爱华网神舟：载人航天的故事
人类对太空的幻想
15~16世纪随着哥伦布发现美洲新大陆，以及麦哲伦对地圆说的证实，使得我们对自己所生活的这个星球有了更进一步的了解，自此人类的足迹开始遍布地球上的每一个角落。随着科技的发展，尤其是近代科学技术的进步促进了人类对自身以及生存环境的飞速探索，人类的生活空间已不仅仅局限于自己脚下的这一方土地，宇宙这片未知的领域无时无刻不在诱惑着一代又一代的人们，进入20世纪人类终于通过自己的努力第一次飞出了地球的摇篮，揭开了人类探索太空的帷幕。
人类对太空的幻想
“很难说什么是不可能的，因为过去的梦想即是今天的希望，明天的现实。”
——罗伯特?戈达德(美)1914年
正如对海洋这片蓝色的崇拜，人类从具有思维的那一天起对天空这片蓝色就怀有无限的遐想。人类渴望着有一天可以翱翔天空，这种对飞行的渴望逐渐演变成了一个个美妙动人的传说，经过千百年的传播和演变，这些传说不断的刺激着后代科学家为了实现梦想而努力。
随着天文学的发展，相继出现的太空幻想小说是人类对太空飞行进一步的思考。通过哥白尼、第谷·布拉赫、开普勒和伽利略等科学家的不懈努力，确立了近代日心说的天文学体系。这时人们意识到地球仅仅是浩瀚宇宙中一颗普通的行星，人类借助于自己的想像力以及自己所生活的这个星球上的知识来设想宇宙中其它的星球。地球以外的星球是什么样的？上面是否有生命的存在？这些都推动着人类不断的去幻想。
德国天文学家约翰内斯·开普勒在1634年出版的《梦想》(Solemnium)中第一次对月球的旅行展开了幻想，稍晚出版的由英国主教、历史学家歌德温所作的《月中人》以及英国人威尔金斯所作的《月球世界上的发现》也对月球的情景进行了幻想和推测。这一时期的《月球之旅》(法国，切拉诺·德·贝尔热拉)是17世纪太空幻想小说中的典范，在书中作者用近似科学的态度讨论了太空旅行中的各种飞行方法，尤其提到了用焰火爆竹作为推进动力，其原理正是航天飞行中所用的反作用推进方式。
进入19世纪由于一系列科学的重大发现与发展，如生命体与非生命体物质元素相同、太阳系非惟一性、进化论、元素周期律的提出，不断地揭示了地球生命的非惟一性以及太阳系的平凡性，同时伴随着科学发现和科学技术地位的日益提高，太空幻想作品进入了新的黄金时代。
法国人儒勒·凡尔纳的《从地球到月球》是近现代太空科学幻想小说的代表作，在书的写作过程中，凡尔纳通过科学的推理，结合大量的数学、物理学和天文学知识，对小说中的宇宙飞船和发射装置进行了严格的计算。书中对有关航天活动中许多基本状况的预言都同航天科学发展有着惊人的吻合，如火箭发射场、飞船密封舱、失重、火箭变轨道飞行、制动火箭、海上降落等。德国科学家库尔德·拉斯维茨的科幻小说《两个行星上》描写了有关火星人的故事，与《从地球到月球》同样杰出的是，在他的作品中对光电感应器、光电池、轨道站、反作用发动机、变轨控制的设想和描述具有很强的科学性。
可以看到这个时候的太空科学幻想小说中科学性上升到了非常重要的地位，正是由于这个原因，他们的作品与当时的科学探索发现是紧密结合的，既不同程度受到不断出现的新技术新发现的影响，又对航天科学的发展起到了极大的影响作用。后来的许多火箭专家和航天先驱者都受到了这些作品的启发和激励，俄国航天先驱齐奥尔科夫斯基，美国航天先驱戈达德，德国火箭专家冯·布劳恩等在早期都曾受到过这些作品的影响。德国航天先驱奥伯特和法利尔还曾对《从地球到月球》中凡尔纳设计的火炮及用这种装置发射飞船的可能性进行过认真地研究。
人类对太空的幻想激励着我们不断的对太空进行探索，去实现翱翔太空的梦想。在对太空的无限遐想中，人类逐步建立起了太空飞行的思想和观念，这就为航天梦想的实现奠定了思想基础。因此当新的时代来临时，在这种原始动力的推动下真正的航天理论和实践得以迅速发展。
火箭的发明（图）
最早的二级火箭“火龙出水”
人类在对自己飞行梦想的不断尝试中，一次次进行着飞行的尝试，随着科学技术的发展，人们逐渐认识到航空与航天的不同，航空飞行器不论飞机、气球、还是飞艇都需要依靠空气的存在，没有了空气所谓的飞行也就不可能实现。而航天之梦实现的最原始依据就是火箭，火箭的飞行利用了动力学中的动量守恒原理，它不但能在空气中飞行，还可以在大气层外的真空中飞行，而且由于没有了空气阻力，在真空中的飞行性能更好。通过不断的尝试，人们逐渐认识到要想进入太空，只有借助于喷气推进的火箭。
航空航天技术是一门高度综合的现代技术，涉及到许多的学科门类，它包括了航空和航天两个大的分支。人们通常把在地球大气层内或大气层外空间(太空)飞行的器械统称为飞行器。航空是指飞行器在地球大气层内的航行活动；航天是指飞行器在地球大气层外宇宙空间的航行活动；
火箭的发明最早出现在中国，在中国古代的记载中，火箭的含义比较广泛，比如在电影电视中经常可以看到箭头点燃，靠弓弩发射的竹箭也称为火箭，而真正的火箭是在火药出现后才发明的。从唐末到宋初火药武器开始使用，但由于其配方和制作方法还处于初级阶段，所以不足以作为推进的燃料。随着火药配方和制造技术的进步，12世纪初研制成功了固体火药，并把它用于制造火器和焰火烟花，在使用这些火器与烟花特别是手持使用时，人们感到火药燃烧会产生很强的后坐力，于是有心人在这种启示下发明了新的火药玩具。大约12世纪末到13世纪初出现的玩具“穿天猴”可以说是真正意义上利用反作用原理的火箭，将这种原理的火箭作为武器使用具有相当的杀伤力，所以在战争中也开始频繁地使用它。
公元1128年南宋政权建立后，南宋、金和蒙古频繁交战，各方都使用了火器。1161年11月，金国侵略中原时，南宋军队第一次使用了火箭武器——“霹雳炮”重挫金军，这是人类历史第一次在战场上使用火箭武器。连年的交战使火箭技术逐渐被金和蒙古所掌握，于是当时各方兵工厂的一个重要内容就是火药制造，在这种情况下火药的配方有所改进，制造工艺渐趋成熟，其燃烧速度和爆炸力也得到增强。13世纪蒙古在先后三次的大举西征中，采用了南宋的火器技术，用汉人工匠制造大炮。当时在欧洲战场使用的火箭已有多箭齐发的火箭筒，这种集束式火箭发挥了绝大的威力，使欧洲人大为吃惊。当然在这几次西征中，阿拉伯人从中掌握了火药和火箭的技术，并进一步把它传入了西方。
明代中国火箭发展进入了一个比较重要的时期，出现了很多种类的火箭，除了单级火箭，还发展了各种集束火箭、火箭弹和原始的多级火箭，并且对各种火箭的制造、应用、配备和发射剂原料配比及加工制造等都作了详尽的叙述。在当时的水、步、骑兵中火箭武器已作为必备的武器，甚至还有专门的火箭部队，有关火箭武器的使用、布阵、作战技术和管理也都有条例规定。明代的《武备志》中曾有过这些火箭的记载。
《武备志》所记载火箭
名称 射程
五虎出穴箭500步
七星箭 不详
九龙箭 不详
火弩流星箭不详
火龙箭 不详
长蛇破阵箭200步
一窝蜂箭 300步
群豹横奔箭400步
四十九矢飞帘箭不详
百虎齐奔箭300步
明代的火箭虽然种类繁多，但发展主要体现在火箭样式的更新上，有关火箭的尺寸、规格、装药剂量、发射距离方面却少有讨论。而在火箭的稳定方面，仍然是传统的箭杆加羽毛方式，精度不能得到显著的提高，这就使火箭的尺寸和射程难以提高。进入清代火箭虽然也有一定的发展，但其发展基本停留在原地。一方面看这是因为长时间的和平以及封建君主所推行的封闭政策所影响，但从技术的发展来看主要还是缺少相应科学知识的指导。纵观中国古代火箭技术的发展过程，所走的基本是经验式的道路，没有对火药的燃烧机理，火箭的推进原理，箭羽的稳定原理等问题进行深入的研究，而仍局限于用阴阳五行说来解释爆炸原理，这就使得火箭技术的较大改进难以出现。
而火箭技术在13世纪传入阿拉伯国家后，又逐渐传入欧洲，意、法、德、波兰、英、俄等国都先后掌握了火箭技术。尤其出于战争的需要，这些国家在使用火箭的过程中，深入研究火药配比，火箭形状、大小及稳定装置和火箭材料，在这些方面进行了重大改进。很快欧洲的火箭在重量、射程和精度等方面就超过了中国火箭。公元18世纪初(大约清康熙~雍正年间)，波兰就已生产出了重达千克甚至千克的大型火箭，德国也试验了多种带导向杆的重千克的火箭。
但有趣的是正如火箭没有在他的故乡中国得到巨大发展一样，对欧洲近代火箭技术发展产生巨大影响的不是欧洲那些较早使用火箭武器的国家，而是英国。这里不能不提的就是威廉姆·康格里夫(William Congreve)研制的火箭，而实际上“康格里夫火箭”并不是欧洲大陆火箭技术发展的必然结果，也很少受到其影响，主要借鉴的却是印度的火箭技术。
威廉·康格里夫(William Congreve 1772～1828)
英国人康格里夫1793年毕业于剑桥大学，是学文科的，由于其父经管英国皇家兵工厂的影响，他对兵工机械怀有浓厚兴趣，因此后来便弃文习武，进入这家兵工厂，并且开始在英国士兵从印度带回的火箭资料的基础上，研究改进火箭的速度和射程。经过几年的探索，1805年，康格里夫采用新型火药制造出了一种实用的火箭，重千克，箭长米，直径米，并且装了一根米长的平衡杆，射程可达1800米。这种火箭在英国击败拿破仑军队的战争中建立了卓著的战功。由于康格里夫在火箭方面做出的贡献，英国政府于1814年授予他爵位荣誉，并在1817年被选为议会议员。然而，康格里夫火箭还未能解决制导和控制问题，精度较差。1844年，英国的威廉·霍尔发明了一种自旋稳定器，并用来对康格里夫火箭进行改进。虽然与现代火箭相比，所有的这些火箭都十分简陋，应用也不广泛，但它们的出现却为现代火箭的诞生奏响了序曲。
康格里夫研制的火箭在射程、精度及稳定方式上都作了改进，其性能已经近乎达到了火药火箭的极限。由于其巨大的杀伤力，使各国纷纷开始重视火箭的研究和使用。此后，战争火箭的另一项重大进步就是稳定性的提高。19世纪中叶英国的发明家威廉姆·黑尔在火箭的尾部装上3只倾斜的稳定螺旋板，当火箭发射时由于空气动力的作用使火箭自身旋转从而达到稳定。到第二次世界大战为止，火药火箭的发展已臻于完善。它的基本结构是由装有火药的火箭筒，中间装有发射药作为推进剂，头部装有高爆炸药和引信，尾部为喷口，另外采用尾部稳定翼起稳定作用，在发射装置上采用发射架或发射筒。比较著名的就是苏联的火箭炮——卡秋莎。
火药火箭：其工作原理和固体燃料火箭是一样的，以火药燃烧产生的推力。早在唐代初年(约在7世纪)火药就出现了，南宋时代火药用来制造烟火。大约在13世纪制成火箭。我国古代制造的火箭和起花所用的是黑色火药。
火药火箭是第一种实用的反作用推进装置，虽然有许多局限证明它不是理想的太空运载工具，但它的基本原理却完全适用于航天运载工具的需要，这样运用火箭作为宇宙航行基本运载工具的想法在先驱者脑中逐步酝酿。后来液体燃料火箭出现，进一步为航天推进器的实现提供了可靠的技术保证，也让航天先驱者看到了使用火箭来完成航天运载的曙光。经过不断的研究和早期试验，火箭作为太空飞行的推进装置逐渐得到证实，最终为人类通向太空架起了桥梁。
航天之路的先驱：俄国的齐奥尔科夫斯基
齐奥尔科夫斯基像
进入20世纪，人们观念中有关宇宙、天体、时间、空间的概念已经形成，积累了相当的天文学知识，并且建立了物理学的相应基本理论如牛顿定律，随着火箭理论和实践的进一步深入，最终促成了航天学的建立。在这期间世界各国活跃着一批航天先驱，他们为航天理论的发展做出了卓越的贡献。
俄国的齐奥尔科夫斯基(Kostantin E. Tsiolkovsky)
1857年9月17日，齐奥尔科夫斯基出生于俄罗斯梁赞省的伊热夫斯基村(靠近莫斯科)，取名康斯坦丁，他的父亲是一位森林管理员，平时喜好发明，但没取得很大的成就。他的母亲玛丽亚?伊凡诺夫娜出身于艺术家庭。他们家境贫寒，虽然齐奥尔科夫斯基自小热爱读书，但他的父亲没有能力送他到更好的学校学习。他受到的惟一正规教育是在伊热夫斯基村的乡村学校里获得的。
不幸的是，他在10岁的时候，由于患了严重的猩红热病而使听觉几乎完全丧失，这使得他无法进学校学习，他的母亲以极大的耐性在家里给孩子补课，没有正规的教育，他只能靠接到的几本书进行顽强学习，自身的严重疾病使他形成了顽强和坚毅的性格。
齐奥尔科夫斯基16岁的时候，有机会来到莫斯科。他在莫斯科的3年中，几乎完全钻进图书馆，在自学的过程中，有关飞行和星际航行问题已经开始强烈地吸引着他。着方面的兴趣很大程度上是受凡尔纳科学幻想小说的影响。有一天，齐奥尔科夫斯基在自学过程中，遇到了一个作用和反作用定律的问题。他通过这条定律大胆地设想：如果有一天发生了一场巨大的爆炸把地球炸成碎片，那么这些地球碎片的引力中心将仍然保持在原绕太阳运行的轨道上。这实际上就是引力中心不变定律。后来作用与反作用定律以及引力中心不变定律成了他解决宇宙航行问题的基础，当时他只有19岁。
刻苦的自学使齐奥尔科夫斯基获得了大量的科学知识，也为他后来的研究工作奠定了重要基础。1878年秋，他轻而易举地过了中学教师的资格考试，被分配到波罗伏斯克县担任中学教师，教师工资虽然微薄，但对他来说似乎是理想的生活出路。
在之后的十多年间，齐奥尔科夫斯基对很多的科学领域进行研究，包括对轻于空气的飞行器——飞艇的研究，对航天飞行诸方面问题，他一直在断断续续地进行着研究和思索，并且在1883年，他的一篇名为《自由空间》的手稿中，首次指出利用反作用装置作为外太空旅行工具的推进动力的可能性。但直到1891年之后对太空问题的研究才占据了他的主要精力和时间。
他的有关太空飞行的思想在1893年发表的科幻小说《月球上》和1895年写的《地月现象和万有引力效应》中得到了进一步发展。1896年，他开始从理论上研究星际航行的有关问题，进一步明确了只有火箭才能达到这个目的。1897年，齐奥尔科夫斯基推导出了著名的火箭运动方程式。齐奥尔科夫斯基经过几年潜心研究，于1898年完成了航天学经典性的研究论文《利用喷气工具研究宇宙空间》，并于1903年发表在莫斯科的《科学评论》杂志上。接着齐奥尔科夫斯基又于1910年、1911年、1912年、1914年在《科学评论》杂志上发表了多篇关于火箭理论和太空飞行的论文。这些出色的著作较为系统地建立起了航天学的理论基础。这些论文可以说构成了一个相当完整的航天理论体系，其中有许多研究发现或论述在航天史上属于第一，如：首次明确提出液体火箭是实现星际航行的理想工具，首次较全面地研究了各种不同的液体推进剂，并提出液氢液氧是是最佳的火箭推进剂，首次提出火箭质量比的概念，并阐述了质量比的重要性等等。
十月革命之后，齐奥尔科夫斯基的工作得到了苏联政府的鼓励。第一次世界大战之后，齐奥尔科夫斯基发表了太空飞行科幻小说《地球之外》，1919年齐奥尔科夫斯基发表了关于多级火箭的论文《太空火箭列车》。
齐奥尔科夫斯基为航天事业的发展贡献了毕生精力。他建立了液体火箭运动理论和太空飞行基本理论，为航天学的建立做出了巨大的贡献。可以告慰这位伟大先驱者的是，他所构想的太空飞行包括载人太空飞行目标，都首先在他的故乡苏联(俄罗斯)实现。今天，齐奥尔科夫斯基这位伟大的航天先行者的大部分预言已经变成了现实。
航天之路的先驱：法国的埃斯诺贝尔特利
埃斯诺-贝尔特利像
埃斯诺-贝尔特利1881年11月8日出生于巴黎。他的父亲是一位纺织机械制造商。由于受到父亲的影响，他的孩提时代就对机械问题发生了浓厚的兴趣。
1902年，埃斯诺-贝尔特利获得了他的第一项发明专利，同一年，他大学毕业并投入了丰富多彩的科学研究和技术发明活动。
大约在1907年，埃斯诺-贝尔特利开始进行航天学理论研究，为广泛传播航天学思想，他于1912年2月和11月分别在俄国的彼得堡和法国巴黎物理学会发表演讲，宣传他的航天学理论。他的演讲定性地描述了火箭的工作和飞行原理，推倒出了火箭在真空中运动的方程，求出了火箭的逃逸速度：千米/秒。他又研究了月球火箭、火星火箭和金星火箭。
