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移除书签二、未来航天
未来的火箭
为了满足未来发射任务的需要，运载火箭除了要有足够的运载能力外，还应具备下列特征：首先，发射成本要低，以利于市场竞争，就整个航天界来说，有利于开拓应用领域，扩大市场需求。其次，要提高可靠性和安全性。对于不载人的发射任务，设计的可靠性要达到98％，发射成功率要达到96％，对于载人发射任务，可靠性和安全性要求更高。再次，要缩短发射工作时间，这需要火箭要有良好的操作性。对于一次性火箭，用户提前预订火箭的时间尽量缩短。发射场地面操作时间也应尽可能地缩短。对于重复使用的运载火箭也要尽量缩短维修时间。另外，还要求减小火箭对环境的危害。采用无毒推进剂，消除对大气环境的污染，采用有效手段，减少空间碎片，减轻对空间环境的危害。
现在大中型运载火箭的低轨运载能力为5～25吨，发射价格为2600～23000美元／千克。今后随着通信技术的不断发展，卫星有不断增大的趋势，美国等许多国家正在对原有火箭进行改进，新型运载火箭将采用全新的技术，包括新型的发动机和先进的电子设备等，从而形成与原来完全不同的大型运载火箭。
新型的大型运载火箭一般采用一台或几台大推动力发动机，液氢、液氧发动机将普遍得到应用，这种发动机具有燃烧值高、推动力大、无毒、无污染等优点，一般都可以一次发射多颗卫星。
在新型运载火箭研制中，积极发展了自动化和智能化的地面操作系统。运载火箭的各个部分尽可能在总装大厅组装好后再转运到发射台上，这样不仅可以提高操作效率，而且还可以大幅度降低操作费用。
20世纪80年代后期，出现了一大批利用高新技术研制成的功能全、容量大、质量只有几十至几百千克的小型卫星。用大型运载火箭发射这种小型卫星简直是“大材小用”，而且大型运载火箭多发射地球同步轨道卫星，与众多小卫星的轨道不匹配，因此，搭载的机会也比较少。为适应发射小型卫星的需要，未来将会研制出专门用来发射小型卫星的小型运载火箭。另外移动通信、数据传输等对近地轨道卫星网的需求，也极大地促进了小型运载火箭的研制。
正在研制的小型运载火箭有十多种，它们有从空中发射的，有从陆地发射的，也有从海上发射的。随着各种在研制的小型运载火箭相继投入使用，小型卫星的发射将变得更加经济、便捷。
新型航天飞机
随着世界新技术革命的发展和不断应用，航天技术又将出现一个更大的飞跃。
人们一直在考虑能否将航空和航天的优点集合起来，研制成一种低成本的运输工具。它既能从机场跑道起飞，又能以高超音速穿越大气层进入宇宙空间，完成航天的任务后，再进入大气层，在机场水平着陆，经过简单维修后，又可重新飞上蓝天。这种既有高超音速运输机功能，又具有天地间往返运输系统功能的有翼飞行器，被称为空天飞机。
美国未来的X系列新型航天飞机空天飞机的设想早在20世纪三四十年代就已产生。50年代我国著名科学家钱学森教授曾提出航天技术和航空技术相结合的思想。1986年2月5日，当时的美国总统里根在一次大会演说中宣布：美国将研制一种新型的航天飞机——国家航空航天飞机，简称空天飞机。此后，美国正式成立了“国家航空航天飞机计划局”，开展空天飞机的研制工作。
不久，英国、法国、日本等都相继提出了空天飞机计划，一时间，全球掀起了一股“空天飞机热”，引起了人们的普遍关注。
专家们认为，把航空技术领域和航天技术领域的精华有机地结合起来，成为一个航空航天一体化的最新高技术密集体，在航天飞机的基础上加以改进和提高，朝着一个更高级的航天器方向发展，前景极为诱人。
未来的空天飞机用途更广泛，灵活性更高，维修使用更简便，运载费用更低廉，因此，有人把空天飞机誉为“21世纪的太空穿梭机”。
发展空天飞机要涉及到许多先进高技术。难度很大，而且研制经费高，风险大。但人类总是要前进的，这些先进的科学设想最终将会实现。到21世纪的时候，人们将会乘坐上这种崭新的空天飞机，从地球的一端起飞，进入太空轨道，领略一番太空的神奇景色，然后返回大气层，可以在任一机场降落下来，有如今天的旅游航班一样方便自如。
空天飞机采用航空喷气发动机和火箭发动机两种推进系统，它可以方便地往返于天地之间，是“空”与“天”的完美结合。它有异乎寻常的性能，最高时速达3万千米，可绕地球无动力飞行；飞行高度由零高度可直达200千米以上；起降方便，不受发射地点和天气的限制；维修简便，不必再像航天飞机那样飞行一次需要三个多月的检修期，临发射还要出动7000人的保障大军为之准备。飞行后检查和准备也很容易；结构巧妙，彻底抛掉了大包袱似的外储箱和助推器等外挂物，便于轻装上阵，便捷迅速：一机多用，既可载人又可载物，又可无人驾驶入轨与空间站对接；它的发射费用要比航天飞机便宜9／10，而且不需要规模庞大、设备复杂的航天发射场。
空天飞机是世界航天史上第一次把航空发动机引入航天领域，充分利用大气能源，从根本上改变了航天运载器只采用火箭的推进模式，从而将导致航空航天技术领域内的一场革命。
1983年，美国空军投资60万美元委托有关科研单位研制“跨大气层飞机”，1984年投资100万美元，进行方案论证，并成立了“跨大气层飞机计划局”。并确定从1990年开始研制空天飞机的试验机——X-30，预计投资30亿美元。这种飞机的外形尺寸和波音727客机差不多，最高飞行时速可达28962千米，采用可循环发动机和液氢燃料发动机的混合推进方式，这种试验机的试制成功将为真正的空天飞机提供科学的依据。
肩负重任的星际飞船
人类已经不仅满足于探测地球附近的星球，早已经将目光瞄向了整个星际，肩负这一遥远探测任务的，就是那些长途跋涉的星际飞船。
在完成登月任务后，美国和前苏联又分别向水星、金星和火星发射过各种探测器。其中美国的“水手10号”宇宙探测器3次飞过水星，发挥了6000张水星照片。“先驱者1号”、“先驱者2号”和前苏联的“金星11号”、“金星12号”等探测器都曾飞近金星进行探测，并在金星上软着陆成功，取得了宝贵的成果。
为了探测火星上究竟有没有生命，美国和前苏联还发射了“海盗”号、“探测器”号和“水手”号等探测器，其中最成功的是“海盗1号”和“海盗2号”，它们先后于1976年7月和9月在火星上着陆，进行了生命考察试验和拍照等活动。
在人类所有发射的这些星际飞船中，最值得一提的是美国在1977年8月20日发射的“旅行者2号”。它重约825千克，由6万多个零件组成，安装有电视摄像机等十多种仪器。这个集现代科技成果之大成的宇宙探测器，自从发射上天后，孤身遨游，闯荡了多半个太阳系，取得了惊人的探测成果。
它的第一站是考察木星，在那里发现了木星的3颗新卫星；第二站是探测土星，从它发回的高分辨率彩色照片中，科学家发现了6颗新的土星卫星；第三站是访问天王星，发现这颗远离太阳的星球上竟然有闪电现象，并有强大而混乱的无线电信号；第四站是观察海王星，在那里发现包围着海王星的一个大磁场和星上一条4300千米宽的黑色风云带。告别海王星后，“旅行者2号”继续向太阳系边缘飞去，直至飞出太阳系，奔向宇宙深处。据科学家估计，它至少还能工作20年。
为了能在其他星球上发现高级智慧生物，“旅行者2号”还携带着人类献给外星人的礼物——“地球之音”唱片，在这张可以储存10亿年、直径30.5厘米的铜质唱片上，录制了表现人类起源和文明发展的115张图片，其中有我国的万里长城和中国人用餐的两张画面，它还录下了35种地球自然界的风雨雷电、鸟鸣兽叫、人笑婴啼等声音，以及地球上不同时代、不同地区、不同民族的歌曲27首，还有人类用55种语言向外星人发出的问候语。
“旅行者2号”在宇宙探测中取得的巨大成果，将在人类探测宇宙的历史上留下极为光辉的一页。
据最新报道，2003年6月2日，运载欧洲第一个火星探测器的火箭已经在哈萨克斯坦拜科努尔太空基地发射升空。联盟—弗雷加特火箭把“火星快车”火星轨道飞船和“猎犬2号”登陆器送入了太空。这是欧洲有史以来第一次探索火星的尝试。按照计划，“火星快车”将在2003年12月26日进入火星轨道。值得一提的是，由香港科研人员研制开发的一组太空仪器也随“火星快车”飞上了太空。这组名为“岩芯取样器”的太空仪器，是首个由中国人研制成功的登陆外星球的太空工具，它将负责在火星上探取土质样本。“岩芯取样器”是一个多功能的太空轻巧用具，重370克，耗电量只需2瓦，可做磨、钻、挖和抓取土质样本之用，与欧洲或其他国家的产品相比，这组仪器更轻巧、更节省能量。取样器的优势还在于，其设计融合了中国筷子的特性，使仪器可以更灵活地探取经钻磨的石块样本，因此获得欧洲太空总署的采用。
探测宇宙的太空巨眼
航天技术发展才短短几十年，人类已经建立了地球空间站，已经飞上了月球。然而并没有就此止步，人类在不停地探索更深层的宇宙，飞向更遥远的太空，实现星际航行。为此，人们又派出探测器飞向火星、金星，飞向木星、土星、飞向天王星、海王星，到那里去探测，去进行科学考察。人类已慢慢拉开了航宇时代的帷幕。
为了探测更深层的宇宙，科学家们一直期待着一架太空望远镜，躲开大气层的阻隔，观察宇宙深处。
20世纪70年代中期，经美国国会批准，美国宇航局经过多年研制成功地制造了太空望远镜——“哈勃”。1990年4月，这台造价15亿美元、长13.1米、重11.6吨、镜筒直径4.27米的“哈勃”太空望远镜，由美国“发现者号”航天飞机携带上了太空。部署在距地面670千米的高空轨道上，它可在太空观察到大约150亿光年的宇宙深处。目前最大的地面天文望远镜只能观察到大约20亿光年远的空间。由于太空望远镜处在不受大气扰动影响的外层空间，所以它比地面望远镜好10倍。
“哈勃”望远镜有八台超高精密的科学仪器，有大型光学接收系统，有视野宽广的行星摄像机、暗弱天体摄像机、天体摄谱仪、高分辨率分光摄像仪、高速光度计及精密导向系统及设备等等。
“哈勃”太空望远镜能捕捉到亮度十分微弱的发光天体，其灵敏度比地面上最好的望远镜还高100倍。科学家们用它来拍摄清晰的宇宙图像和照片。测定宇宙物体的质量、大小、寿命、形状及其他广泛的数据资料。观测太空中的类星体、银河星系、气态星云和变光星体，以及太阳系内行星大气、物理现象和征兆，打开研究宇宙天体能量变化过程和宇宙起源的大门。同时利用太空望远镜研究行星围绕其他星体运行情况，用获得的数据证实宇宙中所存在的基本物理变化过程，探测多种电磁波的波谱，寻找地球人类以外的智慧生命。
地球的“出访使者”
金星是天空中人们看到的最亮的星，金星上到底有什么？人们做出了种种设想，但一直没有得到证实。
1961年人类先后发射了“金星1号”和“水手1号”探测器，但均遭到了失败。1962年8月27日美国成功地把“水手2号”送入飞往金星的轨道，同年12月24日“水手2号”从距金星3万多千米的上空飞过，用红外探测仪测量到了金星表面的温度及其他信息，实现了近距离考察金星。随后20多年里，人类共发射了30个探测器，其中21个成功地对金星进行了探测。
1970年12月15日，前苏联“金星7号”探测器首次在金星表面软着陆成功，将金星表面的有关信息传回地面。它是星际航行史上的第一次。1975年，前苏联又发射了“金星9号”探测器，飞行了3亿千米，进入了金星轨道，成为环绕金星旋转的第一颗人造卫星。它第一次送回有关金星世界的全景照片，从发回的照片初步看到，金星上不存在金星人。
通过多次探测，人类基本上了解了金星的概貌：金星上的天总是橙黄色的，从未有过蓝色，金星大气中二氧化碳占97％，其他是氮、氟化氢、一氧化碳和水蒸气，金星上有着频繁的闪电，但是光打雷不下雨，因为水蒸气含量很少。金星虽然有与地球某些相似的条件，但仍是一个没有生命的星球。
20世纪从60年代至1992年人类共发射了23颗探测器去探测火星，其中只有8次取得成功。因为火星距地球太远，而且路途环境恶劣，大多数探测器由于中途出故障而夭折。
1964年11月美国发射了“水手4号”探测器，在离火星表面大约1万千米处掠过，第一次拍摄了火星的照片。1971年5月30日发射的“水手9号”探测器成为火星的第一颗人造卫星。它在火星轨道工作近一年，发回了大量照片和数据。经过大量的探测活动，人们基本上了解到火星的情况，火星大气中含有大量的二氧化碳，另外还含有少量的氧、氮和氩等，火星表面尽是乱石和沙洲，没有水，因而也不存在植物、动物和微生物。
宇宙空间行星际探测飞船中贡献最大的要属美国的“旅行者号”。自从1977年8月20日，“旅行者-2号”从美国肯尼迪航天中心发射升空，到1989年底的12年中，先后探测了木星、土星、天王星、海王星，在4大行星的极近处详细观测了各自风貌，发回了许多详实的数据，顺利完成了探测太阳系的“超级旅行”任务。它所发回的数据信息，需要科学家们用高速计算机费几年的时间分析处理，才能得出最终结论。人们通过“旅行者-2号”在这样短的时间内对外行星进行考察所获得的科学知识，比过去数百年里所获得的知识还要多得多。
比“旅行者-2号”晚半个月出发的“旅行者-1号”，在近十几年的飞行中，与其同胞兄弟相互配合，一起完成了探测各大行星的任务。1990年6月6日，美国航天测控中心的专家们宣布：“旅行者-1号”在太阳系约59亿千米的“黄道平面”上空于1990年2月14日在4个小时内成功地拍摄了64张精美的彩色照片，把太阳系的六大行星——海王星、天王星、土星、金星、地球和木星都拍摄回来。经过科学家们仔细镶嵌拼成一幅壮观的“六星联视”太阳系图形。
这是“旅行者-1号”在飞离太阳系之前做出的最后一大贡献。它所拍摄的这套独一无二的“太阳系全家福图像”，是我们这代人第一次也是最后一次能看到这种“世界性图片”了，因为六大行星这种近似直线的排列机会179年才能遇到一次。
“旅行者1号”和“旅行者2号”在完成了对行星的探测后，直奔太阳系的边缘。如果用“一个天文单位”来表示从地球到太阳的距离——1.5亿千米，那么到1989年12月31日，“旅行者1号”和“旅行者2号”已分别达到距太阳40和31个天文单位的地方。到2015年，它们将分别到达距太阳130个和110个天文单位的地方，沿途它们将继续探测。
1989年5月发射，金星探测器“麦哲伦号”，1990年8月进入金星轨道。现在“旅行者号”正作为地球派出的“使者”，飞出太阳系，奔向茫茫宇宙，去寻找宇宙中的“智慧生命”。直到现在，“旅行者号”仍在向地球发回信息。
“旅行者号”是人类文明的使者，肩负着探测深层宇宙，寻找地外文明的使命，携带着地球人向“宇宙人”的问候——“地球之音”唱片，在茫茫宇宙中不断向地球“知音”发出深情的呼唤。“旅行者号”是人类航宇时代的第一位勇敢的“探路人”，它的行踪，将是人类一直关心的问题，它为人类探测宇宙的历史留下了不可磨灭的光辉一页。
航宇基地的建设
由于地球大气和引力的限制，航天飞行器飞出地球要消耗很大能量，风险也很大。因此很需要建立一个太空基地，作为航宇时代的新起点。
人们虽然在太空近地轨道建立了大型的空间站，但要作为航宇基地还远远不够，于是人们又开始重新注意到了月亮。
月球距离地球30多万千米，现代航天器只需几十个小时就可到达。月球没有大气层，引力只有地球的1／6，如果从月球上向火星或其他星球发射载人航天器或探测器，所消耗的能量只有地球上发射所消耗能量的1／20。月地之间通信时间也比较短，从月球上以光速向地球传递信息，再从地球上发出相应的指令信号传到月球，往返只需要3秒，因此，月球上的机械完全可由人在地球上遥控作业。然后在月球上建立工厂，直接生产宇宙飞行器，利用太阳能或核能来发射，将会少花力气，又大大加快了宇宙空间探索的进程。
正由于上述原因，近十年来，人类对月球的探测又热起来。1986年美国国家空间委员会向政府和国会提交了一份报告，其内容之一就是在21世纪头十年重新登上月球。随后，日本和欧洲也都提出了探测和开发月球的计划，显示了人类重返月球的决心。
1990年1月24日，日本发射了一颗“飞天号”月球探测器，并在近月轨道释放了一颗环月运行的探测器，从距月球1.9万千米的轨道上拍摄了月球照片，判别月球表面的风暴和陨石坑。
1994年1月25日，美国发射了一颗“克莱内汀号”月球探测器。在离月面400千米的轨道上利用紫外线和可见光相机及11个波段的微波射束雷达成像系统对月球进行了探测，共拍摄了100多万张照片。这为月球地图的绘制和“月球基地”地址的选择提供了可靠的依据。
1994年5月，以欧洲空间局为首，在瑞士召开了一次国际性征服月球大型研讨会，其目标是人类30年后将重返月球。为此，必须首先发射月球卫星，利用各种遥感器查明月球各种矿藏储量及地点，选择月球基地的合适地区，尤其要发射月球极地轨道卫星，查明极地是否具有人类生活必需的水。
1996年日本发射了“月球-A”探测器，上面搭载有穿透器舱，穿透器内有地热计和热通量计，将分别投放到月球极地和赤道附近，探测月球中心部位发生地震的情况，从而弄清月球地壳的构造。
1997年6月美国发射“月球探测者号”探测器，进入离月面100千米的极地轨道，主要任务是弄清月球资源分布，这是建立月球基地的关键。
一系列的探测活动为建立月球基地奏响了前奏。月球将成为人类向深层宇宙进发的前哨站。建立月球基地将会使建立永久性空间站的时代成为过去，有了这样的基地后，人类向宇宙进军的速度会大大加快。21世纪月球基地的建设将是一场伟大的、激动人心的技术革命，必将对世界经济、科技、社会、文化各领域产生重大而深远的影响。
建立月球基地的第二阶段便是建立月球城市、实现向月球移民。不久前美国国家航空航天局又宣布了建立月球城市的计划，预计将耗资1000亿美元。
首先计划派出一部分科技人员，在月球上开辟出临时基地，开发月球矿藏资源，进行冶炼实验。然后将临时基地人数由十几人增加到数十人，他们将为创建永久性基地做好各种准备工作。预计到2007年，月球上中小型永久基地将交付使用。登月移民将增至百人左右。届时基地将初具规模，有完善的生产、生活和娱乐设施，物质储备丰富，经济不但可以自给自足，而且能够逐步做到向地球“出口”。
第二阶段计划完成后，月球移民将达到万人左右，他们作为第一批“月球公民”，居住在轮形或圆筒状的“月球城”里。“城市”的直径约为1～2千米，完全像地球上的城市一样。包括“工业区”、“农业区”和“生活区”等多种人类活动区。从自然环境方面看，它拥有地球上大部分的动物和植物，组成了一个生机勃勃的生态环境，气候宜人。月球城具有得天独厚的特殊能源——太阳能，它是一种成本低廉无污染的新能源，是月球城存在和发展的基本条件。
日本也提出一项开发月球计划，准备30年后派6人常住月球。日本有关专家讲，“月面上的真空、太阳能、安静的环境和自然资源具有很大的吸引力。”他们计划1999～2005年是开发月球的第一阶段。在这一阶段，要用5枚日本国产大型火箭发射月球卫星和月球探测器，以选择月球基地的位置。2005～2016年是第二阶段。在这一阶段，要用12枚大型运载火箭把4个机器人送上月球，在月球上建设食品、氧气生产试验场所。2016～2023年为第三阶段，在这一阶段，要用72枚火箭把建设月球基地所需器材送上月球，完成月球基地建设。其后便是用火箭把人送上月球。
“月球城”是举世瞩目的“外星城”，具有重要的意义，作为航宇基地，可成为航天技术研究的场所，有利于加快宇宙探索的速度。对于人口拥挤不堪和能源日趋短缺的地球来说，它为人类开辟出一个新的工农业生产基地。月球城还是理想的“疗养胜地”，对于那些爱好旅游和冒险的人，“月球城”旅游度假将是最富有刺激性的活动。
苍穹路漫漫
