接弹射入太空，使卫星进入预定轨道。这颗价值1.57亿美元的卫星终于得以重新“就业”。
1993年12月，美国“奋进号”航天飞机对哈勃望远镜进行了修理。哈勃望远镜升空以后，科学家发现它发回的图像模糊，没有达到预期的效果。原来它的主镜磨坏了一点。以后又发现它的太阳能电池板出了问题，计算机的数据存储器也相继失灵。
于是，“奋进号”的机械臂把“哈勃”抓进了航天飞机，航天员为它更换了零件，并安装了一个新型的行星照相机等。这些修理工作进行了7天，修复后的哈勃望远镜比修复前分辨率大大提高，可见到暗10～15倍的天体。
这些都得归功于“太空修理工”。
能“飞回来”的航天器
航天飞机是运载火箭、宇宙飞船和飞机巧妙的“混血儿”。它在发射时，垂直起飞，像火箭一样；入轨道后绕地球飞行，像一艘宇宙飞船，并有与其他航天器机动对接的能力；返回地球时，又像一架滑翔机，在传统的飞机跑道上降落。对于使用一次就“报销”的运载火箭和宇宙飞船来说，航天飞机可以重复使用上百次，是航天技术一个重大的飞跃，被公认为20世纪科学技术最杰出的成就之一。
作为天地往返的运输系统，航天飞机最为高明之处就是它能像飞机那样平安、完整地返回地面，从而实现了航天器的反复利用，这就大大降低了航天活动的成本。
然而要使航天飞机飞回来并不是件容易的事，主要的难关就是防热。
虽然航天飞机具有三角形机翼和垂直尾翼，使它在大气中飞行时能够具有良好的稳定性和操纵性，犹如一架飞机一样飞行自如，但当它从地球轨道返回地球时，会以极高的速度（接近30倍音速）冲入大气层，机身表面将跟空气发生剧烈摩擦，使表面温度急剧升高，这就是所谓的气动加热。加热的后果是使用铝合金制成的飞机结构立即熔化，因为铝合金的熔点只有660℃。因此，科学家不得不给飞机穿上一件特殊的“防热衣”。
在机头和机翼前缘，那里的温度最高，可以达到1600℃左右，就给它“穿”上一层耐高温的石墨纤维复合材料，以保护铝合金不被烧熔。在机身和机翼的上表面，温度大约是650～1260℃，这些地方就“穿”上一层由2万块左右耐高温的陶瓷瓦拼成的阻热层。陶瓷瓦每块15厘米见方，2～6厘米厚。在机身的侧面和垂直尾翼的表面，温度比较低，只有400～650℃。这些地方只需稍加保护，就“穿”上7000块另一种规格的陶瓷瓦。这种陶瓷瓦每块20厘米见方，0.5～2.5厘米厚。其他的部位最高温度不会超过400℃，“穿”上一层涂有白色硅橡胶的纤维毡就可，而不需去使用前面那种分量较重、价格昂贵的陶瓷瓦了。
要把这2.7万多块陶瓷瓦贴上飞机表面，也非一件轻松的事。虽然陶瓷瓦的尺寸大部分是相同的，但也有少部分是根据飞机机身的特定部位而“量体裁衣”定制的。每块瓦上都预先标好号码，对照工艺图纸，一一“对号入座”，用黏胶贴上去。由于陶瓷瓦非常容易碎裂，因此工人们粘贴时务必小心翼翼，轻手轻脚，“慢工出细活”。美国第一架航天飞机，为粘贴防热瓦足足花了一年的时间。后来采用了粘贴机器人，进度才加快了许多。
从电视上我们还能看到，航天飞机在机场上着陆时，尾部会打开一顶大大的降落伞，这是为了使航天飞机更快地停下来，以缩短机场跑道的长度。
宇宙飞船和航天飞机的区别
宇宙飞船和航天飞机都同属于载人航天器，也就是说，它们都能保障航天员在太空中生活和工作，并最后平安返回地面。但是，它俩之间有什么区别呢？
先说宇宙飞船吧。宇宙飞船实质上就是载人的卫星。既是卫星，它就有许多与卫星相同的系统，除结构、能源、姿控、温控外，还有遥控、遥测、通信、跟踪等无线电系统。但因它又是载人的，因而就有与卫星不同的系统，包括应急营救、返回、生命保障等系统，以及交会雷达、计算机和变轨发动机等设备。
宇宙飞船通常由三大部分组成。一是返回舱，除供航天员乘坐外，也是整个飞船的控制中心；二是轨道舱，这里装备有各种实验仪器和设备，是航天员在太空的工作场所；三是服务舱，装备有推进系统、电源和气源等设备，对飞船起服务保障作用。由于宇宙飞船源于卫星，其体积和重量都不能很大，船上携带的燃料和生活用品都是有限的，因此飞船每次只能乘载2～3名航天员，在太空中的停留时间也只能是短短的几天。
在20世纪60年代至80年代，前苏联和美国都研制了好几种宇宙飞船，把航天员送上了地球上空甚至到达月球。现在，俄罗斯的“联盟号”宇宙飞船仍在服役使用。
再说说航天飞机。航天飞机的外形类似普通大型飞机，由机头、机身、机尾及两个三角机翼、垂直尾翼构成。机头是航天飞机的驾驶舱，航天员在这里控制飞机的飞行。机身是飞机的大货舱，有一节火车厢那样大，可装20～30吨的货物，机械手可伸到15米远的地方，把十几吨的卫星抛入太空，或把在太空有故障的卫星捉住，送入货舱。机尾是航天飞机的主发动机。它们两侧有两个对称细长的固体燃料助推器，下方还有一个巨大的楔形推进剂外储箱。航天飞机垂直发射起飞，上升到一定高度以后，将使用过的助推器和外储箱卸掉，靠主发动机进入近地轨道。完成任务后重返大气层，像飞机一样滑翔到预定的机场。助推器坠落在洋面上，可回收再用20次。而航天飞机返回地面后，经过检修也可重复使用100次。
从1981年至今，美国已有五架航天飞机在太空遨游，完成了95架次的飞行。它的每次航行，最多可载8名航天员在太空呆上7～30天。
通过对宇宙飞船和航天飞机的简单介绍，我们可以知道，宇宙飞船是一次性使用的，乘员少而且飞行时间短；而航天飞机是可重复使用的，与宇宙飞船相比，乘员更多，而且在太空中的时间更长，因此可以在太空中干更多的事情。
能发射和回收卫星的航天飞机
航天飞机有好些用途，其中发射和回收卫星，是它的重要使命。
太空中有成百上千颗人造卫星，时刻在为人类服务。但要把卫星送入太空，不是一件容易的事情，通常是采用多级运载火箭来发射。制造一枚运载火箭，从试验研究、设计制造到装配发射，不但要花很长的时间，还要耗费大量的人力、物力和财力。一枚大型运载火箭，价值都在几千万美元以上。不过最为遗憾的是，运载火箭只是一种一次性使用的工具。一旦把卫星送入轨道后，它自身的一部分会变成“太空垃圾”长留太空，其余部分则坠入大气层化为灰烬。要发射一颗卫星，就要制造一枚火箭，有时为保险，还要制造备用火箭。这需要多大的代价呀！因此，就是一些富有的航天大国也不堪负担，时时去寻找新的出路。