人们通常把航天器达到环绕地球、脱离地球和飞出太阳系所需要的最小速度，分别称为第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度。
第一宇宙速度(V1)即航天器沿地球表面作圆周运动时必须具备的速度，也叫环绕速度。照力学理论可以计算出V1＝千米／秒。航天器在距离地面表面数百公里以上的高空运行，地面对航天器引力比在地面时要小，故其速度也略小于V1。
当航天器超过第一宇宙速度V1达到一定值时，它就会脱离地球的引力场而成为围绕太阳运行的人造行星，这个速度就叫做第二宇宙速度(V2)，亦称逃逸速度，大小为千米／秒。由于月球还未超出地球引力的范围，故从地面发射探月航天器，其初始速度不小于千米／秒即可。
从地球表面发射航天器飞出太阳系所需的最小速度，叫做第三宇宙速度(V3)。按照力学理论可以计算出第三宇宙速度V3＝公里／秒。需要注意的是，这是选择航天器入轨速度与地球公转速度方向一致时计算出的V3值；如果方向不一致，所需速度就要大于千米／秒了。可以说，航天器的速度是挣脱地球乃至太阳引力的惟一要素，目前只有火箭才能突破宇宙速度。
这篇演讲当时引起很大的震动，但大部分人的反映是怀疑和否定。然而，这却是一篇基于科学理论做出的严密的科学预言，几乎不带有任何幻想的成分。它同齐奥尔科夫斯基1903年发表的那篇论文具有同等伟大的意义。他们的这些论文被看作是航天学诞生的标志。
1928年2月1日，埃斯诺-贝尔特利还同法国银行家安德烈?路易?赫尔共同创设了航天学REP-Hirsch奖，以鼓励那些对航天学理论和实践做出巨大贡献的人。第一届REP-Hirsch奖授给了德国航天先驱奥伯特。
1930年，埃斯诺-贝尔特利把他过去20多年的研究成果进行了全面系统的总结，出版了《航天学》一书，论述了火箭发动机、宇宙飞船以及太空飞行的各个方面的问题。这部著作涉及面广、内容丰富、论述透彻、结论明确，被誉为航天学的百科全书。
埃斯诺-贝尔特利的研究工作涉及的领域十分广泛。他研究过冶金、电子、磁学、液压、热力学等。他一生中曾获得了200多项专利，在科学技术领域取得了非凡的成就。
埃斯诺-贝尔特利也是幸运的，他生前看到了他的许多航天学思想和理论得到应用和实现，他还有幸看到世界第一颗人造卫星发射成功。1957年12月6日，埃斯诺-贝尔特利在法国去世，享年76岁。那一天，在大西洋彼岸的美国卡那维拉尔角，美国在发射其第一颗人造卫星时发生了震动世界的大爆炸。这也许是上帝有意为埃斯诺-贝尔特利安排的一次隆重的葬礼。
航天之路的先驱：美国的罗伯特·戈达德
罗伯特·戈达德像
液体火箭是齐奥尔科夫斯基、埃斯诺-贝尔特利等火箭与航天先驱者所极力倡导的。但由于条件所限，他们没有完成液体火箭的研制，而只能进行一些理论研究。20世纪20年代初，另一位航天先驱罗伯特?H?戈达德终于研制成功了液体火箭。由于他的非凡工作的影响，很快在世界范围内，掀起了火箭研究热潮。十几年后，液体火箭便达到了实用化。
戈达德1882年10月5日出生于美国马萨诸塞州的伍斯特城的一个新英格兰后裔家庭。戈达德的父亲厄内姆?戈达德思想开明且具有创造才能。他们家很早就安装了电灯，并买了当时还算是奢侈品的留声机。这两件东西几乎使幼年的戈达德完全着了迷，少年戈达德的脑子里经常会冒出一些奇思异想，对未知世界的强烈好奇心使戈达德在学习上刻苦努力。由于喜欢追求新奇的东西，他一直热衷于阅读美妙的科学幻想小说，凡尔纳的《从地球到月球》以及威尔斯的《星际战争》使他的少年时期就对太空飞行无限渴望。
1904年，22岁的戈达德考入伍斯特综合技术学院。他把志向定在自己喜爱的物理学上。他的丰富想像力和好奇心在学校里是出了名的。1908年他在该校毕业，获科学学士学位，不久，他又进入克拉克大学攻读硕士学位，1910年获硕士学位，第二年又获得了博士学位。此后，他的主要精力都用在了火箭研究上。他当时的笔记本上写下了大量研究心得、数学计算和公式推导，形成了火箭运动理论的初步框架。
1921年12月，戈达德完成了第一台液体火箭发动机的研制，下面是之后戈达德液体火箭研究所取得的里程碑式的成就：
1925年12月6日，火箭发动机成功点火工作了24秒；
1926年3月26日，第一枚液体火箭发射试验成功；
1926年4月3日，第二枚液体火箭发射试验成功，飞行高度16米；
1929年7月17日，第四枚液体火箭发射试验成功，飞行了53米；
1930年12月30日，第五枚液体火箭发射试验成功，飞行高度600米；
1932年4月19日，首次采用陀螺控制燃气舵的火箭飞行试验成功；
1935年3月8日，安装降落伞的火箭试验试验成功并首次超过音速；
1935年3月28日，液体火箭飞行高度达到1450米；
1935年5月31日，首次在火箭上安装了高度计，飞行高度达到2330米；
1935年12月17日，液体火箭发动机在工作时推力达到了214千克；
1941年1月6日，新的发动机的推力达到了447千克；
戈达德在液体火箭理论和试验方面取得了巨大的成就，但从另一个方面讲，戈达德从1926年发射成功第一枚液体火箭，到1941年已整整15年，这么长时间的辛勤努力换来得成就并不令人满意，影响他取得更大成就的原因之一是他本人对自己工作过于保密，不肯对外界透露工作的任何细节和遇到的困难。
戈达德的一生是坎坷而英勇的一生。他所留下的报告、文章和大量笔记是一笔巨大的财富。对于他的工作，冯·布劳恩曾这样评价过：“在火箭发展史上，戈达德博士是无所匹敌的，在液体火箭的设计、建造和发射上，他走在了每一个人的前面，而正是液体火箭铺平了探索空间的道路。当戈达德在完成他那些最伟大的工作的时候，我们这些火箭和空间事业上的后来者，才仅仅开始蹒跚学步。”
航天之路的先驱：德国的赫尔曼·奥伯特
赫尔曼·奥伯特像
晚于戈达德12年的赫尔曼·奥伯特于1894年6月25日出生于特兰西瓦亚，该地当时属奥匈帝国，现在位于罗马尼亚境内。在他12岁的时候，就因凡尔纳的《从地球到月球》的影响而迷上了星际旅行。1913年他到慕尼黑学医学，但第一次世界大战中断了他的学业。
第一颗人造卫星
从1919年开始，奥伯特认真钻研物理，他阅读了所有他能找到的关于火箭和宇宙航行的著作，其中包括齐奥尔科夫斯基的著作。1922年他向海德堡大学提交了题为《飞往星际空间的火箭》的论文。虽然有粗糙的科学数据来显示其可能性，但论文被断定是不切实际的。
从1924年到1938年，奥伯特在特兰西瓦亚的一所中学里教数学和物理。但他对火箭的兴趣没有丝毫减退。当时有一部电影《月宫女郎》需要一架火箭，为此导演找到奥伯特，希望他能制作一个。虽然这个计划最终没有完成，但它却激发起了一批天才人物的想象力。1927年，一批热情的支持者成立了星际航行协会。
奥伯特的工作虽然他没有直接参与发展后来的A-4火箭发动机，也就是著名的V-2火箭，但A-4火箭却完全是以他的理论框架为基础的。战后，奥伯特留在德国，并回到他的家乡住了一段时间。1951年，他离开德国到美国与布劳恩合作，共同为美国空间规划努力。这期间他写了两本书，一本是对十年内火箭发展的可能性做展望，另一本谈到了人类登月往返的可能性。1960年奥伯特退休后回到德国，大部分时间用来思考哲学问题，这也许是许多德国科学家的习惯。奥伯特于1989年12月去世，享年95岁。
奥伯特的主要贡献是理论上的，他建立了下列条件之间的理论关系：燃料消耗、燃气消耗速度、火箭速度、发射阶段重力作用、飞行延续时间和飞行距离等。这些关系对于火箭的设计是最基本的因素。更多地作为一个理论家，而不是一个实验家，奥伯特影响了整整一代工程师。作为航天事业的奠基人之一，他受到的称赞是当之无愧的。
进入太空（图）
该图是阿波罗13号飞行时所拍月球表面的齐奥尔科夫斯基月坑
地球夜间的景象
伴随着戈达德博士液体火箭的升空，人类揭开了航天时代的序幕。20世纪20～30年代在航天先驱的影响和激励下，欧美等许多国家自发成立了有关火箭研究和太空飞行的研究协会或相关组织。这些火箭协会和研究组织在成立的初期，基本上都没有得到官方的资助和支持，但他们仍在极端困难的条件下，进行了大量的火箭研制和航天学理论的发展工作，为液体火箭的发展做出了很大贡献。在航天学基本理论建立直至二战中德国液体火箭技术高峰这一段时间这些组织起到了重要的承上启下作用。
德国星际航行协会
1927年，一批热情的支持者成立了宇航协会。协会在布雷斯劳的一家啤酒店里召开了具有历史意义的第一次会议。会议的宗旨是要开展震惊世界的火箭研制工作，而协会本身则成了培养打开宇宙大门的人才的基地。协会人才济济，第一任会长是谦虚诚恳的温克勒，还有克里斯·里迪尔。年轻的天才冯·布劳恩在其18岁的时候也加入了该协会。宇航协会的成员们在设备十分简陋的情况下开始了他们的火箭研究工作。早期的试验很粗糙，也带有一定的危险性。冯·布劳恩曾对他们早期的一次发射有所描述：“里迪尔担当了这个颇有危险的任务，即把泡在水桶中的小喷管点燃。在火箭的冲力达不到的地方设置了一个挡板，里迪尔需要把一块浸过汽油点燃后的布片扔到喷着气体的锥形喷管上去。接着在发动机发出震耳的怒吼声前，就迅速隐蔽在挡板之后。这需要相当的敏捷，但是对于里迪尔这样一位超过196磅的大个子来说，他当时表现出的敏捷简直是奇迹。”
火箭发射成功也是一个奇迹。1930年8月，奥伯特成功地运转了他的锥形喷管发动机。此后，协会致力于建造一枚最小型火箭，它被称为“米拉克”。米拉克并没人满意，协会会员于是设计了一系列“推力器式”火箭。1931年5月，推力器式火箭试飞成功。火箭升高61米，飞行距离为610米。
尽管获得这些成功，宇航协会的火箭飞行场却面临被关闭的危险。当时的德国陷入经济萧条，协会成员的境遇也一落千丈。能使火箭研究得以继续的惟一出路就是依靠军方的雄厚资本和独到条件，而陆军当局出于战争上的考虑对火箭表现出相当的兴趣。从此，火箭研究逐步转于陆军控制之下，而宇航协会也就逐渐瓦解了。
德国星际航行协会所作的大量基础工作及所造就的火箭专家最终对德国战时火箭研制做出了巨大的贡献，使得战时德国的火箭研究和远程火箭技术达到了第二次世界大战结束前的世界最高水平。
第一次世界大战后德国作为战败国，由于《凡尔赛和约》的限制不能大规模发展作战飞机、坦克、大炮和机枪等军事装备，尤其对陆军装备的限制更加严格，这就促使德国军队寻找新的武器系统而又不受和约条款的限制，因此早在二十年代德国陆军就开始筹建官方的火箭研制组织，抽调专人研究火箭的未来发展潜力和用于战争的可能性。由于有了政府的支持，这就有了其它国家无法比拟的优越性，同时，德国陆军多方寻求研究人员，从研究机构调集技术骨干，最终促成德国火箭技术的飞速发展。
在陆军炮兵局卡尔·贝克尔少将的主要支持下，1930年陆军部召开了正式的火箭武器研制会议，标志着德国官方军事火箭计划的开始。在负责火箭具体研究工作的多恩伯格上尉的努力下，德国星际航行协会的一批研究人员，如冯·布劳恩、鲁道夫·内贝尔、克劳斯·里德尔、瓦尔特·里德尔等也加入了该计划，最终于1932年底组成了由多恩伯格、冯·布劳恩、瓦尔特·里德尔和海因里希·格鲁诺所领导的火箭研究小组，并于1936年至1938年建立了著名的佩内明德火箭基地。该研究小组成立后，设计或生产了“集合体”系列火箭(A-1~A-12)，其中A-4即二战末期德国所使用的V-2导弹。
导弹与火箭的区别：我们平常所说的火箭是指以火箭发动机为动力的飞行器，而导弹则是指带有战斗部(如各种弹头)的可控制火箭。
“我们证明了利用火箭原理进行太空飞行是切实可行的，这在科学技术史上有着决定性的意义。除了陆地、海洋和空中交通外，现在还可以加上无限广阔的宇宙空间作为未来洲际航行的一个中介。这是宇宙航行新纪元的曙光。”
——1942年10月3日多恩伯格在A-4火箭发射成功庆祝酒会上的演讲
在研究A系列火箭的过程中，冯·布劳恩等人以科学家的态度同时在进行着认真的太空探索，他们利用军队的拨款，进行了大量的空间飞行尝试。在二战后期冯·布劳恩、多恩伯格等人曾制定了有关载人宇宙飞船的机密计划——“小组计划”即A-9和A-10计划，在该计划中不仅希望设计大型的洲际弹道导弹，而且探索了载人飞行运载工具的问题。这些专家还设计了航天运载火箭，他们曾经设想在A-9基础上，加装一个大型火箭，从而使火箭达到3级推进，估计就可以将一个驾驶员舱送入轨道。虽然这些设想由于战争的变化都不可能得到实现，但已经为航天技术提供了一种可行的方案。
二战后西方各国由于看到V-2导弹在战争中的威力，因此不同程度的开展了洲际导弹的研究计划，尤其美苏两国出于各自利益需要，在导弹和航天领域展开了激烈的竞争。
苏联战前的火箭技术在各方面已经有了重大突破，拥有一批火箭专家，这就为战后苏联火箭、导弹和航天技术的发展奠定了良好的基础。同时由于“冷战”格局的逐渐形成，苏联所制定的战略思想中对当时各项具有军事意义的新技术，包括火箭技术给予了高度的重视。为了发展核威慑力量，苏联制定了发展洲际弹道导弹的计划，通过对德国V-2导弹的研究和仿制，苏联开始研究设计自己的洲际导弹，最终于1957年8月21日成功的发射了P-7(P为俄文“胜利者”第一个字母)洲际导弹。因为洲际导弹的出现在很大程度上要依赖于火箭技术的发展，所以它的成功在客观上也为发展航天事业直接或间接的奠定了重要的技术基础。接着由科罗廖夫为主的研究小组为了发射人造卫星并达到第一宇宙速度，对P-7导弹进行改进，研制成功了斯普特尼克(Sputnik)号运载火箭。1957年10月4日晚，这枚火箭携带着世界上第一颗人造地球卫星斯普特尼克l号(C∏-1)在苏联的拜科努尔航天发射场发射成功，标志着人类航天时代的真正到来。
当年苏联第一颗人造卫星发射的主要目的是进行洲际弹道导弹发射试验。这次洲际导弹发射试验失败，可在太空中却丢下一个83千克的小玩意。这个小玩意在轨运行了92天，给苏联带来了无比的荣耀。
人造地球卫星是环绕地球在空间轨道上运行的无人航天器，简称人造卫星或卫星。通信及广播卫星、对地观测卫星和导航定位卫星，都是开发相对于地面的高位置空间资源的航天器，这类航天器一般又称为应用卫星。应用卫星是直接为国民经济、军事和文化教育等服务的人造卫星，是当今世界上发射最多、应用最广泛的航天器。
在苏联开展战略导弹、运载火箭和人造卫星计划这一期间，美国同样在进行着航天技术的探索，国防部、陆海空三军以及一些科学机构开展了多项导弹、火箭及卫星计划，先后就人造卫星的运载火箭研制的可能性和潜在的科学技术及军事价值进行了广泛的研究和讨论。但一方面由于美国政府及军事机构在发展战略武器思想上的错误，致使人造卫星和运载火箭研究长期没有进入实质性阶段；另一方面由于各计划的开展都是在不同的部门或部门间开展的，没有一个高度统一的部门负责，造成人才、资金、设备等资源的分散和浪费，所以美国在运载火箭及人造卫星的发展中落后于苏联。直至1958年1月31日，才在卡纳维拉尔角，由丘比特-1号火箭将探险者-1号卫星送入太空。美苏运载火箭、人造卫星技术的发展虽然是两国军备竞赛下的产物，但在人类的历史长河中，他们在航天领域所取得的每一项进展作为世界科技文化的一部分同样也是对人类历史的贡献，谱写了世界航天史的新篇章。继美苏成功的发射了第一颗人造卫星后，其它一些国家也开始根据自己的国情制定各自的航天发展计划，并取得了极大的成功。航天技术也由最初的军事目的逐渐转向民用，各国相继发展了包括通信卫星、气象卫星、资源卫星等应用卫星，并相应的改进、发展了运载火箭，提高它的可靠性和运载能力。正因为这些航天技术的出现，使我们的社会文化和生活发生了革命性的变化，也看到实现千百年以来的梦想——载人太空飞行的可能，随着新技术的出现，我们最终实现了这个梦想，在宇宙中飘舞起我们的长袖。
载人航天系统的组成