自古人类就幻想能像鸟儿一样自由地飞翔，能在天地间自由地遨游，为了这一梦想人类一直在探索，一直在奋斗。从法国蒙格尔费兄弟的热气球，到莱特兄弟的第一架飞机，人类开始像一只雏鹰，展开了稚嫩的双翅，摇摇摆摆地飞离了地面。随后人类不断努力，航空科技一日千里，突破了一道道难关。飞机可以在蓝天自由翱翔了，飞得越来越高，越来越快，安全性能越来越好。人类并不满足于在大气层中飞翔，更想到太空中看个究竟，于是，一代构想中的月球基地代航天先驱不屈不挠地探索，为人类寻找着登天的天梯。于是喷着长长火舌的运载火箭刺破了蓝天，升入了太空。
从20世纪50年代第一颗人造地球卫星，到加加林第一个飞入太空，再到“阿波罗”登上月球，人类航天事业几乎呈跳跃式前进。人类的空中交通运输网不断地向更高更远处延伸。
儒勒·凡尔纳科幻小说中的飞行器综观人类空中交通运输的发展史，是一部向着远距离、高速度、安全、便捷不断前进的历史。今天航空航天技术已取得了辉煌成就，但是这条通向天空的道路并不是平坦的。人们在赞叹今天的辉煌时，不应该忘记曾经为航空航天事业贡献毕生精力的先驱们，不应该忘记那些敢于冒险勇于牺牲的飞行员、宇航员们，他们曾驾驶着一个又一个的飞行器飞上蓝天，飞向宇宙，有许多英雄血洒长空，为人类的航空航天事业献出了宝贵的生命。但是人类具有锲而不舍的探索精神，任何困难挫折和失败都不会阻挡人类通向天空的道路。我们会向着更高的目标进军。
宇宙是无限的，更深层的宇宙正张开了双臂，欢迎聪明而又不畏艰险的人类去探索。苍穹路漫漫，航空航天的道路还很长，我们后来者应继往开来，沿着先驱们探索的道路大踏步地前进。
航空航天技术是现代高科技的结晶，无论是各式各样的现代飞行器，还是各种航空航天设施都离不开现代高科技。例如飞机、火箭的控制系统和通信系统就是现代信息技术在航空航天领域的具体应用。另外各种飞行器的制造更离不开现代新材料技术。航空航天技术已经成为一个国家科技发展水平的标志，成为一个国家综合国力的集中表现。
随着知识经济时代的到来，人们的时间观念越来越强烈。时代的发展对空中交通运输提出了更高的要求。为适应这一要求从航空航天飞行器到空中交通设施都在经历着一场前所未有的大变革。科学家已向我们勾勒出一幅景象壮观的立体蓝图。
新一代超音速客机已经诞生，空天飞机已在研制之中，“阿尔法”国际空间站正在组装，“月球基地”计划已开始付诸实施，探测深层宇宙的“旅行者号”已经飞出了太阳系……
相信未来的空中交通会更快、更安全、更便捷，宇宙空间的距离将进一步缩小，高科技的翅膀会使人类飞得更高、更快、更远。
空间站时代的来临
空间站也是一种飞行器，与一般的航天器相比，它是更大的、更先进的、飞行时间更长的飞船。科学家把它比喻为一个环绕地球运动的、半永久性的“活动房子”，人们可以轮流在那里进行科学研究、试制新产品。
空间站是太空科学研究的基地。在空间站上，主要实验与失重有关的种种学科，项目非常广泛，包括生物、物理、化学、冶金、工艺、材料等各个领域。另外，还有对地球及整个宇宙空间进行观测的项目。
空间站一般由几段圆柱形的舱段构成，是最早可住人的“太空楼阁”，这里设有工作舱、服务舱、对接舱，所有设备都装在舱内和舱的外表面上。
空间站进入轨道后，舱外的太阳能电池板和天线等自动展开。工作舱内，设置着各项研究试验用的有关仪器设备。服务舱内，装有机动发动机、姿态控制发动机、推进剂、氧气瓶、供电系统、无线电系统等。对接舱则用以对接载人飞船或运送给养的载货飞船等。
最早建立空间站获得成功的有前苏联的“礼炮号”空间站和美国的“天空实验室”空间站。
1971年4月19日，前苏联将“礼炮1号”空间站送上地球的近地轨道，这一壮举把载人的航天活动推向了高潮。这个空间站的主体最大直径4米，总长12.5米，总重约18.5吨，它只在轨道上运行了半年，进行了综合性的科学考察和对地观测。此后，前苏联人相继发射了6个“礼炮号”空间站，都是以“礼炮1号”为基础，改进设计、更新设备而发展起来的。
1973年5月14日，美国用“土星5号”运载火箭将“天空实验室”空间站发射到435千米高空的近圆形轨道上，每93分钟绕地球一周。这个空间站是美国的第一个航天站，主体直径7米，长36米，总重82吨，有轨道舱、过渡舱、多用途对接舱、观测用的望远镜和供给能源的太阳能电池板等。随后，美国又用“土星1B”运载火箭将“阿波罗”载人飞船送上太空，与它对接。
这个“天空实验室”在历时近半年的时间里，先后接纳了3批共9名宇航员参加实验和生活，开展了许多科学研究工作。他们用58种仪器对生物学、航天医学、太阳物理、天文、地球物理和材料工艺等学科做了270多项试验，取得了丰硕的成果。
国际空间站是人类移居太空的开端
1993年9月，美国和俄罗斯联合签署了一项协议，在俄罗斯“和平号”空间站和美国“自由号”空间站的基础上，共同建造大型的国际空间站。后来由俄罗斯、美国、加拿大、日本和欧洲空间局一起参加建造大型的国际空间站，计划从1997年11月开始建站，到2002年6月建成。这个空间站将是世界上第一个真正的国际空间站，称为“阿尔法号”国际空间站。
计划中的这个空间站总重达415吨，主桁架梁长88米，太阳能电池板展开的最大宽度为110米，可长期居住宇航员6名。建站的准备工作已经开始。
国际空间站包括6个实验舱、1个居住舱、2个节点舱，以及服务系统和运输系统等。开始建站时，俄罗斯首先用“质子号”运载火箭发射功能齐全的“和平2号”的核心舱到平均354千米高度的装配轨道上，这可为建站工作供给能源、备用燃料、推进装置和多个对接口，具有推进、导航、姿态控制、散热和跟地面站通信的能力。
此后，再发射4次，使空间站初步具备供宇航员长期居住的条件和救生手段。
第二步，美国发射主桁架梁、太阳能电池阵和加拿大提供的17米长的机械臂。这种机械臂可沿主桁架梁移动，搬运有效载荷、装配、修理和更换空间站的硬件。同时，美国、欧洲空间局和日本的各种实验舱也发射上天，与空间站对接。
整个空间站的建成，约需天地运输系统发射60次。这种大型的永久性的国际空间站最终将转移到426千米高空的工作轨道上运行。空间站建成以后，可以接纳6名宇航员长期留住在这里工作和生活。
这种世界性的空间站主要是进行各种空间技术试验，包括微重力材料科学研究、人在空间长期生活对人体影响的研究、以及探索微重力应用的商业前景。
21世纪开始时，人类移居太空有了一个崭新的开端，那么，迎来“海市蜃楼”似的太空城也不再是匪夷所思的事情了。
人类未来的太空城
中国古代有一个笑话，有一个富翁要求建筑师为他建造一所只有第三层楼的“空中楼阁”，人们都嘲笑他愚昧无知。如今，时代不同了，我们不仅要造“空中楼阁”，还要建立“太空城市”。
“此阁几何高？何人之所营？侧目送日落，引手攀飞星。”苏轼的这几句诗便是对太空城市的很好的描述。
随着各种各样的空间站、空间工厂的大批建造，人类势必要在宇宙空间发展出一个完整的体系，建立起空间城市。人类到宇宙空间建太空殖民地的想象图立居民点，去开辟新天地、建立新的生活，已不再是遥远的未来。
那么，太空城市建在哪里呢？
首先，它必须是永久性的，不能坠落；在近地轨道运行的飞行器，极其稀薄的空气都会使它减速，最后坠落；距地球数万千米的同步卫星也只有20多年的寿命。那么，永久性的太空城市必须建在远离地球的地方。
可是，人们又会担心，太空城会不会飘走呢？
据科学家计算，在太空有一些特殊的点（区域），在这些点上，太阳、地球、月球的引力相互平衡，位于这些地方的物体就能像放在碗底的小球一样，不会轻易离开自己的位置，这些点以意大利天文学家拉格朗日的名字来命名，称为拉格朗日点。
1952年美国科学家建议将第一批太空城市建在代号为L5这个经过计算的点上，城市运动着，但却始保持着与地球、月球相对不变的位置。从L5到地球仅需5天，交通十分方便。距月球也不算远，可以充分利用月球资源。
太空城的样子和规模如何？美国科学家奥尼尔提出了万人车轮空间城的方案，这是最简单、最成熟的设计，它将是人类的第一座太空城市。万人车轮空间城的外形像一个车轮子，直径1800米，“轮胎”直径130米，里面是位置交错排列、相互隔开的6个居民区和农业区。
车轮绕轴旋转，每分钟转1圈。这是为了在太空城制造“人工重力”，使人在那里不会四处飘浮，感觉像在地球上一样。太空城外有一面大镜子和若干小镜子，调整这些镜子的方位可以使居住区有日、夜之分，使农业区有所需的阳光和温度。居住区内有各种各样的建筑物，作为住宅、商店、医院、学校等使用；农业区种植作物，饲养禽畜。城里交通四通八达……
那么，城市的空气、水和食物从哪里来呢？初期当然都来自地球，随着技术进步，将来还可以从小行星上得到大量的氢作为能源。
其实，最大的问题是，人类要在太空城永久居住下去，就必须形成自己的一个闭式循环的生态系统。这方面的实验正在紧张地进行。
在宇宙空间建设人类社会绝非幻想，21世纪就要成为现实，人类的子孙将告别亲人、告别地球，奔赴空间工地，他们是空间城市的建设者，也将是第一批太空移民。这将是名副其实的新人类！
月球交通车
多少年来，人们一直在梦想开发月球。现在，人类正在积极研制各种适合于月球上使用的交通车，以便加强对月球的探索。
美国在这方面走在世界的前列，已成功研制出月球摩托车、火箭车、双座多用途高性能车、月球拖挂车、月球轨道巴士、月球客货两用车、中型月球探险车等。
月球摩托车是一种轻便的单座月球车，共有3个轮子，轮胎为网眼式，由燃料电池驱动，只能载一名乘员。车子全长两米多，在地球上重78千克。因车子是暴露式的，所以驾驶员需穿宇宙服。这种车可供月球上各设施间的往返以及检修太阳能电站时乘用。
火箭车也是单座车，它是靠火箭喷射驱动的。火箭车没有轮胎，只能做跳跃式前进。它被用于两地间的快速移动及返往月球和月球的轨道空间站。
双座多用途高性能车，它与“阿波罗号”用的登月车外形极其相似，有4个轮子，轮胎也是网眼式的，以电池为动力，能够连续行驶80千米。
月球拖挂车，它由集装箱台车和牵引车两部分构成，专门用于运送物资。它以太阳能电池作动力电源，只要有太阳光就能连续行驶，也可以同时使用燃料电池。
月球轨道巴士，也叫滑动着陆舱，它一旦离开月球的运行轨道，就会以低角度进入月面，以每小时500千米的速度、像雪橇一样滑行着陆，大约2分钟以后才能停止。
月球客货两用车，可载乘员好几名，还可载货500千克，并且能连续行驶近200千米。它的车体是封闭式的，采用两条铝网硅胶履带，能用来在月球各设施间运送没穿宇宙服的人员和小动物，也可用于月球探险。
中型月球探险车上装有高性能的聚光灯、高灵敏度的通信测位天线、监视摄像机和探测雷达，即使在夜间也能行驶。它的车胎为轮胎式，在必要的时候也可以充当临时月球站。
这些月球交通车都肩负着人类赋予的特殊使命，在月球上工作、探险，我们相信，随着高新技术日益发展，它们将发挥越来越大的作用。
光子火箭
为了提高火箭在宇宙航行中的飞行速度，科学家一直在寻找新的能源。1953年，一位德国科学家提出了光子火箭的设想。光子，就是构成光的粒子。当它从火箭的尾部喷出来的时候，就具有光的速度，每秒可以达到30万千米。如果用光子来作为火箭的推力，我们到达太阳的近邻——比邻星就只要4～5年的时间，那有多好！
可是，光子火箭的设想还只是停留在理论上，制造它的困难在于它的结构。
我们已经知道，原子是物质化学变化中最小的微粒，原子又是由带正电的原子核和围绕原子核运动的带负电的电子组成的。原子核由带正电的质子和不带电的中子组成。质子、中子和电子还可以分成许多微小的粒子，如中微子、介子、超子等等。
科学家还发现，宇宙中还存在着和这些粒子对应的、电荷相等而符号相反的粒子，如带正电的“反电子”、带负电的“反质子”等，这些粒子被称为“反粒子”。科学家预言，在宇宙空间还存在着“反粒子”组成的“反物质”，当粒子与“反粒子”、物质和“反物质”相遇的时候，就会发生湮灭，同时就会产生大得惊人的能量：500克的粒子和500克的“反粒子”湮灭，所产生的能量就相当于1000千克铀核反应时释放的能量。
如果我们把宇宙中存在的丰富的氢收集起来，让它和其“反物质”在火箭发动机内湮灭，产生光子流，从喷管中喷出，从而推动火箭，这种火箭就是“光子火箭”，它将达到光的速度，以30万千米／秒的速度前进。
虽然湮灭得到的能量十分诱人，科学家在实验室里，也已获得了各种“反粒子”，如“反氢”、“反氚”和“反氦”。但是，它们瞬息即逝，无影无踪。按目前的科学技术水平，不可能将它们贮存起来，更难以用于推动火箭的飞行。
然而，科学家还是乐观地认为，光子火箭的理想一定会实现。他们设想，在未来的光子火箭里，最前面的是航天员工作和生活的座舱，中间是粒子和“反粒子”的贮存舱，最后面是一面巨大的凹面反射镜。粒子和“反粒子”在凹面镜的焦点处相遇湮灭，将全部的能量转换成光能，产生光子流。凹面镜反射光子流，推动火箭前进。
当然，在这样的光子火箭里，航天员的座舱必须有防辐射保护。否则，航天员的生命就会受到伤害。
空天飞机
空天飞机是一种正在研究的飞行器，它的全称叫航空航天飞机。顾名思义，它既可航空，在大气里飞行；又可航天，在太空中飞行，是航空技术与航天技术高度结合的飞行器。
美国在1981年研制成功了航天飞机，成为航天发展史上的一个重要里程碑。但是，航天飞机仍存在着许多不足，主要是维护复杂、费用昂贵和故障经常发生等。而空天飞机与航天飞机相比，则更多地具有飞机的优点。它的地面设施简单，维护使用方便，操作费用低，在普通的大型机场上就能水平起飞和降落，就连它的外形也酷似大型客机。它以液氢为燃料，在大气层内飞行时，充分利用大气中的氧气。加之它可以上万次地重复使用，真正实现了高效能和低费用。
研制空天飞机最大的关键技术是动力装置。它的动力装置必须能在极广的范围内工作，即从起飞时速度为零，到进入太空轨道时的超高速度范围内都能正常运行。这就要求它的动力装置具有两种功能：一是火箭发动机的功能，用于大气层外的推进；另一就是吸气式发动机的功能，用于大气层内的推进。吸气式发动机工作时，利用冲压作用对空气进行压缩液化，为其提供液氧燃料。
可以预料，空天飞机一旦研制成功，航天飞机将会被它完全代替，而地球上任何两个城市间的飞行时间都不会超过2小时，你说这有多快呀！
人类第一颗人造地球卫星
研制人造地球卫星的思想由来已久。早在1687年牛顿就在《自然哲学的数学原理》中谈到有可能以极大的初速度抛出一个永远绕地球旋转的物体，这就是人造卫星的基本思想。19世纪的太空科幻小说和20世纪初航天先驱者的著作都对人造卫星作出了预言。德国的V—2导弹技术和战后远程乃至洲际弹道导弹的发展，为研制运载火箭和发射人造卫星奠定了坚实的基础。
为了科学研究的需要，第二次世界大战后有许多科学家研究了发射人造卫星的可能性，并建议为了和平目的和开发宇宙的需要研制发射人造地球卫星。1951年举行的第二届国际航空联合会会议又有许多人提出发射人造卫星和太空站的倡议。这些科学家的极力倡导和大量太空飞行著作的预测，不仅引起许多政界人士的关注，更引起了一般公众的极大兴趣。1954年夏，国际无线电科学协会和国际地形学和地球物理联合会通过了在国际地球物理年（1957—1958年）间发射一颗人造卫星的决议。这一决议得到美国和前苏联等国的支持和响应。1956年1月30日前苏联政府正式作出在195—1958年间研制人造地球卫星的决定。
前苏联的第一颗人造卫星计划包括四个组成部分：（1）研制运载火箭；（2）建设发射场；（3）研制卫星本体和星上科学仪器；（4）建立地面测控网。由于前苏联在研制洲际导弹P—7上领先了一步，从而使整个人造卫星计划进展得很快。为了达到第一宇宙速度，对P—7导弹进行了改进，主要是取消了弹头部并调整了各级工作状态。这枚运载火箭定名“卫星”号运载火箭，它的总起飞推力为3900千牛。
人造卫星本体和星上设备是以吉洪拉沃夫为主设计的，卫星代号Cп—1，它的外形是一个铝合金的密封球体，直径0.58米，重83.62千克，卫星周围对称安装四根弹簧鞭状天线，倾斜伸向后方。1957年10月4日晚，“卫星”号运载火箭携带世界上第一颗人造地球卫星在前苏联拜科努尔航天发射场发射成功。它进入了近地点215千米，远地点947千米，轨道倾角65°，周期96.2分的椭圆形轨道。它在地球轨道上共运行了92天，绕地球飞行约1400圈，于1958年1月4日再入大气层时烧毁。这颗人造卫星进行了星内温度、压力试验，大气密度测量和电离层研究，并探测出几百千米高空的空气阻力。1957年10月4日午夜，莫斯科电台向全世界公布了前苏联首颗人造地球卫星巳成功发射进入轨道的消息。塔斯社的报道宣称：“人造地球卫星开辟了星际航行的道路。”不久，世界各地都能通过无线电接受到这颗卫星从天空发射出来的‘的……的’声响。
人造卫星的诞生是人类历史上具有深远意义的大事，它标志着航天时代的开始。美国由于重视不够，加上将人造卫星计划和洲际导弹计划严格分开，大大影响了研制进度。1958年1月31日，“朱诺”1号运载火箭将美国的第一颗卫星“探险者”1号送入轨道，使美国成为第二个进入航天时代的国家。由于人造卫星的巨大科技、政治、军事及经济价值，发展航天技术的国家越来越多。法国、日本、中国、英国、印度、以色列等国也先后利用自行研制的运载火箭成功地发射人造卫星，相继跨入了航天时代。
“长征二号E”捆绑式火箭
中国的“长征二号E”捆绑式火箭（俗称“长二捆”）在成功地发射了3颗澳星和1颗亚星后，在国际国内产生了广泛的影响。在介绍它是怎样发射卫星之前，我们先介绍一下它的发展历程。
“长征二号E”火箭是在高度成功的“长征二号丙”（CZ—2C）运载火箭基础上研制的。在我国长征系列运载火箭中，“长征二号丙”是十分重要的一个型号。自1974年以来，“长征二号丙”已发射了18颗遥感卫星，发长征二号射成功率很高。“长征二号丙”火箭还为我国航天事业带来了很高的国际声望。1986年和1987年，我国曾先后两次用它为法国和德国进行空间微重力实验载荷搭载服务。1992年10月，我国利用“长征二号丙”火箭发射了瑞典的第一颗人造卫星。由于“长征二号丙”的可靠性很高，它成了我国运载火箭系列的基础和核心型号，后来的“长征三号”和“长征四号”都是以它为基础研制的。曾为中国航天带来国际声望的“长征二号E”捆绑式火箭（CZ—2E）也是以它为基础，采用捆绑技术发展而来的。可以说，“长征二号丙”为中国航天事业的发展立下了汗马功劳。
“长征二号E”的研制受80年代后期国际上应用卫星大型化发展趋势的影响，在研制过程中采用了许多新技术，最重要的是在第一级捆绑了四个助推器，从而大大提高了运载能力。其他改进的措施还包括：加长中央芯级箭体，使两级发动机工作时间大大延长；二级发动机采用了大喷管，挖掘了发动机的潜力，使运载能力有了进一步提高；采用了新的推进剂利用系统；研制出直径4.2米，长10.5米的大整流罩，从而可适应不同载荷的要求，还能进行一箭多星发射。完整的“长征二号E”火箭总长50米，起飞重量460吨，起飞推力600吨，近地轨道运载能力达9.2吨。
1990年7月16日，“长征二号E”在西昌卫星发射中心首次发射成功。1992年8月14日和1长征二号（捆）2月21日，两枚“长征二号E”火箭先后发射成功，顺利地将“澳星”B1和B2按合同要求送入预定轨道。这两次发射正值国际航天年，无论是在中国的哪个地方，“长二捆”和澳星都成了人们街谈巷议的热门话题。同时，“长征二号E”的研制成功，在国际上也产生了相当大的影响。1994年8月28日和1995年11月28日，“长征二号E”又发射成功“澳星”B3和“亚洲二号”通信卫星。
“长征二号E”是怎样把大型通信卫星送入轨道的呢？我们知道，不同的卫星有不同的运行轨道。通常可把卫星轨道分成三类，即低轨道、太阳同步轨道和地球静止轨道。通信卫星运行在地球静止轨道上，它是地球赤道上空高度为35860千米的圆形。在这个轨道上运行，它的周期正好是24小时，因此在地面上看它好像是不动的。这对于通信十分有利。国际上现有的运载火箭有的可直接将卫星送到这个轨道上，但采取这种方式也有不少缺点，一是对火箭技术和可靠性要求很高，二是运载能力较低，三是能量消耗较大。另一种方法是用三级火箭先将卫星送入地球同步转移轨道，再由卫星自己的发动机推进进入地球同步轨道。还有一种常用的发射同步通信卫星的方法是采取三个步骤，接力式地把卫星送入静止轨道。“长征二号E”就是采取这一方式。