航天飞机的出现，为卫星发射新辟了路径。因为它运行在近地185～1100千米的轨道上，那里几乎没有重力，因而施放卫星只需要比地面上小得多的推力就行了。加上航天飞机有高达30吨的运载能力，完全可以把各种大小的卫星先装入机舱，再带到太空中去发射。这就好比把地面的卫星发射场，搬到了太空中的航天飞机上。卫星从航天飞机弹射出来后，再让卫星上的发动机点火工作，将卫星送入预定的位置。
科学家曾算过一笔账，由于航天飞机可以多次重复使用，用航天飞机发射卫星的费用，还不到用火箭发射的一半，你看这多划算。
同样的道理，航天飞机也可以在低地球轨道捕捉和修理失效的卫星。太空中那些昂贵的卫星，有时也会突然损坏，或未能进入预定轨道，或因“服役”期满而停止工作。那些因某个零部件损坏而“短命”的卫星，如让其在太空中“流浪”，真是极大的浪费。此时，航天飞机利用机动飞行，去接近卫星，实行“上门服务”，就地“诊断修理”。有些卫星实在无法修理，就带回地面“住院治疗”。这些“绝活”，绝非是运载火箭所能干得了的。
1984年，“挑战者号”航天飞机在太空中，首次修理好了“太阳峰年号”太阳观测卫星，开了航天飞机修理卫星的先河。1993年和1997年，又有航天飞机两次在太空中修理哈勃望远镜，使它更加“眼明心亮”。我国长征火箭发射的第一颗卫星——“亚洲一号”通信卫星，也是1984年航天飞机从太空中回收下来的美国“西联星6号”通信卫星，它因末级发动机故障未能入轨，在太空中“流浪”了大半年。
航天飞机用来发射和回收卫星，开创了航天器应用的一个新时代。
航天器在太空中的对接
汽车要进站，轮船要进港，航天飞机和宇宙飞船的“港湾”就是空间站。
空间站通常建在近地轨道上。1971～1982年，前苏联向太空发射了7座名为“礼炮号”的空间站；1973年，美国发射了一座名为“天空实验室”的空间站；1986年，前苏联又发射了“和平号”空间站。目前，美国、俄罗斯、日本、加拿大、巴西和欧洲空间局的11个成员国，正共同筹建世界航天史上的最大航天工程——国际空间站。
科学家建立这些空间的港湾，其目的是进行生物医学、天体物理、天文观测和建立太空工厂。因此，有许多科学家必须在空间站里工作一段时间，空间站里的设备需要维修，给养需要补充，人员需要更换……这些工作都由航天飞机和宇宙飞船来承担。当它们来到空间站的时候，由于太空的险恶环境，不能像汽车进站和轮船进港一样方便，这就需要进行太空对接。
1995年6月，美国的“阿特兰蒂斯号”航天飞机和俄罗斯的“和平号”空间站在太空首次对接成功。质量为100吨的航天飞机和质量为124吨的空间站，在缺乏重力的太空环境下对接，任何失误都可能导致相互碰撞而失败。因此，对接的过程十分缓慢，两者的相对速度大约是2.5厘米／秒。对接系统采用了两个圆环构成的双重结构，上层圆环可以缩进，装有3个花瓣状的挂接机械；下层是基座，装有12组挂钩和插销。
两个庞然大物在太空不断纠正航线，终于衔接在一起，这时机械弹簧锁把它们锁住。90分钟以后，对接口通道内灌进了加压空气，航天飞机和空间站的舱盖才打开，航天员们终于相会在一起，相互握手，欢呼对接成功。1995年11月，“阿特兰蒂斯号”航天飞机第二次与“和平号”空间站对接，为建立国际空间站做准备。
1998年12月6日，由美国“奋进号”航天飞机携带上天的“团结舱”——国际空间站的一个部件，与俄罗斯的“曙光舱”实现了对接。这次对接完成了国际空间站的第一期拼装工程，形成了国际空间站的核心。
“曙光舱”和“团结舱”实施对接之后，使航天员完成了国际空间站两个太空舱之间的40对电气接头的连接工程，从而使电力和数据可以在两个舱之间流动。
1999年5月，美国“发现号”航天飞机又载着7名航天员前往国际空间站，它们为国际空间站运送1630千克的各种物资，包括计算机、急救药箱和一台建筑用的起重机，供组装国际空间站的需要。
这一次对接，安排在航天飞机和空间站均从俄罗斯地面站上空飞过的时候，计算十分精确，并且如期完成了对接。
建造国际空间站
太空是人类除陆地、海洋和大气以外的第四环境。对这个新的环境，人类正在去研究和开发它。而太空中的“小房子”——空间站，正好为人类探索、开发和利用太空资源提供了一个特好的场所。空间站成为人在太空中长期生活的试验基地，可以锻炼人对太空环境的适应能力，为未来人类漫长的载人星际航行和向外星移民做好准备。
从1971年至1982年，前苏联向太空发射了7座名为“礼炮号”的空间站，1973年，美国也发射了一座名为“天空实验室”的空间站，“和平”号航天站一些航天员在这些空间站里进行了天文学、医学、生物学等研究，以及对自然资源的考察，取得了不少成绩。但这几座空间站在太空轨道上的寿命都不长，能够接纳航天员的人次也很有限，因此被称为第一代和第二代空间站。
1986年2月，前苏联发射了第三代“和平号”空间站，至今仍在太空中运行。10多年来，共有10多个国家的100多名航天员光顾了这座总长50多米、质量123吨的“航天母舰”。俄罗斯和美国的航天员，还在站上分别创下了439天和188天男、女航天员在太空连续生活的最长纪录。在这个特殊的舞台上，航天员们演出了一幕幕动人的节目，在天文观测、生物医学实验、材料工艺实验和地球资源探测等方面，都获得了重要的成果。
不过毕竟十年沧桑，“和平号”空间站日显老态龙钟。近年来各种故障接连不断，经常处于带病工作状态。于是，一座新的国际空间站便应运而生。
国际空间站是1993年决定上马的，由美国、俄罗斯、日本、加拿大、巴西和欧洲空间局的11个成员国共同筹建，是世界航天史上第一次由多国合作建造的最大航天工程。
根据计划，国际空间站将分三个阶段来完成。第一阶段从1995年至1998年，美国航天飞机与“和平号”空间站对接9次，利用空间站获取航天员在太空中长期工作和生活的经验，以降低国际空间站装配和运行中的技术风险；第二阶段为1998年至1999年，一些主要部件将发射上天，在太空中构成一个过渡性的空间站，达到有人照料的状态；第三阶段从2000年至2004年，完成全部硬件的装配。整个装配将要动用美国和俄罗斯共47次航天发射，大批航天员将在太空中进行操作。