虽然20世纪50年代美苏相继将人造卫星送入了太空，开始了对太空、星体的探索研究工作，但这仅仅是对太空间接的接触，人类最终的梦想是有一天可以自由的在太空中或其它星球上活动，而只通过显示屏幕或机械臂去生硬的感受太空是永远达不到这个目标的。对太空这一继陆地、海洋、大气层之后的又一活动领域，要完全的认识它，需要人类直接的进入太空，利用自己的眼睛、耳朵、大脑、四肢去直接的探索。
既然人要进入太空进行科学研究、资源开发，那么首要问题就是人类如何进入太空？在太空中如何进行这些研究工作？你会看到这些都要借助于载人航天来实现。这一章将介绍载人航天技术的含义、载人航天系统的组成、分类以及载人航天器的轨道动力学问题。
载人航天技术
太空中的环境与我们现在所生活的环境是截然不同的，由于没有了地球引力、大气的存在，再加上太空的环境极其恶劣，如果没有一套系统的支持，那么人类是不可能在太空中生存的。因此世界各国都在积极的开展载人航天活动，发展载人航天技术，而载人航天技术最集中的体现就是载人航天系统。
载人航天系统的组成
任何事物都不是单独存在的，一个事物的存在总是依赖于相关的很多事物，比如航空飞行器的飞行，要依赖可以起落的机场，驾驶员或自动控制仪器的操纵，地面人员对空中的交通管理等等。载人航天作为一个复杂的系统同样也要包括很多部分，这个系统首先包括载人航天器和运载火箭；为了发射和回收载人航天器还需要有发射场、着陆场；对航天器而言我们需要知道它的位置、轨道，这就要对其进行跟踪、轨道测量、遥控和通信，这就靠测控和通信系统来完成；此外还要包括应用系统以及地面保障设施；最重要的还有保障航天员安全、健康所必需的航天员系统。
载人航天器
根据用途、使用情况来看，载人航天器大致可分为三个主要单元：载人飞船、航天飞机、空间站，这三种航天器分别执行了不同的任务。从使用情况看载人飞船可作为载人往返的运输工具，也可作为空间站机组人员的应急救生艇，航天飞机既可运送人员往返也可运货，空间站则是我们在太空中进行科学研究或活动的一个基地。各国在发展自己的航天器计划时，除了把它作为自己综合国力的体现，更重要的考虑因素还包括投入和收益比，以及航天器的用途。
当你要出差时，你需要用什么来装你的用品呢？当然根据你的需要来决定。如果你出差的机会不多，你很可能买个简易的包或拿自己平时用的包来携带自己的东西，甚至有可能用几个塑料袋来装东西，这主要根据你的要带的东西来决定了，等出差回来，这些包很可能就不用了。但随着业务的增多，出差的机会多了，你发现需要有个好的、结实耐用的旅行包，这样你就决定去商场买一个包，来满足你的要求。当你的业务比较固定时，只集中在了某个城市而且来回跑的频率比较高的时候，有些东西比如你的一些衣服可能就不会来回携带，而是存放在那里了。航天器的发展也是根据航天的需要综合考虑的。
载人飞船
载人飞船是指小升阻比的载人航天器，它必须用火箭发射，在空间轨道运行后经过制动，沿着一定的弹道穿过大气层，用降落伞和着陆缓冲系统系统实现软着陆。
升阻比指飞行器升力与阻力的比值。
弹道是指飞船返回时,其重心运动的轨迹。
软着陆指在天体(如月球)上作不损坏飞行器的着陆
一般来说这种航天器都是单次使用的，完成了宇宙飞行的任务后不是全部返回地球，只保证飞船的一部分——返回舱的正常降落。载人飞船由乘员返回舱、轨道舱、服务舱、对接舱和应急救生装置等部分组成，登月飞船还具有登月舱。返回舱为飞船的座舱，航天员在发射入轨时，在完成对飞船的在轨和降落控制的基本操作时，以及着陆后在等待撤离工具时都在这个舱内。它是整个飞船的控制中心，不仅要承受起飞、上升和轨道运行的各种条件，还要经受再入大气层和返回地面阶段的减速和加热过程。轨道舱用来进行科学研究，以及航天员的进餐、锻炼、睡觉和休息。服务舱通常安装推进系统、电源和气源等设备，对飞船起到服务保障的作用。对接舱是用来与空间站或其它航天器对接的舱段。
载人飞船的用途主要有：进行近地轨道飞行，试验各种载人航天技术，如轨道交会、对接和航天员在轨道上出舱，进入太空活动等；考察轨道上失重和空间辐射等因素对人体的影响，发展航天医学；进行载人登月飞行；为空间站接送人员和运送物资；进行军事侦察和地球资源勘测；进行临时性的天文观测。
航天飞机
航天飞机是以火箭发动机为动力具有飞机外形，往返于地球表面和近地轨道之间的可重复使用的载人及载货飞行器。航天飞机所承担的任务比载人飞船要多，除了可以完成载人飞船的任务，它还可以完成卫星的释放、回收与维修，进行各种微重力科学试验等多种任务。在返回大气层中下降时航天飞机可以完成较大的气动机动飞行；在大气层中下降平稳，降落地点的精度高。
航天飞机中的航天员包括驾驶员、任务专家和有效载荷专家，一般的人数是7人。
有效载荷对载人航天器而言指在空间中直接执行如空间技术试验、空间生命科学试验、空间材料制作试验等特定任务的系统。有效载荷是一个相对的说法，对运载火箭而言它的有效载荷指的就是火箭送入太空的内容，包括卫星、航天员、载人航天器等，但箭体及推进剂就不包括在内。
载人空间站是在近地轨道上运行的有人居住的设施，其用途可以从小型实验室扩展到具有加工生产、对天对地观测及星际飞行运转等综合功能的大型轨道基地。
载人航天器的运行因为完全脱离了大气层，在与地球完全不同的环境中运行，一旦运行中出现了问题将会直接威胁到航天员的安全，所以载人航天器必须解决一系列极其复杂的问题，比如实现运动的控制、维持航天员生命活动的正常条件、保证规定的工作温度、为在轨装置提供电能、向地面传送遥测信息等等。为了完成这些任务，航天器里有专用的在轨系统、发动机装置、机电等其它设备。航天技术中把这些设备划分成不同的子系统，可以有十几种之多，而每个子系统又都是相当复杂的。
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运载火箭
任何飞行器的升空首先都要克服地球引力的作用，飞机是利用空气的压力差来获得升力的，而航天器需要的升力要比飞机的大很多，这样才能有足够的速度来把它送入到太空轨道中，不断的理论证明要获得这样的效果只有通过运载火箭这个巨人的肩膀才能实现。在载人航天系统中提到运载火箭系统不仅包括运载火箭，还包括相应的地面保障设施。
在早期火箭研究甚至现在有些人的概念里有一个错误的概念，火箭是靠推动空气来获得力的。但事实上，在没有空气的太空中火箭的表现更加惊人。
目前运载火箭的技术已经比较成熟，相应的理论基础——火箭学也相当完善，各国都拥有不同的运载火箭系列，科研人员在每一次航天任务中往往根据不同的需要来选择火箭。
发射场
我们看到飞机的升空需要一个专门的机场，用来使它达到起飞速度，从而获得足够的升力。同样航天器的升空也需要特定的场址，即通常所说的发射场。发射场内具有整套的试验设施和设备，航天器的装配、储存、监测和发射都是在这里进行，发射后测量飞行轨道、发送控制指令、接收和处理遥测信息，也是在这完成。载人航天器发射场还包括航天员在空间飞行前留住和体检的设施。
由于载人航天器的特殊性其发射场的场址选择要根据载人航天器发射试验技术的特点和安全要求来确定。发射场场址的选择，有着十分复杂的综合性要求。如它应靠近工业区，这样有方便的交通条件，但又应远离人口稠密的地区，这样利于缩小出现发射失败所造成的地面损失；它要求雷雨少、湿度小、风速低、温差变化不大的地方，又要有丰富的水源，且应尽量靠近赤道的低纬度地区；它要求地质坚实，有较好的安全条件，又要求地势平坦开阔，有良好的布局和发射条件等。
世界主要航天发射场
发射场 所在国家 经纬度 主要发射方向
拜科努尔发射场哈萨克斯坦 °N °E东北
普列谢茨克基地俄罗斯 °N °E东北
卡普斯金亚尔发射场俄罗斯 °N °E北
肯尼迪航天中心美国 °N °W东南
西部航天导弹试验中心美国 °N °W西南/南
沃洛普斯飞行中心美国 °N °W东南/南
酒泉卫星发射中心中国 °N °E东南
西昌卫星发射中心中国 °N °E东南
太原卫星发射中心中国°N °E南
种子岛航天中心日本°N °E东南
鹿儿岛航天中心日本°N °E东南
库鲁发射场法国航空局°N °W东
圣马科发射场意大利°S °E东
斯里哈里科塔发射场印度°N °E东
帕尔马基发射场以色列°N °E西
N-北纬S-南纬E-东经W-西经大部分发射场的发射方向都是朝东的，主要为了利用地球的自转角速度，节约火箭能量。
十大著名发射场
拜科努尔发射场建于1955年,是前苏联(俄罗斯)最大的载人航天器发射场，也是世界上最大型的发射场之一。该发射场位于哈萨克斯坦共和国境内的丘拉塔姆地区。发射场东西长约80公里，南北约30公里，场区地形起伏，是人烟稀少的半沙漠草原区。1967年以来，“联盟”系列飞船、“宇宙”号卫星、“礼炮”号空间站和前苏联第一架航天飞机"暴风雪“号都是从这里开始太空之旅的。发射场分成几大作业区：载人航天器发射区、大型运载火箭发射区、航天飞机发射区，还设有航天博物馆和各种陈列室，用以进行航天科普教育。
普列谢茨克基地曾是前苏联一个秘密的导弹发射场。虽早建于1957年，但直到1966年3月发射“宇宙112号”侦察卫星时，才被英国一中学业余卫星跟踪小组发现而暴露于世。该基地位于俄罗斯白海以南300余公里的阿尔汉格尔斯克地区。它早期是洲际导弹的作战基地，从1966年起才使用四种火箭和九座发射台来发射大倾角的侦察、电子情报、导弹预警、通信、气象和雷达校准卫星，其中三分之二为军用，是世界上发射卫星最多的发射场，发射次数达到全世界总数一半左右，繁忙时一天发射两枚运载火箭。由于该基地不进行载人飞行器的发射，因此发射操作的自动化程度很高，每年的发射次数，平均是拜克努尔发射场的倍。
肯尼迪航天中心成立于1962年7月，是美国宇航局进行航天器测试发射最重要的场所，特别在载人航天器方面是美国独一无二的。该中心位于美国东部佛罗里达州东海岸的梅里特岛，与卡纳维拉尔角相邻，不过两者的隶属关系不同，后者属于美国空军，有长达一万公里的射向航程，主要从事战略导弹飞行试验。场区总面积560多平方公里，有14个发射区，其中多数已停止使用或拆除，梅里特岛北端有为著名的“阿波罗”登月计划建造的39号发射场及其工业区，后改建为美国航天飞机的发射场，是观看壮丽的航天飞机起飞的最佳场所。在肯尼迪航天中心发射过“双子星座”号、“阿波罗”号飞船以及“哥伦比亚”号、“挑战者”号、“发现”号、“奋进”号和“阿特兰蒂斯”号航天飞机。
西部航天导弹试验中心成立于1964年5月，曾是空军试验靶场，1979年10月改为现名，是美国最重要的军用航天发射基地，主要用于战略导弹、武器系统试验和各种军用卫星、极轨卫星的发射。它位于美国西部洛杉矶北面的西海岸，占地近400平方公里，场区全为起伏的丘陵。它有跨越太平洋直达夸贾林岛区的8000公里航线以及十分完善的落点定位系统。
酒泉卫星发射中心建于1958年，原为导弹武器试验靶场，位于甘肃酒泉以北的戈壁滩，海拔约1000米，是中国第一卫星发射场中心，拥有完整的卫星、火箭测试发射系统，高精度的跟踪测量设备，先进的控制、指挥、计算系统和配套的保障设施。一年中适合航天发射的天数高达320天。该发射中心的主要任务是利用长征系列火箭，发射大倾角、中低轨道的各种试验卫星和应用卫星。酒泉卫星发射中心为中国航天事业做出了一系列重大贡献，以“八个第一”载入史册：发射第一枚导弹和火箭，发射第一枚导弹核武器，发射第一颗人造地球卫星，发射第一颗返回式卫星，胜利地实现第一次洲际导弹的太平洋发射，第一次“一箭三星”，第一次向国外用户提供搭载服务。在中国已成功发射的卫星中，有三分之二是从酒泉大地上天的。现包括“神舟”系列载人飞船的发射和试验基地。
西昌卫星发射中心1970年开始筹建、1983年建成，是中国最南端的航天发射场，目前专门用于发射地球静止卫星。它位于西昌市西北65公里的幽深峡谷中，四季如春、雾天极少、能见度极高，是卫星升空出发的最佳“起点站”。中心共有测试发射、指挥控制、跟踪测量、通信、气象和技术勤务六大系统，拥有上万台各种设备仪器，是世界上第一流的航天城。两座高大的发射架分别用来发射长征二号、长征三号和长征二号捆绑式火箭。为适应对外发射服务，中心建成亚洲最高大的卫星厂房，海外运来的“外星”首先在这栋超净的大楼里进行“体验”。
种子岛航天中心位于日本本土最南部种子岛的南端，1974年建成。它在竹崎和大崎有两个发射场地，占地平方公里，拥有发射塔、控制中心、静态点火试车台和火箭与卫星装配车间等技术设施，是日本最大的航天发射场。日本大多数试验卫星和应用卫星都在这里发射，而相邻的鹿儿岛航天中心主要发射科学探测卫星。由于日本渔民的反对，这两个发射场只能在每年的l、2月和8、9月渔业淡季时进行发射活动。
库鲁发射场也称圭亚那航天中心，是目前法国惟一的航天发射场，也是欧空局(ESA)开展航天活动的主要场所。它位于南美洲北部法属圭亚那中部的库鲁地区，在沿大西洋海岸的一片狭长草原上。由于发射场紧靠赤道，对发射静止卫星极为有利。库鲁发射场1966年动工兴造，1971年建成，共耗资亿法郎。早期仅进行探空火箭和“钻石号”运载火箭发射。1979年12月“阿里安那”运载火箭在这里首次发射成功，至今该系列发射成功率已达90%以上，独揽了全球一半以上的卫星发射市场。
圣马科发射场是世界上惟一的海上航天发射场，位于距肯尼亚福莫萨湾海岸约5公里的海上，比库鲁发射场更靠近赤道。海上发射场与陆上发射场不同，发射台的台柱完全固定在汪洋大海的大陆架上台面露出水面，类似海上石油钻井平台。卫星和火箭由大型舰船运来。再安装在发射架上实施发射。发射场1967年正式启用，曾多次用美国的“侦察兵”等火箭发射小型航天飞行器。
斯里哈里科塔发射场是印度的导弹试验和卫星发射场，位于印度南部东海岸的斯里哈里科塔岛。发射场于1979年正式使用，1980年7月18日印度用自制的火箭成功发射人造卫星，成为世界上第6个自行发射卫星的国家。
着陆场
载人飞船返回舱进入着陆状态要与地面的系统进行通信，地面人员需要迅速的估计和测量出着陆点，当航天器落地(有可能是海中)后地面人员要及时地赶到那里，营救航天员以及回收返回舱，并对返回舱内的有效载荷进行处置。
可以看到航天器的着陆因为其返回方式的不同不能使用它的发射场来着陆。为了使航天员安全可靠地着陆和回收，必须建设返回用的着陆场。着陆场在我们看来很可能就觉得它是一片广袤的草原、或是无际的大海。看不出与其它的草原、海洋有什么区别，但实际上这些着落场都是经过了计算、综合考虑多方面因素才选定的。比如，着陆场的选择要便于综合使用本国的航天测控与通信网；要有足够大的场地面积，以适应较大落点偏差的情况；根据本国的地域特点和国情选择陆上着陆还是海上着陆。
前苏联(俄罗斯)拥有辽阔的中亚细亚草原和西伯利亚大平原，东西绵延万里，所以较多采用国内陆上回收方式。着陆场设在拜科努尔发射场东北的一片草原上——东经66°~74°、北纬46°~52°的区域，面积约为40多万平方公里。之所以选择这个地区在于这里地域开阔，人烟稀少，自然条件适宜；同时拜科努尔发射场的测控通信设备可用于飞船返回和回收测控。
美国东西两边均濒临大海，拥有一支训练有素的海岸救生队伍和先进的海上救生技术与装备，且大海一望无际，便于搜索和回收，所以多选用海上着陆。但各个飞船的着陆区有所不同。执行任务中根据具体任务情况选定主着陆区、副着陆区和偶发事件应急着陆区。美国“阿波罗”飞船轨道飞行的回收计划要求有4个大的着陆区。书包网 bookbao.com 想看书来书包网
我国在进行“神舟”飞船的试验时根据本国国情和飞船运行轨道特点，在内蒙古草原上建造了主着陆场，拥有回收1号、回收2号搜索雷达，并组建了直升机分队和地面搜索分队，配备跟踪、通信、运输、救护等设施，保证了"神舟"无人试验飞船的安全着陆和顺利回收。
测控和通信系统
载人飞船的在轨运行离不开地面的支持。地面与航天器要通过测控与通信系统保持联系。测控与通信系统一般由轨道测量、遥测、遥控、火箭安全控制、航天员逃逸救生控制、计算机系统及监控、船地间通信和地面通信等设备组成。