首先，“长征二号E”垂直发射，两级先后点火将专门研制的通用近地点变轨发动机（简称火箭上面级）连同卫星一道送入高度约200～300千米高的近地轨道。这个轨道只是临时的，所以也称停泊轨道。这时，“长征二号E”火箭的使命也就结束了。在经过调整和测控后，上面级发动机点火，将卫星推到远地点为35860千米的大椭圆轨道上，上面级与卫星分离，这是第二个步骤。最后，当卫星运行到与同步轨道相切的远地点时，卫星上带的发动机（称远地点发动机）点火，进入地球静止轨道。为使卫星真正与地球同步，还须利用卫星上的微小发动机进行较长时间的轨道调整。
洲际导弹
洲际导弹通常是指射程超过8000千米的战略弹道导弹，它都装有威力巨大的核弹头，用大推力多级火箭运载飞向目标。洲际导弹飞行的开始一小段为有动力、有制导的主动段，其余大部分路段是沿着只有地球重力作用的椭圆弹道飞行。历史上研制的洲际导弹弹头的爆炸当量最大可达数千万吨TNT，即相当于上千颗美国投向日本广岛的原子弹的威力。由于射程远达上万千米，洲际导弹一般是垂直起飞后先飞出大气层，再经过漫长的太空飞行，最后再入大气层飞向预定目标。它的最大飞行高度可达上千千米，最大飞行速度可达30000千米/小时（8千米／秒以上）。
洲际导弹的始祖是德国40年代研制成功的V—2弹道导弹，1942年10月3日首次试验成功，其射程约为280千米，可带1吨常规炸药。第二次世界大战结束后，德国的液体火箭和导弹技术对苏、美及其他国家发展火箭及导弹技术作出了重大贡献。由于核武器和远程轰炸机发展水平的差异以及对远程火箭发展前景的不同认识，前苏联和美国对发展洲际导弹采取了不同的策略。前苏联由于远程轰炸机落后于美国，因此为解决核弹头的远程运载问题而大力发展弹道导弹。50年代初，前苏联先后研制成功中程导弹SS-3和SS-4。接着，前苏联利用新发展的大推力液体火箭发动机，大胆采用捆绑技术提高起飞推力，研制出世界上第一枚洲际导弹P—7（西方称SS-6）。P—7洲际导弹为两级结构，长28米，底部最大宽度10.3米，起飞重量267吨，最大起飞推力3900千牛。1957年8月21日，P—7成功进行了首次全程发射试验，射程超过8000千米。洲际导弹的研制成功使前苏联先于美国初步具备了洲际核打击能力。
美国尽管很早就制定了洲际导弹发展规划，但长期的争论极大地影响了它的发展进程。美国政界认为，美国的战略轰炸机和核武器都领先于前苏联，研制洲际导弹并无必要。另一方面，一些军界权威人士认为，以当时的技术水平，弹道导弹的射程不可能超过3000千米，而且这样的导弹根本无法携带吨位很大的核弹头。50年代中期核弹头小型化取得的进展和前苏联发展远程导弹的消息，促使美国改变原策略，开始大力发展洲际导弹。1958年11月28日，美国第一种洲际导弹“阿特拉斯”成功地进行了全程试验，射程达到9960千米。此后美国又研制成功“大力神”Ⅰ和Ⅱ型洲际导弹。其中“大力神”Ⅱ型长31.4米，起飞重量飞50吨，起飞推力195吨。它的射程高达15000千米，可推带2000万吨当量的核弹头。它于1962年3月16日试验成功。
洲际导弹经过了几个阶段的发展。P—7、“阿特拉斯”和“大力神”属于第一代，特点是体积大，重量大，推进剂不可贮存。这类洲际导弹不能处于常备状态，准备时间长，自主性和适应能力低。第二代洲际导弹采用可贮存推进剂，并进而过渡到采用固体推进剂，适应性和机动性较高。随着核弹头的小型化，从潜艇发射的固体潜射导弹应运而生。第二代洲际导弹的特点是生存力强，机动性好。前苏联的SS—9、美国的“民兵”Ⅰ式和“北极星”，法国的M—1都属于第二代洲际导弹。第三代洲际导弹着重解决的是采用集束式和分导式多弹头问题，并且出现小型化、可车载机动发射的单弹头洲际导弹，从而可攻击多目标，突防能力强，威慑力更大，机动性更好。美国的“民兵”Ⅲ式、“和平卫士”式（即MX导弹）和前苏联的SS—18都属于第三代。除洲际导弹外，美国的“海神”式和“北极星”A—3，前苏联的SS-N-8潜射导弹也具备多弹头洲际攻击能力。
洲际导弹是现代武器中威力最大的一种，是现代科学技术的结晶，体现了一国的科学技术水平和国防势力。洲际导弹的存在极大地威胁着人类的安全。从20世纪60年代开始，削减核武器和洲际导弹就成为人类面临的重大课题。冷战的结束使这项工作取得了一些进展，但要达到彻底销毁洲际核导弹的目标还要经过长期艰苦的努力。
中央电视台卫星云图的预报
气象观测预报与国民经济和人们的日常生活息息相关，气象卫星的出现为气象观测提供了革命性的技术手段。气象卫星上装有各种气象遥感器，能够遥感地球及大气层的可见光、红外和微波辐射，能够探测温度、湿度、气压和风速等信息，并将其转换成电信号传递到地面。地面台站将卫星送来的电信号复原，绘制成各种云层、地表和洋面图片，再经进一步处理和计算，即可得出各种气象资料。中央电视台天气预报节目的气象云图就是根据气象卫星发回的气象探测资料绘制的。
中央电视台天气预报的卫星云图有两种，一种是同步轨道气象卫星云图，图像上有各种不同的云系和经纬网络；一种是极轨气象卫星云图，图像上有海洋、云层、高原、沙漠、冰雪、植被和河流。卫星云图还分可见光云图、红外云图、全景云图和区域云图。直接从卫星上接收的云图只是黑白图像。为研究的方便和使观众易于看明白，气象工作者为云图画上国境线、城市标记，并根据光谱原理对云图进行了色彩加工，使之接近人的视觉习惯：绿色表示植被；赭黄色表示陆地；蓝色表示海洋等等。由于大片云系会反射太阳光，气象卫星接收到的各种云系的信号是灰白颜色，因此我们从卫星云图看到的大片降雨云系的色彩是灰白的，而不是浓黑色。
制作卫星云图的工作相当复杂。每天早上值班天气预报员要确定天气预报使用的云图种类。气象中心的人员按需要将接收到的图像进行处理，包括云图定位、拼接处理、投影变换、几何畸变校正、辐射畸变校正、绘制等压线和等温线等。通常每天接收两次极轨气象卫星的图像资料，每次接收到的是相邻三个轨道（每个轨道约横向3000千米宽）气象资料，这些资料经过投影拼接才能得到一张可完全覆盖中国的气象云图。接着还要进行彩色合成及局部放大。另外，每隔半小时还要接收一次同步轨道气象卫星云图，它覆盖约四分之一的地球表面。将这些云图做成动画片形式可生动显示各个云系的变化，据此可对天气系统的趋势作出预测。
1960年4月，美国发射成功第一颗气象卫星“泰罗斯”1号，证明了使用卫星进行气象观测的巨大价值和优越性。气象卫星观测的地域广阔、观测时间长、观测数据汇集迅速，因而能提高气象预报的质量，对长期天气预报更有重要意义。气象卫星所提供的气象资料已被广泛用于日常气象业务、气象科学、大气物理、海洋学和水产学的研究。气象卫星的发展和应用异常迅速。气象卫星逐步由低地球轨道扩展到太阳同步轨道，再进一步发展到同步轨道。极地轨道和同步轨道气象卫星相互补充就可以实现对全球的气象观测。目前全球性的气象卫星观测网大大提高了气象预报的精度和及时性，并能预先预报灾害性天气，为社会发展作出了巨大贡献。
60年代初，中国已对气象卫星技术和大气遥感问题进行了初步探索。从70年代起，中国开始接收国外气象卫星发出的资料，对云图分析、红外和微波遥感以及天气预报进行了大量研究工作。80年代，引进了美国“泰罗斯-N”系列气象卫星单站接收处理系统，1986年10月1日，中国首次在电视中播发了卫星气象云图和气象预报。1988年9月7日和1990年9月3日，中国先后发射成功两颗“风云一号”极轨气象卫星，标志着中国卫星气象工作进入了一个新阶段。“风云一号”的主要遥感设备是两台五通道可见光和红外扫描辐射仪，扫描宽度3000千米，星下点分辨率1.1千米。各通道分别用于拍摄白天云图，昼夜云图，水、冰、雪和植被图像，海洋水色图像，地表、海面温度及图像。星上其他重要设备还有三种图像传输系统和计算机。卫星为1.4×1.4×1.2米的六面体，重900千克，运行轨道高度为901千米，每天绕地球运行14圈。地面系统由北京、广州、乌鲁木齐三个地面资料接收站和设于北京国家卫星气象中心的资料处理中心构成。广州和乌鲁木齐接收的资料通过通信卫星实时传送到中心，北京的资料通过微波传至中心。中心对气象卫星资料进行处理，制成卫星云图，供气象研究和预报使用。在这两颗卫星正常工作期间，中国气象预报工作采用了自己的高质量卫星云图。除使用“风云一号”卫星的云图外，中国通常都是接收和使用美国的“诺阿”极轨气象卫星和日本的“葵花”同步轨道气象卫星的资料。
VSAT——小型卫星通信地球站
VSAT是英文VerySmallApertureTerminal的缩写，意为甚小孔径终端。它是一种用户自备的具有收发功能的小型卫星通信地球站。利用VSAT装置，用户无须通过大型地球中心站的转送就能直接通过卫星实现与世界各地进行数据、话音、图像信息的高速交换。VSAT是80年代通信卫星领域最有意义的成就之一，它对卫星通信的发展将起到巨大的作用。
卫星通信是航天技术应用的最重要领域。自第一颗卫星诞生后不久，美国和前苏联就着手发展通信卫星。1969年，国际通信卫星组织用多颗通信卫星实现向用户提供国内通信以及国际通信服务。通常，两个用户利用卫星进行国际通信基本上都可用如下模式表示：
用户甲→地球中心站甲→卫星→地球中心站乙→用户乙
由于同步通信卫星取得的巨大成功和其显示的优点，人们将这种卫星通信方法看作最理想的通信模式。但是，这种方式存在几大缺点：（1）需要建设大量大型卫星地面站，耗资大；（2）用户使用卫星进行通信必须通过地面站间接进行，通信方式复杂，可靠性低；（3）用户不能直接、灵活地利用卫星资源；（4）远离地面站的边远山区用户和移动用户难以利用卫星进行通信；（5）不利于保密。
随着卫星通信技术、数字技术和计算机技术的发展，一方面由于卫星功率和地面接受灵敏度的不断提高，卫星通信较高频段的开发应用以及卫星天线方向性的改善，使得小型地面接受装置的开发具有了可能性；另一方面，各种通信业务的需要和计算机技术的推广普及，许多用户希望利用卫星电路进行专用、灵活、直接和经济的通信业务服务。可以说，航天技术与通信技术的发展和社会的需要为甚小孔径通信终端（VSAT网）的发展和应用提供了必要性和可能性。1984年，美国首先开始运行VSAT网，很快以其成本低和使用灵活而迅速推广到欧洲、澳洲和亚洲，成为卫星通信的一个全新的发展方向。
与常规的大型地面站通信方式相比，VSAT通信网主要有以下特点：（1）可提供多种业务：如提供数据、话音、视频图像、传真和计算机信息等多种信息的传输；（2）设备投资和使用费用较低，一般可为用户节省40％～60％；（3）具有较大的网络灵活性，网内用户可直接通信；（4）VSAT网的信道误码率较低，比地面站形式低几个数量级；（5）设备和系统的可靠性较高；（6）用户不受地理位置和地面站的限制，使用范围大大扩展；（7）维护简单，易构成广播通信方式；（8）保密性好。由于VSAT通信网具有上述优点，它可在各个领域获得广泛应用，如交互式计算机通信，各种信息数据的发送、接受和交流，银行金融结算，电视会议以及电视教育，商品交易和定货，移动通信、电子邮件、股票交易、自动出纳等等。
随着VSAT通信网的推广和应用，VSAT技术也得到迅速发展。早期VSAT设备的通信天线约在1.2米～1.8米，现已降至0.5米以下。如国际海事卫星组织开发的C标准数据终端，尺寸只有73×214×279毫米，重2.0千克，其锥形天线尺寸为200×190毫米，重仅1.6千克。随着信息编码、调制解调和纠错等新型技术及集成化技术的发展，VSAT正从单纯数据型向数据、语音、文电和图像等信号综合传输的方向发展，从而极大地拓宽了其应用范围。
中国于1988年7月开通VSAT卫星通信网，主站天线为13米，终端用户天线为2.5米，安装在各用户的建筑物上，可为用户提供声码电话、数据传输、彩色图像传输等各种业务，为煤炭部、地震局、民航、铁道部、海关总署和国家计委等单位提供了各种业务服务。
卫星电视网
通信卫星是为人类社会带来利益最大的卫星，它使全世界信息传播方式发生了革命性变化。卫星电视网即是通信卫星的重要应用之一。
卫星电视网即电视卫星系统，它用于转发声音信号和电视图像信号。通常卫星电视网包括轨道和地面两大组成部分。通信卫星或专用电视卫星是在轨部分，它除了包括一般卫星的基本分系统之外，最重要的有效载荷有转发器、通信天线和遥控遥测系统。转发器实际上是一个宽频带收发信机，相当于一个传话简，其任务是接收地面站发射的电视信号（称上行信号），并经放大、变频后再发回地面（称下行信号）。由于上行信号很弱，转发器通常要将上行信号放大20000倍以上，以使地面易于接收。电视卫星系统的地面分系统包括上行站、测控站，以及大量的接收点。上行站的任务是把广播电视中心送来的广播电视信号经调制和放大后发射给卫星，并接收和监测卫星转发下采的信号和测试卫星转发器的通道。上行站除主站外，还设有移动型或车载型上行站，以供外出采访就地转播之用。测控站的任务是对卫星进行跟踪、测轨、遥测及遥控。电视卫星位于35860千米高的静止轨道上，但要实现全球直播，只有一颗卫星不够，通常需要两到三颗卫星接力式地传送电视信号。
对这些基本系统有所了解后，我们就可以通过实例介绍卫星电视网是如何进行全球电视节目直播的。在1996年亚特兰大奥运会比赛期间，在当地电视中心首先将比赛的实况进行录制、编辑，并转成视频信号送往主上行站（卫星地面站），上行站将这些信号调制到微波载波上，再放大后经天线发往位于大西洋上空的通信卫星。这颗卫星上的转发器将信号转送到位于印度洋上空的通信卫星上，再经该卫星转发器放大和变频后，送到北京的卫星地面站。地面站接收卫星的信号并将其放大、解调，还原成视频信号，送到中央电视台，通过发射塔播放出来。这样，我国的观众可以坐在家里收看到奥运会现场比赛的实况了。由于洲际比赛距离遥远，我国通常都要在比赛时间里租用外国的一颗到几颗通信卫星上的转发器。
当今信息时代要求信息的传送更加迅速。这样，不仅轨道上的卫星必须形成一个网络，地面上的发射、接收站点也要形成一个庞大的系统。对于体育比赛、重大政治活动甚至突发事件如战争、自然灾难等，往往通过移动式或车载式转播系统将事件发生的现场情况录制、转换、放大、调制，直接发送到通信卫星上，经一颗或几颗卫星接力式地接收、放大，最后发回地面站，再由地面站送到电视中心，最后经放大、解调、还原后发射出去，或经有线电视系统送到千家万户。
上述卫星电视直播模式从20世纪60年代直到今天仍是最通行的方法。它虽然实现了远距离电视直播，但存在着许多缺点。对于地广人稀、远离电视发射台的广大观众，他们或者收到的信号很差，或者干脆收不到电视信号。移动电视用户也难以接收电视信息服务。另外，通过地面卫星广播电视中心转播的方式会造成可上卫星的电视频道数较少、信号经多次转发失真较大等严重的缺点。为了扩大卫星电视覆盖面甚至达到全国覆盖，大大增加卫星电视频道数，并朝高清晰度电视方向发展，一个可行的解决方案是发展电视直播卫星。其基本思想是用户无须经过地面的接收和发送台站，而直接接收卫星发回的电视信号。
大功率（几百瓦量级）转发器技术的进步以及VSAT技术的成熟，使电视直播卫星投入实用成为可能。电视直播卫星是卫星把电视信号直接送到用户的接收机上，无须经过地面台站的转发，这对于提高接收质量、方便移动用户和边远地区用户都十分有利。美国在1974年发射成功具有大面积天线的ATS—6通信卫星，首次实现了直接电视广播和双向视频通信。80年代中期以后，欧洲和日本也开始发展电视直播卫星和建立直播卫星电视系统。美国还成立了直播卫星公司，同有线电视公司展开竞争。美国直播电视公司和全美卫星广播公司已累计播送了175个频道的电视节目。用户只需使用45厘米天线和小型电子接收装置就可以直接收看卫星发送的新闻、体育、娱乐和信息服务节目。这是卫星电视直播的一次重大飞跃。
GPS（导航星全球定位系统）的工作
导航卫星是为地面、海上、空中和空间用户提供导航定位参数的应用卫星。导航卫星早期主要用于军事用户导航和定位。1959年12月美国首次发射子午仪导航卫星，而后又发射了两颗试验型子午仪卫星，取得了很大成功。1973年12月，美国国防部又制定了一个“导航星全球定位系统”（GPS）计划，目的是弥补子午仪卫星的不足，建立一个供各军种使用的统一的全球军用导航卫星系统，原计划15年完成。该系统由21颗实用卫星和3颗备用卫星组成，采取中高轨道，均匀分布在6个轨道面内，高度约20000千米，倾角63°。21颗卫星分为Ⅰ型和Ⅱ型，前者重460千克，后者重787千克。1978年7月22日，第1颗导航星发射，1993年10月26日，第21颗导航星发射，标志着该系统初步建成。1994年3月6日，第24颗导航星发射入轨，从而使这项历时20年、耗资上百亿美元的导航星全球定位系统全部建设成功。导航星的定位精度在16米以内，测速精度优于0.1米／秒，计时精度优于120毫微秒（300万年误差1秒）。该系统对民用用户开放的通道定位精度较低，一般在100米左右。
定位常常是军用系统和民用系统需要解决的重要问题。飞船和返回式卫星在回收时，需要弄清落点精确位置。舰只在茫茫大海上航行需要知道自己的位置。发射洲际导弹需要时时跟踪它的位置、方向和速度。坦克部队在大沙漠上行动需要知道自己的方位。士兵在丛林中执行任务时要经常确定自己的位置。为保证运钞车的安全，银行也要通过实时确定它的位置和路线进行安全监视。如果知道丢失的车辆所在的地点，就可能迅速找回。导航星全球定位系统可以满足这些不同用户的复杂定位要求。它可为飞机、舰船、坦克、步兵、导弹、低轨卫星和各种民用用户提供全天候、连续、实时、高精度的位置、时间和速度的精确定位信息。
导航卫星定位的原理是时间测距和多普勒测速。导航星同步发出卫星星历表、时钟校正参数、信号延迟参数、卫星状态参数和识别信息等导航信号，用户接收机在某一时刻可同时接收4颗卫星发出的导航信号，接收机计算机根据卫星发送信号时间和电磁波的传播速度，可以算出用户相对于4颗卫星的距离（称伪距离）。以这4颗卫星为中心，以它们相对用户的距离为半径作4个球面，如果4个球面汇于一点，这个点就是用户的位置。否则就用导航星上的时钟校准接收机时钟，重复计算使球面汇于一点。这样用户的三维位置坐标（径度、纬度和高度）就确定了。通常用户在地球的任何位置至少能同时“看到”6颗以上的导航星，从中选出位置最佳的4颗进行连续的实时三维定位和测速。移动用户则根据接收导航信号频率的变化（多普勒频率）来计算自身运动的速度。获得的位置和速度信号在显示器上显示出来。
导航星全球定位系统是被动式导航定位系统，即用户只须接收卫星发出的信号而无须向卫星发射信号，因而接收装置可以做得非常小巧，一般在几千克左右。美国海湾战争中使用的接收机有的只有0.81千克，尺寸仅22×9×5厘米。
导航星全球定位系统不仅为美国三军提供导航服务，而且也已用于民用和移动通信服务。但两种用户严格分开，军用导航采用精确码；民用定位采用粗捕获码，且精度只有100米左右。美国政府1993年许诺，民用用户可以免费使用该系统10年。由于这个原因，90年代后，许多国家有大量公司在开发不同用途的导航星全球定位系统接收装置，应用领域遍及社会经济各个方面，GPS的开发和应用已形成前景十分广阔的技术产业。鉴于GPS系统取得的巨大成功，美国还计划对其进行改进和扩充，计划研制和发射51颗新的导航卫星组成规模更大、应用更加广泛的导航星全球定位系统。