完工后的国际空间站，由6个实验舱、1个居住舱、2个连接舱、服务系统及运输系统等组成，是个总长88米、质量约430吨的庞然大物。它运行在约400千米高度的太空中，4个宽为108米的太阳能电池提供功率为110千瓦的电力，空间站的居住舱容积为120立方米，气压始终保持在一个标准大气压。与“和平号”空间站相比，可算是“鸟枪换炮”了。
人类离不开空间站，航天需要空间站。国际空间站作为航天技术发展的重要里程碑，将在人类征服宇宙的过程中继续做出新的贡献。
航天交通运输的起点——发射中心
航天运载器发射中心是航天交通运输网的起点，是为保障航天运载器的装配、发射前准备、发射、测量、发送指令、接收和处理遥感信息而专门建造的一套地面设备、设施。发射中心是完全为航天运载器服务的，它的结构组成和设备配套完全由发射航天运载器的任务而定。
通常，一个发射中心可以分为五大部分：技术阵地、发射阵地、测控系统、搜索救生系统以及生活区和后勤系统。
航天发射中心的设备可以分为通用设备和专用设备两类。通用设备是一些基础设施，执行任何发射任务都可通用，包括电力、照明、通信、采暖、通风、消防及升降机等。专业设备是用于火箭与航天器的运输、装卸、装配测试、起竖、加注、充填压缩气体、调温、发射和飞行控制等设备。
航天发射中心是一个庞大复杂的系统，包括许多设施、设备。决定其结构组成和设备配套不仅仅是运载航天器的结构和任务，其他如地理位置、国家航天技术水平和经济状况等都会影响其结构组成。
航天发射中心场址的选择，涉及到许多因素，甚至要涉及到许多国家间关系问题。因为航天运载器的发射过程中要跨越许多国家的领空，所以要考虑火箭发射区、坠落区以及航天器的收回区建立禁区的可能性，考虑火箭在飞行时出现故障的情况下所采取的安全措施，以及治航区设置测量站和测量船的必要性等等。
另外，发射中心所在地区的气候条件也是要考虑的重要因素，它在很大程度上决定着发射场的技术能力，影响着地面系统工作的可靠性。
世界上绝大多数发射中心都是由原来的导弹和实验场演变而来。第二次世界大战以后，为了满足导弹更大射程的要求，1945年下半年美国建成了三个导弹发射场。第一个是射程达80千米的沃洛普斯飞行中心，第二个是射程达161千米的白沙导弹靶场。第三个是射程为100千米的海军空中发射设施。
随着航天事业的发展，在第一批发射场的使用取得了经验后，20世纪50年代后半期与60年代初期开始着手建设更完善的发射场，以供发射现代的运载火箭、人造卫星、空间站及航天飞机使用。
20世纪50年代中期前苏联建造了拜科努尔发射场，60年代中期在普列茨克导弹基地基础上建成了新的航天发射场，发射了人造地球卫星、载人飞船和空间站。
1958年美国在库克空军基地的基础上改建了范登堡空军基地，以后在长纳维拉尔角重建了肯尼迪航天中心发射场，用以发射各种航天运载器。
中国的航天事业发展迅速，兴建了功能设备齐全、生活设施完善、供多种发射任务使用的酒泉、太原、西昌发射中心，多次成功地发射了自己的卫星，并于1990年4月用“长征3号”运载火箭成功地发射了美国制造的“亚洲卫星1号”。
日本也拥有鹿兜岛航天中心与种子岛航天中心。1985年在种子岛兴建的吉信发射场是目前世界上规模大、现代化程度很高的发射场，用以发射“H-2”火箭。
新兴的发射系统——海上发射平台
要建一个现代化的航天发射中心，需要占用大量的土地，而且发射方向也受到限制。因为万一发射事故或者靶场安全官员不得不毁掉火箭时，不允许火箭发射弹道通过居民区上空。由于这个原因，世界上一些主要发射场或航天发射中心都设在沿海。
发射中心即使设在沿海，也会受到社会和产业方面的限制。如日本的种子岛发射场，由于捕鱼工会的抗议，该发射场发射作业被限制在两个49天的周期内，平均每年只许发射4次。这样就很难安排因技术问题而推迟的发射。
由于前苏联没有沿海发射场，它的航天设施位于低人口密度地区，尽管这样，脱落的火箭各级，含有一些毒性和腐蚀性很高的推进剂，必然引起污染。
如果将发射场设在广阔的海洋上，上述问题就会得到很好的解决。20世纪60年代中期，意大利在印度洋中建立了第一个民用移动式赤道发射场——圣马科发射平台。它包括两个不同类型的平台。一个起发射台作用，另一个是控制发射的指挥所。
1995年，美国波音公司、乌克兰南方公司、俄罗斯能源科研生产公司和挪威克韦尔纳公司组成一个海上发射公司，它们准备在地球赤道附近的海洋上建立一个与圣马科相类似的海上发射平台，也是由两部分组成，一部分用于发射，一部分用作控制中心。不同之处是这个平台是安装在一艘船上。
这个发射平台设计有133米长，60米宽，42.5米高，3万多吨重。支撑平台的4根大圆柱，直径就有10米以上。平台上设有环境控制的机库，火箭就放置在其中向发射场转移，另外还有将火箭竖起到发射位置的设备。平台上装有足够的供发射用的煤油和液氧，并可提供20人的食宿，人员在发射前将撤离到平台以外5000米。
海上平台发射系统另一个主要部分是装配指挥船，在港口内它将作为装配与组装设施，在海上就成为发射指挥控制中心。船上还配有直升机起落场和机库。
1996年8月，海上发射平台开始施工，1997年6月主体平台竣工，移交后即开往俄罗斯的维堡，在那里将安装俄罗斯制造的发射设备。由于海上发射比陆地发射要经济，所以现在海上发射公司已接到十几次发射的订单。崭露头角的海上发射平台就显示了其巨大的潜力。
海上发射公司所运用的运载火箭是“天顶号”。据发射公司称，“天顶号”已成功发射24次，火箭的第四级已成功飞行159次，该系统具有很高的实用性和可靠性。
海上发射公司的“天顶号”运载火箭，其有效载荷运载能力为5000千克，可将载荷运送至地球同步轨道。
有关专家称，随着海上发射技术的不断成熟，将来的航天发射中心必然会由陆地转移到海洋，海上发射公司可能是这一变化的转折点。
航天器的导航设施
载人航天器在太空飞行期间，空间导航设施起着重要的作用，它是航天交通网的“路标”。空间导航的主要任务是监测航天器距目标的距离，飞行速度以及飞行方向的偏差，导航工作最主要的是进行跟踪测量。
在载人航天的初期，大部分导航工作是由地球上的设备来完成的。航天器本身只完成一小部分。后来由于导航技术的发展，载人航天器本身完成的工作越来越多。可以预测，随着现代计算机和导航设备的性能越来越先进，未来的载人航天器会具有完全独立的空间导航能力。
载人航天器在飞行过程中，在不同的阶段将采用不同的空间导航方法。目前主要的方法如下。