应用系统及地面保障设施
载人航天器的应用系统是指在太空中直接执行特定科学研究任务或开展其它活动的设备、仪器。
人类进入太空是为了寻找更广阔的活动空间，载人航天器使人类具备了太空遨游的条件，作为工具它使我们可以更好地探索空间。但载人航天器不是我们根本的目的，就像计算机为我们的工作生活提供了便利，航天器同样为我们开展太空探索提供了一条便利的通道。
火箭学：牛顿定律与火箭学
牛顿在1687年发表的著作《自然哲学的数学原理》中阐明了牛顿定律，这些理论后来成为火箭学的基础，那么如何用牛顿定律来揭示火箭及航天器的运动规律呢？首先我们讨论力和质量的概念。
力的作用在我们的生活中随处可见，比如手提着东西时的臂力，在水中的浮力等等，一般情况下，力量源(如推车的手)是可以看见的。不过产生这些力的真正能量却总是看不见的。力会使物体运动，或者改变其运动方向，或者停止物体的移动，但对物体的影响程度取决于该物体的物理特性，这个物理特性被称为质量。
在日常生活中，我们常说某个东西重量是多少千克(公斤)，其真正的含义是这个物体的质量是多少千克。而实际的重量却不是这个。重量所表述的是重力对物体的作用程度，即在地表附近的物体要受到地球引力的作用，这个引力的大小与物体到地球质量中心之间的距离的平方成反比，通俗的说将一个物体到地球中心的距离增加1倍，地球对该物体的引力就减少为原来的四分之一。
地球引力
海拔高度重量100千克的物体0千米海平面的100%(980牛顿)10千米海平面的(977牛顿)100千米海平面的(950牛顿)1000千米海平面的(732牛顿)10000千米海平面的(149牛顿)
公制单位中质量的单位是千克，重量和力的单位是牛顿。
要注意重量随高度减少这一事实并不能解释航天员在太空出现的失重漂浮现象，在空间站最常出现的轨道，即距离地表350公里处的引力大约是地面上的90%。也根本谈不上失去重量！但航天员却实实在在感受到了失重，这是因为轨道上的飞行器是完全自由的落向地球,(它们之所以没有掉到地面上来，是由于飞行器以大约每小时28000公里的高速度向前运动，使得它的下落轨迹正好沿着弯曲的地球表面运动，所以能够保持环绕地球运行)，就好像在一个自由下落的电梯里，重力将暂时消失一样。自由下落的空间站中的乘员所感受的正是这样一种零重力状态。我们应该清楚轨道飞行中的物体可能是失重的，但绝不是没有质量的。
有的解释说航天器之所以不掉下来，是因为物体围绕地球作圆周运动产生的离心力与地球引力相平衡的结果。如果事实果真如此，那又怎么解释，有的航天器并不作圆周运动，而是做抛物线或双曲线等非封闭曲线运动，它们没有"离心力"作用，为何也不掉下来呢？力的存在必须有产生力的力源，而所谓"离心力"或"惯性离心力"的力源是不存在的。它只是一种为了便于分析计算(使牛顿定律在非惯性坐标系中仍能正确应用)而提出的一种假想力。离心惯性力实际上并不存在，也不作用在所研究的航天器上，所以它不能与其它作用在航天器的力(例如重力)保持平衡。
在牛顿定律中第一定律涉及到惯性的特性。在没有外力作用时，运动中的物体将保持直线运动，而静止的物体，如果没有外力作用，同样仍是保持静止的状态。例如，静止的航天器不会自发的开始运动，必须有东西先推它一下或拉一下。反过来，运动中的航天器如果没有被某个东西施加作用，亦不会自己就停止、减速、加速或改变方向。
这样我们就可以讨论为什么航天飞行器无需多少推进剂就可保持轨道速度，而飞机则必须不断的消耗燃料才能飞行？飞机在飞行中要受到外部的空气阻力，这个阻力会使飞机减速，要克服这个力就需要燃料为飞机提供动力。而在太空中飞行的航天器，所受到空气阻力的影响非常的小，结果飞行器达到轨道速度后无需继续消耗推进剂就可保持速度，由于地球引力所提供的力量就可令其沿着地球的表面做圆形轨道运动，而不是顺直线飞离地球。
第二定律规定，力往往会导致物体改变速度。较强的力会使物体更快的加速或减速，对不同质量的物体要得到相同的加速或减速效果，所需的力也不同，质量大的物体所需的力要大于质量小的物体。在航天器的运动中，工程师可以据此计算出改变卫星运动所需的力。
第三定律揭示了火箭运动的基本原理。任何一物体推动另一物体时都有一个等量的力反作用于它本身。当火箭将燃烧的气体从排气管高速喷出时，这些气体反过来又把火箭向相反的方向推去。在航天技术中对通过排出气体产生的作用力称为发动机推力。
和很多人的想法不同，火箭并不靠推动外部空气向前运动。相反，由于有空气的存在，排出的气体与空气分子摩擦后往往会降低速度，这就减少了排气送给火箭的力，同时空气也对舰体产生阻力，从而降低了火箭的前进速度，所以火箭在太空的工作效率要比在大气层内的高。
火箭学：简单火箭的结构
简单的火箭包括一个高细的圆柱体，由相对较薄的金属制造而成。在这个圆柱内存放着火箭发动机的燃料和补给燃料罐，而为火箭提供推进力的发动机则放在圆柱的底部。发动机的底部是看起来像一个钟形的喷管，发动机通过一个装置——燃料输送系统可把原始的火箭燃料注入喷管顶部的燃烧室，燃料在这里燃烧，转化成易于向四处扩散的热气体。然后，喷管把扩散的热气导入与目标运动方向相反的方向。为了给火箭提供平衡的升力，通常喷管的指向是与一条从上之下贯穿火箭中心的虚拟线平行对称排列的，不过，大多数火箭尤其是大型火箭都能使其喷管偏离虚拟的中线几度，这叫做万向连接，可为飞行中的火箭提供一定的操纵能力。
在圆柱体的上部装有一个中空的流线型圆锥体，锥体的底座接在圆柱体上，锥尖朝上。这种圆锥体的造型使火箭接触空气的横截面达到最小，横截面积的缩小就减少了火箭排开空气所必需消耗的能量。一般来说，载人航天器或其它预备进入轨道的有效载荷都安放在火箭顶部的这个鼻锥内。在航天技术里称这个圆锥体为有效载荷整流罩或整流罩，火箭点火后的数分钟，这个圆锥体对有效载荷提供保护，使其免受因火箭加速穿过大气层下部而增强的风力的破坏。
火箭学：推进剂
火箭发动机的特点是同时使用两种不同类型的化学物质来支持燃烧反应，产生热排气。这两种化学物质就构成了火箭专家称之为推进剂的东西。这两种化学物质分别是燃料和氧化剂，燃料为火箭提供燃烧的物质以产生热排气，氧化剂为燃烧的过程供氧。我们应该知道所有的燃烧反应都要求有可燃物质和氧来支持。在大气层内有充足的氧气可以支持燃烧，所以汽车和飞机的发动机都不需要携带氧化剂，但火箭既要在大气层中工作，又要在太空飞行，因此必须自带氧来支持燃烧室的燃烧反应。火箭的推进剂根据化学物质的形态不同可分为液体推进剂和固体推进剂。
液体推进剂的燃料和氧化剂都是液态的保存在火箭的燃料箱中的。目前较普遍的一种液体推进剂组合是用混肼-50(类似煤油)作燃烧剂，四氧化氮作氧化剂。这种组合剂可在室温下储存，但其燃烧效率比较低。另一种组合是液氢做燃料，液氧做氧化剂。这种组合是当前最有潜力的组合，其燃烧效率很高，但由于液氢和液氧的沸点都很低，所以其保存需要超低温的储存箱，使温度接近绝对零度，在零下二百摄氏度左右，才能保证它们在液态，一旦温度超过沸点液体变成气体，就无法再用作推进剂，由于其比较复杂目前只有美国、俄斯、法国、中国和日本等少数几个国家掌握这种低温液体火箭技术。
大多数液体推进剂要求用火花点火开始燃烧。但有些燃料和氧化剂混合时会自动产生化学反应点火燃烧，我们称之为自燃推进剂。使用自燃推进剂的发动机不需要点火系统，而且更加可靠，但这种推进剂几乎可锈蚀所有与之接触的物质，而且含有剧毒。
推进剂比较
推进剂类型 性能
液氢(燃料)液氧(氧化剂)燃烧效率很高多用于航天飞机及运载火箭末级昂贵、不易储存
混肼-50(燃料)四氧化二氮(氧化剂)燃烧效率一般多用于中型火箭价格适中、较易储存
RP-1高精炼煤油(燃料)液氧(氧化剂)燃烧效率一般多用于火箭第一级价格适中、不易储存
肼(燃料)四氧化二氮(氧化剂)燃烧效率一般自燃、多用于卫星价格相对便宜、腐蚀性极强
固体推进剂由油灰或橡胶状的可燃材料构成，是燃料和氧化剂的混合体。烧固体推进剂的火箭称为固体火箭。固体火箭的箭体与液体火箭的箭体差别不大，但内部没有推进剂储存箱，而是把整个火箭体的内部从上到下装满固体推进剂。在火箭体的中心有一条窄窄的圆柱形缝隙贯穿推进剂的模芯，该缝隙称为燃烧室，它可使推进剂从上到下均匀燃烧。火箭底部的喷管，将燃烧室的排气导入合适的方向。
由于燃烧室是推进剂在中间留出来的缝隙，如果这个缝隙是圆柱形的，当火箭顶端的点火器击发点火后，随着燃烧的继续，燃烧室的表面积开始增大，使得推进剂与推进剂接触的面积增大，每一时间燃烧的推进剂开始增多，产生的推力也相应的加大。因此火箭在最初产生的推力较小，但随着时间的增加，推力逐渐增大，直到燃烧的最后阶段火箭获得最大的推力。考虑一下如果缝隙的形状不同，那它产生推力的效果也会不同。星形开缝在整个加力期间会均匀的产生推力，但推进剂要比圆柱形的燃烧快一些。现在火箭推进剂模芯中开的缝隙形状分为圆柱形、管形、星形、多翼形、十字形等。
与液体推进剂相比，固体推进剂最大的优势在于它可以在室温下储存。而且发动机不需要其它复杂的部件，而液体推进剂的发动机要求有专门的设备来控制液体注入燃烧室。当然也正是由于这个原因，使得固体推进剂的燃烧不容易控制，在燃料没有烧完的情况下，很难实现发动机的关闭，因此不具备多次点火的能力。早期的固体火箭基本都是一次燃烧，但随着技术的发展，现在已经出现多次点火的固体火箭。
火箭学：火箭级分离
为了提供航天器的入轨速度，需要火箭具有足够的推力，为了提高运载火箭的推重比，航天工程师在设计火箭时考虑的一个主要因素就是运载火箭的重量；但另一方面为火箭提供推力的推进剂在火箭的重量中占有很大部分，要有持久强劲的推力必然需要更多的推进剂以及更大的推进剂储存箱。这就成为航天工程师在设计中面临的一个矛盾。
推力重量比(Thrust-weight ratio)表示发动机对飞行器单位重量所产生的推力，简称为推重比，是衡量发动机性能优劣的一个重要指标，推重比越大，发动机的性能越优良。先进战斗机的发动机推重比一般都在10以上，现在运载火箭的推重比约为～(固体火箭的推重比可达以上)。
当你外出旅游时想带这个又想带那个，但最后发现包裹太大太重。怎么办呢？一个办法就是舍弃一些你想带的东西，这样在旅途中会轻松很多；另一个办法就是背着所有的东西，但你可能就会气喘吁吁了！
为解决这个问题，工程师们采用火箭级分离的技术，用来增加火箭的效率。串联式多级火箭是由多个(两个或两个以上)首尾相接的圆柱形箭身组成的。有效载荷通常安置在多级火箭顶端的整流罩内。每一段称作级火箭的箭身都带由自己推进剂、推进剂储箱、火箭发动机、仪器装置以及容纳这一切的箭体结构。飞行开始时，只有底部一级即第一级推动整个火箭。第一级的推进剂燃烧完毕之后，小包炸药断开第一级与下一级(第二级)火箭箭体的连接，第一级火箭脱落，由第二级火箭把剩余的部分向上推起。这样的过程一直持续到最上一级火箭发动机关闭、卫星进入轨道为止。在多级火箭中，因为第一级火箭必须把自身和其它各级火箭，以及有效载荷全部推动升向空中，所以第一级火箭所装的推进剂量总是超过其余各级，使用的发动机功率也比其它各级大很多，通常第一级火箭占起飞质量的50%。
火箭级分离的优越性在于随着火箭的上升，推进剂燃烧完的一级会即刻脱落，这就减少了推进剂的总用量，因为多级火箭不用为无用的箭体结构增加速度。目前的运载火箭一般有2~4级组成。为什么不具有更多级呢？简单的看，火箭级数越多性能越好，但实际工程中发现如超过三到四级，性能则会下降，因为每级火箭实际上都是一个相对独立的系统，各自都包括箭体结构，发动机以及其它辅助操纵控制系统，这就使操作程序和设计变得十分复杂。而分离已用过的火箭级，并启动上面一级的火箭发动机，也并不是一个简单的过程。
这类“越多越好”的问题在我们的生活中处处存在，比如软件工程中参加一个项目的人数越多，并不意味之工作效率、产品质量越高。实际上在各项领域的工作中这个问题始终是我们需要解决的一个问题。“人多力量大”并不是完全正确的！书包网 bookbao.com 想看书来书包网
今天，许多运载火箭采用了串联加并联的混合式多级火箭技术。方法是在第一级火箭的外围装上一枚或更多的助推火箭，这种火箭称为捆绑式助推火箭，或零级火箭。它们通常和第一级火箭发动机同时推进，产生更大的推力，以帮助火箭在飞行的最初几分钟加速。这些助推火箭的推进剂一旦烧完，爆炸螺栓即可将其从第一级中分离出去。助推火箭的数量可根据运载能力的需要来选择，在火箭周围捆绑时要对称排列。常见的组合是，采用两到三级的串联是液体火箭，在第一级捆绑几枚固体助推火箭。现有的大多数火箭都超过了30米。
火箭学：从发射到入轨
运载火箭是从发射台上开始它的旅程的，发射台上矗立着一座金属塔，称为发射塔或发射架，它为技术人员提供了从地面进入火箭的通道。发射塔还提供管道，帮助从地面储存罐向火箭上输送推进剂。在发射台上火箭是垂直竖立，发动机朝着地面，整流罩指向宇宙。
火箭为什么要垂直发射？
我们可能很少去思考火箭为什么以垂直的方式发射？只是认为到它就应该是这样，因为从古到今就是这样发射火箭的，把它作为一种事实接受了下来，而且它是向宇宙中发射的。但实际上采用垂直方式发射是考虑到很多因素的：
①运载火箭的体型庞大，长达十几米至几十米，直径几米至十几米，如果倾斜发射就得有一条比箭体更长的滑行轨道。这种滑轨不仅相当笨重、稳定性差、行走困难，而且发射时所产生的振动，势必影响火箭的命中精度。何况放置滑轨就得有一个很开阔很平坦的发射场。同时，由于火箭处于倾斜状态，点火启动时尾部会喷射出高温高速高压燃气流，因此还需要有一个相当长的安全区。
②火箭的飞行绝大部分时间是在大气层以外的空间。垂直发射有利于迅速穿过大气层，减少因空气阻力而造成的飞行速度损失。当然，这种垂直飞行的时间不宜过长，否则，在重力作用下，火箭的飞行速度损失就很大。所以，目前运载火箭的垂直飞行段一般在4～10秒范围之内。
③采用垂直发射，可以简化发射设备，它所有的发射台上可以设计得很紧凑，并且能够很方便地使竖立在发射台上的火箭在360°范围内移动，从而满足改变射向的需要，并保证火箭系统的稳定性和隐蔽性。
④大型运载火箭所用的推进剂一般都是液体的，因此，垂直状态发射便于推进剂的精确加注或泄出。
⑤现在大部分运载火箭采用的控制系统。它要求火箭在发射前精确地确定它的初始位置，这样才能保证有效载荷准确地进入地球轨道。而垂直发射对实现这一要求，要比倾斜发射方便得多。
⑥运载火箭的推重比一般都比较小，火箭垂直放置发射台上，发射时只要推力稍微超过起飞重量，火箭就可以腾空而起。随着推进剂的不断消耗，火箭的重量逐渐减小，飞行速度愈来愈高。
由此可见，垂直发射对于火箭的加速和能量的利用，都是十分有利的。
当火箭发动机启动，第一级火箭点燃时，火箭就开始脱离发射架上升，要完全通过发射塔需要花费几秒钟的时间。离开地面的十几秒内火箭一直保持垂直飞行，之后为了保证按合适的方位飞行，排气口的万向节按预定程序立即旋转，使火箭从垂直角度稍微倾斜，但基本还是垂直向上飞行的。一开始火箭的加速过程也并不是十分的明显，因为第一级推进剂还在，火箭的重量依然大的惊人。在上一级推进剂烧完时，重力使火箭缓慢地从微倾斜角度转入水平方向的飞行。这一被称为重力转向的机动，帮助火箭逐渐将其能量从向上升入太空的推进，转向进入轨道速度所需的向前推进。
第一级推进剂烧完后，爆炸螺栓使其与火箭的其余部分分离，这时火箭卸掉了结构和推进剂的大部分质量。同时第二级火箭开始点火，继续加速飞行，因为火箭的重量大大的减轻，即使第二级的火箭产生的推力不如第一级的大，它的加速也要比以前的快很多。此时，已飞行2~3分钟，在高度达到150千米~200千米时，火箭基本已飞出稠密大气层，有效载荷不再需要整流罩来防护风力的破坏，按预定程序抛掉箭头整流罩，这进一步减轻了火箭发动机加速的质量负担。