地球资源卫星
地球资源卫星是遥感卫星的一种，是和人类生活联系最密切、在国民经济中应用潜力最大的实用型卫星之一。地球资源卫星进行资源调查的原理是基于这样一个事实：任何物体，不管是有生命的还是无生命的物体，都以它们自身特有的方式发射、吸收和反射电磁波，从而给出不同物体特有的频谱“标记”。矿物的性质和特点不同，电磁波辐射与反射能力和特点也不同。资源卫星上的遥感仪探测到的不同矿物反映在图片资料上的差别是不同的色彩、色调、几何形状、地貌形态、水系特点和植被特点。地面接收到星上遥感器获得的这些标志信息图片后，就可根据以往的经验事实对图片进行地质判读以获得这些信息的真实含义，即识别出遥感图片上的不同资源。由于卫星遥感面积大，速度快，不受地理条件限制，因而能够对广大区域的各种金属或能源矿物进行粗查，大大节省了找矿的时间、成本和物耗。
除矿物资源调查外，地球资源卫星还可用于对农业作物种类、生长状况、收成情况、地质结构、岩石类型、土壤特性、地面含水线、地表水源分布、工业污染程度等进行调查和研究。
地球资源卫星装有各种遥感仪器。这些仪器通常按工作波段分类，包括可见光、红外和微波遥感器，如机械式多谱段扫描仪、电荷耦合器件阵列、返束光导管摄像机和专题绘图仪等；微波遥感器，包括微波辐射计、微波散射计和合成孔径雷达等。
地球资源卫星是经济效益极高的多用途卫星，它有至少40多种以上不相重复的用途。在农业方面能够估计作物的产量、估计土壤含水量、早期预报病虫害、报告森林火灾、调查野生动物、探测渔讯等；在环境监测方面能够调查内陆水资源、监视海岸侵蚀、进行地震和火山探测、进行地理学绘图和地质学研究、开展大气流以及海湾污染调查、监视臭氧层等；在矿物调查方面，能够通过岩石的光谱特征和地形的类型来识别矿物的种类和贮量、对地下能源进行查明和估计贮量、勘察海洋石油资源等。在美国，每年从地球资源卫星中就可获取几十亿美元的收益。自1977年至今，美国总获益高达上千亿美元。据美国农业部估计，地球资源卫星每年给美国农林牧业至少带来30亿美元的收益。前苏联地质学家利用资源卫星的遥感照片，一年内取得经济效益约4000万卢布，寻找石油和天然气方面的经济效益超过1亿卢布。据前苏联估计，向国土资源卫星投资1卢布，就可为国家创造10卢布的收入。从这几个数字中能够看到地球资源卫星对人类经济发展的巨大意义了。
资源卫星还会带来丝毫不亚于经济效益的社会效益，而且过去许多花钱也办不到的事情如详查亚马逊流域资源，现在可以轻易做到。随着社会的进步和人类意识境界的提高，地球资源卫星的社会效益正日益为人们所重视。将来，地球资源卫星的作用对人类的生存和生活质量的影响可能会更大。
发展载人空间站的意义
借助各种人造卫星和载人空间站进行太空科学技术探索活动，无非是为了有效利用空间资源。目前的空间资源概念主要有如下含义：
空间高远位置资源，即站的高便看得远；
空间高真空资源，在太空大气密度几乎为零；
空间微重力资源，高速飞行的航天器的离心力抵消了地球引力，因而微重力环境极佳；
空间太阳能资源，在太空中太阳能密度更大。
这些资源在地面要么根本没有或很难实现，要么不能有效利用。充分有效地利用太空资源是航天技术发展的基本目的。
为什么要研制和发射载人空间站呢？空间站的出现是航天技术应用化发展以及越来越强调航天活动的效益所促成的。研究表明，在高真空和微重力环境下，可以生产高纯度、高均匀度、大尺寸的半导体晶体材料；可以合成地面上无法合成的合金，如金属塑料合金；可以大量生产地面上很难或根本无法生产的特效药；可以加工出近乎纯圆的金属球体；可生产特种生物制品；能够长时间、大面积进行对地观测和天文观测；能够进行各种新技术的开发；可以进行大型空间结构的安装。从应用角度特别是长期效益上看，人造卫星和载人宇宙飞船都有其不足。人造卫星太小，装载的仪器设备有限，而且没有人照料，无法完成复杂的科学技术活动；载人飞船虽比卫星大得多，但对于空间加工等任务来说还嫌不够，而且它的飞行时间很短（一般小于14天），因而不能适应时间较长的观测与实验工作。人造卫星和载人飞船的不足迫切需要有载人空间站来完成这类空间科学技术任务。另外，载人空间站还可以更好地执行如侦察、预警、导航、通信等多种军事任务。
前苏联在上世纪60年代末把载人空间站作为未来航天计划发展的核心和一项国策，并取得了惊人的成就，先后共发射成功三代8艘空间站。第一代是从“礼炮”1号到5号，第二代是“礼炮”6号和7号，第三代是“和平”号空间站。逐步改进的“联盟”号载人飞船和后来新研制的“进步”号货运飞船成了连接地面与空间站、往来运送宇航员和仪器货物的工具。“礼炮”系列空间站第一个是“礼炮”1号，1971年4月19日发射入轨。第一代5艘“礼炮”号带有试验性质，但也取得了一些科学技术成果。第二代“礼炮”6号和7号两座空间站进一步提高了安全性和可靠性，实验和研究内容有所增加，寿命也大大延长。它们带有两个对接窗口，一个用于“联盟”号飞船，另一个用于“进步”号货运飞船。
“礼炮”6号和7号分别于1977年9月29日和1982年4月19日发射入轨。“礼炮”6号运行期间，共有33名宇航员进站工作，载人总时间为678天。“礼炮”7号则共接待了10批27名宇航员进站工作。宇航员基茨姆、索洛维耶夫和阿特科夫创造了连续太空飞行时间237天新纪录。宇航员共进行了涉及各个方面的120多项实验，拍摄了1万张地球和天空照片，完成了大量科学观测、地球资源观测、人体医学研究和技术实验。其他具有重要应用意义的工作是进行了大量半导体、晶体生长实验和金属冶炼实验。
第三代“和平”号空间站的核心舱总长13.13米，最大直径4.2米，总重量20.4吨。它带有6个对接口，除用于飞船对接外，还计划对接5个大型专业研究舱。1986年2月20日凌晨，一枚三级“质子”号运载火箭将“和平”号空间站核心舱发射升空。在各批宇航员进站工作的同时，专业舱的发射和与核心舱的组装工作也在同时进行。
1986年4月到1996年4月，5个专业舱先后发射并与在轨的核心舱对接，标志着“和平”号空间站最终建成。在“和平”号运行的10年（截止96年2月20日）中，共对接各种航天器78艘，有56人登上空间站。宇航员不断刷新连续太空飞行时间新纪录：1987年罗曼年科创造“礼炮”7号太空站了326天的纪录，接着又提高到366天，1995年宇航员波利亚科夫一跃又将纪录提高到437天15小时。“和平”号空间站在轨运行的10年可谓成果辉煌：研究了在太空使用的药物处方、宇航员体力恢复方法、蛋白质晶体生长、高效蛋白质精制、特殊细胞分离、特种药品制备等，进行了各种材料实验和半导体、合金制备，发现了大量稀有金属矿藏和上百个油脉，开发了大量空间新技术，进行了大量天文观测。
美国利用阿波罗计划的成果和硬件，包括运载火箭和推进剂贮箱，研制了美国惟一一座空间站——“天空实验室”。1973年5月14日，一枚两级的“土星”5运载火箭在肯尼迪航天中心点火发射，将“天空实验室”送入轨道。“天空实验室”在轨工作期间，共接纳了三批9名宇航员。他们首先成功地对太阳电池板等故障进行了修理。他们完成的工作和取得的成就有：对地球进行了长期的观测、研究和拍照；对太阳进行了有史以来最直接、最系统的观测，包括记录到一次耀斑爆发的全过程。此外还进行了植物生长实验、医学实验、晶体生长实验、半导体掺杂实验，得到了长达2厘米的晶体，比预期的长6倍；制造了全新的金锗化合物。
由于建造大型空间站耗资惊人，上世纪90年代美、俄、欧、日、加等国决定联合研制“阿尔法”国际空间站。“阿尔法”空间站于2002年最终建成，采用的运载工具是俄罗斯的火箭和美国的航天飞机。空间科学和应用跃上了新的台阶，空间加工和产品生产进入了产业化，空间站的经济效益和科技价值更充分地显现出来。作为建造“阿尔法”空间站的序幕，美国航天飞机与和平号空间站进行了7次对接和联合飞行，以进行各种实验和技术准备工作。1995年6月29日至7月4日，“亚特兰蒂斯”号航天飞机与“和平”号空间站成功进行了首次对接和联合飞行，产生了强烈反响。
美国的航天飞机
航天飞机是一种像火箭一样垂直发射入轨，再入大气层后像普通飞机一样水平着陆的天地往返运输系统。它具有许多运载火箭和其他航天器所不具备的特点和功能。航天飞机的研制是航天技术向纵深发展的需要促成的。70年代以前，航天技术已取得了惊人进展，但存在的问题和不足也是十分明显的。例如，运载火箭和载人飞船都是一次性使用的，这使得航天发射的成本很高，代价很大；各种应用卫星都是高技术的产物，研制发展费用昂贵，郊果因没有进入轨道或因故障而不能投入使用，损失也是巨大的；载人航天最重要的是安全，如果飞船发生故障，势必威胁着宇航员的生命财产。60年代的研究表明，研制可重复使用酌航天飞机是解决这些问题的有效途径之一。
首次载人登月成功之后，乘阿波罗计划的东风，美国宇航局提出了雄心勃勃的未来航天计划，其核心目标是载人登上火星。但这个计划受到尼克松政府的断然否决。在这种情况下，宇航局又提出了航天飞机计划，它实际上是载人火星飞行计划的一个小项目。为了获得批准，宇航局非常乐观地描述了航天飞机的价值，包括经济价值和国防价值：（1）作为由宇航局和国防部联合使用的航天运输工具，能取代现有的12种不同的运载火箭；（2）当地球或空间出现有关国家安全的严重事件时，可用航天飞机迅速查明情况；（3）能迅速回收或更换与国家安全密切有关的失效或失误的航天器；（4）能捕捉、使其失效或摧毁不友好的航天器；（5）能回收或在轨修理出现故障的卫星；（6）能迅速救援处于困境或生病的宇航员，使他们摆脱困境。除了这些以往航天器不具备的能力外，宇航局还许诺说，利用航天飞机发射有效载荷入轨的成本只有一次性运载火箭的十分之一。
经过宇航局频繁游说，先后说服了国防部和预算委员会，最后也打动了尼克松总统。1972年，尼克松批准了航天飞机计划。美国国会在批准这项预算时，要求航天飞机的发展费用不得超过50亿美元。
航天飞机设计方案经过了很长时间才得以确定。它由最初的完全可重复使用的两极方案变成三位一体方案：一架轨道器（航天飞机）背驮了一只巨大的一次性使用的推进剂外贮箱，外贮箱的两侧各有一枚大型固体助推器。这种布局降低了总研制费。但由于外贮箱不能重复使用，从而提高了发射成本。航天飞机系统的尺寸为：轨道器长27.21米，翼展23.79米，机高17.39米。它的中部有一个长18.3米，直径4.6米的载荷舱。外贮箱长47.1米，直径8.38米，两枚固体助推器长45.5米，直径3.7米。为了实现“普通人也能坐航天飞机”的设想，航天飞机在起飞过程中的最大过载限制在3g以下，在返回时的过载限制在1.5g以内。航天飞机在研制过程中，解决了一系列高难度的技术问题，包括研制可重复使用的高性能液氢液氧发动机、大推力可重复使用的固体助推器、可重复使用的防热瓦等。
第一架供设计验证和滑翔试验用的航天飞机轨道器“企业”号于1976年9月17日交付。1979年3月24日，首架用于轨道飞行的“哥伦比亚”号完成了装配，并空运到肯尼迪航天中心。1981，年4月12日，正值加加林首次进入太空20周年纪念日，“哥伦比亚”号发射升空。担任首次飞行任务的是约翰·杨和罗伯特·克里平，主要目的是验证轨道器轨道飞行能力、稳定与操纵特性、再入与着陆特性，同时还在轨试验了后货舱门的开闭特性以及机上惯性基准的建立。航天飞机的首次飞行从当地时间4月12日上午7时开始，到14日东部时间13时20分结束，历时54小时23分，绕地球36圈，最后在加利福尼亚州爱德华兹空军基地安全降落。大约有100万人从世界各地赶到卡纳维拉尔角观看了这次发射，其中包括英国女王伊丽莎白二世、首次登月的阿姆斯特朗等。美国电视台现场直播了这次发射，因此全球大约有5亿多人观看了当时发射的盛况。
美国航天飞机经过试验和投入使用后，证明了它在技术上是成功的，能够执行以往航天器和火箭不能完成的任务，如在轨回收、修理和发射卫星，实现了部分可重复使用等。但它的发射成本极高，甚至大大超过了运载火箭。“挑战者”号失事后，航天飞机不再承担民用载荷发射任务，只用于空间科学实验或发射大型军用载荷和深空探测器。截止1996年10月，美国航天飞机已飞行了79次。
空间天文学已取得的成就
航天技术促使空间天文学的诞生，使天文观测发生了革命。空间天文学就是利用轨道上的多用或专用天文卫星或发射星际探测器，进行天文观测研究。这样会带来许多优点：不受大气层影响，观测仪器接收到的恒星光或行星反射光更强、光谱更宽，从而可以“看”得更清楚、更远；不受地面人造光、风雨阴晴和黑天的干扰，可观测的时间更长；可以就近或登陆进行行星探测。
对太阳的观测和研究工作开展得最早。上世纪60年代前苏联和美国都研制和发射了专门探测太阳的卫星和探测器。上世纪70年代国际合作进行太阳探测达到高潮。上世纪80年代末美国和西欧合作，开创了一项立体研究太阳的“尤利西斯太阳探测计划”，取得了巨大成就。月球探测也进行的相当充分。前苏联于1959年1月2日发射了“月球”1号探测器。9月26日发射的“月球”2号成为第一个击中月球的人造物体。而10月4日发射的“月球”3号则第一次观察到月球神秘的背面。1964年7月28日美国发射的“徘徊者”7号到达月球表面，发回了4300张清晰的月面照片。尔后美国又发射了“徘徊者”8号和9号探测器，也取得了高度成功。前苏联于1966年1月31日发射的“月球”9号终于实现在月面上软着陆。3月31日发射的“月球”10号则成为第一颗人造月球卫星，对月球及周围环境进行了长时间的观测，获得了大量宝贵的科学资料。
近地行星包括金星、火星和水星。美国1962年发射的“水手”2号发现金星没有磁场和辐射带。1965年11月16日，前苏联发射“金星”3号探测器并于1966年3月1日首次击中金星，成为第一个到达另一个行星的人造物体。1967年1月12日，前苏联发射的“金星”4号探测器取得极大成功。它在距金星45000千米的地方释放了一个下降舱，它发回了距离金星表面只有25千米高时的探测数据。前苏联于1970年8月17日发射的“金星”7号探测器成功地于12月15日首次实现在金星表面软着陆。它第一次获得了金星表面的数据：温度为475℃，压力为75～105个大气压。美国发射的“麦哲伦”号金星探测器于1990年对金星表面进行了详细的测绘，测绘之细致甚至超过了地球。
对火星的探测活动始于上世纪60年代前期，至上世纪70年代时达到了高峰。1971年，美苏共发射了5个大型火星探测器。美国“水手”9号成为第一颗人造火星卫星。这个探测器获得了大量关于火星的资料，发回了7000多张火星和其卫星的照片。美国于1975年8～9月发射了两个“海盗”号火星探测器，实现了在火星表面的软着陆。它们发回了不少探测数据和照片。各种观测资料表明，火星上不存在任何生命，也不具有生命发育和生长的基本条件。在上世纪80年代末新一轮行星探测中，火星是最主要的探索目标。1988年前苏联发射了两个火星探测器：“火卫一”1号和“火卫一”2号。美国于1992年发射了“火星观测者”探测器，开始了火星探测计划三部曲的第一步。1996年俄罗斯发射了“火星96”探测器。遗憾的是这几个探测器都在飞行过程中因故障丢失、失去联系或坠回地球了。1996年12月，美国向火星发射了“火星探路者”飞船。该飞船在抵达火星后将对火星进行全面的拍摄。美国航空航天局还计划于2010年实现载人飞船登陆火星的计划。
美国于1973年发射的“水手”10号也许是惟一一个水星探测器。它于1974年3月29日接近水星，对它进行了就近观测。尔后，它又两次探测了水星。由于水星离太阳最近，它的表面环境十分恶劣，上面的温度最高可达510℃，而被日面却低到-210℃。
就近观测几大外行星如木星、土星、海王星、天王星和冥王星要比近地行星困难得多。1972年3月3日，美国发射了第一个外行星使者：“先驱者”10号探测器。1973年4月6日又发射子“先驱者”11号探测器。它们都就近考察了木星和土星。1977年8月20日和9月5日，“旅行者”2号和“旅行者”1号探测器先后发射。“旅行者”1号后来居上，于1979年和1980年就近探测了木星和土星。“旅行者”2号探测器于1979年掠过木星，1981年8月20日靠近土星。它们拍下了许多非常完美的木星大气和旋涡照片。“旅行者”1号和2号探测器获得了许多新发现：木星有厚约30千米、宽度约5800千米的光环；它有长达30000千米的极光，波及到土星磁场的范围；它共有16颗卫星；木星的卫星木卫一有8座喷发的火山；土星有光环数以千计，可谓环中有环；它有兆瓦级能量的强磁场、极强的射电辐射、多达18颗卫星等等。
1989年10月18日，美国航天飞机发射了先进的“伽利略”号木星探测器。它经过6年的漫长旅行于1995年12月7日进入木星轨道。在此之前释放的再入探测器于12月8日以每小时18万千米（50千米／秒）的速度冲入木星大气。这是第一个进入木星的人造物，它发回了最新的探测数据。轨道器分离后，将在木星及其卫星的作用下，交错穿插其间。这期间，它将绕木星运行11圈，对木星及其卫星进行为期两年的全面考察。
1986年1月，“旅行者”2号就近观察了天王星，发现天王星拥有15颗卫星。1989年8月25日，它逼近太阳系第八颗行星海王星，发现海王星有5条光环，还新发现了海王星的6颗卫星。“旅行者”2号探测器对海王星的卫星“海卫一”的考察更令科学家们激动不已：“海卫一”比过去所想像的更亮、更小、更冷，是太阳系中晕冷的一个天体，温度只有-240℃，上面有冰火山，曾喷发过甲烷等冰类物质。
对宇宙的观测研究进行得也相当广泛。各国在过去的年月里，已经发射了不少专用或多功能兼用的宇宙探测卫星和宇宙探测器。探测对象包括宇宙星系、各种射电源、类星体、新星和超新星、黑洞、星际分子、宇宙背景辐射等。在众多的宇宙观测研究和发射的探测器当中，影响最大，人们寄希望最大的是美国的“哈勃”太空望远镜计划和宇宙背景辐射探测器计划。由于航天飞机计划受挫造成的影响，这些计划直到90年代初才得以实施。宇宙背景辐射探测器和修理后的“哈勃”太空望远镜获得了一系列重大发现，包括确认黑洞的存在以及为宇宙大爆炸学说提供了新的证据。今后，通过对中子星、脉冲星、类星体和黑洞的观测，这两个空间天文台将能够更全面深入地研究宇宙起源、结构、组成和演化等难题。
未来航天技术面临的挑战
航天技术经过四五十年的发展，已进入全面收益阶段。目前，应用卫星在不断完善和扩大应用的范围；军用卫星在不断地更新换代；天文卫星和星际探测器在不断地发回有关宇宙的新信息；载人航天飞行在有条不紊地进行着；航天飞机和宇宙飞船经常性地往来于天地之间；国际“阿尔法”空间站已经建造……在更加遥远的将来，航天技术将朝着哪些方向发展，航天技术的未来将面临哪些挑战呢？
无论进行何种选择，航天技术的发展必须以解决人类面临的问题、造福于人类和增进人类知识财富三大目的为本。当前，人类面临着数不清的问题，工业化的发展使这些问题变得日益严重。航天时代以来，人们提出了种种解决上述问题的途径。有些也许可以作为航天未来发展的方向。
人口、生态和环境是当今世界的热点问题。1969年，美国物理学家奥尼尔提出了太空城和太空移民的设想。他认为，解决上述问题的最好的办法是在太空中建造一个个太空城，逐步把人类移居到地球周围的太空城中。太空城内建有一种适于植物生长的自然环境，上面有百草、树木、河流和湖泊。除了这些人工自然环境外，太空城内还有道路、居住区、娱乐区、商业区、工作区等等。人类移居太空后，让地球长时间按着自然力的作用进行重新改造，恢复过去的生机和良好的生态环境。经过几百年后，地球会在没有人类干预的情况下，轻装上阵，变得更加生机勃勃、动物成群、绿树成荫、风调雨顺、风和日丽、万象更新。如果有必要，人类还可以重返地球。