（1）在航天器地面控制飞行期间，可采用无线电测距和甚长基线测量法测速。航天器可以采用惯性测量装置、空间六分仪和光学星图表，使航天员时刻都能知道自己的飞行状态。
（2）载人飞行器在轨道对接时，要进行机动飞行，时刻调整偏差，这时主要采用无线电测距和航天员目视跟踪。
（3）航天器在降落期间可以采用雷达测距和多普勒测速。航天器向地面降落时还可以采用着陆辅助设备。
航天器的空间导航设备主要有地面导航设备和航天器上的导航设备两种。
航天器在大多数阶段都是靠地面导航设备来导航的，美国宇航局主要依靠地面雷达进行跟踪测试，然后再根据信号计算航天器飞行的距离，其精确度可达到几米。
20世纪70年代，美国载人飞船在执行任务期间，主要依靠地面的跟踪测量船，多艘跟踪测量船可以构成一个太空跟踪网。另外还有3个地面测量站，主要分布在加利福尼亚州、澳大利亚和西班牙，基本上覆盖了全球。地面跟踪站从无线电信号提取多普勒速度和距离信息，并通过跟踪站传送到设在加利福尼亚的喷气推力中心实验室的中央计算机，然后对数据进行处理，以及时调整航天器的速度及飞行姿态。
载人航天器上的导航设备主要有惯性测量装置、空间六分仪和光学定位系统。
惯性测量装置最早应用于飞机导航，后经过改进又用到了火箭上，尔后又经过适当改进被用在了载人航天器上，用于测量航天器的飞行姿态、所在位置和飞行速度。美国为“阿波罗号”研制的惯性测量装置是一种典型的导航设备。它由3个常规陀螺仪和3个安装在稳定平台上的加速度表组成。
空间六分仪用于测量瞄准线与各种星体间的角度，用此来测定飞行器的飞行方向。当恒星偏离六分仪的瞄准线时，表明惯性测量仪需要重新对准。
光学定位系统利用目标周围的恒星背景作为确定载人航天器接近目标体的方向。同样载人航天器上也装有目标测距装置和多普勒雷达，在飞行过程中，载人航天器上和地面上的测量系统自始至终共同工作，以达到最高的导航精度。
空间导航与地面导航不同，飞行器的飞行轨道是预先设定好的，在飞行器飞行过程中通过各种仪器描绘出其实际的飞行轨道，然后对比其预先测定的轨道模型，及时修正飞行器的飞行姿态，以完成预定的任务。
航天交通规则
航天技术是现代高科技的前沿，各国都竞相开发太空，进入太空活动的国家越来越多。太空是全人类共同拥有的资源，开发宇宙的活动从一开始就超越了一国范围而带有国际性。但是少数航天大国为了本国的利益，不断扩大太空的军事活动，不但在太空布置大量的军事侦察卫星，而且还加紧研制航天武器，把太空变成潜在的战场，威胁世界和平与安全。因此需要建立和健全太空法规，规范各国的航天行为加强太空管理，维护太空秩序。
20世纪50年代末，当时的美国总统艾森豪威尔首先提出了制定外层空间国际法问题。1959年，联合国成立了常设机构——“和平利用外层空间委员会”，具体研究和协调太空管理的技术和立法问题。1963年12月13日，联合国大会通过了“各国探索和利用外层空间活动的法律原则宣言”，为太空立法订立了原则基础。1967年1月27日签订了“关于各国探索和利用包括月球和其他天体在内的外层空间活动的原则条约”，共17条。是管理太空的根本法规。
该法规定了开发利用外层空间的目的必须是为全人类谋福利。各国在开发利用太空上，相互平等，相互合作，保持国际的和平与安全，增进国际间的合作与了解，抑制航天军事化趋势。
但是随着航天事业的不断发展，新的矛盾和问题不断出现，国际空间法有待于进一步完善。如由于航天活动日趋频繁，太空中的碎片逐渐增多，大量的火箭壳体、报废的航天器及航天员生活废弃物等对太空环境造成污染，对航天活动构成威胁。许多空间科学家和法学家呼吁尽快制定相关法律，对太空垃圾严加管理，有效处理。
航天活动还会对地面、海洋及大气层等环境造成污染。例如，运载火箭和航天飞机发射时喷射的燃气含有大量有害化合物。某些化合物升到高空还会破坏臭氧层。研究分析表明，诸如像航天飞机那样的运载器，每发射60次就会使臭氧减少0.5％。航天活动中释放的粒子和水蒸气，会改变电离层的状态，影响无线电波的正常传播。因此应制定有关的管理法规。
此外，对现有法规的执行还有一个监督的问题，以保障法规的实施。
为了积极参与航天合作促进航天事业的发展，我国于1980年加入了联合国“和平利用外层空间委员会”，1983年12月正式加入了“关于各国探索和利用包括月球和其他天体在内的外层空间活动的原则条约”。这对于我国进入国际航天市场、积极从事航天活动，提供了可靠的法律依据和法律保障。
神奇的天梯——火箭
火箭应具备这样两个基本特点：第一，有强劲的推动力，可以达到宇宙速度，挣脱地球、太阳的引力；第二，在没有空气的太空，它的发动机可以照常工作。
为了寻找这一登天的“天梯”，现代火箭的先驱们进行了不屈不挠的探索。到20世纪40年代火箭终于诞生了。现代火箭技术是直接受我国古代火箭启发制成的。
举世公认，火箭的发源地是中国。一千多年以前的中国人就发明了一种武器，将装有火药的竹筒绑在箭杆中部，当点燃导火索以后，火药急剧地燃烧，猛烈地向后喷出烟雾，箭体受到一个向前的推力，冒着烟向敌方阵地飞去。人们称这种武器为“火箭”。火箭比其他箭飞得更快、更远，杀伤力更大。我国明朝时期是古代火箭发展的鼎盛时期。当时的火箭已经发展到十几种，而且还研制成多级火箭，这是火箭发展史上意义重大的突破。
在火箭发展史上，我国做出过杰出的贡献。但是在漫长的封建社会中，火箭技术没有得到发展，那些闪光的思想便被埋没了。西方国家在掌握了原始的火箭技术后，却走在了现代火箭发展的前列。
现代火箭理论的奠基人是俄国的齐奥尔科夫斯基。他出生于俄罗斯的一个小镇，10岁的时候不幸得了严重的猩红热，病愈后失去了听觉。他不得不呆在家里自学，后来当上了中学教师。在39岁时他开始系统地研究火箭。1903年，他发表了名为《乘火箭飞船探索宇宙》的著名论文，文中提出了液体火箭的理论。
他认为以往的火箭都是使用固体燃料的，这种燃料一旦点燃就无法控制。在星际航行中火箭的推力应该像油门一样可以调节，于是他大胆地设想用液氧做氧化剂，和燃料煤油一起作为推进剂，由一个泵调节进入燃烧室推进剂的分量。
这篇论文指出了人类的宇航之路，因此俄国人称他为“火箭之父”。由于当时的技术条件和时代背景的制约，这些理论成果并没有在试验方面得到支持，在他的有生之年也未能造出一枚具有现代特征的火箭。