有些火箭的二级推进剂，常常在火箭快接近轨道速度时燃烧完毕。爆炸螺栓使二级火箭与有效载荷分离，这时在有效载荷上，一个称作推进器的小火箭将火箭送入最终的轨道。同时二级推进器使火箭落入大气层上部，最终，空气摩擦会使它燃烧，变成灰烬。这样的处理方式，可以避免使其留在太空，成为太空垃圾。如果这些垃圾不巧进入某个卫星的轨道，那将是极大的威胁。
对于低轨道的航天器而言，这时火箭就完成了运送任务。但对于高度在1000千米以上的轨道或行星际任务，还需要有第三级火箭，在这一结构中，二级火箭担当着把三级和有效载荷送入近地轨道的工作，近地轨道通常为300千米或更低。在二级火箭脱离后，火箭在地球引力作用下，开始进入航天技术中称为惯性飞行段的过程，一直到与预定轨道相切的位置。稍后，第三级火箭发动，进入最后加速段飞行，当加速到预定速度时，第三级火箭发动机关机，有效载荷从火箭运载器弹出，进入最后的、较高的轨道，或者前往另一行星的轨道。
目前使用的所有火箭，基本都是一次性使用的运载火箭。这是因为飞行的压力、发动机燃烧推进剂的酷热、抛弃后的重返地球以及在大气层上部的焚烧，都使得各种部件在一次飞行后就基本报废。虽然这样听起来很浪费，但建造可重复使用的火箭所需的费用并不比一次性使用火箭的低。不过经济上可以承受的设计——再循环式火箭已经在规划之中了。
轨道动力学：圆形轨道与椭圆形轨道
前面已经经常提到了“轨道”这个词，那么轨道是什么呢？我们知道地球总是围绕着太阳在做着公转运动，如果把每一时刻地球中心的位置用直线连起来，就出现一个椭圆形的轨迹，通常就把它称为轨道。事实上太空中运动的任何天体都有自己的运行轨道，科学家们经过不断观察与研究，建立了轨道动力学，为航天器在太空中的运动提供了理论基础。轨道动力学要经过严格的数学推导，这些推导决不是几页纸可以表述的，大多数人面对这些推导绝对都会望而却步，但你不用担心下面的内容你会看不懂，只要具备基本的几何学知识就足够理解这些内容。
圆形轨道与椭圆形轨道bookbao.com 最好的txt下载网
假设你登上华山的东峰，站在朝阳台上，将一块石头水平抛出，会看到它迅速的朝山下坠去，你也许看到它砸在了峰下的某个地方，这时如果你再用力抛出另一块差不多大的石头，如果你还能看到它在山下的落点，那这次的落点一定是比刚才的落点远一些，因为你用了更大的力。
这基于一个事实，地心引力对物体产生向下的拉力，拉力使物体的运动状态发生变化。拉力产生的向下速度相同，因此两块石头从山上到山下的时间也一样。但用的力不同，石头在水平方向运动的速度也就不同，那么相同时间内，它们在水平方向的运动距离必然不同。
再看另一个事实，地球是圆的。在物体下落运动的距离中，地球表面也向下弯曲，那么实际的落点要比在水平面上的落点要远。如果可以让物体的速度足够大，在它朝地面下落1米时，地表亦向下弯曲了1米，它与地表的高度没有变化，这样它就永远不会落地，产生了与地球表面同心的圆形轨道。
保持轨道运动的能力取决于沿地表曲线向前运动的速度，该速度必须保证物体不至于落地才行。由于高度较高的物体比高度较低的物体受到的重力影响要小，因此高度增加时，保证圆形轨道的速度可以降低一些。
如果让物体获得更大速度，在下落1米的时间内，向前运动的距离足以达到地表向下弯曲了2米的地方，这样物体到地表的距离实际上增大了，即高度增加。继续运动则高度不断增加，但由于重力的作用，使上行的物体逐渐慢下来，绕地球半周后，高度最大。接下来物体与地球的高度开始减小，并继续绕地球运动。最后，球又回到原来的位置，恢复原有速度，又开始了一次原来的运动，这样就形成了椭圆轨道。
对椭圆轨道的理解符合我们一般的认识，可以想一想如果你朝空中扔一个石块，它在爬升时开始慢下来，在爬升到最高点时速度最慢，然后它冲向地面速度又开始回升。
椭圆轨道的速度
偏心率值近地点速度
0(圆形)轨道中各点速度相等
远地点速度的122%圆形的105%
远地点速度的186%圆形的114%
远地点速度的300%圆形的122%
远地点速度的567%圆形的130%
远地点速度的1900%圆形的138%
偏心率用来测量椭圆的形状，偏心率越大，椭圆就越扁。椭圆的偏心率在0-1之间，用焦点间距离除以长轴的长度可以算出偏心率。
轨道动力学：开普勒定律
1609年，开普勒通过对火星绕太阳旋转数据的整理，推导出太阳系中行星运动的三大定律，后来证明这三大定律适用于太空中任意二体系统的运动，如地球和月亮，地球和人造卫星等。
开普勒三大定律
1、每个行星在椭圆轨道上环绕太阳运动，而太阳在一个焦点上。
2、太阳和行星的矢径在相等的时间间隔中扫过相等的面积。
3、行星的轨道周期的平方与它的轨道的长轴的三次方成正比。
第一定律有关太空中天体运行轨道的形状。就像前面提到绕地球运动的物体，其运动轨迹为椭圆形，而圆形轨道只是一种特殊的椭圆轨道。在椭圆的长轴上具有两个虚拟的点，称为焦点。这两点距中心的距离相等，轨道上任意一点到两个焦点的距离之和等于长轴的长度。而地球的中心与其中的一个焦点重合。
在有关轨道的描绘中，经常提到地球的近地点和远地点两个词。近地点就是物体在椭圆轨道上到地面距离最短的那一点，远地点是椭圆轨道上到地面距离最长的一点。这两个点都在椭圆的长轴上，近地点在距地球中心较近的一端，远地点在较远的一端。还要注意一点轨道高度指的是物体到地表的距离，而不是物体到地心的距离。
近地点与远地点是对地球而言，对太阳还有近日点、远日点，对月球有近月点、远月点，其它星体有近星点、远星点
开普勒第二定律涉及到太空中物体的运动速度。假设轨道上运动的物体和地球中心有一弹性足够的绳子相连，那相同时间内绳子所扫过的面积是相等的。很显然因为近地点附近距地球中心的距离较短，在相同时间内要使它扫过面积与远地点相同，必然需要更长的轨道距离，运动速度必然要更快，所以近地点附近的速度比远地点附近要快。这与上一节的有关椭圆轨道形成的分析是一致的。
第三定律涉及轨道周期，即物体沿轨道运行一圈所用的时间。但在理解这句话时，要注意物体完成一个轨道周期不依轨道的形状来决定，而是由椭圆轨道的大小，即椭圆长轴决定，只要长轴长度相等，轨道周期相等。轨道周期之所以不同，在于轨道的运行速度不同。地球轨道周期
轨道高度周期
300千米1小时30分31秒
1000千米1小时45分07秒
10000千米5小时47分40秒
100000千米3天23小时54分
轨道动力学：轨道的描述
前面就轨道的形状及轨道中物体运动的讨论可以说是在平面内的讨论，这个平面就是轨道所在的平面，该平面可以称为轨道平面。为了进一步讨论轨道还需要了解轨道在太空运动的位置和方向，借助轨道平面可以帮助我们想象轨道是倾斜的还是旋转的、或是指向任何方向的。
就像平面上点位置的描述需要确立一个直角坐标系一样，在太空这个三维空间中也需要建立一个坐标系来知道轨道的位置。对地球轨道的描述，航天技术中通常采用地心赤道坐标系。该坐标系以地球中心为坐标原点，包括x、y、z轴。xy平面与赤道面为同一平面，x轴指向春分点，z轴的指向穿过北极。
春分点即在“春分”那天(一般在阳历3月20日左右)太阳所在点。天文学知识告诉我们，由于太阳以及月球引力的影响，春分点会沿着某一轨道移动，因此地心赤道坐标系x轴的指向也会发生变化，但这个变化非常之慢。我们讨论地心赤道坐标系时将x轴的指向定为指向2000年的春分点，在实际的轨道和航行计算中，技术人员要对这个坐标系进行修正。
坐标系固定之后就可以测量出轨道参数，最常用的轨道参数是一组经典轨道常数，即开普勒轨道常数，用来描述空间中物体的轨道。用这些常数可以递推出物体在过去或将来的位置。
轨道要素系列
常数用途
半长轴a确定轨道的大小
偏心率e定义轨道的形状
倾角i测量轨道倾斜度
升交点赤经Ω确定赤道交点
近地点幅角ω确定近地点
在历元时刻的真近点角υ0确定物体在轨道中的位置
第一个参数是半长轴，即轨道长轴的一半，确定了轨道的大小，用a来表示。第二个参数是偏心率，定义了轨道的形状，用e表示。e的大小在0到1之间，如果e等于0，轨道是圆形的。
下一个轨道要素测量了轨道平面相对于赤道平面的倾斜度，在赤道平面的轨道(赤道轨道)如果向北极或南极倾斜，则新轨道所在平面与赤道平面会产生一夹角，称为倾角，用符号i表示。在北极向下看，如果轨道的运动是逆时针运动的，则称之为顺行轨道，反之为逆行轨道。顺行轨道的倾角值在0o~90o之间，而逆行轨道的倾角值在90o~180o之间。当轨道上的物体飞越北极和南极时，轨道倾角值为90o，称为极地轨道。
轨道分类
类型 高度
低轨道LEO 距地面数百公里至5000千米运行周期为2～4小时
中轨道MEO 距地面5000～20000千米运行周期4～12小时
高轨道GEO 距地面35800千米运行周期24小时
100000千米 3天23小时54分
在顺行轨道运行的物体，绝大多数离地面较近，高度仅为数百公里，故又将其称为近地轨道。要把卫星或航天器送入这种轨道，运载火箭要朝东方向发射，这样能够利用地球自西向东自转的部分速度，从而可以节约火箭的能量。目前大多数卫星采用的都是这种轨道。而要把卫星或航天器送入逆行轨道运载火箭需要朝西方向发射，不仅无法利用地球自转的部分速度，而且还要付出额外能量克服地球自转。因此，一般都不利用这类轨道。
倾角不等于零的轨道与赤道平面有两个交点称为节点。如果轨道运动的物体经过节点时正从南往北运动，可以称为轨道平面内的升交点，另一个节点称为降交点。
第四个要素是升交点赤经，表示x轴与升交点间的逆时针角度，用Ω表示。第五个要素测量的是轨道平面内升交点到近地点的角度，称为近地点幅角，用符号ω表示。ω值在0o~180o之间说明近地点发生在赤道以北，180o~360o之间说明近地点发生在赤道以南。最后一个要素是在历元时刻的真近点角，指在指定时间由近地点到物体所在点的角度，用符号υ0表示。
轨道要素中前5个是几何要素，在理想状况下是不变的，提供了轨道的大小、形状和方向，第6个是时间要素，它总是在不停的变化着，它提供了物体在轨道上的具体位置。利用这6个要素我们就可以计算出轨道上的物体在坐标系中的位置，当然要真的利用它们来进行轨道计算还需要大量的工作。
轨道动力学：轨道改变
航天器在太空中沿着某一固定的轨道运动，实际任务中航天器往往需要在不同的轨道中运动来满足任务的需要。比如某一轨道上运行的卫星发生故障不能返回，另一轨道上的宇宙飞船要对它进行修理，要怎么办呢？你可能想到了公路上的一辆汽车，要从一个车道进入另一个车道，但情况不像在车内转动方向盘那么简单。太空中运动的物体要受到地球、月球或太阳等星体引力的作用，要直接克服这些引力在太空中进行机动，需要巨大的能量，相应的推进剂载荷就上升，而这往往是不经济的或不太可能实现的，所以可能的方法是消耗尽可能少的推进剂，利用星体的引力来完成机动。
根据牛顿力学原理，航天器要想实现轨道的改变，必须要有额外的推力，这个推力是由航天器上的推进器提供的，推进器就好像一个小型的火箭，通过改变航天器的飞行方向、速度来创造出一条新的轨道。轨道机动可以采用脉冲式推力，也可采用推力较小的连续或间断型推力，为了我们讨论方便，主要涉及的是脉冲式推力。
由于推进器从点火到关机会有一段时间，这段时间内航天器受到连续的推力，这就使变轨计算复杂化了，为了分析方便常做出这样的假设，所有的推力都是在瞬时发生的，这样虽然牺牲了准确性，但简化了计算，而且因为推力时间在整个轨道周期中所占的比重非常小，bookbao.com 最好的txt下载网所以这个假设是可以接受的，称为脉冲推力假设。
圆形轨道上运动的物体，如果给它施加一个水平推力，这个推力有可能是正向的(增加前进的速度)或是反向的(减少前进的速度)。如果是正向推力，物体的飞行速度增加，增加了其距地面的高度，这就形成了一个新的轨道。轨道的形状是什么样的呢？因为在加力点物体的飞行速度增加，高度开始上升，实质上是产生了一个椭圆轨道。轨道的近地点就在加力点。
推力可以分解到水平和径向方向，径向方向在地心和物体质心的连线上，水平方向在轨道平面垂直于径向。水平速度描述物体沿地面轨迹前进的速度，径向速度描述高度变化的速度。
在椭圆轨道近地点施加正向水平推力，则会产生一个更大的椭圆轨道。推力越大，轨道的长轴越长，偏心率越大。在椭圆的远地点施加正向水平推力，使轨道内除加力点的所有点高度都增高，近地点也提升到较高的高度，轨道的形状变得更圆。如果推力足够，则轨道可以变为圆形轨道。
如果给物体施加反向水平推力，则缩短了椭圆的长半轴长度。如果在椭圆近地点加反向推力，则轨道变得更圆。在圆形轨道上某一点加反向推力，则产生椭圆轨道，轨道远地点就在加力点。如果在近地点或远地点之外的位置进行水平加力，情况要复杂一些，长半轴长度、偏心率以及近地点和远地点的位置都会发生改变，具体的改变需要通过数学计算得出。
我们知道圆形轨道的任一点，都不存在径向速度，即高度不发生变化。如果给圆形轨道上运动的物体一个径向推力，则物体开始向上或向下运动，高度发生变化，于是产生新的椭圆轨道。如果径向推力将物体推向地球，则物体将先进入近地点，反之，物体先进入远地点。当然也可以采用径向推力使椭圆轨道变为圆形轨道，只要推力产生的速度将径向速度抵消掉，但没有径向速度的轨道运动只发生在椭圆轨道的近地点和远地点，所以只有在过地心且与长轴垂直的直线与椭圆轨道的交点施加径向推力才可以使轨道变圆。其它点上消除径向速度只是令加力点变成一个新的椭圆轨道的近地点或远地点。
要改变轨道平面通过施加推力可以做到，比如我们要将在赤道平面内运动的轨道向北倾斜，就需要给物体一个相北的推力，这样就产生一条新的轨道。轨道的倾角是由加力的大小决定的，实际中航天工程师们都是根据需要改变的倾角角度来计算出加力的大小和方向。
要注意一个事实，不论何种轨道改变，新轨道与原轨道都存在交点，而加力点就在交点上，所以加力点的选择非常重要。比如要将倾角20o的轨道改变到赤道平面上，加力点必须在该轨道与赤道平面的交点上。
轨道的改变越大，所需要的推力越大，推进剂越多。航天工程师在设计航天器时，必须事先对轨道机动进行详细的计划，因为这决定了航天器需要携带多少推进剂。目前火箭的运载能量和航天器的携带能力都是受到限制的，推进剂的多少直接决定了航天器的性能和效益。
轨道动力学：霍曼转移
两个高度不同的轨道间转移经常用到的一种方式是霍曼转移，霍曼转移所用的轨道是一近地点在较低高度、远地点在较高高度的椭圆轨道。因为充分的利用了星体引力产生的能量，所以这种转移所用到的能量最小。利用这一轨道航天器可以实现从低轨道到高轨道的转移，或从高轨道到低轨道的转移。(这里的高轨道、低轨道不特指某一高度的轨道)
1925年，德国工程师奥尔特·霍曼博士推导出在两条倾角相同、高度相异的圆形轨道间转移卫星的最小能量方法，称之为霍曼转移。
霍曼转移涉及两次水平加力机动。在圆形轨道中运动的物体受到正向水平推力时，开始从较低的轨道转移到较大的椭圆形轨道，加力点是这个椭圆的近地点。然后顺着该椭圆轨道，物体开始向远地点运动，当到达远地点时，开始了第二次加力仍为正向水平推力，使得轨道转移到远地点高度上的圆形轨道。同样高轨道到低轨道转移也是这样，只不过这时物体是从远地点向近地点运动，经历的是两次减速运动。
在低轨道向高轨道的霍曼转移中发生了两次加速，你可能会认为高轨道的运动速度要比低轨道快，这与前面提过的高轨道的运动速度慢于低轨道运动速度是矛盾的。不要忘了在进行霍曼转移时，近地点的运动速度要小于远地点速度，当到达远地点时运动速度已经较原来的圆形轨道速度小了很多，并且不足以维持在这一高度的圆形轨道运动，所以还要进行加速，但加速后的速度还是小于低轨道上的运动速度。至于高轨道到低轨道的转移，你也可以分析一下。