作为太空移民概念的扩大，20世纪70～80年代出现了大量建立月球基地甚至改造火星的设想。美国宇航局科学家于1991年7月8日就提出了这样一个设想。他们就改造火星的进程制定了大致的时间表：在完成初步探测后，到公元2014年，人类先遣队将率先登上火星。他们先进行考察工作，初步开辟赤道地区。再过15年后，1万名专家将登上火星。他们架起太阳光反射器、开办核化工厂、建立核电站煅烧火星矿石和乱石。这些工作都是为了大量产生二氧化碳，创造人工温室效应，使火星表面气温逐渐升高。
大约到2080年，火星的平均气温将达到-15℃，这时，天空将会出现云层；赤道附近的冻原植物也开始放出氧气；两极地区的冰和干冰开始融化。渐渐地，大气层变得更加浓厚、河流和湖泊慢慢形成，植物生长更加旺盛，氧气量更加充足。这个过程不断向良性方向发展：低等动物和植物越来越多，氧气越来越丰富，温度越来越高，涓涓细流汇成大海。到2130年，火星温度将升至10℃以上；大约到2170年，巨大的植物系统将足以使大气富含氧气。这时，火星上看到的景象是：蓝蓝的天空、碧绿的原野、清清的河流、茂密的森林，一切都是那么生机勃勃。到那时，人类终于把比萨哈拉大沙漠还恶劣百倍的火星改造成了第二个地球。
为解决能源问题，科学家们提出了卫星太阳能电站设想。20世纪70年代美国有多家公司深入研究了卫星电站问题。波音公司在太阳能卫星电站上所做的工作最多，也最细致。该公司设想的电站有两种形式：一是光电转换方案，另一种是勃莱顿热循环方案。每一种方案都以发出电力10GW的电功率为目标。第一种方案又包括使用硅光电池和砷化镓光电池两类。第二种方案同地面上的汽轮发电机很相似，它依靠巨大的空腔式吸热器吸收太阳辐射，吸收的热量使循环器中的液氦气化并达到上千度高温。氦气膨胀时，通过上部的涡轮并驱动其高速旋转。回流经冷却器进入压缩机。涡轮驱动压缩机和发电机，可产生10000伏交流电输出，经变压器升至33万伏后再以微波形式发送回地面。
在美国，还有科学家和有关部门研究在月球表面建设太阳能电站的问题。研究表明，在月球表面可以建造2万个太阳能电站，发电功率在2万GW以上，每年产生收益15万亿美元。这个数字相当于世界总产值的60％。它虽然初期投资很大，但以后运营成本及维护成本都很低，因此具有十分广阔的发展前景。
太空工业化是航天未来发展的又一大主题。太空工业化的含义十分宽泛，可以从太空加工、生产、制药、冶炼等扩展到太空信息产业、太空旅游业和太空能源，更远期的太空工业化还包括月球和行星资源开发。许多专家指出，太空工业化初级阶段完全可能在医药、光学玻璃、电子器件、磁性材料、工业工具、新型材料以及加工工艺等方面导致新的工业革命。
在太空环境中，微重力和超真空提供了制造纯度极高、均匀性极好的大块半导体晶体的可能性；能够大量生产应力均匀、纯度高、性能极好的光导纤维和玻璃材料；可以生产高性能合金、磁性材料以及金属泡沫等新材料。许多科学家十分看好在太空生产生物制品和特种药物。生物制品商业化的三大应用领域是：生物分子结晶、生物分离和培养活细胞。特种药物生产前景也十分广阔，目前许多昂贵、且无法大量生产的特效药可望在太空大量生产，经济和社会效益非常明显。材料、加工和生物医药制品的收益保守的估计可达数千亿美元。如果包括太空信息服务、太空旅游、太空能源在内，未来15年太空工业化的总收益将超过10000亿美元。
从上面的描述可以看出，航天技术的未来发展前景十分广阔，对人类社会的影响也将更加深远，但面临的挑战也将是巨大的。技术上，要解决大量载荷的低成本发射问题，大型空间结构的组装问题，材料、药品和其他产品的工业化生产问题等等。从目前的状况看，太空城、太空移民、月球基地和改造火星所需要的基本技术人类已经具备，太空生产、加工的可行性已经得到实验验证。目前全世界航天年潜在发射能力可达上万吨，大型空间构件的组装已不存在很大困难。因此从技术角度上讲，太空工业化的目标并不遥远。显然，巨额资金需求将制约着未来航天技术的发展进程，但实现太空工业化等目标的最大挑战或许来自于人类的价值观和人类的合作精神。
浮空器——人类跨入太空的跳板
一艘巨大的圆形热空气飞艇高高地飘浮在地球上空。利用太阳能，它能停留在高空，还能作机动飞行，甚至通过微波直接把能量传到地面上来。它宽1.6公里左右，能在26公里高的同温层里停留不动。
上述浮空器是富兰克林研究中心的奥克里斯和索勃曼设想的。他们估计，这台太阳能同温层平台就能产生1000兆瓦电力，其中至少有100兆瓦电力能够到达地面上的微波接收站以供使用。
这个太阳能同温层平台还能进行天气观测，并能把大多数天文设备带出阻挡视线的大气层。先进的空间研究项目也可以把它作为发射台从这里把硬件用传统的火箭发射到轨道中去。太阳能同温层平台可以载人，也可不载人，如果载人，乘员则生活在球体内部的密封生活区内，需要获得供给品时把浮空器降低到普通飞艇可以到达的高度即可。
太阳能同温层平台的结构是半刚性的，球形的外壳内外都有一层塑料薄膜，球壳的下面一半镀以金属。这个浮空器的直径可小到200米左右。强烈的太阳光将会把球内空气加热到26℃，而球外面的空气温却只有-40℃，内外温差很大。于是平台就上升，悬浮在地球上某个地点的上空而不需要消耗燃料——这对普通飞机来说是不可能的，灵巧的人造卫星能够做到这一点，但必须先把它们用动力推进到极高的轨道之中，才有可能。
这个浮空器的上半球能采得太阳光的热量，又能防止红外辐射逃逸，以免热量分散。球体里面有一个抛物面反射器，把太阳光的辐射能聚焦到一台锅炉发电机组。这台装置每天工作8小时，每天输出电力6000兆瓦小时。晚上，球体转动180度，使镀有金属的半个球朝上，防止内部的热量辐射到太空中去。太阳能同温层平台以压缩氢或压缩氧的形式利用白天贮存的能量。
太阳能同温层平台利用以氢为燃料的推进器，能以每小时高达48公里的速度作机动飞行。艇上人员的生活供应系统比绕轨道飞行的航天器所需要的来得简单，因为氧气可以从同温层浓缩取得。乘员不必穿笨重的宇航服，只需穿带降落伞的高空服就行了。
未来的航天母舰
太空是除大陆、海洋、大气层之外的人类第四生存环境。几十年来，为了开发太空的高远位置、微重力、高真空、高净洁、太阳能等宝贵资源，全世界已发射了几千个航天器，其中绝大多数是卫星。然而，卫星或航天器也暴露出许多靠其自身能力难以解决的问题，影响了它的进一步应用。
例如，卫星及其有效载荷的重量和体积，受到运载火箭的运载能力和它上面卫星整流罩尺寸的限制。20世纪90年代，火箭的运载能力也只能达到近地轨道15～25吨，地球同步轨道2～5吨，而整流罩最大只能装下直径4～5米，高10米以内的卫星。所以，卫星能装载单一、小型的有效载荷，专用于某一目的，如通信卫星、气象卫星等。使用卫星开发太空成本高、应用范围窄。
此外，卫星是一种无对接系统的航天器，一旦上天，无法对其加注燃料、修换部件，所以卫星寿命一般只有几年。
为解决这些问题，20世纪70年代中期美国科学家提出了空间平台的方案设想。
空间平台是一种能同时装载、运行多种有效载荷（即多种卫星上的仪器设备），并以“资源共享”的方式为它们集中提供所需的公共设施（如电源、数据、通信等）和能接受在轨服务的大型空间结构物。
空间平台一般采用太空组装的建造方式，即把平台的构件分批送上太空，然后装配、调试、运行。因而其重量和尺寸可以不受限制。美国麦道公司正在研制的“高级科学与应用平台”将能容纳15米×30米的大型向外展开式红外望远镜和直径为100米的大气引力波天线。
由于空间平台重量尺寸不受限制，其上可同时运行多种有效载荷。这意味着发射一个空间平台就等于发射数颗卫星。这样不仅降低了费用，缓解了空间轨道的拥挤，而且使多种有效载荷的同步工作及多学科相关职能工作的开展成为可能。
在空间平台上装有对接系统，可接受航天飞机、宇宙飞船及轨道间飞行器等在轨服务。此外，在空间平台上还可以建造空间工厂。
空间平台与空间站，均可同时运行多种载荷，都可在轨接受服务，此外，在空间平台上可以建造空间工厂。
空间平台与空间站，它们的本质区别在于空间站长期能载人，而空间平台是一种仅能受人短期照料的无人航天器。因此，空间平台没有由人带来的干扰、污染、费用高等问题，适合完成精度高、无污染、微重力非常小和有危险的飞行任务。而空间站上，人可随机应变，组装空间平台等大型航天器和大型有效载荷。
现在，还有一种方案是使空间平台和空间站用共轨方式或导轨方式组成一个系统，这样二者可取长补短相得益彰。美国将发射的空间站系统就是采用此种方式。例如，可先在空间站上组装空间平台，然后用轨道间飞行器把平台送到预定轨道。在空间站系统运行期间，空间站可作为空间平台的一个操作基地，通过轨道间飞行器为平台提供各类在轨服务。
欧洲在1983年，首次用美国航天飞机发射和回收了世界上第一个空间平台SPAS。前苏联于1987年7月25日，发射了一个重约17吨的大型空间平台，用于地球资源和海洋观察。
空间平台的研制成功及广泛应用，将使人类开发太空的工作向前大大推进一步，会给我们的生活带来难以估量的影响。
随着空间技术的迅速发展，各种用于军事目的空间飞行器也越来越多，除了军用侦察卫星，还有航天飞机、宇宙空间站等。宁静的太空，大有成为“空间战场”的趋向。
要进行空间战争，就要有空间战斗基地。“航天母舰”就是设想中的太空战斗基地。实际上，航天母舰是太空中的武器平台，像海洋中的武器平台——航空母舰一样，携带多种兵器和技术装备，成了太空中的战斗堡垒。
航空母舰是海上战斗堡垒，巡戈在海洋中，它的主要兵器是舰载作战飞机。航天母舰则是太空中一种永久性的大型载人轨道站，装备战斗武器。航天母舰上的武器，有激光武器，有粒子武器等。
用激光武器射击目标，可使目标表面温度升高而被坠毁。粒子武器由加速器发射带电粒子流，以接近光速的速度照射到目标，以集中能量和热效应来摧毁目标。激光武器、粒子武器都是定向束能武器。它们能在极短时间内，在极小面积上，聚集极大能量，以此来摧毁、破坏敌方卫星、飞船、导弹关键部位，使其坠毁。航天母舰装上了定向束能武器，具有巨大的威慑作用。
以航天母舰为核心，可以组成“空间舰队”。在这支空间舰队中，有航天母舰，有众多的航天飞机、空间渡船和各种军用轨道站以进行空间战争。
尽管“航天母舰”、“空间舰队”目前还只是一种设想，但已经引起了人们的关注。
航天母舰的种类
我们所熟悉的称霸海域的当然要算航空母舰了。有了航空母舰，各种飞机便可以从海上起飞，去完成战斗任务。航空母舰虽然具有多种战斗能力，但只能使飞机飞向天空，不具备使飞机进入太空的能力，于是，大胆的军事家们想到了研制“航天母舰”。
“航天母舰”并非神话。世界各军事大国都投入大量资金对“航天母舰”进行研究，并取得了进展。目前，“航天母舰”设想方案大致有以下几种：
宇宙飞船型航天母舰。这是航行在离地面36000公里的地球同步轨道上的一个巨大宇宙飞船。它的组成部分有包括四架航天飞机、两艘太空轮船、一个轨道燃料库和一个太空补给站的“航天舰队”。航天飞机可在航天母舰上自由起飞与降落；太空燃料库、太空补给站和航天母舰对接，在供应燃料后自行脱离。航天飞机还可以从航天母舰上往返地面，从而大大扩大了飞机的活动空间。
一个航天母舰也等于一个庞大的武器库，它不仅装配有导弹、火箭，还拥有定向束能武器。这种武器靠加速器射出高速电子、质子和重离子等带电离子流，一旦攻击目标中的要害部位，可使其软化、变形、穿透、烧毁等。
操纵航天母舰的是由几百名宇航员组成的“航天大军”。他们的指挥部设在航天母舰上，其他人员则分散于各个航天飞行器上，在太空训练与作战，形成一支神力无比的“天军”。
飞艇型航天母舰。美国科学家设计的飞艇型航天母舰是一个巨型飞艇，长2.4公里，飞艇艇壁由先进的蜂窝状复合材料制成，厚度3米。在飞艇顶部设有可供直升机和短距离起降飞机的跑道，底部是一个巨大的屏幕。飞艇由160部发动机推进，时速可达160公里，所用电源由汽轮发电机、太阳能板和一套热电转换系统联合提供。飞艇内充入的是氦气，十分安全。为了便于飞艇航天母舰与地面联系，在母舰上配有6艘小飞艇，它们均可与母舰连接与分离，小飞艇作为母艇与地面的联系工具，用于运输人员与物品。
飞翼型航天母舰。飞翼是一种无机身、无尾翼，仅有机翼的飞行器，其结构简单，飞行阻力小，载重量很大。于是，有的科学家建议利用空中若干个飞行的飞翼在空中对接而形成“航天母舰”。
从同一机场或不同机场起飞的若干个飞翼，在指定空域进行快速空中对接，连接成一个大“飞翼”。大飞翼的规模可根据军事需要，并按照人们预先选定的最佳航线，在空中长期飞行，航天飞机可以在其上起飞与降落。
地球航天母舰。在地球上起飞的飞行器要想飞往太空，就必须设法克服地心引力。而如果把机场建在靠近赤道的纬线上的话，飞行器的速度就会提高许多，这是因为在纬度为零的情况下，航天飞行器的速度等于火箭速度加上地球自转速度。
于是人们想到在赤道附近国际海域建造一条大吨位的、能发射航天飞行器的军舰，实际上这就是一种航天母舰。这个系统包括航天母舰、专家和其他人员居住、生活用的拖船以及负责供给和护卫的船只。在地球上建造航天母舰，无论从技术与经费上讲都比利用航天飞行器建造航天母舰可行得多，只不过它受地域条件限制罢了。
未来的空天飞机
1903年人类第一架飞机上天，人们仿照航海的提法，把飞机在空气中飞行定义为“航空”，把机场设施称为“航空港”。
1959年，人类第一颗人造地球卫星升入太空以后，开始了向宇宙进军的新历程。这时，人们又创造了“航天”一词。一般的“天”字，是指“地面以上的高空”，而航天中的“天”字，则另有含义。科学家规定：飞行器在可感知的地球大气层外的太阳系内飞行称为“航天”。航天用的各种飞行器如卫星、飞船、航天站、行星探测器等统称为“航天器”。试验和发射航天器的地面设施称为“航天港”。
飞出太阳系在宇宙的恒星际间飞行称为“航宇”。“航天”、“航宇”合称为“宇宙飞行”。
眼下，我们乘坐的飞机，只能在大气层里航行，哪怕最先进的飞机，也飞不出地球去。因为现有的飞机的翅膀，都是靠在空气中才能产生升力；飞机上的发动机还要靠空气中的氧气来助燃才能工作。另外，由于地球具有吸引力，它像一条看不见的绳索，牢牢地拴着地球上的每一个物体。要想挣脱地球的引力，绕着地球转圈子，不再落回地球，飞机的速度必须达到每秒7.9公里。如果要飞出地球到其他行星去，所需要的速度还要高。目前，飞机的最高时速是3523公里，就是每秒0.98公里，大约只有每秒7.9公里的速度的1/8。如此缓慢的速度如何也是飞不出地球去的。
飞出地球的惟一工具是火箭。
“空天飞机”是“航空航天飞机”的简称。这是一种既能航空又能航天的飞行器。
空天飞机同目前美国的航天飞机相比，在技术上有许多特点。航天飞机只能在发射台上垂直起飞，采用火箭发动机作推进系统，双级入轨，只能部分重复使用，可担负航天运载任务。空天飞机则可以水平起飞，采用航空、火箭两种发动机作推进系统，可任意选用两级或单级入轨方式，可完全重复使用，既能作航天运载器，又能作航空飞机。
空天飞机最诱人的特点是它第一次把航空发动机引进航天领域，从根本上改变航天运载器只采用火箭推进的模式，从而将导致航空航天技术的一场革命。
空天飞机的技术复杂，研制难度极大，其中最关键的是它的推进系统。目前，化学推进系统分两大类：吸气式发动机和火箭发动机。吸气式发动机只带燃料，需要吸取大气中的氧作为氧化剂，只能在大气层内工作。但由于不带氧化剂，每单位推力所消耗的推进剂量要比火箭发动机小得多，因而其比冲可高达1000～3000多秒。火箭发动机既带燃料，又带氧化剂，在大气层内外都能工作，所以迄今的所有航天运载器全部使用火箭发动机，但它的比冲不高，最多只有400多秒。显然，如果航天运载器在大气层内的飞行段能改用吸气式发动机，就能大大节省推进剂，从而减轻总重量，降低发射费用，提高运载效率。
但在目前的吸气式发动机中，涡轮喷气发动机最大只能达到3～3.5倍音速，远远不能满足航天发射的要求，为此需要研制一种新式的吸气发动机——“组合式超音速烧冲压式发动机”，但至今尚未完全成功。
推进系统的另一个难点是吸气式和火箭发动机如何最佳地配合工作。简单的方法是各发动机分别工作，但这样做结构重量大，性能较差。最好是各发动机能有机地组合在一起，形成一种多循环工作模式的混合式发动机。但研制难度极大。
空天飞机的研制还需要攻克其他许多技术难关。例如，空天飞机的机身、机翼和发动机系统应进行一体化的气动设计；空天飞机需要使用先进的耐高温材料，如高级钛合金材料，碳——一碳复合材料和高级金属基复合材料。多数空天飞机的研制计划尚处在概念研究和技术验证阶段，其发展前景要几年以后才能进一步明朗，而真正投入使用也许要到1020年以后。
21世纪的航天器
早在四五十年前，当人类航天技术刚处于萌芽时期，许多人就曾大胆预言，人类从此将走向宇宙发展的光辉路程，并憧憬着太空时代的来临。然而，时至今日，航天领域早已风光不再，它几乎成了人类期望过高和承诺无法兑现的象征。
人们发现，自己正处于一个信息时代，真正改变人类生活的是软件和微处理器芯片，而不是火箭和宇航学。空间活动在人类技术发展中仅仅扮演了一个次要的角色——支持作为地面光纤系统替代物的通信卫星。太空时代迟迟未能到来的原因，科学家们认为在于实现这个伟大梦想的花费实在太庞大。他们认为，从现在开始，一旦航天技术向着实际应用的目标发展，它在21世纪的情况将大为改观。
航天技术的实际应用之一是科学探测。美国喷气推进实验室计划于21世纪实施的两项太空探测使命是“冥王星快速探测飞行”和“凯珀快车”。前者将用于完成“旅行者”号行星探测器对太阳系外层行星近距离探测的任务，后者则用于探索“凯珀带”。凯珀带是海王星外侧轨道上的一个较小行星带。这两项航天计划可反映出21世纪航天器的发展方向。
21世纪的航天器，一是体积不断缩小。上述两项计划的构想均建立在航天设备小型化的基础之上。已设计出的新航天器样机的重量只有5公斤，但其功能完全可与现在重200多公斤的“旅行者号”探测器相媲美。所有硬件设备，无论是电子的、机械的、光学的，还是结构性元件，其体积都大大缩小，而灵敏度却显著提高。“凯珀快车”采用液态氙作为推进剂，将为诞生于20世纪50年代的航天技术带来突破性进展。
二是日益多样化的推进系统。科学家们为未来航天器设计的推进系统有核电推进器、太阳能电力推进器、激光推进器、太阳帆和电磁冲压加速器等。但太阳能电力推进系统被认为是最有希望的，它利用了低推力的离子喷射器。阳光照射太阳能电池产生电力，电流将一种惰性气体（如氙）离子化并将其加速，把正离子排出发动机以产生推力。这种推进系统在速度、效率和经济上都有强大的生命力，很可能作为一种通用发动机用于未来的航天器中。当然这并不意味着其他推进系统就不需要了。事实上，为了将航天器从地球送入太空，我们将使用化学火箭或其他发射器。核电推进系统类似于太阳能电力推进，只不过它是靠核反应堆产生动力，而不需要依靠阳光发电；激光推进器的动力来自地球上的某一高功率激光源，适用于快速点火发射；太阳帆是利用阳光压力推动，虽然起动慢，但无须燃料；电磁冲压加速器的发系统的最大优点是成本低。但无论如何，对远距离高速度的航天飞行来说，无论是载人还是载物，太阳能电力推进系统则是最好的选择。
三是空间站的发展。空间站是无人飞行器。21世纪，空间技术的发展将取决于廉价的航天设备。一艘吨级大型载人飞船需要2公顷面积的太阳能电池板，其面积比一个足球场还大；而无人飞行器的重量则可减少到几公斤，仅需直径10～20米的电池板。这样的超小型航天器对科学研究是十分理想的，也适用于大多数商业和军事领域，其主要任务是在重量很轻的设备中处理大量信息。可以预期，到21世纪，由太阳能电子推动的无人飞行器将在整个太阳系内遨游，并根据人类的需要改变飞行轨道，从而使这些微型“探险者”走遍宇宙的每一角落，为人类探索其中的奥秘。