20年后，才有一个名叫哥达的美国人开始试制齐奥尔科夫斯基的液体火箭。1919年哥达发表了论文《到达真空的方法》，论述火箭可以在没有空气的宇宙间飞行。1920年开始试制液体火箭，这件工作难度极大，他费尽了心血。1926年3月16日他成功地发射了世界上第一枚液体火箭，这支火箭在25秒内升高了12米，飞行了56米。
在第二次世界大战中，由于战争对武器的需要，促进了火箭的发展。第二次世界大战中，法西斯德国首先研制了液体火箭，命名为V-2，火箭全长14米，直径1.65米，总重量为5.4吨。火箭的最前端是重达1吨的装着炸药的弹头，射程是330千米，飞行速度是6倍音速。
1944年9月的一个夜晚，德军从被占领的荷兰向英国伦敦发射了这种V-2火箭，不久伦敦市区警报声四起，火光冲天，巨大的爆炸声震耳欲聋。伦敦的防空部队打开了所有的探照灯，把黑夜照得如同白昼一样。奇怪的是空中没有一架敌机。后来才查明，这次袭击伦敦的不是德国的飞机，而是一种叫做V-2导弹的新式武器。它在荷兰海岸发射，几分钟就可以飞越英吉利海峡击中伦敦。
1945年5月7日，德国宣布无条件投降，德国被盟军和苏军占领。美军捷足先登，将德国的150名高级研究人员，以及整批V-2零件，迅速运回美国。前苏联也不甘示弱，但他们毕竟晚了一步，只带走了一些一般工作人员，不过他们带走了所有的设备。相当于搬走了一个完整的V-2工厂。后来美国和前苏联的巨型火箭，与V-2都有着密切的关系，也可以说得自V-2的真传。人们开玩笑说，“美国和前苏联的火箭在空中相遇时都用德语打招呼”，正形象地说明了这一历史。
自此之后，苏美两国展开了激烈的太空争夺战，这场战争的核心部分就是火箭的竞争。1955年前苏联制造了一种可以携带核武器的导弹，具有很大威力。这时前苏联的火箭技术已领先于美国。1957年10月4日，前苏联在科努尔发射场上，用一枚代号“T3A”的运载火箭成功地将一颗人造地球卫星送入轨道。
这些消息使美国震惊，也使美国最终批准了卫星计划。从那时起美国科学家迅速地研制出了一系列火箭。1969年7月登月计划成功实现。这无疑显示了美国火箭在飞行准确和安全方面的领先水平，也说明了美国在太空领域取得了优势。1971年，美国又成功地发射了绕火星飞行的人造卫星，此时人类已达到并能够准确地把握第二宇宙速度。1987年，“先锋者10号”成为第一颗飞离太阳系的人造天体，火箭对速度的超越才告一段落。
火箭要能在空中飞行，必须解决两个问题：燃烧时所需要的氧气何来？前进的推力由何而来？
燃烧是一种化学反应过程，必须有燃料和助燃剂。由于人们所熟悉的燃烧都是在空气中进行，无需提供特别助燃的氧气，于是便想当然地认为，只要有燃料就可以燃烧了，忽视了助燃剂的作用。飞机的喷气发动机只需携带汽油，发动机工作时从空气中获取助燃剂——氧气。那么要使这种发动机在真空中工作，必须自己携带氧气。
火箭的发动机既携带有燃料，又携带有助燃剂。两剂合在一起称作推进剂。火箭只有携带自己全部的“口粮”才能在太空中飞行。当然它也可以在大气层中飞行。
第二个问题是如何获得“推力”。牛顿第三定律告诉人们：当甲物体对乙物体施加一个作用力时，乙物体也必然同时对甲物体施加一个反作用力，这两个力大小相等，方向相反。自然界中最形象的例子是章鱼，当它遇到危险逃跑时，就急剧收缩自己身体内一个盛满液体的内套，液体受到挤压后，由身体后面的一个喷口射出，与此同时喷出的液体也给章鱼一个向前的推力，章鱼便像箭一样向前逃跑了。
火箭发动机的原理与此类似。推进剂在火箭发动机的燃烧室内燃烧生成高温高压的气体，气体由喷口高速向后喷出，与此同时，火箭受到一个向前的推力。燃烧持续进行，连续向后喷气，火箭便受到连续不断的推力，在此推力的作用下，火箭速度不断增大，竖直升空，冲出大气层。
射向太空的道路
要使火箭飞得快，升得高，则需要使其推进剂占火箭总重量的比重提高，例如，若使推进剂的比重从0.8升高到0.9升，那么火箭的速度就可以提高43％以上。另外火箭的速度与喷气速度也有一定关系，喷气速度越大，火箭前进的速度也就越大。要有大的喷气速度则要求燃料有高的燃烧值。因此，选择高燃烧值的推进剂，对提高火箭的速度也很有利。
除了对速度的要求以外，还要将卫星运送到大气层以外的太空，并按预定的水平方向将卫星送入轨道。要完成这些任务，在目前所使用的推进剂限制之下，单级火箭显然没有足够的力量。因此发射人造卫星用的火箭，目前都是多级式。
多级火箭的级数不能太少，否则推力不足；也不宜太多，否则构造太复杂，容易出毛病。照目前的情形来看，似乎这种火箭应在三四级为好。其中第一级大体用固体推进剂，末级用液体推进剂，至于中间各级可用固体也可用液体推进剂。由于发射卫星需要高速度和长射程，即使发射一颗很小的卫星，它的发射火箭一般也庞大得惊人。
发射火箭所应具备的条件已如上所述。即使满足了以上条件，火箭仍有许多困难和危险待克服，其中最主要的技术有以下几方面：
（1）火箭的可靠性
多级火箭间的配合，每级与次级之间的自动分离，各级火箭的适时启动，都需要极复杂的机构和极缜密的设计，这是一个棘手的问题。火箭是由几十万个零部件组成的，即使只有一个零件不可靠，整个火箭就有危险。1960年10月23日，前苏联的火箭在发射台上爆炸，使包括导弹部队司令在内的几百名军人和科学家丧生。
即使火箭本身可靠，工作人员也马虎不得，否则就有可能发生意外事故。1976年美国一火箭操作人员因将一螺母少拧了半圈，使输入电流不连续从而导致发射失败。1990年2月，“阿里亚娜”火箭第36次发射时，因为第一级发动机中遗留一小块抹布而发生爆炸。
（2）长程火箭飞行的稳定性
长程火箭所经历的区域，从接近地面的浓密大气层直到近于真空状态的极稀薄空气层，其间客观环境的变化非常剧烈。外界大气的变化，以及各级火箭在空中的分离启动，往往使火箭发生剧烈的摇摆、扭动、震颤等种种不良现象，甚至破裂而致火箭于死地。因此如何使火箭在各种不同的环境和情况之下均能保持其相当稳定的飞行，是一项关系到火箭成败的关键问题之一。
（3）火箭速度的调节