霍曼转移虽然所用到的能量最小，但它是以牺牲时间为代价的。要实现更快的转移需要更多的能量，消耗的推进剂增多。在实际的飞行中，采用霍曼转移还是快速转移实现轨道转移是由任务决定。如果执行救援任务，需要争取时间，那么采用霍曼转移就不合适了。
轨道动力学：轨道会合
在太空中两个航天器要如何对接呢？比如在同一轨道不同位置的两个航天器A、B需要会合，要实现A对B的追赶，然后对接，你可能马上会想到加速不就可以了吗！
看看实际情况，根据前面的分析，这时如果A加速，那么它的轨道就会发生改变，与B不在同一轨道上，由于轨道高度的增加，所以轨道周期变长，这样再次到达加力点时，会看到A离B更远了。换一种方式，如果A减速，它的轨道变小，轨道周期减小，再次回到加力点，却可以看到A离B的距离反而缩短了。
如果开始A和B的距离相差6分钟，A、B运行的轨道周期是96分钟，A减速改变轨道后，轨道周期变为93分钟，这样在A减速后再次到达加力点，与B只差3分钟的距离，当再次到达加力点时就已经赶上B了，这时A需要加速以使它可以重新回到圆轨道，实现A、B的对接。对这个情况要想在更短的时间内赶上B，可以将A速度减小更多，使它进入90分钟的轨道，只要一圈就可以赶上B。但因为减速和再次加速所需的能量更多，所以在提高时间性的同时推进剂的用量加大了。
另一种情况，如果A和B没在同一高度的轨道上，这时可以采用霍曼转移来实现会合。但要注意一点因为A和B分别在轨道上运动，要实现这两个航天器的会合，进入转移轨道的时间是需要考虑的，如果进入转移轨道的时间不对，转移后虽然他们进入了同一个轨道，却在轨道中的不同位置。要实现低轨道运动的航天器到高轨道运动航天器的会合，由于转移轨道上的运动速度比高轨道的运动速度要快，所以低轨道上的航天器必须在高轨道航天器之后开始霍曼转移。反之，实现高轨道运动航天器到低轨道航天器的对接，则高轨道航天器要在低轨道航天器之前进入霍曼转移轨道。
到这里我们简单的讨论了有关轨道动力学以及轨道机动的问题。需要说明的是在实际中轨道机动比你已经看到的复杂很多，要结合不同方向、不同大小的力，考虑到各种条件、影响，这些都要经过严格而又复杂的数学推导来实现。但他们所用到的基本原理在前面的内容中已经基本涉及了。
美苏太空竞赛：准备阶段
月球距地球约384000千米，半径约1740千米，是地球半径的1/4左右。因为其自转和公转的周期都是27天7小时43分，所以总是以同一半球面对着地球。月球的质量比地球小很多，所以其引力只有地球的1/6。由于月球表面空气及其稀薄，所以陨石撞向月球时不会受到任何阻拦，在月球的表面形成了很多环形山。
二战后“冷战”局面的形成，使得美、苏这两个国家在各个领域展开了激烈的角逐。载人航天作为高科技的体现，当然成为他们争夺的领地。在相继将自己的卫星送入太空之后，他们立刻开始了下一个阶段的竞争，即载人航天计划的实施。20世纪60~70年代这两个巨人出于各自的目的而进行的这场竞赛，或多或少加速了载人航天计划的制定和实施，无形中对整个人类做出了巨大的贡献。
美苏太空竞赛
20世纪60年代，美、苏在太空竞赛中为了拿到头彩，各自从佛罗里达的海岸和丘拉塔姆的荒原向太空发射了三十多艘载人飞船，完成六十多人次的太空飞行。不管他们属于哪个国家，但都怀着人类对太空的向往，踏上一次又一次的征途，对地球以外的世界展开探索。这些最初的尝试为后来的登月计划以及空间站的建立积累了宝贵的经验。
准备阶段
对于太空这个未知的领域，科学家绝对不敢直接就将人类送入太空，他们需要考虑人到底能不能适应太空环境？因此工程科学、医学、生物学各领域的专家对此进行了大量的探讨以及试验。
早在20世纪40年代末～50年代初，美苏就相继进行了将生物送入高空或太空的实验。苏联在发射第一颗人造卫星后的一个月，紧接着又发射了一枚人造卫星，这枚人造卫星中乘坐着进入太空的第一个“航天员”——小狗“莱卡”(Laika)。太空中的这段时间“莱卡”生活在卫星中的一个小舱里，不用担心空气、实物和水的供应，它的一切状况通过无线电遥测直接传送到地面。在地面上可以看到从卫星点火、发射、加速、入轨直到失重等飞行条件下，“莱卡”的状态一直很好，但可惜的是因为当时没有解决飞行器的再入回收问题，所以“莱卡”在轨道上飞行一周之后无病死亡。但它的飞行已经直接的说明了航天器内的条件对生命不会造成威胁。
除此外典型的高级动物航天试验还有猴子、黑猩猩的飞行。1961年11月29日黑猩猩“恩诺思”在美国的航天飞船“水星”号上完成了一次重要飞行，绕地两圈的飞行过程中“恩诺思”吃了食品，并完成了几项已经训练好的心理学试验。在飞行结束时由于系统出现故障，舱内温度曾高达40oC，但还是返回了地面，“恩诺思”幸免于死。之后生物学专家们对动物进行了认真细致的观察和生物遗传学研究。
在这一系列飞行试验的基础上，航天医学专家基本取得了希望的结果，认为太空飞行对人体不会有太大的威胁。于是开始考虑将人送上太空。
美苏太空竞赛：争取第一的东方号和上升号
第一个登上太空的人——尤里·加加林
我第一次亲眼见到了地球表面形状。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，复而又变成了深黑色……
——人类首次进入太空时航天员尤里·加加林对地球的描述
20世纪50年代末期，赫鲁晓夫从斯普特尼克1号卫星的成功发射中，清楚的认识到航天技术的发展对苏联国际地位的提高会起到很大的作用，而且在外交台面上如果有了这张王牌也可以增加自己谈判的筹码，因此他积极的支持苏联的太空计划。与此同时，航天专家们也清楚地知道美国无论在卫星还是运载火箭的技术上绝不逊于自己，如果不继续努力，很有可能就被超过。实际上在1958年以后，美国发射人造卫星的数量和获得的科学成就已经很快地超过了苏联。
1958年，在航天专家科罗廖夫的带领下苏联正式开始了载人航天的研究工作。为了保证航天员进入太空的安全性，一部分技术人员们希望首次的载人飞行不要进入绕地球的轨道，采用亚轨道的飞行方式，之后再循序渐进展开轨道飞行。但科罗廖夫考虑到亚轨道飞行要做的工作量几乎与轨道飞行相同，而且在对太空飞行作了相当程度的分析后，认为人类直接进入太空的威胁并没有想像的那么大。所以最终决定采用直接进行载人轨道飞行。当然，当时的国际形势以及政治的压力也不能不说是科罗廖夫考虑的一个重要因素。
亚轨道飞行方式是指太空船进入太空，但未进入绕行地球轨道的一种飞行状态。亚轨道飞行可以充分利用现有的技术成果，并且保证较高的安全性。
到1959年初，苏联第一艘载人飞船开始具体设计，取名为东方(Vostok)号，东方号的乘员舱采用球形，这主要考虑飞行器返回时经过大气层，大气分子与飞行器发生碰撞会产生极大的热量，而球形可以很好的减少这种不利因素的影响，并且能在各种速度下保持稳定。在球形乘员舱的外部安装了不同的遥控天线和通信天线，通信天线的下端是一个小型的电子设备舱，航天员坐在乘员舱内通过各种仪器与外部保持联系。乘员舱的侧面还有一个圆形的观察窗和一个弹射窗。
前苏联航天时代的开拓者科罗廖夫
科罗廖夫(Sergei Pavlovich Korolev 1906～1966)
科罗廖夫是苏联运载火箭和航天飞船的主设计师、航天计划的主要制定者之一，航天活动天才的组织者。1907年1月12日生于乌克兰。以半工半读的形式念完了中学和高等专科学校。1929年毕业于莫斯科高等技术学校空气动力系，同年拜访了齐奥尔科夫斯基，从此将航天作为自己的终身事业。1931年参加了刚刚创建的喷气推力研究小组，1933年该小组被列为国家军事机构，改为喷气推力研究所(Jet Propulsion Research Institute)。
1938年，受苏联肃反运动波及科罗廖夫被逮捕，关押在西伯利亚的古拉格集中营。1940年，经著名飞机设计师图波列夫的努力，转入图波列夫领导的监狱工厂KB-29。1944年获假释。1945年9月被派往德国研究V-2导弹，随后开始研制本国的弹道导弹工作。1947年10月发射了苏联第一枚弹道导弹。1949年他设计的远程导弹试验成功。
接下来的几年，科罗廖夫主持开发了运载火箭，科学、军事和通信卫星，行星探测器，人造飞船。为苏联航天事业奠定了雄厚的基础。1966年1月14日，正处于事业巅峰的科罗廖夫死于一起医疗事故。
由于苏联航天工业的保密性，科罗廖夫对航天事业的具体贡献，在其生前及死后几十年都不为人所知，有关他的资料一直处于政府“保护”之下。直到1994年俄罗斯的一名记者公开发表了科罗廖夫的传记，人们才真正了解这名航天时代的开拓者。
为了防热，船体的材料采用了弹道导弹常用的高密度烧蚀材料，但是后来的研究表明飞船再入的气动环境与弹道导弹并不完全相同，因此这种材料并不适于航天返回时的环境条件，在以后的设计中才转为使用隔热性能好的低密度的烧蚀防热材料。这种烧蚀材料在进入大气层时，与大气摩擦会一层一层地烧蚀成炭，当炭灰飘散时会带走多余的能量。
在球形的下面是一个圆台和圆锥的结合体，这个结合体紧靠乘员舱的一侧挂有18个球型高压氮气和氧气瓶，为乘员舱内的航天员提供尽可能类似地球的大气环境。气瓶下面的圆台是仪器舱，再往下是反推发动机和内部推进剂储箱。当要返回地面时该发动机可将飞船的速度降到大约155米/秒，使飞船脱离轨道。
飞船发射后整个末级火箭与飞船是一同进入轨道的，这时飞船的总长达到了7米多。东方号飞船的轨道高度并不高，近地点的高度只有180千米。在这个高度下，大气对飞船轨道的衰减非常厉害，这主要是为了保证航天员的安全，如果反推火箭出现故障，可以保证飞船在10天内逐渐降低轨道，最终以不大的速度返回地面。
东方号采取陆地回收的方式。起初考虑航天员的安全，科罗廖夫提出海上回收的方案，但苏共总书记赫鲁晓夫出于保密性的考虑，坚持要求在陆地回收，而当时陆地回收的技术还不成熟，很可能会威胁航天员的安全。最终不得不采用了一个折中的办法：不回收返回舱而只回收航天员，即在返回舱再入离地面10 000米左右，将航天员连同座椅一道弹射出去，并用降落伞回收。
事实上东方号所采用的不回收返回舱而只回收航天员的方法并不安全，因为航天员在弹射时的速度比飞机弹射时快得多，航天员用降落伞能否着陆成功专家们也不敢保证。1960年12月用动物做弹射降落试验时就发生了死亡事故。
在经过了一系列的试验飞行后，东方号飞船做好了载人轨道飞行的最后准备。1961年4月3日，苏联政府批准了载人轨道飞行。同月12日一枚R-7A运载火箭装载着“东方-1”号，将人类进入太空的第一名使者——尤里·加加林送入太空。迈出了人类进入太空的第一步。
尤里·加加林1934年3月9日出生于苏联莫斯科的格扎茨克镇。年轻时曾作为治金工人在工业学院学习，业余时间学习飞行。1955年加入苏联空军做飞行员。1960年被选为航天员。1961年4月12日，进行了人类首次太空飞行。1968年在另一次飞行训练时因坠机而死亡。
“东方-1”号的飞行过程 bookbao.com 最好的txt下载网
莫斯科时间1961年4月12日过程
9:07东方1号飞船发射升空
9:09东方1号运载火箭助推级和第一级脱落
9:10运载火箭头部整流罩抛离
9:12第二级火箭分离，第三级火箭点火
9:21第三级连同飞船进入180～230千米地球轨道
9:49东方1号飞船进入地球阴影
10:09东方1号飞船离开地球阴影
10:25反推发动机点火，飞船降低轨道准备进入
10:35下降舱分离后进入大气层，距地面千米高时加加林弹射
10:55加加林落在萨拉托夫地区恩格尔城西南26千米处
继加加林之后，东方号又进行了5次载人轨道飞行，为苏联争取了太空竞赛中一个又一个第一。这里面包括比耶科夫斯基驾驶东方-5号飞船创造了留空119小时的纪录，以及世界第一个女航天员瓦伦蒂娜·捷列什科娃乘坐东方-6号升空。就载人航天技术来说，整个东方号计划在医学实验上特别是人在轨道飞行期间的反应和适应性方面，取得了伟大的成果，但由于飞船的限制和其他原因，东方号飞船的太空飞行在其它方面并没有取得太多的研究成果。
1.此次飞行后，季托夫由于太空病的影响脱离了航天员的职业
在东方号发射成功之后没多久，科罗廖夫已经开始考虑新的航天计划，经过大量的研究和规划，初步形成了两项计划，即东方-ZH飞船和联盟复合体。但这些计划都是长期性计划，不可能马上看到成果，可对于不懂什么技术的赫鲁晓夫来说，更需要的是新的第一。在这种压力之下，科罗廖夫被迫改变了自己的计划，因此就有了上升(Voskhod)号飞船计划。
因为时间紧迫，上升号飞船的形状和东方号没多大差别，只是在下降舱的侧部加装了可伸缩的气密舱，用作航天员进入太空的通道。另外由于上升号飞船的飞行轨道有所提高，处于200～300千米之间，如果反推火箭出现故障，极稀薄的大气不足以产生足够的阻力令飞船在半个月内降低轨道，因此在返回舱的顶部安装了备份的固体反推火箭。除此以外，由于技术的成熟，上升号取消了弹射座椅，代之为两个座椅。在回收时利用减速伞降低飞船速度，并在接近地面时利用主伞下端两个小固体火箭，进一步减小飞船的着陆速度。
上升号的第一次飞行对所有的技术人员来说，简直是一次冒险。因为在飞船即将完工的时候，赫鲁晓夫下达命令，要在1964年革命节(11月7日)前实现同时3人的太空飞行计划。设计人员只好对飞船采取了极其冒险的改装，拆除了许多科学仪器，舱内的生命保障系统降到最低限度。由于座舱空间太过狭小，进入座舱的三名航天员都没有穿航天服，所幸的是这次飞行没有出现任何意外。这之后赫鲁晓夫下台，上升号就再也没有进行过这样具有挑战性的飞行。
1965年3月18日，上升2号载着两名航天员——列昂诺夫和贝里亚耶夫，又完成了一次史无前例的创举：太空行走。太空行走是由列昂诺夫完成的，他通过气密舱进入太空，靠一根5米长的绳子与飞船连在一起。返回飞船时由于航天服在真空中膨胀起来，列昂诺夫怎么也无法通过舱口，经过了8分钟的挣扎他才回到飞船中。
上升号飞船飞行记录
发射日期返回日期 飞船航天员 备注
～上升1号科马洛夫弗科蒂斯托夫耶格罗夫首次3座航天器飞行
～上升2号列昂诺夫别利亚耶夫首次航天员出舱活动
上升号计划作为过渡性的计划只是实现了几个第一，比东方号并没有多大的发展。对于这种情况，很多历史学家认为，是因为赫鲁晓夫坚持要有绝俗的太空表现，当然这必然牺牲了技术进步和工程进展。到上升号飞船计划结束，苏联在航天技术上的优势已经在基本消失，而1966年科罗廖夫病逝，无疑对苏联的航天事业造成了进一步的打击。
美苏太空竞赛：稳扎稳打的水星和双子星
早在20世纪40年代末，美国的许多军事和研究部门就开始了载人航天所需的各种技术和可能性的研究工作，提出了大量的论证报告和方案，但是由于各单位独立行事，缺乏合作思想，局面十分纷乱，因此并没有形成可执行的计划。这种状况直到1958年才得以改观。不过也正因为这种“百花齐放”的局面，美国在载人航天的基本技术方面取得了很多有价值的研究成果。比如，这一时期提出的逃逸救生塔方案和用于减弱过载的“轮廓座椅”(Contour Couch)在后来的载人航天计划中都获得了应用。
逃逸救生塔方案是为了保证航天员在发射段的安全而提出的。载人飞船的上方安装了一圈小型固体火箭，喷口朝斜下方，当运载火箭点火或其它原因出现紧急情况时，启动小火箭可将整个飞船迅速脱离危险的运载火箭，然后用降落伞或弹射方法使航天员着陆。
当火箭携带航天器加速飞行时所产生的加速度超过重力加速度的倍数称为过载，“重力加速度”规定用“g”来表示，超过2倍就是2g;而超过10倍就是10g。过载对航天器内部仪器，特别对人体会产生直接影响。过载太大，航天员轻则昏迷，重则器官破坏甚至死亡。所以载人飞船的发射和返回都要保证不超过一定的过载。一般发射或者返回时,人体可以承受15g或者更大的过载。而能够保证航天员正常工作和生活的过载值一般不超过4～5g。