未来的太空动物园
为了了解和验证动物的太空习性，以便为人类在不久的将来到太空去生活和工作摸索出一些经验和根据，人们开始了宇宙动物学的研究，在宇宙飞船上建立了动物实验室，即“太空动物园”。
现在，在太空动物园里旅居的都是中、小动物，如青蛙、兔子、猫、狗、猴、鸡、鱼和蜂等。苍蝇和老鼠虽为人类所憎恶，但作为研究的良好对象，也成为太空的座上客。而在地球上的动物园里尊为贵客的大型动物狮、虎、象等，由于运载上天所需的本钱太大，尚需等待时机。
现在，让我们也来了解一些动物在太空生活的情况吧！
科学家把几百只苍蝇分放在太空动物园的三个角落里，这三个角落的重力场各不相同：一个模拟地面，一个二倍于地面，再一个五倍于地面。结果发现，苍蝇们都喜欢到模拟地面重力的那个角落产卵生殖；在二倍于地面重力场的地方，苍蝇都萎靡不振，出现病态；而五倍于地面重力场处的苍蝇，都很快地死去了。
太空动物园里还装有6对雄雌老鼠和30只独身雄鼠，分别让它们在模拟地面和二倍、四位于地面重力的环境中生活。结果发现：老鼠的抵抗力大于苍蝇，任何环境下的老鼠都没死亡。不过，大于地面重力环境里的老鼠都显得惊躁不安，并且在7天以后，它们的肌肉萎缩了，病态很严重。回到地面后解剖检查得知，它们的肌肉中粘多糖成分下降，胃壁细胞中的细胞质密度变小，胃中磷酸酶的活性增大。而在模拟地面重力环境下的老鼠，不但健康如常，而且有两对还在太空中“成亲”、交配、怀孕和分娩，生下的小老鼠在回到地面后还能健康地活着。其他环境下的太空鼠都没有生育。
太空动物园里还养了一群黄蜂，在模拟地面重力场中生活的黄蜂筑巢和地面上基本一致，但在两倍于地面重力场下的黄蜂筑巢就与前者明显不同——沿着重力加大的方向巢壁加厚，以对抗重力加大产生的影响。这说明像黄蜂这样的低等动物，也会在太空特定环境中作出反应以求生存。另外，还发现在一倍半于地面重力时，黄蜂的筑巢速度最快。
在太空动物园的二倍于地面重力的区域里，还生活着一群小鸡。它们在那儿生活了18个星期后，回到地面时体重普遍下降，膝盖骨明显变形，肌丝受到损伤。
此外，太空动物园中的猫、狗、猴的抵抗力都较好，猴子可以安全返回而不得什么“太空病”；狗也基本健康而归；相比之下，猫的身体状况欠佳。可以认为动物愈高等，自动调节适应太空变异环境的能力愈强。
在有鱼类和青蛙参加的太空失重状态实验中发现，鱼的耐失重能力比青蛙好，青蛙的耐失重能力比猴子好。这说明水生动物的耐失重能力一般比陆生动物好，而两栖类居中，原因尚待研究。据推想可能是水生动物的细胞组织结构较疏松、较轻盈，对重力变化敏感度小些。
在太空动物园里生活，可以改变动物的遗传性能。比如：在太空孵出的鳃足虫，到第三代大都寿命不长。但草履虫的繁殖率却提高了4倍。据研究是太空辐射使遗传物质中的染色体发生变异的缘故。由于宇宙环境可以改变遗传能力，现已开始建立太空遗传学这门新学科。
航天活动与生命繁衍
人肯定会飞向其他行星并在那里传宗接代。现在不仅幻想家有这种想法，科学家也提出了同样的观点。人在火星上不单要能工作，还要能正常地生活，正常地生育后代。
科学家曾在生物实验卫星上用较低的生物进行过这类试验，研究了植物和黄粉虫及果蝇等昆虫的生命发展的全过程。研究了鱼和两栖类动物卵发展的早期状况。鹌鹑蛋不仅发育而且还孵出了小鹌鹑。哺乳类动物的情况则比较复杂。
俄罗斯曾在“宇宙——1514”号飞船上进行过有保加利亚、匈牙利、德国、波兰、罗马尼亚、斯洛文尼亚、捷克、法国和美国等国的科学家参加的试验，当时还担心放在卫星上的10只家鼠不能全都怀上小家鼠。事实上，家鼠回到地面后，每只家鼠都生了一窝小鼠，每窝有10～15只之多。由于家鼠在失重条件下变瘦了，着陆时，都看不出它们已经怀了小鼠。
美国人把从宇宙中回来的家鼠同地面上的家鼠作了比较，观察母鼠对幼鼠的态度，发现“宇宙鼠”的母性丝毫不比地面上的差。
飞行的生命保障系统是否正常，这直接影响到卫星上动物的生殖能力。俄罗斯科学家研究了在宇宙中停留3周的母家鼠回来后的生殖能力，发现它们都能正常排卵，并能与雄家鼠正常交配，这是十分重要的。人和动物在刚回到地面时，性激素都会急剧减少，这是因为应激反应的缘故，只要一天后，他们的性激素就会恢复正常。
各国的科学家还研究了在失重条件下人或动物能否正常交配的问题。美国科学家专门为鹌鹑设计了交配时固定体态的装置。实际上，只要给他们适应的时间，不需要特别装置也能完成交配过程。人也如此。
失重带给人类福音
我国古代流传着嫦娥奔月的传说，说她偷吃了灵药以后，顿觉身体轻飘飘的，不由自主地升入了月宫。这则神话无意中接触到了我们今天看来是失重的问题。“失重”，顾名思义，就是物体失去了重量所造成的一种现象。
在完全失重的状态下，那里是一个奇妙的世界。在那里物体对它的支持物完全失去了压力，可以静止停留在任何位置上，把茶杯倒过来，水也不往外流；握茶杯的手即使松开了，杯子也不会掉下来；鹅毛可以沉入水底，铅球能浮出水面，水银和水可以均匀地混合在一起；人可以如同神话中的孙悟空一样，不费吹灰之力推倒一座大山，一个跟头能翻越十万八千里；要想睡觉也不用床板和枕头，可以站着睡、躺着睡，甚至可以悬浮着睡，反正一样舒服……那么物体在什么状态下才会失去重量呢？一是当地球失去了对它的引力；二是在地球引力作用下，物体无阻挡地自由下落时，都会出现失重状态。拿一般人所熟悉的电梯来说，当电梯静止时，人对电梯的地板产生压力，这就是人的重量；如果由电梯的缆绳突然中断了，电梯和人以同样的速度自由下落，电梯不再阻挡人，人对电梯就不再有压力。此时电梯里如果有一个磅秤，人站在磅秤上，就会发现磅秤的指针是零。这表明此时电梯里的人没有重量，电梯里成了失重世界。
科学家们发现，利用失重现象，可以在宇宙空间生产、制造出许多优异的材料和产品。因为失重世界里那些得天独厚的条件是地球上模拟不了的。由于没有轻重之分，不同成分的液体混合在一起，不会发生分层现象，也不会产生冷热对流的作用。这样冷却后的物体，其结构非常均匀、细密。利用这一点，可以冶炼出内部没有丝毫缺陷的合金与复合材料。如果向液态金属里充气，能够得到像木材一样轻、比钢铁还要坚硬的泡沫金属；而泡沫金属在宇航事业和现代建筑业上，大有用场。在失重条件下，液态金属可以像水银那样自然而然地形成圆球，所以制造出来的滚珠都是滚圆的，人们可以获得理想的滚球轴承。在失重世界内，无论是固体还是液体，都能够自由地悬浮在空中。这样，冶炼金属时就不需要用容器盛放冶炼的材料，而使材料悬浮在空中就可以了。这样一来，一是使冶炼不受容器耐温能力的限制，可以冶炼任何难熔金属；二是不受容器化学成分的影响，可以冶炼出纯度高，表面又很完整的材料。利用失重环境，还可以冶炼出细得要用放大镜才能看得见的金属丝，薄得几乎透明的金属膜。在宇航站上生产的蓝宝石“针”，每平方厘米可以承受2吨重的压力，其强度比地球上的同类物质高出10倍。随着宇航事业的发展，失重世界将会给人类带来更多的在地球上不敢想的好处。
太空资源
由于当代宇宙科学技术的迅猛发展，开发太空资源已经不是什么虚无缥缈的幻想，而逐渐变为人类的现实。
“太空资源”是十分宝贵的。
微重力微重力资源是一种很有价值的新资源。由于重力在加工制造过程中影响材料的成分和结构，这就使材料达不到理想要求。而在宇宙空间重力只是地球的百万分之一。在这种微重力的情况下，在宇宙空间，物质能够得到良好的结合，从而制造出地球上不能合成的合金材料。
空间能源空间能源主要是指太阳能。在空间轨道上，没有大气对太阳光的反射和吸收，没有四季和昼夜的变化，也没有环境污染的影响，没有重力影响。所以太阳能装置可以做得很大，而且可以长期使用，同样的面积获得的能量要比地面上多好多倍。
高真空人造卫星、宇宙飞船和航天飞机能在太空长时间飞行，都是由于有了太空中的真空环境，不然的话在大气层早就被烧毁了。在高度真空环境中，由于没有空气和灰尘，还可以进行高纯度、高质量的冶炼、焊接，分离出一些物质。
宇宙矿藏宇宙矿藏是极其丰富的。据初步查明，月球上有50多种矿物质，而且矿物质中所含的元素，如硅、铁、钴、钛、镍、镁等，正是地球上用量最大的矿物元素。
高远位置高远位置的开发利用给人类带来巨大利益，人造地球卫星上天，为开发空间高远位置资源创造了条件，目前全世界发射的几千颗人造卫星，其中有一多半是在利用空间高远位置这个优势工作的。
美国的太空制药厂
随着空间技术与航天事业的发展，科学家们开始着手建立太空制药厂。
由于空间轨道不存在地心引力，因此，太空制药厂可以生产出某些地球上难以生产的药物。
从1960年到1969年，美国曾先后发射了三颗生物卫星，并在第二颗生物卫星上进行了“电泳试验”。专门用于分离蛋白质。1971年和1972年，“阿波罗”14、16号两艘载人宇宙飞船相继上天，一系列的空间电泳试验，终于获得成功。此后，在美国和前苏联联合发射的一颗卫星上，又进行了进一步的科学实验，结果分离出一种“尿激酶”，这就是人类在太空中生产出的第一种药物。
尿激酶是由人尿或人类肾脏组织培养制得的，是一种新的特效活血栓药物，可消除由静脉炎和心脏病变等引起的血栓，并用于治疗血栓梗塞性疾病，以及因纤维蛋白沉淀引起的各种疾病，如脑血栓症、急性心肌梗塞症、周身血管和视网膜血管闭塞症等。目前又进一步应用于人工脏器、脏器移植和显微外科手术等。此外，它还能增强免疫力，可激活杀灭肿瘤细胞的溶酶体，从而成为一种有效的辅助抗癌剂。
1985年，美国专家和制药厂商共同设计了第一家太空制药厂。该制药厂装在飞船舱内，其重量为2270千克，包括24个小车间。美国科学家认为这种生产方法，不仅产品具有无可比拟的高纯度，而且产品价格便宜。
目前宇宙制药厂已试制成功30多种基质。第一个从事太空制药研究的美国专家吉姆·罗斯断言，在20世纪末将从太空中获得上百种药物，特别是以下几种产品：
抗血友病基质——其作用与尿激酶恰好相反。用常规所得到的该基质纯度很差，患者服用后往往引起变态反应，而太空药厂生产的这种基质则可克服以上缺陷。
干扰素——这是一种糖蛋白，可抗病毒感染，也有一定的抗癌作用。太空制药厂所提供的这种产品纯度远比地面上生产的高。
抗胰蛋白酶υ蛋白——这种药物对肺气肿和肺泡肿胀有效。
β细胞——这是胰腺分泌的一种细胞，是治疗糖尿病的良药。
愈合药——目前对严重的跌伤和烧伤治疗，都使用从动物胎儿中提出的血清。但如果用控制真皮生长的蛋白质会更有效，它是由人体颌下腺分泌的。这种药物的纯度要求异常高，必须在太空中制造。
促进红血球蛋白增生的蛋白质——这是一种治疗贫血的珍贵良药，并能减少输血量。这种药同样要求极高的纯度。
太空制药厂建成后，宇宙飞船每年必须至少两次向工厂提供能源补给。科学家们正研究不使用来自地球上的能源，而使它们与轨道上的太阳能中心相连接，从而太空制药厂将是轨道太阳能中心的第一个能源用户。
未来的太空旅馆
广漠无垠的太空是神秘诱人的。千百年来，人们一直梦想登天遨游。
20世纪60年代以来，火箭、卫星、飞船，不断地探索，开发外层空间的道路。20多年来，前后有150多人乘宇宙飞船进入了太空。特别是美国“哥伦比亚”号航天飞机的试飞成功，为人们游览太空展现了广阔的前景。
但是，“哥伦比亚”号航天飞机连驾驶员在内，最多只能乘坐10个人。于是，设计师们决定设计能容纳更多人的“航天客机”，以实现人们登天旅行的夙愿。航天客机内设有一个客舱，70多个座位分上下两层，有两部楼梯相通。航天客机发射时的超重现象，只有发射“阿波罗”飞船时超重的1／3，不会产生使人难以忍受的感受。所以，一般身体健康的人，不必经过专门训练，就可以进入太空旅行。
伴随航天客机航线的不断延伸，必然要在途中设立太空旅馆，设计中的太空旅馆更是别具一格，主体是一个庞大环形室。环形室内部，设有居室、公园、运动场、游泳池、娱乐场、商店、医院、影剧院等。那里使用的交通工具是自行车和电动汽车。
在环形室主体外部，设置工业区和农业区。在工业区里，各类工厂生产太空旅馆工作人员和旅游者的生活必需品。在农业区里，则划分成若干个大大小小的区域，让它们之间的季节、时令、作物种类都穿插开来，以保证任何时候都有新鲜蔬菜和水果供应。农作物的生长是用阳光来控制的。
这里的阳光，是靠太阳光的照射、反射来的。在太空旅馆上设有一个巨大的天窗和反光镜，自行调节光的强度、照射时间和角度，从而形成分明的昼夜和四季的变化。
生活在太空旅馆里的人们，是从水的分解中获得氧气的，大片的植物光合作用提供给人类生存所必需的氧气。因此，除了水的原料需要从地球运外，其余资源都可向月球开发。太空旅馆里的空气是新鲜的。因为它本身的结构是密封的，再加上太空旅馆是一个真正的电气化世界，一切动力都使用太阳能发电，既没有燃烧煤、石油所引起的环境污染，也不会产生使人担心的核发电酿成的核辐射。
在环形室的另一头，还设有供航天客机停泊的机场。它一来接待来自地球的游客，二来也可以从这里乘航天客机去月球观光游览。
航天飞机的试飞成功，加快了人类建筑太空旅馆的步伐，航天飞机一次次穿梭似的来往于外层空间。在地球和月球之间的无引力区，航天飞机货舱里的巨型铁臂，按电脑系统的控制自动组装太空旅馆。
太空旅馆的设计、建设和使用，将为大规模太空城的建造，开辟一条更加广阔的道路。地球是人类的摇篮，但是，人类却不能永远生活在摇篮里。按照眼下地球人口的发展速度，公元2020年，世界人口将超过80亿；到公元2035年，将达到100亿。那时，地球上人类的食物、能源和居住等都将发生巨大的困难。为了生存和发展，人类将不得不离开地球这个世代生活的摇篮。预计在公元2025年至2050年，大型的太空城市将大批大批地出现。
未来的航天产业
科学家对今后1000多年的航天产业进展，作了如下预测：
第一阶段（1985～1990年）：搞出空间先进材料的试验性产品；
第二阶段（1990～2000年）：新一代的航天器和空间能源、空间信息系统的广泛应用，空间材料出现商业化成果；
第三阶段（2010年）：科学与技术信息的全球性共享，空间能源传输线路建成，通过轨道反射器对地球进行照明；
第四阶段（2050年）：建成能为地球提供能源的天基太阳能电站；
第五阶段（2120年）：建立统一标准的空间信息和供电工业系统；
第六阶段（2180年）：进行月球的工业化开发；
第七阶段（2400年）：建成空间中大型人工结构，空间电站能耗达到3×1016～3×1017千瓦小时的水平；
第八阶段（2500年）：来自其他行星物质的利用，并把这些物质运送到合适的轨道上去；
第九阶段（2700年）：开发金星和火星；
第十阶段（2800年）：开发次新物理原理为基础的能源系统；
第十一阶段（3000年）：新的物理基础理论的发现与应用。
2014年——人类登陆火星
火星与我们居住的地球很相似。人类在登上月球之后，一直在探索登陆火星之路。近来，根据美国国家航空航天总署和有关研究机构所提供的资料显示：人类将于公元2014年登上火星。
负责研究的斯特福委员会在所递交的报告中指出：要登陆火星，需建立一座离地球460公里的永久太空站，这是登上火星的第一步。目前，美、日和加拿大等国正在合作实施建造“自由”号太空站的计划，该计划将为未来登陆火星作准备。科学家将在“自由”号太空站中测试，检验人类在长期失重状态下的生理机能变化和适应情况，并试验用以维持生命和封闭环境系统。目前，科学家所面临的任务十分繁重。其中之一就是研制能重复、循环使用的宇航员在登陆火星途中所需的水和空气的特殊设备。
以下是美国航空航天总署所拟定的登陆火星的日程表：
2003年，具有人工智能的机器人首先登陆火星，它们去那儿调查了火星的大气、气象、地形状况。
此外，还将发射数颗人造通信卫星，以连接地球与火星间的通信。
2005年，人类将在月球进行登陆火星的模拟实验，并启用一套与登陆火星时完全相同的另一套设备，同时将在月球上试验宇航员的居住舱和太空旅行车等设施。
2009年，对计划登陆火星的宇航员在月球轨道上进行考验，他们将在月球轨道上进行考验，他们将在月球轨道上度过4个月，然后在月球上再逗留1个月，如能安全返抵地球，就算通过了考验。
2012年将是火星离地球最近的时刻，届时，巨型火箭将把载有宇航员在火星上所需必要设施的太空站送上火星。尽管这一年是火星离地球最近的一年，但往返一趟最少也得需要500天。
2014年，6名宇航员将正式升空，在地球轨道上与登陆火星的航天飞机对话后，飞向火星，完成人类登陆火星的伟大使命。
21世纪定居月球不是梦
美国航空航天局正式宣布，“月球勘探者”号无人驾驶探测器发回的初步数据显示，月球上存在水的可能性极大，这些水在月球上是以冰冻形式存在的。
设想中的支援月面活动的绕月太空站，是运输人员及物资往返地球的中转站“月球勘探者”号已发射升空，环绕月球运行只有2个月时间。根据“月球勘探者”号提供的最新数据，美国航空航天局对月球上有水这一结论给以相当的肯定。
科学家为何这么肯定
科学家们作出如此肯定的结论，是有充分的依据的。
“月球勘探者”号所携带的“中子分光仪”采集到大量数据表明，月球上是有水存在的。“中子分光仪”在探测对接触氢原子后失去大部分能量、移动速度放慢的中子数量进行分析，进而确定氢原子的数量，并以此发现了水源的踪迹。
探测的结果证实在月球的南北两极发现了显示水分子特征的数据信号。科学家根据这些证据对冰的数量，所处位置以及分布情况作了估计。
此外，基于特征明确，但信号又相对较弱的特点。科学家指出水分子或许并不完全集中在月球极地的冰层中，恐怕还存在于许多该区域中陨石撞击下的陨石坑内。
月球水的来源
科学家认为，月球上水的最初来源主要是陨石，以及主要由冰块构成的彗星落到月球表面时带来的。科学研究表明，过去20亿年间的陨石和彗星撞击会使水深入到月球表层浮土以下2米处，因此，目前在0.5米深度估算出的月球水量还需乘以4，得到4000万吨至12亿吨的数字，这是目前估算的月球上的总水量。
月球上的水之所以能在南北极留存下来，是因为月球极地区域不受太阳的照射，温度低、蒸发量小。据估计，水与月球表面浮土的混合比例为0.3％至1.0％，分布范围在月球北极介于1万至5万平方公里之间，在月球南极介于5000至2万平方公里之间。
定居月球不是梦
月球上发现水源，使人类未来定居月球的梦想又增加了些许可行性。一直在设想人类到月球表面居住的美国国家航空航天局做了这样的测算：这些水冰能供应1000户两口之家的居民享用一个多世纪……而且不需要循环使用。在太空旅行方面，冰中的氧和氢又是宇宙飞船主发动机燃料的主要部分。这些氧和氢可以作为探索宇宙的资源，同时，有可能将月球作为对火星及太阳系中其他星球进行探索的一个基地。
如果我们单纯从费用角度考虑，要从地球向月球输送人类生存所必需的生活用水，不足500克就需要耗费大约1万美元。而人均用水量一般每天需要35公斤，其费用可想而知。如果能在月球上“就地取材”，则费用可望降低到1／10。
美国国家航空航天局的科学家说，由于发现月球上有水，美国人可以短短的十年内在一座永久的月球基地上生活，并把月球基地作为向宇宙深处探险的火箭加油站。
未来的太空超级农场
由于世界人口急剧膨胀，加上一些地区灾害不断。粮食减产，因而粮食问题也和能源问题一样，愈来愈引起世界各方面人士的关注。
本世纪初，世界人口大有可能突破100亿大关。另一方面，由于各种原因，地球上可以耕种的土地在一天天减少。因此，在很长的一段时间内，粮食匮乏势必也将成为一个全球性的战略问题。