运送绕地卫星的火箭必须能在预定的合适高度达到每秒7.9千米的速度。这一速度既不能偏低，也不宜过高。速度方面百分之一的短缺就可能使卫星跌入大气层中，因大气摩擦而结束其生命。可谓差之毫厘，失之千里。过高的速度将使卫星的远地点离地球过远，使地面上的追踪和观测都比较困难。
（4）火箭的导引
卫星进入轨道时的方向也很关键，这一水平方向的两度误差就可能使卫星在环绕过程中的某一点距地球过近而使卫星进入生死边缘。要一颗卫星在遥远的太空中，能够在水平方向上准确地进入轨道，需要导航技术的高度精密。
（5）摩擦生热问题
火箭在飞行的初期，尚未脱离接近地面的浓密气层，此时它的速度可能已经达到很高。在这种高速飞行中，因大气摩擦而产生的热量，足以使火箭的表面温度升高到1000℃以上。这样高的温度足以使许多金属化为流质。因此，如何选择适当的抗热材料来做火箭的外壳，来确保火箭不致在飞出大气层之前便被焚毁，如何采取散热的方法和绝热的装置来保持火箭内部的适宜温度，也是此种火箭制造上的困难问题。
当代的运载火箭由箭体、动力系统、飞行控制系统、安全控制系统及通讯测量系统构成。
箭体是火箭的外壳，包括必须的结构，用以包容、支撑推进剂，以及将其他部分联成一体。它的外观通常都呈圆柱形。箭体一般包括有效载荷舱、整流罩、氧化剂贮箱、燃料贮箱、仪器箱、级间段、发动机推力结构、尾舱和分支机构。
飞行控制系统由制导系统、姿态控制系统、电源配电系统组成。飞行制导系统控制运载火箭的质心运动，使其按预定弹道飞行，保证有效载荷能准确达到目标位置。姿态控制系统控制运载火箭绕质心的运动及姿态，保持飞行的稳定。电源配电系统除完成供电配电外，还按飞行的程序发出指令。
安全控制系统用于评估火箭飞行的可靠性和安全性，当出现故障时，此系统可以自动报警，如果出现危机情况，还可及时引爆火箭。
通信及测量系统可随时将火箭飞行中内部各系统的工作情况测量出来并送回地面。以便保持控制中心与火箭的联系，随时知道火箭和飞船的飞行状况和位置。一旦失去联系，则意味着出现了故障甚至导致发射的失败。
利用运载火箭发射航天器的工作方式，简单地说，是每一级各飞一程，逐级加速，最后使运载火箭末级装载的航天器进入预定轨道。以“长征二号”运载火箭的飞行程序为例：一级发动机点火起飞后7秒开始转弯，工作130秒后关机；接着二级发动机点火，级间爆炸螺栓起爆，两级分离，抛出一级箭体，二级箭体继续飞行112秒后关闭主要发动机，备用发动机继续推行爬高，176秒后关闭发动机，星箭连接的爆炸螺栓起爆，卫星或其他航天器与运载火箭分离，航天器进入预定轨道。这时飞行高度约为175千米，速度约为每秒7.9千米。
由于研制火箭需要雄厚的经济基础和科研队伍，目前仅有俄罗斯、美国、欧洲空间局、中国、日本等少数国家和地区拥有自己的运载火箭。这些火箭分为大中小三类，有几十种之多，最大的运载火箭能将120多吨重的航天器送入近地轨道。其中著名的运载火箭有：前苏联的“质子号”、“宇宙号”、“天顶号”、“能源号”；欧洲空间局的“阿里亚娜”；美国的“宇宙神”、“大力神”、“土星号”；日本的“H-2”；我国的“长征”系列等。
前苏联的“能源号”是一种新型巨型火箭，由液氧／液氢基础级和4枚液氧／煤油助推器组成，能将10吨有效载荷送入近地轨道，能将32吨和28吨重的有效载荷分别送上月球和金星。
美国的“商业大力神-3”火箭是在“大力神”的基础上改进的，近地轨道有效载荷运载能力为14吨，具有很强的商业发射适用性。
我国运载火箭的水平与日本相当，其中的“长征三号B”火箭，能把4.8吨有效载荷送入地球轨道。
现代运载火箭一般由2～4级组成。根据运载火箭的不同结构方式，可分为串联式、并联式和串并联式。为载人飞行的运载火箭因其安全性、可靠性要求高，多采用并联式。
现代航天高科技必将利用火箭为人类走向宇宙铺设一条更远、更快、更安全的道路。
火箭家族
火箭在现代航空航天事业中占有举足轻重的作用，已成为一个国家科学技术发展水平的重要标志。因为它不但直接体现了航天技术的水平，它还是现代信息技术、新材料技术和新能源技术发展水平的重要标志。可以说火箭将许多现代高科技集于一身。
根据火箭所执行的任务不同，火箭可以分成运载火箭、导弹、无控火箭弹、探空火箭等许多种类。
运载火箭
运载火箭是将人造卫星、飞船等航天器送入轨道的大型多级火箭。世界上第一枚大型运载火箭是1975年前苏联研制的“T3A”，这枚运载火箭将世界上第一颗人造地球卫星送入了太空。
“T3A”是根据前苏联1957年8月研制成的洲际导弹“SS-6”改装成的。“SS-6”是一枚装有核弹头的二级火箭，科研人员给它装上第三级，并将核弹头换成卫星，便诞生了第一枚运载火箭。
发射载人飞行器对运载火箭要求很高，简单地修改洲际导弹的办法已不能满足新的要求，于是出现了组合型多级火箭。例如美国研制成了三种通用的末级火箭，把它们与中程导弹、洲际导弹进行组合，便出现了许多不同性能的运载火箭。20世纪从60年代初期到中期共发射了27艘飞船，其中有17次是载人飞行。这些都标志着运载火箭发展到了一个新阶段。
随着对月球及其他行星的探测，对火箭的速度、运载能力和准确度提出了更高的要求。1969年登上月球的“阿波罗”飞船重46吨，以往任何火箭都无法完成这个任务。为完成这一任务，美国研制了新的大型运载火箭“土星”系列。它标志着运载火箭技术发展到更成熟、更大运载能力的新阶段。
“土星-1号”运载火箭长48米，直径6.55米，起飞时间可产生6.7×106牛顿的推力，只用作研制飞船的实验；“土星-1B”全长43米，直径6.55米，起飞时可产生7.3×106牛顿的推力，它只能载着“阿波罗”的登月舱、指挥舱进行登月前的飞行试验；“土星-5号”是一枚三级火箭，长85米，直径10米，总质量2893吨，起飞时推力3.4×107牛顿，总功率达15×105千瓦，这是至今世界上最大的运载火箭，它成功地载着“阿波罗”飞船完成了登月计划。
我国已研制成了自己的“长征”系列运载火箭，它的技术性能和可靠性已达国际先进水平。到1998年10月，我国的长征系列火箭已经发射了52次。我国的运载火箭不仅满足本国航天事业发展的需要，并已投入商业发射。
导弹
导弹是一种可以控制的火箭，它飞得远、瞄得准，是一种杀伤力很大的现代武器。导弹可以说是现代火箭技术、自动测控技术、原子能技术和电子计算机技术在军事领域中应用的集中表现。