为了尽快结束航天事业发展中的混乱局面，更快地发展航天技术，美国在1958年制定了太空法案(Space Act)，以法律的形式确定了太空研究的计划、方向和目标,并且成立了新的机构——国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration，NASA)，将有关航空航天发展计划都纳入到该组织中。1958年8月8日，NASA正式接手载人航天计划，并于不久就公布了水星(Mecury)号载人飞船计划。
NASA标志
NASA介绍
NASA全称美国国家航空航天局，是世界上最大的民用航天机构。1958年10月1日NASA正式成立。当时所有国防部之下非军事火箭及太空计划在总统行政命令下一起归入NASA，包括正在进行的先锋计划和探险者计划，以及美国全部科学卫星计划。原国家航空咨询委员会(NACA)的3个实验室：兰利研究实验室、刘易斯研究实验室、艾姆斯研究实验室编入NASA，更名为兰利研究中心、刘易斯研究中心、艾姆斯研究中心。爱德华空军基地的飞行试验室改名为飞行研究中心，海军研究实验室有关先锋计划的部分划归NASA，在马里兰州组建了戈达德航天飞行研究中心。1960年6月接管冯·布劳恩领导的陆军弹道导弹局，在亨茨维尔组建马歇尔航天飞行中心负责大型运载火箭的研究计划。尔后NASA还相继调整、组建了肯尼迪航天中心、约翰逊航天中心、太空飞行器中心。今天，NASA已成为世界上所有航天和人类太空探险的先锋。
NASA下属机构
机构名称研究领域
艾姆斯研究中心Ames Research Center信息技术
德来顿飞行研究中心Dryden Flight Research Center大气层内飞行研究
格伦研究中心Glenn Research Center涡轮机械
戈达德太空研究所Goddard Institute for Space Studies地球环境研究、天体研究
戈达德航天飞行中心Goddard Space Flight Center科学研究、太空地球研究
独立认证与鉴定研究所Independent Verification & Validation Facility高级软件系统
喷气推进实验室Jet Propulsion Laboratory自动卫星研制、深空探测
约翰逊航天中心Johnson Space Center人类在太空的操作航天员的地面训练
肯尼迪航天中心Kennedy Space Center发射与货物处理中心
兰利研究中心Langley Research Center结构与材料
马歇尔航天飞行中心Marshall Space Flight Center火箭研究
斯塔尼斯航天中心Stennis Space Center推进试验系统
沃洛普斯飞行研究所Wallops Flight Facility亚轨道研究计划
白沙试验研究所White Sands Test Facility危险材料、部件和火箭推进系统的试验和评估
水星计划所要达到的目标与东方号计划基本相同。工程师们设计了一个圆锥形的飞船，总长约米，底部直径约米。飞船的顶端还有一枚逃逸火箭。底端的制动火箭为回收时提供脱离轨道的推力。进入大气层时，飞船底端的烧蚀材料用于防热。当太空舱落入较低的大气层时，太空舱顶端的降落伞打开，使航天员和太空舱安全地降落在海洋中。
为了争取美苏这场太空竞赛的第一，美国的工程师们作了很大的努力。可水星号早期的实验并不顺利，发生了多次事故。1961年春季这种情况似乎有了好转，1月和3月的两次实验都取得了良好的成果。为了在太空竞赛中抢先一步，太空任务小组提议提前进行载人航天飞行，但火箭专家冯·布劳恩却坚持要按原计划进行。4月12日，加加林实现太空飞行后，时间显得更加紧迫。令美国人可以稍许宽慰的是，5月5日，航天员阿兰·B·谢帕德乘坐水星飞船“自由7号”实现了一次亚轨道飞行，这次飞行被赫鲁晓夫称为“跳蚤的一跃”。之后NASA又进行了几次亚轨道和轨道飞行试验，对轨道飞行进行了充分的验证。1962年2月20日，航天员约翰·H·格林乘坐“友谊7号”飞船终于实现了美国人的航天梦。此后，水星号又进行了3次太空飞行，
水星号飞船载人飞行记录
飞船名称发射日期航天员备注
自由7号阿兰·B·谢帕德飞行15分28秒亚轨道飞行
自由钟7号维吉尔·I·格里索姆飞行15分37秒亚轨道飞行海上溅落时飞船沉入海底
友谊7号约翰·H·格林飞行4小时55分23秒美国首次载人轨道飞行绕轨道3圈
曙光7号·斯科特·卡彭特飞行4小时56分5秒再次验证轨道飞行绕轨道3圈
西格玛7号沃尔特·M·谢拉飞行9小时13分11秒绕轨道6圈
信心7号·戈登·库珀飞行34小时19分49秒较长时间的轨道飞行考察人体反应及飞船可靠性
水星计划虽然晚于苏联10个月才实现轨道飞行，但其技术上取得的成就却比东方计划更大，美国在整个水星计划中，将多种导弹改进作为运载火箭，从中获得了丰富的经验，这为后来的大型航天计划创造了必要条件。同时水星计划在技术上虽然比较复杂，可整个开发过程比较科学，具有推广的潜力，并且发展了几项新技术，在大型航天计划的管理上也积累了相当的经验。
水星计划结束后，当时的美国总统肯尼迪已经很明确地提出，把登月作为载人航天的发展目标。因此NASA花了两年时间来设计第二代飞船，即双子星(Gemini)飞船，作为登月计划和水星计划中间的过渡计划。而且这一计划的目的相当明确，主要是完善飞往月球所需的关键、但尚未经过测试的技术，包括：轨道变换、轨道会合、轨道对接以及在轨道上进行太空舱外活动。
为了准确地操纵飞船，设计人员为双子星安装了数个火箭发动机，使它可以在轨道上做向前、向后和侧向的运动，以改变轨道。复杂的任务要求由两人来驾驶飞船，这就使得飞船的体积增大。而且双子星飞船太空飞行的时间一般需要持续一到两周，以确定人体是否能够承受长时间的失重状态，所以需要大量的电力和能源，为了满足这个要求双子星飞船增加了设备舱，安装电源系统、推进剂储箱等设备。
当时使用的普通化学电池功率小、寿命短，不足以维持长期飞行，而太阳能电池技术上也不成熟，因此设计人员采用了燃料电池，这种电池依靠燃料的化学反应释放出来能量转变成为电能输出。
两名航天员，加上增加的支持系统、补给及推进剂，使得双子星号飞船的重量比水星号增加了一倍。要把它送入太空，水星号所用的宇宙神号运载火箭已经无能为力，大力神2号运载火箭便成了双子星号飞船的运载火箭。设计人员经过较长时间的考察发现运载火箭在发射时发生爆炸的机会极小，因此双子星取消了逃逸救生塔，采用弹射座椅作为应急情况下的救生措施。
双子星计划的一项主要内容是实现太空行走，NASA的设计人员考虑到如果为太空行走再设计一个过渡舱，势必会增加飞船的重量和大小，因此采用了一种简化的设计，不安装专门的出舱活动过渡舱，而直接将座舱作为过渡舱。双子星飞船的侧部各有一个矩形舱门，它具有极好的关闭密封性，可以在太空中打开和关闭。执行舱外任务时，航天员先使舱内氧气压力下降，采用航天服的供氧系统呼吸。当舱门打开时，任舱内氧气散失，出舱进行活动。当完成任务返回舱内时，关闭舱门后再重新放出氧气，使座舱增压。
回收方式上，飞船在返回前在轨道上抛掉设备舱，然后发动机舱的4台反推制动火箭点燃，将飞船推入再入轨道，最后再抛掉发动机舱，座舱像水星飞船一样单独再入大气层，下降到低空时打开降落伞，航天员和座舱一道在海上溅落。
1965年3月23日，双子星3号飞船进行了第一次载人太空飞行，航天员维吉尔·I·格里索姆和约翰·W·杨完成了这次飞行，飞行中航天员启动推进器改变自己的轨道形状，实施了倾角的微小改变。两个月后，航天员詹姆士·A·麦克迪维特和爱德华·H·怀特乘坐双子星4号进入太空飞行了5天，并且在绕轨道第三圈时，由怀特实现了美国人首次的太空行走，出舱时他身上连着一根管缆，利用一个手持的小型火箭来实现太空机动。
双子星计划的一个重要任务是实现轨道会合和对接。1965年12月4日和12月15日双子星7号和双子星6号分别进入太空，实现了太空会合，在间距只有40米的情况下持续飞行了7个多小时，最近时只有米。尔后双子星8号和双子星9号的飞行任务都是与阿金纳火箭实现对接，但都未能实现。1966年7月18日双子星10号飞船载着约翰·杨和迈克尔·科林斯进入轨道，实现与阿金纳3号的对接任务，完成了登月计划的关键技术。接着双子星11号和12号飞船又分别实现了两次对接任务。
至此双子星计划圆满地完成了预定目标，作为一项既是过渡性又是独立的计划，取得了许多开创性的成就，也为阿波罗登月计划提供了极其宝贵的经验和科学技术成果。整个飞行期间，航天员共进行了52项试验，在不同高度上拍摄了1400张地球彩色照片，全面的研究了人在太空中长期工作和生活的情况。为航天技术人员及地面机组人员提供了发射火箭所需的大量的实践活动。到双子星12号飞行结束时，美国航天员已经有了2000小时的太空飞行记录，而此时苏联的飞行时数只有500多小时，美国人至此开始领先于苏联。
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That's one small step for man, one giant leap for mankind.(对于一个人来说，这只是一小步；可对人类而言，这却是巨人的一跃。)
——1969年7月20日内尔?阿姆斯特朗第一次登上月球时所说
20世纪50~60年代苏联屡屡夺得太空竞赛中的第一，这使美国人一直耿耿于怀。为了展现自己的实力，美国人便把目光瞄向了月球，经过充分的准备以及大量的投入，终于在这场竞赛中把苏联人甩在后面。
阿波罗计划的确定
双子星计划结束后，美国马上着手登月计划——阿波罗(Apollo)计划的具体实施，对于登月计划美国人早在50年代末期就开始讨论。1958年陆军弹道导弹局冯?布劳恩等人首次提出了具有技术基础的登月计划。虽然此时苏联人的航天技术已经领先，美国人很想尽快地在航天领域找回自己的面子，但他们似乎更加理智。对于这场太空竞赛，比苏联更少受到政治的影响。1960年，退休不久的总统科学顾问吉利安博士说：“我们不能再屈居第二了，但我并不认为这要求我们为了声望而同苏联竞赛。我们应当制定自己的太空科学目标，而不应该由苏联人制定，我们只是照抄。”
可加加林升空后，美国舆论对于政府的压力进一步加大，这不得不使美国宇航局、国防部、白宫及各科学委员会加快讨论载人登月计划的具体内容。最终美国总统肯尼迪雄心勃勃地于1961年5月25日正式签署了登月计划，即阿波罗计划，承诺要在1970年以前将航天员送上月球。
冯?布劳恩(Wernher Von Braun 1912～1977)
生于德国的冯·布劳恩有很强的实验精神。13岁时就用6支特大焰火把自己绑在滑板车上，点燃导火索进行飞行试验。1932年，布劳恩参加德国导弹研制的计划，领导火箭的研制。二次大战后，布劳恩作为“头脑财富”来到美国，担任美陆军导弹局发展处处长。他先后研制成红石、丘比特、潘兴式导弹。其中丘比特C型火箭，是美国第一颗人造卫星发射成功的关键保障。1961年美国宣布实施阿波罗载人登月计划。布劳恩成为总统空间事务科学顾问，分管阿波罗工程，直接主持土星5号运载火箭的研制工作。1970年，布劳恩任美国国家航空和航天局副局长，并兼任马歇尔航天中心主任。在两年任期内，布劳恩完成了航天飞机的初步设计。
登月计划：阿波罗登月方案
阿波罗计划设想之初，NASA的技术人员曾认为登月的途径无外乎两种：直接登月法和地球轨道对接法。
第一种方法用火箭直接将飞船送到月球上。在登陆月球时火箭翻转，使其发动机对着月球表面，然后，发动机按照和发射相反的程序令下降停止。离开月球时，再由同一枚火箭把航天员带回地球。这种方法需要研制推力5 450 000千克的新星级运载火箭，而且使大型火箭实现垂直着陆在技术上也面临很多问题。
第二种方法是发射几枚土星火箭，把大型飞船的几个部分分别发射到地球轨道上，然后对接起来。对接后，飞船利用自身的发动机加速向月球飞去。当靠近月球时，飞船调转方向，启动发动机减速，最后在月面上着陆。当工作完毕后，抛掉这一发动机，载人飞船部分利用上升发动机离开月球返回地球。虽然这种方法所需的火箭只有新型火箭的一半大小，但当时对于轨道会合、如何在轨道中组装零部件还不是完全清楚。
后来兰利实验室的霍伯特提出了一条全然不同的月球轨道会合方案。此方案需要发射一个主飞船和一个较小的运输舱，在地球轨道对接后，进入月球轨道。然后，运输舱下降到月球上，完成任务后，再返回月球轨道，与主飞船对接，返回地球。在整个过程中，尽量丢弃用过的设备，这样就大大的减少了飞行所需的能量，但需要考虑月球轨道对接的安全性。现在看来这个方案应该是最好的，但在当时该方案在提出之初并没有引起重视。经过霍伯特等人的不断游说，以及认识的深入，NASA才慢慢的开始注意该方案。1961年底NASA决定发展土星5号运载火箭，以及双子星计划的开展，更为该计划的通过提供了有利的条件。NASA的技术人员对这三种方案经过了长时间的研究、分析和论证，最终于1962年6月22日确定了载人登月的方案为月球轨道对接法。据保守的估计，这一方案使阿波罗的登月着陆至少提前了两年。
阿波罗登月方案对比
方案技术难度预算(美元)研制时间
直接登月法大推力火箭106亿1968年以前难以实现
地球轨道对接法地球轨道会合对接92亿1968年中可实现
月球轨道对接法月球轨道会合对接77亿1967年底可实现
登月计划：阿波罗号飞船系统（图）
登月计划确定后，NASA开始设计飞往月球的飞船和运载火箭。按照月球轨道会合方案的要求，每次飞行需三名航天员和两艘太空船。航天员乘坐阿波罗号飞船系统的指令-服务舱控制系统前往月球并返回，登月的任务由第二艘飞船——登月舱完成，它从地球前往月球的过程中，采用机械方法与阿波罗号对接起来，到月球轨道后把两名航天员送到月球表面并带他们返回。
指令-服务舱(Command-Service Module，CSM)由两个附着在一起的不同部分指令舱和服务舱组成。从地球到月球并返回的旅程中三名航天员都并排坐在圆锥形的指令舱中，虽然指令舱的空间比双子星和水星号提供的空间要大，但对三个人来说还是显得有些狭小。
指令舱的下面是一个圆柱形的服务舱，它为航天员提供电、氧气和其它的生保功能，以及发动机所需的推进剂。服务舱中有一台主发动机，可以多次快速的启动和关闭，用于飞船的机动飞行，如轨道修正、进入月球轨道及返回月球的推进。为了进行飞船的姿态调节和保持、交会和停泊，在服务舱的四周有16个小发动机，这些小发动机在1秒钟内最快可以点火40次。整个登月飞行结束时，指令舱脱离服务舱，装有热屏蔽层的底座对着地球，进入大气层，打开减速伞，在海洋中完成溅落着陆。
登月舱(Lunar Module，LM)不像我们通常看到的飞行器具有流线型的外形，而是棱形，这是由于太空以及月球的大气阻力非常小，舱体的形状几乎不影响飞船的飞行。登月舱由上升段和下降段两级组成，4根可收缩的悬臂式登月支柱支撑整个登月舱，飞行期间这4根支柱都收起来。登月时，两名航天员站在登月舱上升段内，通过窗口观察外面的情况，操纵飞船在月球上着陆。为了安全着陆，下降段的发动机可令飞船减速，4根支柱起到着落垫的作用，使登月舱平稳的站立在月球表面。登月任务完成后，上升段内的发动机启动，将上升段送回月球轨道与指令-服务舱会合，而下降段则留在月球上。
航天员站着登月
登月舱最初的设计中，在每个航天员的座椅前方安排了两个窗口。较大的一个窗口与航天员的眼睛齐平。因航天员都是坐着的，窗口距航天员的眼睛距离为60厘米，较小的一个窗口靠近航天员的膝盖。两名航天员的4个窗口总面积达到11平方米。这样的设计很不合理。首先，由于窗口面积过大，暴露的阳光过多，而缩小面积又会影响航天员的视野；其次，由于窗口距航天员的眼睛较远，视野有限，给月球着陆过程中航天员对着陆地点的观察造成了极大的困难。此外，窗口过大，重量也大，侵占了其它设备的重量。因此，最终的设计是让航天员站着，眼睛靠近窗口向外观察，这样既扩大的视野，又使窗口大大减小。