俗话说，“民以食为天，不解决吃饭问题，其他问题便无从谈起。可是，拥有广阔天地和得天独厚的大气环境的地球尚且如此，对于只有弹丸之地的太空城来说，要解决多至万人的饮食问题，又谈何容易呢？
面对这一问题，人们大可不必为此担心。未来太空城的实际情况并不像人们所想象的那么严重。而解决的办法当然不是靠地球供应。因为如果按每人每天需要9斤食物、水和氧计算，那么，一万太空居民每天就得由地球往返运输45吨的供应品。就是用现代最先进的航天飞机运输，平均每天至少要发射1.5次，而且还只能把各种物资从地面运送到地球的近地轨道。
按现有航天飞机每次运费7000万美元计算，全年从地球到近地轨道的运费至少要花400亿美元。由此可以看出，万人的太空城，仅靠地球来供“养”是不行的。
有上策吗？惟一的出路就是在这座具有小地球环境的太空城上建立起工厂化的超级农场。这种农场，昼夜都有充足的阳光照射，温度、湿度和二氧化碳含量都由人工控制。在那里，常年如春，“风调雨顺”，不会有旱涝虫灾之虑，各种作物都可以茁壮成长，在这种工厂化了的农场里，从选种、栽培、耕作直到收获，都和地球上广种薄收的农业生产方式截然不同。它将采用21世纪最先进的农业科学技术，像工厂生产工业品那样，在每人平均不到一分地的农场里，可以源源不断地生产出品种齐全的粮食、蔬菜、水果、鱼肉蛋奶以及营养丰富的其他食物。对于未来的太空农场来说，计算产量的单位决不是每年亩产多少斤粮食，而是每天亩产多少斤食物。这是太空绿州上的独到之处！
未来的太空制药厂
自古以来，人类就希望自己能健康长寿，如能长生不老，当然就更好了。尤其得了不治之症的时候，都希望能找到灵丹妙药，以战胜死神的威胁。
在我国民间曾流传着这样一个神话，说的是一个皇帝只身一人躲在黟山炼丹，果然成了神仙，得以升天。黟山就是现今安徽省的黄山。后来，根据这个神话，唐玄宗才下令把黟山改为黄山的。李白的著名诗句“仙人炼玉处，羽化留余踪”，也说黄山是仙人炼丹的地方。诸如炼丹升天的神话固然不可信，但在今天，随着生物学、医药学的迅速发展，人类不仅可以升天，而且还能够在太空制药厂里炼制真正的灵“丹”妙“药”。把许多患了不治之症的地球人从死神手里夺回来。
这不是信口开河，也不是无稽之谈。我们知道，当今世界上，许多激素、酶、抗体或其他特效的医药制剂，都是通过培养细胞这一途径制取出来的。可是，要想在体外大规模地培养出活细胞，却面临着许多难以克服的困难。
通常，制药学家们都是选用哺乳动物的细胞进行培养的。欲使这些细胞在脱离原体后仍能继续执行某种功能或进行正常的新陈代谢，必须使它们依附在某些物体上。要是没有一种可以依附的表面，这些细胞就会失去生存能力，也就无法生产出有价值的生物制剂来。进行细胞培养，需要专门设计一种适合于它们“居住”的多层膜培养罐，并为它们提供必要的“营养”，但由于细胞的互相堆叠，会使下面的细胞被上面的细胞“闷”死。
为了解决这个问题，近年来国外又改用一种塑料制成的小球，它的直径小于百万分之一英寸，让每个细胞“居住”在这种小球上，这样，细胞之间互不干扰，能够很好地生存下来。但在地面上由于重力的作用，依附在小球上的细胞容易沉降到培养罐的底部去，从而形成比细胞厚几倍的堆积层。其结果是上层细胞“丰衣足食”，而下层细胞却在“忍饥挨饿”。特别是由于在罐底堆积了许多代谢废物，还可能使上层营养丰富的细胞葬身于下层干瘪细胞所产生的毒素之中。要使它们能够存活，需要不断地搅拌营养液。可是，旋转搅拌又会加速本来就很虚弱的那些细胞的死亡。
如果在太空城的制药厂里，就些棘手的生物工艺难题，就能得到迎刃而解。因为在失重的空间环境中，细胞和小球都不会沉降到容器的底部，因此细胞可以安然地悬浮在培养介质中，永远保持旺盛的活力。将来利用这种方法就可以在太空城的制药厂里生产出大量的各种生物制剂，然后向地球出口，以治疗地球人的一些顽症。
失重环境的另一项重要应用就是生物物质的分离和提纯。例如生物学家和医药学家们最感兴趣的电泳技术将在未来太空城的制药厂里发挥出举足轻重的作用。所谓电泳技术就是将质量和电荷的比值不同的粒子在电场中分离的一种方法。利用这种方法既可能分离不同组分的混合物，又可以分离细胞和蛋白质，甚至可望从“衰老”的细胞中分离出“年青”的细胞，或者从含有癌细胞的细胞中分离出“健康”的细胞。在地面上，电泳技术无用武之地，很难发挥出有效的作用。这是因为在地面上的电泳分离过程中，不论多么小的粒子都同时受到电场力和重力的沉淀作用。在电力使细胞或它们的培养介质受热时，将同时发生对流和作沉淀用。如果重力大于电场力，沉淀就起主要作用，反之，对流将起主要作用。但无论沉淀还是对流都会使本来已经分离的组分重新混合，从而大大降低了电泳分离的效率。然而，在失重的环境下，上述弊病却不复存在了。“阿波罗-联盟”号飞船在进行联合飞行时曾进行过电泳分离试验，试验结果表明，在失重环境下可以从大约5％的肾细胞中分离出尿激素。据计算，其分离效率要比地球上的高6～10倍，而且质量极好。这种尿激素是溶解血检或凝血的一种特效药。在地面上，要制造出这种尿激素那是很难很难的，即使制造出来了，成本也高得惊人。将来，如果能在太空城中投入批量生产，仅美国一个国家，每年至少可以使5万人免死于凝血症。
航天飞机投入正式使用之后，美国和西欧的一些工业公司计划在航天飞机携带的空间实验室上进一步进行电泳技术试验。试验的第一个目标就是从血浆中分离出激素、酶和蛋白质。美国一位从事空间生物制品研究的专家威斯指出，在空间中利用电泳技术生产血浆蛋白的效率要比地球上的高700倍。
在太空制药厂里制取骨胶原也是大有可为的。这种骨胶原是形成肌腱、神经、皮肤、骨骼和血管的基础。从人体组织中提取或复制的骨胶原，可以作为治疗创伤或烧伤的人造皮肤和人造角膜或有助于进行心血管和整形手术的其他薄膜。目前美国巴蒂尔实验室正在研究骨胶原的制造工艺。但在地球上，这种骨胶原是很难生产的，特别是在复制过程中由于重力的作用，蛋白质纤维容易固着，从而导致骨胶原的凝胶体成为一种质量不均匀的结构。而在空间的失重条件下却很容易制取质量极优的骨胶原。巴蒂尔实验室的专家K·休斯认为，在空间制取的优质骨胶原每磅价值可达10万至1000万美元，比黄金要贵若干倍！
这一切至少可以说明，在空间发展制药业或生物制品业的前景是激动人心的，也是十分迷人的。疫苗制品的生产，人体细胞和白蛋白的提纯和制造，红血细胞生成素的制备，各种激素或酶的生产，白细胞或红细胞的分离和培养等，都可能发展成为一种有万利可图的行业。有人估计，仅就疫苗一项，每年可能得到的经济收益将超过15亿美元。因此空间制药业和生物制品业将在未来的空间工业化中占有十分重要的地位，而且也将是未来太空城优先考虑的发展项目之一。一旦太空城经营的制药厂或生物制品投入正式生产，每年将有大量的特效药物或贵重的生物制品向地球出口，销往世界各地。可以想象，地球上有一些人得了“不治之症”以后，服用了来自天堂里的灵“丹”妙“药”而得以起死回生的时候，他们当然不会忘记，拯救他们的“救世生”原来就是迁居太空城的地球人。
未来的太空旅游业
在当今世界上，旅游业是现代文明社会的重要组成部分，也是现代社会是否充满生气、活力的一个重要标志，同时也是许多国家捞取外汇、繁荣经济的重要手段之一。1980年，世界各国仅旅游业所获得的经收益就达960亿美元。因此，各国都根据本国的特点，积极开发旅游资源，并采取一切有效措施招引游客，大力发展本国的旅游事业。可以想见，随着各种高速而廉价的空间交通工具的相继出现，特别在太空城诞生以后，太空旅游业无疑也会成为空间工业化的一项重要内容。
太空旅游，这是千百年来人类的共同愿望。1961年前苏联宇航员加加林终于把这一愿望变成了现实，开创了史诗般的载人航天新纪元。从那时开始，虽然在27余年里，已有200余人进入宇宙空间，但太空旅游至今仍被那些体格健壮的职业宇航员所垄断。造成这种局面的原因固然是多方面的，但太空旅游费用之昂贵是一个重要原因。有人计算过，20世纪60年代用“雷神”导弹改进的运载火箭把每公斤有效载荷发射到空间原费用高达20万美元。再拿“阿波罗”登月飞行用的“土星-V”号运载火箭来说吧。它能把120号的有效载荷送上近地轨道，或把50号重的“阿波罗”飞船送上月球轨道。但不要忘记，一枚“土星-V”号的造价却高达1.85亿美元。就算上月球去旅行吧，如果用“土星-V”号运载火箭，即使50吨重“阿波罗”飞船的重量全都装载旅客，那么每公斤体重的发射费用也得高达3700美元。一位旅游者即使有60公斤的体重，至少得付22.2万美元的发射费用。由此可见，这种别开生面的太空旅行，又有谁能付得起如此惊人的费用呢？
当人类历史跨进20世纪80年代之时，美国国家航宇局创造了载人航天史上的伟大奇迹，这就是第一架航天飞机“哥伦比亚”号，在1981年的两次试航和1982年的第三次试飞都获得了圆满的成功。因为它可以重复使用百次，这就大大降低了发射费用，为科技人员或普通游客带来了太空旅行的新希望。一些宇航专家认为，航天飞机试航的成功，标志着普通人到太空旅行已经有了良好的开端。尽管“挑战者”号航天飞机爆炸，造成七名宇航员全部遇难。但这一悲剧并没有阻止人类继续向太空进军的步伐，太空旅游终将成为活生生的现实。
美国加利福尼亚州的一家咨询公司——“空间-地球”公司受美国国航宇局的委托，负责研究和展望了今后几十年空间工业化的发展前景。这家公司的经济学家保罗·西格勒在谈到空间工业化时指出，太空旅游业肯定会发展成为“一项新兴的事业”。
美国科学应用公司也是热衷于空间工业化的另一个研究单位。这家公司曾于1978年4月15日发表了题为“空间工业化研究”的专题报告。报告不仅指出太空旅游业是空间工业化的一个重要组成部分，而且还估计，在从1985～2010年间空间工业化的时代里，单凭太空旅游业这一项的经济收益就可以达到15亿美元之多。
应该指出，发展空间旅游业的关键是发展更加先进而廉价的空间运输系统和太空城。根据宇航专家和竭力主张空间殖民化人士的设想，不论是发展更加先进的空间运输系统，还是建造人类盼望已久的太空城，都可能在本世纪初变成现实。到那时，人类向往的宇宙空间就再也不是职业宇航员的世袭领地，而变成可供全人类共同分享的乐园。换句话说，具有一般健康状况的任何人，都有资格到空间去旅行。当然，太空旅游者将包括各式各样的人。有的是到空间去开展科学研究和科学实验的自然科学家，有的则是专程到太空去体现生活的文学家、艺术家以及新闻工作者，也有到太空城参观访问的各国政府首脑，还有去太空城洽谈贸易生意的各国商人。当然，那些朝思暮想、希望分享太空旅行之乐的普通游客也是能够如愿以偿的，不过是按顺序排队，耐心等待。也许，地质学家和探险家们，是最有希望到月球，到太阳系其他行星，到小行星上去从事实地考察任务和探险任务的了。太空旅游者的目的尽管不尽相同，但是，太空城却是他们非参观不可的游览胜地，这就为大力发展太空城的旅游业开辟了无比广阔的前景。
美国普林斯顿大学教授、空间殖民化最积极的倡导者奥尼尔，在预言今后一百年内人类社会的发展前景时曾乐观地指出，到2081年，将出现每秒行程500公里的宇宙飞船。在太阳系内，尤其是在木星和火星之间的小行星带之中，将出现许多太空城群，届时“每年将有两亿人往返于地球与太空之间。”如果他的预言能够实现，那么由此而发展起来的太空旅游业岂不就对未来太空的经济发展和社会繁荣产生出不可估量的巨大影响吗！
未来的太空城
极力主张空间殖民化的科学家们认为，建造和发展太空城决不是权宜之计，而是人类社会发展的必然结果和长期的奋斗目标。那么，在今后一百年内，空间殖民化的发展前景究竟会如何呢？
这是千百万好心人最为关心的一个问题。科学家从来不相信算命先生的鬼话，也从来不对那些盲目的空想主义寄予什么希望。他们喜欢站在“现在”这块基石上，用冷静的科学态度预测和回答一切问题。如果说他们有什么天分的话，那么，这倒是他们的本能。地球上的问题千头万绪，而且有些问题，比如人口膨胀、地球资源短缺、环境污染、潜在的核战争危险等，都是关系到人类未来前途的重大问题。近年来，未来学开始以它独有的魅力吸引着数以万计的科学家，他们正在对上述问题进行系统而深入的研究，并开辟了一个又一个崭新的研究课题，其中最时髦的课题莫过于地球上的“人口爆炸”问题。为什么呢？因为这个问题是我们的子孙后代所面临的一个严重问题，也是我们今天描绘未来太空城发展前景的重要依据之一。
未来科学家们普遍认为，除了发生热核战争，地球上的“人口爆炸”问题就是不可避免的。它将是今后一百年内世界面临的最棘手的问题。
人口增长率的不断升高是引起人口爆炸的根本原因。人口学家早已密切地注意到，在人类历史上，过去几千年世界人口的增长并不显著，但在最近一二个世纪中，人口增长的速度却变得愈来愈快了。联邦德国教授德·冯·布兰肯的研究指出，在1750年之前，大约花了1000年的时间，世界人口才翻了一番，但在后来的150年内，也就是到了1900年，世界人口就又翻了一番，紧接着的一次人口成倍增长只用了65年时间。从1965年到2000年世界人口又翻了一番。
目前，在地球上生活的人大约为60亿，其中四分之一生活在东西方的工业国家里，四分之三生活在发展中国家里。在工业国家中每年的人口增长率约为0.8％，而发展中国家有的则高达2.2％。如果从此之后不发生严重的大灾难和特大的战争，那么，到2025年将增加到80多亿，而到2080年有可能会突破百亿大关，甚至会有120亿人生活在地球上。值得注意的是，人口学家们在进行这些估计时，还是以逐渐减少的人口增长率为基础的。
在今后一百年内，如果出现这种局面，我们的地球能对付得了将近3倍于今天世界人口的沉重负担吗？别的暂且不讲，仅以粮食供应来说吧，据世界粮食组织报告，在发展中国家，今天，每5个人中就有1个患有严重的营养不良症。可以想见，到了2080年，如何填饱120亿人的肚皮当然就更成问题了。目前，世界上平均每人每年消费360公斤谷物。如按此标准推算，为了养活120亿人，届时每年需要生产43亿吨谷物。若按发达国家的人均消费水平即480公斤谷物计算的话，到2080年120亿人的总需求量将高达58亿吨谷物，即使到2080年能够把全世界可用于谷物生产的耕地从现在的7.6亿公顷扩展到10亿公顷，则意味着每公顷的粮食产量应从现在的1.5吨增加到4.3吨5.8吨，即分别比现在的单位面积产量增加2-3倍。从现在的农业科学技术水平来看，要做到这一点又谈何容易！
可以想象，人口的大幅度增长，除了吃饭问题难以解决外，资源短缺问题也会变得日趋严重起来。有人认为，由于资源短缺而带来的分配问题甚至可能会引起核战争。这也许意味着，如果解决不好，人类的文明势必将面临着崩溃的严重危险。
难道说，只有核战争才是挽救人类文明社会得以幸存下来的惟一出路吗？当然不是。设法严格控制世界人口的增长，寻找可替代的新资源，也是一些行之有效的办法。尽快发展空间移民化事业，以便让更多的地球人迁到宇宙空间去“安家落户”，也许是解决地球上人口爆炸和资源短缺等问题的重要出路。
从技术上看，随着空间技术的迅速发展，在宇宙空间中建造太空城并不存在很多困难。但是，要想从根本上减轻地球上人口迅速增长的压力，到2080年，至少应让过半数或三分之一的地球人迁到宇宙空间去定居。如果有三分之一的地球人，即40亿人到宇宙空间去定居的话，则除非要建造40万座、每座可居住1万人的太空城。据现在太空城设计师们估计，每座可居住1万人的太空城至少需要10万吨的结构材料。这就是说，建造40万座太空城，至少需要400亿吨的结构材料，实际上，所需要的原材料恐怕会远远地超过这个数字。因为为了确保每座太空城的经济发展和繁荣，还需要源源不断地供应发展工农业生产所需要的各种原料。在空间殖民化的初期阶段，主要是靠月球资源。但是，若要建造数10万座或上百万座太空城，光靠月球资源显然是不行的。
未来人类如何往来太空和地球之间
据科学家的设想，当人类进入开发小行星的新时代之后，空间殖民化将可能出现两种不同的发展趋势一种是建立起超大型的太空城，另一种是发展自治的小型社会团体，或称为自治的“宇宙新村”。
在未来空间殖民化的时代里，主要是建立可居住1万人的车轮型太空城。因为根据地球上的经验，如果城市人口过多，例如超过10万人，不仅难以管理，而且也容易出现盗窃、暗杀、抢劫等种种犯罪活动或其他不道德行为等社会问题。但在未来空间殖民化时代里，为了建立完全独立于地球的社会实体，也需要建立一些较大型的太空城。这种太空城不同于1975年夏季研究中设计的斯坦福轮状太空城。这种超大型太空城是由两个圆柱体组成的“姐妹城”。
每个圆柱体长34公里，直径6.7公里。它们都以相反的方向和每隔两分钟就旋转一周的速度绕轴自转，以产生与地面上类似的重力。两个圆柱相隔90公里，但可以互相往来。这两个太空城虽然近在咫尺，然而寒暑各异，当一个太空城正处于炎夏季节时，另一个则恰好在寒冬腊月里，好似地球的南半球和北半球一样。
在“姐妹城”的外部有两个带有许多“花盆”状的圆环结构，每个“花盆”都是一个独立的农业区。那里没有旱涝灾害，而是土壤肥沃，阳光充足，气候温和，湿度适宜，风调雨顺，可以说是太空城上发展农业和畜牧业的理想场所。在圆柱体的顶部设立了工厂、通信设施和码头。在圆柱体的两端部署太阳能发电站，为太空城的农业生产和居民生活提供电力。
“姐妹城”的内部不仅有环城的河流，碧波荡漾的湖泊，美丽的花园，而且还有3000英尺高和2英里长的大气层，形成一个带有云彩的蓝天。这样厚的大气层和农业区的土壤是阻止宇宙射线侵入的天然“屏障”。因为整个圆筒体和外壳很厚，完全可以抵御流星体的袭击。对于这种超大型的太空城来说，万一在某个地方被一颗小流星击穿的话，需要300年才能把城内的空气漏光。
在这种超大型太空城里，如果它的人口密度象斯坦福轮状太空城那样的话，则可以居住2000万人。但在实际上，并没有必要居住那么多人。因为当人类能够建造这类超大型太空城之时，完全可以不用像初期设计太空城那样注意讲经济原则了，而是应该把环境优美、居住宽敞舒适放在首位。到那时，可以把太空城设计成开式布局，其市区安排大致与现在美国马里兰州的哥伦比亚市一样。许多像别墅一样的两层楼独家住宅，或傍山依河，或坐落在碧波荡漾的湖畔，或掩没在绿树丛荫之中，秀丽幽雅，犹如仙境一般。
在太空城内的各个居住区都设有医院、邮局、饭馆、商业中心和剧院，甚至还有美丽的公园。因为大型太空城是完全独立于地球的，因此那里既重视工农业生产和文化教育事业的发展，也重视各种服务性行业的发展。在太空城的居民们可以完全根据他们自己的专长和爱好选择职业。有的可能成为农业专家、工程师或管理人员，有的可能是艺术家或文学家，有的可能是从事研究某个科学领域的专家。
上面所讲的是空间殖民化向大型化发展的趋势。但在空间殖民化时代里，特别是在开发小行星的时代里，可能出现的另一种发展趋势，就是允许建立各种小型的自治式社会实体，或称作“宇宙新村”。有些不愿意在地球上生活的少数民族或有独特思想和生活方式的人们，可以自愿结合在一起，到小行星带之中建立起自治的社会实体。也许是因为，地球对于这些人来说，要建立一个他们所希望的国家或自治区，肯定会受到种种限制，或遇到不可想象的困难。例如，印第安人要求建立自治区，犹太人则试图牺牲巴勒斯坦人以建立他们的以色列国等。
在空间殖民化时代里，这种棘手的问题便可迎刃而解了。不论是少数民族、宗教团体或任何其他人，都允许他们建造起自治的太空城。
对于希望建立“世外桃源”社会实体的人们来说，更可以到空间去建造他们的太空城，让志同道合的一群人居住在那里，以验证他们新思想或新主义是否具有生命力。从长远的观点来看，通过这类试验，很可能为人类找到最为理想和更有发展前途的社会组织形式和文化形式，这也许是在空间殖民化过程中为人类作出最大贡献的一种崭新的社会组织。