导弹具有强大的动力系统，一般都是一至三级火箭发动机，能够将数吨重的弹头运往1万千米远的目标。
导弹具有先进的飞行测控系统，仪器舱中有各种精密的仪器、计算机设备，这些仪器用惯性、光电、雷达、电视、激光等先进的手段控制导弹的飞行。这样导弹就像是长了“眼睛”，只要事先告诉它目标的位置、特征，设计好飞行的路径和飞行姿态，它便能自动寻找跟踪目标，做到百发百中。
导弹具有威力强大的弹头。导弹的弹头位于最前端，既可以是普通弹头，也可以是核弹头；既可以是一个弹头，也可以是多个弹头。多弹头导弹是在一个母弹头内装着若干个小弹头，这些小弹头的投放方式有三种：散弹式，许多小弹头像一把石子一样撒出去，落在一个地区的附近；分导式，母弹头依次将小弹头投向预定目标；机动式，每个小弹头都有自己的控制系统，可以独立瞄准，投射，就像从蜂窝中拥出的蜜蜂，可以自己寻找自己的目标。
导弹种类繁多。有近程导弹、远程导弹、洲际导弹。按其飞行路径又可分为有翼式导弹、飞航式导弹和弹道式导弹。
有翼式导弹多用来功击活动目标，如飞机、舰艇，它设有预定的弹道形状，能借助飞行测控系统根据目标的变动，自动跟踪寻找目标。
飞航式导弹是发射后先爬升或下降，然后水平飞行，最后自动瞄准，命中目标。它多装于飞机或舰艇等移动发射装置上。巡航式导弹便属于此类，它在大气层中飞行，不需携带氧化剂。它飞行高度很低，不易被敌人发现和拦截，可以迅速攻击目标，即使被对手发现，也猝不及防。
弹道式导弹。这种导弹的飞行情况与炮弹相似，一般是无翼的。洲际导弹便是其中一种，它的飞行可以分为三个阶段：动力飞行阶段，在发动机的推动下，竖立起飞，穿越大气层，在这个过程中计算机不断地算出导弹飞行的速度、位置，并将其与预先储存在计算机中的标准数据对照，并及时调整导弹的飞行速度和姿态，当其与标准数据一致时，便自动关闭发动机。第二个阶段是弹道飞行阶段，这时控制系统停止工作，导弹在地球引力作用下在大气层外沿圆弧形轨道飞行。第三阶段是重新进入大气层击中目标阶段。这一阶段一般只有几十秒钟，导弹以20倍音速穿越大气层，直接命中目标。
导弹已形成一个大家族，它们分工明确，有地对空导弹、空对地导弹、空对空导弹、潜对空导弹等许多种。导弹是一种杀伤力极大的现代化武器，它已成为一个国家军事现代化程度的标志。
划时代的飞行
1961年4月12日，世界上第一艘载人宇宙飞船苏联的“东方”号发射升空。
宇航员加加林这时躺在飞船的弹射座椅上，他正从报话机里描述人类从未见到过的情景：“我能够清楚地分辨出大陆、岛屿、河流、水库和大地的轮廓。我第一次亲眼见到了地球表面的形态。地平线呈现出一片异常美丽的景色，淡蓝色的晕圈环抱着地球，与黑色的天空交融在一起。天空中，群星灿烂。轮廓分明。但是，当我离开地球的黑夜一面时，地平线变成了一条鲜橙色的窄带，这条窄带接着变成了蓝色，复而又成了深黑色。”
苏联莫斯科电台同时广播了一则消息：“尤里·加加林少校驾驶的飞船在离地球169千米和314千米之间的高度上绕地球运行。飞船的轨道与赤道的夹角是64.95度。飞船飞经世界上大多数有人居住的地区上空。”
这是人类第一次绕地球飞行，具有划时代的意义，同时也需要极大的勇气。1960年5月，“东方”号原型卫星的减速火箭发生点火错误，使卫星在空间烧毁。第二年12月，再入密封舱进入错误轨道，并在大气层中燃烧，装在密封舱里的两条狗化为灰烬。不过这次却很成功，只发生了通话短时不畅、飞船返回时短时旋转等小问题。
“东方1号”发射瞬间加加林划时代的飞行是在当地时间9点07分开始的，正好108分钟后绕地球运行了一周，他回到了自己的国土上。降落地点是斯梅洛伐卡村，村民们看到加加林头戴一顶白色的飞行帽，身着一套笨重的增压服时，惊讶得目瞪口呆。“东方”号飞船重约4.73吨，由球形密封座舱和圆柱形仪器舱组成。座舱直径2.3米，乘坐一名宇航员。舱外覆盖防热层，舱内有维持10昼夜的生命保障系统，还有弹射座椅和仪器设备。飞船再入大气层时，抛掉末级火箭和仪器舱。当座舱下降到离地7000米时，宇航员弹射出舱，由降落伞着陆。“东方”号飞船既可自控也可手控，它的轨道近地点为180千米，远地点约222千米至327千米，运行周期是108分钟。
神舟上天，飞天梦圆——神舟五号升空
1.中国载人航天的新篇章
2003年10月15日，“神舟”五号飞船载着中华民族千年的飞天梦想，进入了太空。在经过21小时，围绕地球飞行14圈之后，中国第一个太空人——杨利伟胜利返回地面。国人千年的飞天梦想终于变成了现实。
我国在载人航天的征途上进行了不懈的努力和探索。1992年我国完成了载人航天工程的可行性论证报告。1998年底，江泽民同志为中国载人飞船题名为“神舟”。经过7年的努力，1999年11月20日6时30分在酒泉卫星发射中心新建成的载人飞船发射场，中国第一艘试验飞船由长征新型运载火箭发射升空，并准确进入轨道。经过21小时的轨道飞行，飞船返回舱在15圈时进入返回轨道，并于21日凌晨3时41分准确着陆于预定回收场，圆满地完成了试验任务。这项试验任务的成功标志着中国的载人航天技术取得了重大突破，为中国载人航天技术的发展奠定了基础。
从1999年11月到2002年底，3年间有4艘“神舟”无人飞船相继遨游太空并安全返回，为载人飞行做准备。全球中华儿女密切关注着研究的进展。2003年10月15日，杨利伟——这位中国第一个太空人终于圆了国人期盼已久的飞天梦！
有人说，在中国未来建成空间站后，“神舟”将成为往返于天地之间的“公共汽车”。将首名中国航天员送上太空只是中国载人航天工程实现第一步的开端，飞船的最终目的是要成为天地往返的运输工具，为未来的空间实验室和空间站服务。
根据中国载人航天工程“三步走”的战略目标，下一步任务是解决空间交会对接技术，向太空发射短期有人照料的空间实验室，第三步则是建造长期有人照料的空间站，解决大规模的空间科学实验和应用技术问题。
由中国自主研制的“神舟”飞船虽然起步晚，但起点高。飞船具有多种功能，既可作为航天员的运输飞船，又可以与将来的空间实验室或空间站交会对接，作为天地往返运输工具。目前“神舟”飞船已经具备了与空间站交会对接的能力。
“神州”五号成功进行了载人飞行后，“神舟”六号已经在进行各个部件的生产、装配、测试和试验。“神舟”六号的设计思想与“神舟”五号是一致的，但是，在“神舟”五号将一名航天员送上太空的基础上，“神舟”六号担负着送多名航天员上天的使命。因此，飞船的设计可能会有局部的变化。“神舟”六号将在一年到两年之内能发射。
随着中国载人航天事业的发展，中国人实现乘坐自己的飞船到太空观光的梦想不会太遥远了。
2.安全之舟
“神舟”五号飞船不仅要把航天员安全地送上太空，在太空生活和工作，还要保证航天员能够安全地返回地面，因此，航天员的生命安全是第一要务。
为确保航天员的生命安全，“神舟”五号飞船的研制人员对可能影响安全的每一个环节都予以充分考虑，并进行了大量的试验验证，真正实现了打造放心之舟的目标。
科研人员通过大量试验确保设备可靠性。“神舟”五号飞船的研制者为从根本上增强飞船的可靠性，每一个设备，每一项技术，都经过了各种环境下大量的试验。比如，为了考核飞船各舱段之间是否能正常、安全地解锁分离，仅飞船返回舱与推进舱连接面的火工锁就进行了100次可靠性试验。为了考核飞船关键电子设备的可靠性，飞船队伍对近100件关键电子设备进行了综合应力试验，确保它们连续工作100小时无故障。为了确保返回舱回收着陆过程中各项仪器设备工作正常，飞船队伍用1∶1返回舱模型，先后多次到西北的戈壁滩上，从不同的高度，进行了总计70余架次的返回舱空投开伞试验。这些试验为从基础上提高飞船设计合理和质量，保证航天员安全，打下坚实的基础。
神舟的所有设备都加上了多道“保险”。尽管飞船设备经过了大量的试验验证，但是研制人员仍然为这些设备上了“保险”。“神舟”五号飞船有600多台设备，为切实保证设备的可靠性，飞船研制者对这些设备中的关键设备，都采取了双保险或三保险，比如姿态控制系统的控制器、降落伞系统、热控制系统的循环泵等，直接配置了备份设备，一旦其中一个设备出现故障，可以自动切换到备份设备继续工作。有些设备，如姿态控制系统的陀螺和敏感器等，则采取了功能备份，当设备中的某个部分出现故障时，系统通过重新组合，仍可以保证功能的正常发挥。而飞船的主计算机则采取了三机容错设计，即三套主板、CPU和处理器同时工作，一套出现错误，另外两套仍能够保证计算机正常工作。与此同时，还对这些措施进行了反复多次试验验证，考验其工作的可靠性。
为防止万一，“神舟”五号飞船的研制人员经过认真分析，找出了飞船有可能出现的108种故障模式，这些模式覆盖了飞船起飞、在轨运行到返回的整个过程，并一一制定了详细的应对措施。比如为确保航天员的安全，他们从大气层内到大气层外救生，从在轨运行段到返回段救生，从境内到境外救生，从陆地到海上救生，把可能影响航天员安全的各种因素都考虑了进来，并一一制定了相关对策，确保了应急救生方案的可行性和安全性。
这些应对措施按照各种故障的严重程度，分别采取三种处置方法：如果飞船出现了一般故障，即通过设备自动切换或地面控制中心遥控切换到备份设备后，可以继续正常工作，飞船仍可按飞行计划继续飞行和返回。如果飞船的各种设备自动工作功能失效，则完全可以依靠航天员进行手动控制工作，地面工作人员将根据故障情况，决定继续飞行还是提前返回。如果飞船发生重大故障，或航天员身体出现严重疾病，不能继续飞行，则由航天员自主决定立即返回。所有这些可能故障的对策都经过了地面反复和严格的测试，确认了它的有效性和正确性，对不需要航天员操作的故障对策，都通过了地面的仿真试验和整船的测试。对需要航天员操作的故障对策，都在模拟器或飞船里，经过航天员多次实地反复操作和演练。
另外，当发射中运载火箭发生故障时，可以启用逃逸塔将轨道舱和返回舱迅速带离火箭，将航天员送到安全地带。
神舟飞船的放心座舱值得一提。在最初设计飞船时，技术人员就对航天员在太空中的生存环境设置了严格的保障措施，并绝对保证了返回舱具有良好的密封性，对飞船上所采用的非金属材料进行了严格的筛选，并在真空环境下试验，测定其有害气体逸出量，采取措施控制其逸出的有害气体量，确保对航天员没有危害，并保证它们具有良好的阻燃特性。对舱内气体成分进行了多次检测，飞船上还配置了烟火检测系统和灭火器，一旦发现火情，航天员可以迅速扑灭火。
此外，为防止飞船返回舱在回收中出现偏差，降落到水中，研制人员多次进行水上投放试验，并配备了水上漂浮用的气囊，即使返回舱落到水面上，也能够保障航天员在水上生存24小时，等待营救。
3.性能强大的发动机
与汽车和飞机都靠发动机的推力前进一样，神舟飞船在太空中运行也是靠发动机推动的。所不同的是汽车和飞机上的发动机是依靠油料与空气中的氧气混合燃烧，产生气体推力，因此，它们都离不开空气中的氧气。而飞船上的发动机是液体火箭发动机，它工作时不需要空气中的氧气，而是由一种称作氧化剂的含氧液体提供燃料燃烧所需的氧，或者直接由燃料催化分解产生气体，燃烧气体和分解气体通过喷管喷出产生推力，使飞船能够在没有空气的太空中也能飞行。
当运载火箭把“神舟”五号飞船送入太空后，飞船就得依靠这些发动机完成飞行任务，是这些发动机推动飞船前进的。按照担负的任务不同，这些发动机被分别安装在飞船的3个舱段里，组成了3个用途不同的独立的推进系统。
在神舟飞船的推进舱里安装的发动机承担着飞船的主要推进作用。飞船进入太空后到飞船离开飞行轨道返回的这段时间前进的动力都由它提供。其中有四台大发动机和24台小发动机。推力大一点的发动机承担着改变飞行轨道形状和轨道的升高或降低，神舟飞船的飞行轨道需要进行一次由椭圆形变成圆形的改变和几次升高轨道的修正，飞船在最后完成飞行任务要返回地面时，也需通过发动机喷气，所不同的是不是为返回舱提供动力，而是把飞行的速度降下来，这些任务都使用推力大一点的发动机来完成。其他推力小的发动机用来控制飞船的飞行姿态。当神舟飞船在太空中围绕地球飞行时，由于航天员活动的影响，会给飞船飞行状态带来变化，这就需要及时启动小发动机进行姿态调整，否则，飞船就可能出现倾斜甚至翻滚，影响任务的完成。
在神舟飞船的轨道舱里，安装了发动机。在神舟飞船返回地球减速前，轨道舱将留在太空中工作，这些发动机将用来保持轨道高度和飞行姿态，为此，这16台担负为轨道舱提供动力任务的发动机，将在太空中随轨道舱工作半年以上。
在神舟飞船上的返回舱里，安装了8台发动机。其任务是为防止返回舱在返回飞行过程中通过大气层时出现翻滚，同时也可以控制返回精度。