如果有些人不喜欢在闹市里生活，也可以把全家搬迁到小行星上去安家落户，或者几个家庭自愿组成的小集体，将来在太空城上建造一种小型的宇宙飞船，飞船设备齐全，即有供水、供电系统，也具有开发小行星资源，从事工农业生产所需要的设备。据估计，这样的一套设备可能只要5～10万美元，大约相当于现在地球上许多地区买一座住宅所需的费用。在将来，凡是希望在太阳系内旅行和到小行星上安家落户的人们，只要购买这样的一套设备，就可以长期定居在小行星上或在太阳系内旅行。宇航专家们认为，这样的空间旅行比现在人们横渡波涛汹涌的大西洋还容易。万一遇到不测事件，只要向行星际调查队或附近的太空城发出呼救信号，不用多久援救飞船就会赶赴现场，帮助他们脱险。
天文学家还估计，在小行星带之间直径30米左右的小行星有数百万颗之多，每颗这样的小行星都可以居住一群人。对于地球上因为战争或政治原因而需要逃难的人们来说，这些小行星很可能是极为理想的“避难所”。当然，对于某些冒险家或具有浪漫主义色彩的人们来说，这些小行星更是他们暂时居住的理想地方。
上述设想，乍听起来有点像科学幻想一样离奇，但这不是科学幻想，而是完全可以达到的现实。在空间殖民化的进程中，随着人类建造太空城的经验不断丰富，空间交通工具的不断发展，在本世纪的某时候，人类将开始向小行星进军，他们将首先开发与地球轨道相交的那些小行星的资源，并利用这些资源来建造许多款式各异、大小不同的太空城，然后以这些太空城为基地，不断把人类的文明扩展到整个小行星之中。有人估计，在今后一百年内外，无数不同大小的太空城群或“宇宙新村”将像天女散花一样布满火星和木星之整个小行星带之中。每座太空城都以小行星上的资源来发展它们的工农业生产，以繁荣和发展它们的经济。虽然各个的太空城的经济是相对独立的，但是它们之间的贸易往来也是不可缺少的，特别是它们与地球之间的贸易联系或友好往来就更重要了。从某种意义上说，地球仍然是它们推销产品的重要市场，如果在今后一百年内过半数或者至少三分之一的地球人都迁到宇宙空间定居的话，人类往返于天地之间的旅行将变得十分频繁。据空间殖民化的最积极倡导者奥尼尔估计：“到2081年，每年将有2亿人往返于地球与太空城之间。”并预言，到那时将出现每秒3万公里的高速太空飞船。虽然某些太空城与地球相隔数百万甚至数千万公里之遥，但人类乘坐如此高速的太空飞船周游空间中的各个太空城，比今天人们乘飞机周游世界还要容易。这就是空间殖民化展现在人类面前的一个美丽前景。
组织太空家庭不是梦
随着地球上人口的爆满，太空是一个极具诱惑力的生存空间，因此，人类决心征服宇宙，向太空移民。当美国航空航天局（NASA）发射的“克莱门汀”号探测器发现月球上有水，而“月球勘探者”号探测器进一步证实月球上确实有水后，人类加快了开发宇宙的步伐。美、日等国家已计划在月球上建立工厂、旅游基地和月球城，甚至在适当的时候向月球移民。特别是当1997年7月4日美国“火星探路者”号探测器成功地在火星上登陆后，美国提出了雄心勃勃的太空探测计划；在21世纪初，派遣一批太空人，用将近1000天的时间远征火星。
如此宏大的宇航事业，宇航员在太空飞行逗留的时间势必大大延长，于是，一个非常现实的问题提出来了：这大批的宇航员长期离开地球后也需要夫妻生活和养儿育女呀。那么，男女宇航员能否在太空组织家庭，甚至怀孕、分娩和养育下一代呢？
航天医学家认为，男女宇航员在太空组织家庭并养儿育女，是空间生命科学的一大难题，长期以来就受到科学家们的重视。最早研究这个问题的是前苏联。早在20世纪60年代，前苏联的生物卫星就曾送老鼠上天“结婚”，让雌鼠在太空怀孕、分娩，试验获得了成功。但是在太空失重的情况下，生育的幼鼠骨骼脆弱，容易折断，肌肉也松弛无力。后来，前苏联科学们专门设计了“离心增重器”，用使鼠笼高速旋转时产生的离心力来代替地心引力，并产生重力加速度，从而有效地克服了太空失重不良影响。
美国也在加紧这方面的试验研究工作，他们先后将雌雄袋鼠送上太空试验室，让它们在那儿“成家立业”。这些雌雄袋鼠如科学家期望的那样，能够在太空安然无恙地生活、怀孕、分娩，孕育出新的生命。
袋鼠是比较接近人类的哺乳动物，袋鼠上天“成家立业”试验成功地为人类在太空组织家庭探明了路子，但还不能说人类在太空组织家庭的一切问题都已妥善解决了，人类有自己的特殊情感和特殊需求。
例如，要让男女宇航员在太空组织家庭，要考虑女性能否像男性一样能适应长期的太空生活。实践证明，女宇航员经得起太空特殊环境的考验。1964年，前苏联的女宇航员捷列什尼科娃乘坐“东方-6号”宇宙飞船升空遨游，是妇女第一次飞往太空。1983年6月，萨莉·赖德升空遨游，成为美国第一位太空女宇航员。截止1997年，美国共有24名妇女在太空工作过，并有多人多次在太空执行任务。其中香农·露西德在“和平”号空间站上创造了女性在太空轨道上停留187天的新纪录。要特别提出的是，1992年，美国宇航员夫妇马克·李和德维斯还一同双双升空，完成了家庭式的太空飞行。
21世纪将是宇航事业大有作为的时代，宇航员太空之行将是漫长、寂寞和艰辛的，又由于女性同男性一样能胜任太空飞行的重任，美国和俄罗斯负责宇航事业的官员们宣称目前他们都在考虑让男女宇航员在太空谈情说爱和组织太空家庭的问题，许多宇航员也跃跃欲试，愿意率先上天组织太空家庭。美国宇航员福可尔已表示愿意出征火星，进行长达1000天的太空飞行，并且要求同太太一块去火星，谱写人类宇宙航行的新篇章。
但是，从空间生命科学的角度看，航天医学家认为：在太空中长期处于失重状态、大量的宇宙射线、高能粒子辐射和高真空高洁净环境的影响，不能排除对人体生育能力的影响。
话又说回来，男女宇航员在太空失重状态下，究竟能否组织家庭和怀孕、分娩呢？俄罗斯生物学家谢罗娃经过多年的研究认为，航天活动不影响生命的繁衍。美国科学家则持慎重态度，他们认为，人类生命科学的太空实验是空间生命科学的一次重大实践活动，不应仓促行事，要周密安排，何况还有许多困难需要克服呢。但是，他们相信，在本世纪初，随着航天事业的发展和世界各国航天活动的联合进行，定能加快人类空间生命科学事业的进展，当能保证宇航员在宇宙空间连续安全航行数年的长期生命保障系统研制成功之后，那时，男女宇航员在太空中工作、谈情说爱和繁衍后代是完全可能的。人类在太空组织家庭不再是遥远的梦！
“太空婴儿”呱呱诞生的时日，离我们不会太遥远！
未来的太空建筑
自1969年7月美国宇航员阿姆斯特朗登上月球后，人类便意识到未来的生存空间也许会扩展到地球之外的其他星球。
科学家预计在本世纪，太空将会诞生形形色色的建筑。太空将会成为人类的又一旅游胜地。本世纪初，进入太空的人数将超过2万人，其中除旅游者之外，还将包括新闻记者、艺术家和科学工作者。为此，不久前，日本清水公司与美国贝尔和特罗蒂公司的专家设计了一种宇宙宾馆，以便今后想要在宇宙轨道上度几天假的人居住。
宇宙宾馆像现在的人造地球卫星那样，它处在地球上空450公里的高度。宇宙宾馆的形状犹如直径140米的大型游艺场。在宇宙宾馆的四周，房间可供大约100名旅游者住宿。为了使这些旅游者避免由于失重而产生不愉快的感觉，宇宙宾馆将每分钟自转3圈，这样就可以在宇宙宾馆上产生像地球上那样的引力。
美国航天专家詹姆斯·亚伯拉罕森说：由于宇宙航行非常安全，参加旅游的人不一定要有像奥林匹克运动员那样的体魄，只要经过一般的体格检查，体力达到一定状况就可以了。
人们完全可以期待有朝一日可以像出差到外地一样收拾简单行装，穿上宇宙服、搭乘航天飞机到太空遨游，到月球或者到更遥远的地方去。
美国太空总署为了配合星际探险计划，正与波音公司合作研制一种名为“太空花园”的实验性太空舱。这种新型的太空舱，实际上是一个控制生态的“生命维持系统”。
在这个系统中，将种植诸如橙树、棉花和粮食等植物，为太空人提供食物、饮用水，回收他们呼出的二氧化碳、排出的粪便。
科技人员还将采用小球藻系统排除二氧化碳，制造氧气，使空气保持新鲜。如遇紧急情况，空气和水可以自成系统，分开使用。太空花园设有引力相对较弱的“运动区”，供游人们尽兴从事“太空运动”。
太空花园的若干设计方案已完成，其中太空舱中的太阳能电池板能产生35千瓦电量，透过一些特别的镜头把光线聚集到光纤导线上，经过光纤导线传递到终端照明系统，以照射舱中植物。
预计本世纪初，太空花园将装配在美国第一个永久性太空站上。
未来太空中的衣食住行
火星，是太阳系九大行星中除地球之外最适宜人类开发和利用的一颗行星。火星具有比较理想的表面环境，丰富的自然资源，而且离地球较近。人类要在地球之外建立永久性的殖民地，除月球可供选择以外，就是火星及其卫星了。
在2012年至2014年期间，宇航员将会进行火星之旅。那时宇航员将会穿什么上火星，会在火星上吃什么，在太空中的生活又是怎样的呢？
衣：一件衣服300万美元
看到这个数字简直让人无法相信，一件衣服怎么会值300万美元呢？然而这不是一般的衣服，是给宇航员订做的宇航服。这么昂贵的宇航服，它到底由什么制作的呢？
太空环境与我们地球大不一样，在地球上虽然有春、夏、秋、冬的季节变化，但温度的差别也不过几十摄氏度。在太空中则不一样，冷热反复无常。宇航服要做得既能防热又能防寒，其里面共有15层质料，虽然含有15层质料，宇航服也不能做得太厚，不然的话宇航员穿上之后就变做一只大熊猫了，行动起来就很不方便。未来的宇航服关节部位非常灵，加设特别柔软的护垫，而头盔也要加强防高温和太阳紫外线的能力。
宇航员在太空舱中工作的时候，便可以脱下那身价值连城的宇航服，穿上轻便的T恤衫裤。
食：别具风味的太空食品
鸡蛋、蔬菜、牛肉、意大利粉、水果和雪糕等食品，我们都不陌生，其中有些还是我们每天必须的食品。宇航员在太空中也吃这些食品，好像没有什么特别的。但是有一点不同，宇航员在太空中失重的情况下进食是非常有趣的，由于没有重力，食品不会往下掉，只是飘浮在空中，宇航员随时可以张开大嘴来“俘获”这些食品。如果这些食品四处飘浮，那简直会充满整个舱室。这样不但宇航员吃不饱，而且还让这些食品污染了工作舱，因此，宇航员所带去太空的食品必须是完全脱水食品，它们能让宇航员吃得方便，又保证了营养。
如果所有的食品都从地面带过去，是否能满足未来的太空生活呢？答案当然是否定的。如今宇航员正在尝试开发太空食品。初步计划在太空种植小麦，并且试验在太空煮食，由于从地面带上去的食品全部是脱水包装，宇航员进食前需把食物先加热。新建的空间站有微波炉，而一些航天飞机内已装有可口可乐汽水机。所有的宇航员中也许是美国宇航员最幸福了。因为他们除了可乐，还有橙汁，咖啡等。
住：每周沐浴一次
在太空，宇航员只要一天不洗澡，那难闻的气味便很快传遍整个狭小的舱室，引起同伴的不快。
宇航员可以沐浴，但却不能像在地球上那样随心所“浴”。由于没有重力，水不会往下掉，只会四处飘浮，这样怎么洗澡呢？原来，宇航员要进入一个像睡袋的东西内，把身体裹紧，防止水向周围喷出，袋内有香皂和温水射出，清洁好后，真空机便会把香皂和水抽走。不过，由于带到太空的水有限，沐浴又要用很多水，加上过程比较复杂和花时间，宇航员平日只用类似海绵的东西，用少许香皂水润温擦身子，沐浴只是每周一次的“享受”。
还有一个有趣的问题是上厕所。在太空没有重力的情况下，粪便及尿液不会往下沉，一不小心便会飘进舱室里来。现在设备改良了很多，排送问题解决得很好。即使是女宇航员也可以放心使用而不用担心出“丑”了。宇航员的粪便要带回地球进行化验，而尿液则会送出舱外。
行：大空令人骨头脆弱
未来宇航员所肩负的任务，将会愈来愈重，随着空间站一个个建立，他们逗留在太空的时间亦会逐渐加长，要确保宇航员在太空中能顺利工作，不发生危险，除了太空衣的保护，更需要宇航员有良好的体魄和精神。
宇航员每天都要在舱内运动，使自己尽快适应太空。在地心吸引力很低的太空，重量感会突然消失，宇航员钙质流失特别快，骨头会变得特别脆弱，加上又经常穿着厚笨的宇航服做实验，行动起来很不方便，宇航员就要靠运动来锻炼体质。太空生活是单调的，为了带来一些娱乐，有些宇航员带吉他上太空，空闲时一起弹奏或唱歌。
在太空，不管是月球还是火星，都需要面对没有时间、没有生命、没有早晚的环境，这对宇航员也是一个重要的考验。
未来的宇宙天气预报
1998年一月份许多美国人会注意到，他们电视屏幕上的图像神秘地变成天电干扰“雪花”了。
科学家认为，其罪魁并非冬季的风暴雪干扰当地的广播台，而是太阳风暴引起整个美国电视图像的突然中断。
一旦从太阳表面爆发出热气体，就会出现太阳风暴，这些喷发叫做太阳光斑，它会发出含有万亿计的微小粒子的巨大云层，这些粒子飞散于广袤的太空，1月11日地球正处在这一巨大的喷发中，造成几小时卫星与电视传输的中断，专家估计直接经济损失约2亿美元。
美国蒙大拿州立大学的研究人员指出，在不久的将来，坏的“宇宙天气”可能对地球产生更大的破坏作用。他们预言，大的太阳风暴有可能干扰各大陆的通信并引起大的供电中断。
1.多风的天气
地球经常沐浴在太阳风——与其耀眼的阳光一起从太阳发出的持续不断的带电粒子流中，这些粒子多数是带负荷的电子和带正电荷的质子，它们以每秒500公里的速度穿越太空。
科学家们说，虽然太阳风犹如阵阵和风，但强度接近飓风的干扰绝非一般。每11年发生1次，太阳将进入所谓一最高日射期，此时，太阳风的干扰发生更为频繁，强度也更为剧烈。
目前，太阳正处于最低日射期，其标志是太阳风暴相对较少，此时另一个标志是太阳黑子——太阳表面太阳耀斑有关的暗点——相对较少。
不过科学家预言说，太阳在公元2000年的某个时间，太阳将再次进入它最高日射期，到那时会出现几百个太阳黑子与太阳耀斑，将喷发出飞快的粒子流，假如这一预言成真，那么，在20世纪末，下世纪初，地球将处于一个恶劣的宇宙天气中。
2.磁伤害
幸运的一点是，地球有对付太阳风暴的一道天然屏障，这就是地球的磁层——一个确定我们地球磁场边界的眼泪状地区，该磁层能将太阳风中多数带电粒子从地球偏转开，然而，这些粒子有许多不会被偏开，而是被俘获在磁层内。
剩下的其余粒子则旋转穿过南北极地区地磁场中的“孔”。这些正在旋转的粒子碰到大气层中的氮与氧原子，而释放出光脉冲，这些光脉冲常常形成耀眼的光，此即极光。在地处南北极的南纬与北纬地区的夜空中可目击到微微闪烁的亮光。
大的太阳风暴，像去年1月11日那次风暴，其威力之大有可能短时压缩地球的磁层。有时，太阳风暴可以大到将其磁场迭加到地磁场，而产生一个斗头，能让带电粒子注入地球大气层，甚至到达地球表面。
一旦上述情况发生，太阳风的极强作用力不仅仅在太空觉察到在地面上也能觉察到。1989年，在上一次最高日射期间，一次巨大的太阳风曾干扰了整个供电网。这次太阳风暴在加拿大的魁北克省体会最深，那次风暴曾造成供电中断数小时。
3.太阳风暴的预报
一些科学家担心，从现在起再过三年，太阳将进入下一个最高日射期，来自太阳风暴的破坏有可能更为严重。这是因为现代文明比以前更依赖于卫星通信和导航。电力网比10年前更为庞大，从而使它们对太阳风暴更为脆弱。
目前一些科学家正在研究改善宇宙天气预报，人们希望通过使用能昼夜不停监测太阳活动的新型空间探测器，使这些预报更准确，更及时。美国国家航空航天局为此发射了高级合成探测器，即ACE探测器。该飞行器能寻找太阳耀斑的征候并为技术人员提供严重太阳风暴的一个小时的警报。
如果ACE探测到一次太阳风暴的侵袭，技术人员将在风暴肆虐之前，关掉卫星地面上灵敏的电子设备；当风暴过去，再接通电子设备。这样做，就能将太阳风暴对卫星电网破坏减至最低限度。
未来太空城的夜生活
太空城没有海洋，却可以见到“海鹰”在空中展翅飞翔。这事，也许你会觉得奇怪。其实，那不是真正的海鹰，而是孩子们竞相放逐的一种风筝。
一提起放风筝，许多人都会感到妙趣横生。孩子们喜欢，青年们也喜欢，上了年纪的老人又何尝不想让五彩缤纷的风筝展翼高飞呢！人们自然要问，在太空城也是跟地球上一样放风筝吗？不，并非如此。因为这里的气象条件和地球上大不相同，既没有蔚蓝的天空，也没有使风筝升空的“风”。所以，在这里不能从下往上放风筝。而只能从太空城项部高处向下“放”风筝。如此说来，在太空城“放”风筝就有点名不符实了。
但是，太空城上的风筝却做得非常逼真，非常雅致。有时你可以看到十几只五颜六色的风筝，像飞鸟一样从几十米高的地方沿着同一方向同时降落在街心公园，或某一建筑物的屋顶和阳台上。头一回来到这里观光的游客，如果不注意观察，还真可能把张着两只大翅膀的风筝误认为是海鹰在天上飞翔哩！
太空城居民对放风筝的喜欢程度，可比地球人高得多。这也许是因为太空城太缺少飞禽走兽的缘故吧。世世代代生活在地球大自然环境里的人，一旦离开了大自然，无论从心理上还是精神上都会产生一种难以形容的空虚感与寂寞感。为了填补精神上的这种空虚，他们便会本能地通过这些活动来“制造”一种人造环境，从而获得心理上的一些满足。
同样，当你进入居民区时，有时还会发现“天上”飞行着各种飞机。这些飞机当然不会是现代化的超音速飞机，而是青少年们自制的航模飞机，或者是青年人喜欢的滑翔飞机。
从这类航模飞机的制造工艺来看，实可谓巧夺天工，既精美雅致，又小巧玲珑，而且几乎全部由无线电遥控操作。从远外凝视，又何尝不像是飞机正在空中翱翔呢？
当然，这种滑翔机不会也永远不可能成为太空城的交通工具。这只不过是一种娱乐工具。人们喜欢它，也是因为不愿意忘却地球上的这种交通工具。
从本质上说，太空城没有白天和黑夜之分，那是因为它时刻都受到太阳光的照射。但是，为了满足人们对白天黑夜这一生物节律的心理要求，太空城设计大师们依然能够巧妙地按照地球人的习惯，人为地划出白天和黑夜，以便让居民们更好地工作休息。就连居民们的夜生活，大师们已经考虑齐全、安排妥当了，甚至会使你感到，这里的夜生活丝毫也不比地球上单调和枯燥。那么，太空城到底有哪些夜生活可供人民享受呢？
首先，所有体育和游戏场所都可以向你开放。你可以乘宇宙游车到宇宙深空去欣赏宇宙风光，也可以到中心区的游泳池和运动场去从事你所喜欢的各项活动。还可以在有正常重力居住区内打球或乘坐滑翔机。当然，要是你不愿外出，也可以和全家人在一起看电视、打桥牌、玩麻将和玩扑克等。
假如你想换换口味，也可以到太空城的影剧院、俱乐部、舞厅、酒吧间或夜总会去看电影、跳舞、欣赏音乐和从事你所喜欢的其他社交活动。
影剧院和俱乐部等一般都设在有正常重力的地下室内，也许是设在太空城居住的甲板底屋。
每个居民区底下都有二三个可以容纳500人以上的影剧院或俱乐部。这些设施除了供人们看电影看戏外，还可以作为集体活动之用。它们实际上是一种装有许多折叠椅的礼堂。用电动机械支上折叠椅，就可用来放电影，演戏，举行各种集会和其他活动；收起折叠椅，又可供人们跳舞，或进行各种球赛。
虽然太空城上没有专门的电影制片厂或各种专业剧团，但是太空城上可以及时看到从世界各国进口的优秀影片。随着太空城的发展，许多国家的文艺和体育团体会经常到太空城上表演精彩节目。届时太空城上的居民们将会看到各种具有世界先进水平的文艺体育表演。某些杂技项目要是能在中心区的低重力体育场表演，会使人更加惊叹不已。
由于太空城的有效空间极其有限，因此这里的酒吧间、咖啡馆、舞厅或夜总会一般都具有多种用途。它们都设在阶梯式建筑物的最高层。白天，这些设施可用作饭馆、小吃店、冷饮店、水果店、酒店或副食品商店，到了夜晚它们又变成各种娱乐或社交场所。有些地方插放着各种管弦乐，人们可以到这些地方跳舞、喝咖啡、喝啤酒或欣赏音乐，居高临下眺望、观赏整个市区的夜景。
啤酒是太空城自己加工制作的。为了防止酗酒或醉汉闯祸，这里严禁私人酿酒或贩卖各种烈性酒。烈性酒就像海洛因一样被列为地球严格禁运的走私食品。
但是，太空城还不得不生产酒精。因为它是许多飞行器所能采用的最便宜燃料，而且不必从地球进口。