火箭专家冯·布劳恩领导的马歇尔航天中心设计了把阿波罗飞船系统送入太空的运载火箭——土星5号。组装完毕的土星5号火箭，高111米，总共有三级，装满推进剂和阿波罗的重量超过2 913 423千克，其中推进剂的重量就占了90%以上。土星5号火箭的箭体结构采用一种超薄的、但极为坚固的铝合金。这种合金令火星5号任何部位的外壳厚度都不超过厘米，极大的减轻了箭体的重量。
登月计划：阿波罗号登月过程（图）
1969年7月20日，人类首次登上月球
阿波罗计划的登月过程由于涉及到不同星体间轨道的转移，所以它的过程比一般地球轨道的飞行都要复杂。土星5号第一级把火箭提升到62千米的高度，推进剂全部耗尽，从箭体上脱离，令火箭的重量减轻了3/4。之后二级火箭点火，升空9分钟后，二级火箭在174米的高度脱落。此时三级火箭短暂点火，将火箭送入190米的近地轨道。在检查完所有的主要系统后，航天员会再次点燃三级火箭使飞船飞向月球轨道。
在飞向月球轨道的过程中三级火箭燃烧了所有推进剂。在抛弃三级火箭前指令-服务舱会与火箭分离，然后尖端翻转，使其尖端对着火箭中登月舱的上部，然后指令-服务舱与登月舱顶端的对接结合器连接起来，完成对接。这时航天员在确认对接完成后，才抛弃三级火箭。
进入月球区后，要进行减速机动，使飞船保持在月球轨道上运行，通常这个减速机动是在月球背对地球的一面发生的，航天员无法从地球上获得任何信号的帮助，所以该机动队航天员的安全来说是至关重要的，如果减速失败，那飞船注定要飞过月球，无法返回地球。如果减速成功，飞船就进入了月球轨道。
经过一段时间的登月准备，指令-服务舱内的三名航天员中有两名通过与登月舱的对接通道，进入登月舱，另一名仍负责驾驶指令-服务舱。登月舱与指令-服务舱分离后，登月舱下降段的发动机会打开片刻，使登月舱进入较低的轨道，这一轨道称为下降轨道。在下降轨道的低点，大约14千米的高度，登月舱再次加力，消除向前的速度，脱离下降轨道，向月球表面下落。最后航天员操纵登月舱发动机，实施减速，进行软着陆。
寻找着陆点在登陆过程中是最困难的，因为飞行计划中虽然会预定一个大概的着陆区域，但至于这一区域的具体情况，航天员事先并不知道，而且月球表面没有明显的参照物，就给航天员寻找合适的着陆点造成困难。要想安全的降落在月球表面绝不是一件轻松的事。
第一个登上月球的阿波罗11号在登月舱即将着陆之际，才发现预定的着陆点是一个里面散布着巨砾的大坑，在最后关头航天员阿姆斯特朗冷静地操纵登月舱，用了大约19秒避开大坑，降落在离预定着陆点4英里远的地方。登陆时燃料箱中剩余的推进剂仅够再维持30秒。
航天员在月球表面完成任务后返回登月舱，启动上升段的发动机，乘上升段返回月球轨道，而下降段则留在月球上，这样就减少了发动机所需的能量。上升段在月球轨道上与指令-服务舱会合对接，之后航天员进入指令-服务舱开始返回地球。在实施进入地球轨道的机动前，阿波罗飞船要先抛掉登月舱上升段，然后启动服务舱的发动机，开始返回地球轨道的反向加力。进入返地轨道后，飞船实质上是在经历3天太空中的下落运动，进入外围大气层前，指令舱与服务舱分离，指令舱开始返回地球。
登月计划：登月的准备和实现（图）
阿波罗16号飞船指令长在月球插上美国国旗
对于阿波罗计划这样引人注目、影响深远的工程，最关键的问题是保证航天员的安全。对此，NASA的技术人员不仅细致地设计和论证了整个方案，还通过大量实验来保证登月的万无一失。通过实验，不断地发现问题、修改方案、再实验，直到把问题隐患全部排除。从1960年到1969年，前后约10年时间，美国在各种实验中严密地验证了从发动机到运载火箭、从分系统到整个飞船的各方面问题。
为了支持登月计划，了解月球表面的情况，NASA还执行了三项辅助计划：徘徊者号探测器计划，勘测者探测器计划，月球轨道器计划。
通过一系列的试验，NASA在阿波罗10号飞行试验结束后，宣布阿波罗11号将执行载人登月任务。1969年7月16日，巨大的土星5号火箭载着阿波罗11号离开月球飞船在肯尼迪航天中心39A发射台点火发射，参加这次登月任务的航天员是：内尔·阿姆斯特朗、布兹·奥尔德林、迈克尔·科林斯。1969年7月20日，美国东部时间下午10点56分？？？，阿姆斯特朗踏上月球，首次实现了人类登月的梦想。
此后，NASA又进行了6次载人登月飞行，除了阿波罗13号因为在赴月途中，服务舱氧气箱发生爆炸，被迫返回地球外，其它飞行均获得圆满的成功。但13号的飞行也显示了阿波罗计划极强的应变能力，发生紧急情况时，地面指挥人员经过周密的研究，指示停止登月，最后航天员靠登月舱的动力、水、空气及食物绕过月球返回，安全回到地球。
阿波罗计划从1961年5月肯尼迪总统宣布开始到1972年12月结束，历时约年，工程共耗资255亿美元，大约有40万人和2万多家企业、研究机构参加，迄今为止还没有哪个计划能在规模和资金上超过该计划。它的成功和取得的成就，在政治、科学和技术上都产生了深远的影响。阿波罗计划所取得的很多技术成果，不仅为后来的航天计划奠定了基础，而且还被广泛地应用于国民经济领域。航天史上，这“巨人的一跃”，带我们进入了一个崭新的时代。
登月计划：苏联的登月计划
在登月计划中苏联似乎没有采取什么动作，西方对此一直有种种猜测。事实上，苏联曾经制定过登月计划，但由于技术上的原因进展缓慢，加上政治上的考虑，该计划被中途放弃了。
苏联的载人登月计划直到20多年后才被外界证实。1989年底，美国麻省理工学院和加州理工几位教授访问苏联，在莫斯科航空学院亲眼见到了当年登月计划的一些设施。1990年5月，当年登月计划的主设计师米申应邀来华，也证实了60～70年代登月计划的存在。书包网 www.bookbao.com
1960年，科罗廖夫设计局开始研制超级运载火箭H-1，西方称之为N-1，该火箭的初衷是向火星发射无人重型探测器。由于受美国制定阿波罗计划的影响，苏联政府决定抢在美国前面将航天员送上月球。于是1962～1964年，科罗廖夫设计局按登月计划对H-1火箭进行了多次改装。
1964年8月3日，苏联通过《关于月球和宇宙空间考察工作的决定》，规定了登月计划的具体任务和期限。要在1968年前实现载人月球登陆考察，计划的全称是“H1-Л3”。计划中“Л”是俄文单词“月球”的第一个字母，西方也将该计划称为N1-L3。
H1-Л3计划使用的H-1运载火箭采用了多级并联方案，这是由于苏联一直没有解决单燃烧室大推力发动机发面的问题。火箭主体是常规推进剂——液氧和煤油的三级火箭，总长约100米，最下面长长的锥体是火箭的第一级，底部最大直径米，由24枚到36枚火箭发动机并联而成。发动机分内外两圈布置，4个游动发动机控制火箭的姿态变化。第一级最大推力可达4500～6350吨，比土星5号3450吨的推力大了很多。第二级装有8台发动机，总推力约1432吨，第三级装有4台发动机，总推力约320吨。
第三级的上面是一个助推火箭和一个助推制动火箭，这两个火箭保障飞船飞往月球并使之进入月球轨道。飞船在火箭的上部，由登月舱和月球轨道舱组成。月球轨道舱是由联盟飞船改装而成，带有一个大功率的发动机，可以乘坐2名航天员。助推火箭上面的四部分构成了Л3系统。
发射前几小时，两名航天员进入月球轨道舱，进行最后的检测后，火箭点燃。火箭的前三级将上部的Л3系统送入地球的近地轨道。然后Л3系统内的助推火箭启动，开始地球轨道到月球轨道的转移。接近月球时，助推制动火箭开始工作使飞船减速进入月球轨道。不久，一名航天员从月球轨道舱经过舱外转移到登月舱，登月舱与月球轨道舱分离并向月球降落。与阿波罗号一样Л3系统的登月舱也由4条腿的缓冲支架支撑，实现平稳着陆。月球表面的任务完成后，登月舱靠自身发动机离开月球，同样也将4条腿的支撑结构留在月球上。登月进入轨道后，与月球轨道舱会合对接，航天员回到轨道舱。此后两舱分离。两名航天员一起返回地球。
H-1火箭试验记录
试验时间 结果
1969年2月21日飞行2分钟后发生爆炸
1969年7月31日点火后在发射台上爆炸
1971年6月21日点火后在发射台上爆炸
1972年11月23日起飞不到2分钟发生爆炸
注：后来调查四次爆炸的故障可能均出自第一级，证明多级并联的技术在实际应用中很不可靠。
出于政治的需要，H-1火箭的整个研制过程在很短的时间内就完成了，加之多个发动机并联，降低了系统的可靠性，因此H-1火箭的发射试验一败涂地。1969年初到1972年底的4次试验火箭均发生了爆炸。而此时美国人早已登上了月球，这就使得苏联的登月计划面临政治上的压力。1972年苏联政府要求暂停登月计划，但仍有部分登月计划在继续实施。阿波罗计划宣布结束后，苏联政府彻底失去了对登月计划的兴趣，登月计划得不到任何拨款。而且苏联开始重点发展载人空间站，因此，登月计划最终没能在苏联实现。
联盟系列
登月计划中苏联投入了巨大的财力、物力和人力，但是由于运载火箭等关键技术无法解决，最终落在了美国人的后面。于是苏联明智的调转方向，开始大力发展空间站。在登月计划和轨道空间站的发展中，苏联人研制了足以令其自豪的联盟(Soyuz)飞船系列。
联盟复合体
东方号计划后，1962～1964年间，苏联的航天部门对未来计划进行了大量研究和规划，初步形成了两项计划，东方-ZH飞船和联盟复合体。对于为什么发展联盟复合体，苏联一直没有透漏其具体任务，西方的研究者根据其发动机推力所达到的数值，曾推测是执行载人绕月使命，为载人登月做准备。
科罗廖夫设计局的技术人员提出联盟复合体时，为了解决运载火箭动力不足的问题，同时进行轨道交会和对接的试验和训练，联盟复合采用了多段结构，各段分别发射，在轨道加油的方法。
设计人员设想联盟复合体由三部分组成：联盟-A、联盟-B、联盟-V。首先由联盟运载火箭将联盟-B送入地球轨道，该舱段实际上是一个不载人的火箭舱。接着再由火箭将只携带推进剂的联盟-V送入地球轨道，这两段在轨道上自动会合对接，由V段供给B段的燃料。
联盟-A是一个载人飞船，最后发射入太空，在轨道上与V段对接后，航天员可以启动B段的火箭发动机开始太空机动。联盟-A的上部是圆桶形的轨道舱。圆桶的一端装有与联盟-V的对接装置，另一端连接着钟形返回舱，返回舱的下部通过过渡段与设备舱相连。
20世纪60年代中期，整个苏联的航天计划都是服从于政治需要的，为了与美国较量，复合体计划被一再拖延，再加上后来苏联的登月方案发生了根本性变化：取消轨道加油方案，代之以研制大运载能力的运载火箭。所以联盟复合体计划只处于设计论证阶段就中止了，并没有具体实施。但它并不是毫无成果的，苏联的工程师们后来在联盟-A的基础上发展出了新型号的载人飞船——联盟系列飞船。
联盟飞船
从20世纪60年代开始，苏联的技术人员一直在对联盟飞船进行不断的改进，到现在联盟飞船已经发展成载人飞船中最大的一个家族。所有的联盟飞船基本保留了联盟-A所使用的布局，由三个舱体——轨道舱(Orbital Module)、返回舱(Reentry Capsule)、设备舱(Service Module)构成。
科罗廖夫在联盟飞船最初的方案中就曾指出要把飞船造得“更加紧凑”，因为这与运载火箭离地的推力以及返回舱的质量大小有直接关系，同时飞船越小，可以承受的力就越大，安全性更好。因此联盟飞船无论重量还是大小，都要比美国的阿波罗号飞船小得多，不需要使用土星5号这种大推力的火箭。到目前为止，联盟飞船的发射都是由联盟运载火箭完成的。
一些人认为科罗廖夫发展的联盟飞船，把苏联人引入了歧途，但事实说明科罗廖夫的考虑是正确的，充分显示了他的坚韧和创造性。
飞船发射前的几个小时，2名或3名航天员从轨道舱侧面的圆形密封舱门进入飞船，轨道舱的外壳是两个半球，中间嵌以圆柱形的“腰带”。航天员进入轨道舱后再经过下面的另一扇密封舱门进入返回舱，躺在座椅上的等待发射，座椅上的靠垫是根据每个航天员的具体体形制作的，这样可以有效的减小了航天员在发射和返回时所受到的过载影响。
大量试验的证明，人对“胸-背”方向的过载具有更大的承受能力，联盟座椅安装时椅背与返回舱的底部只有很小的角度，所以航天员是“躺”在座椅上的。
火箭点火后，在火箭的上升阶段，如果出现紧急情况，将飞船送入轨道后，航天员观察面前的仪表板监控飞船的工作状态，通过座舱两侧的圆形舷窗，航天员能够观察到协同飞行的航天器和进行天体观察，以及飞船的定位，操纵飞船执行飞行任务。
飞船后部设备舱内的发动机使得飞船可以在太空中进行各种机动。设备舱底部中央是主发动机的喷口，该发动机可以多次启动，根据任务需要在适当的时刻点燃，进行飞船的变轨机动。技术人员为了保证飞船的安全性，在飞船内安装了备份的双燃烧室发动机，喷口分别位于主发动机的两侧。设备舱的四周还布置数台小发动机，用来调整飞船的姿态和微小的移动。
提供较大的推力，主要使飞船进行变轨机动的发动机，称为变轨发动机。控制飞船姿态的发动机称为姿态控制发动机，一般推力较小。
除了发动机，设备舱内还安装飞船的电子设备、环境控制、通讯等大部分仪器设备。由于这些仪器设备的对工作条件都有一定要求，不能直接暴露在太空中，所以安装在设备舱前部密封舱内；而变轨发动机及推进剂贮箱则安装在后部的非密封段。在设备舱的外面还有一圈圈的“螺纹”，是用来散热的，称为辐射散热器。
在大多数联盟飞船上，苏联的技术人员采用了太阳能产生电力的技术，即在设备舱两侧安装太阳电池翼。发射过程中，太阳翼折叠贴靠着飞船的舱体，进入轨道后电池翼即展开，航天员操纵飞船自转，使太阳翼的帆板面向太阳，吸收太阳能。之后飞船绕太阳-飞船的轴线旋转，由于几乎没有阻力影响，飞船会在相当长的时间内保持旋转，这样太阳翼就一直受到太阳的照射。在航天工程中，这种使联盟飞船相对太阳保持适当姿态的方式称为“翘向太阳(solar warping)”。
太空中航天员的生活以及各种科学实验是在轨道舱中完成的，轨道舱与返回舱合在一起构成了联盟飞船的居住空间。轨道舱内除贮存有实物和饮用水装置、床和睡袋、废物收集器等太空生活必需品，还设有科学实验设备，至于具体的设备航天技术人员在飞行前，根据此次飞行的具体任务来安装在轨道舱上。例如联盟6号在轨道舱外安装了焊接试验设备，成功进行了太空中第一次的焊接试验。联盟22号在轨道舱上安装了德国的多光谱照相机研究地球的地质构造。
轨道舱前端设有对接机构，供飞船与其它飞船或空间站对接用。早期的联盟飞船完成对接后，对接机构无法移开，乘员不能直接从飞船内通过。1969年1月6日，联盟4号与联盟5号的对接中，联盟5号的两名航天员只能从轨道舱侧面的舱门爬出舱外，从外面进入联盟4号。到联盟10号，苏联的技术人员改进了对接机构，飞船在轨道上对接后，航天员可以移开对接机构，直接进入对方的飞船。
航天员在完成太空任务后，由主发动提供推力，使飞船开始脱离轨道，返回地球。再入大气层前，大约140 000千米高度，轨道舱和设备舱分别与返回舱分离，并在再入过程中焚毁，而返回舱携带航天员返回地球。联盟飞船的返回舱采用了钟形结构，由上、下两个圆球切块，中间一个圆锥面平滑过渡构成。再入时底部的大圆球切面冲前。由于底部受大气分子的冲击最厉害，温度最高，所以采用了可分离的烧蚀复合材料。
之所以抛弃了东方号与上升号的球形布局，主要是考虑到球形舱体在大气层中下落时，气流不会对其产生升力，返回舱一旦脱离原来的轨道，就沿着一定的轨道返回，着陆位置也就确定，没有调整的余地。如果返回舱脱离地球轨道开始返回的时机不当，着陆地点就会发生很大偏差，没有办法调整。而联盟飞船的钟形返回舱在穿过大气层时，不仅受到大气阻力的影响，而且会产生一定的升力。
返回舱下降到大约83 000千米的高度时，通过分布在返回舱外壁的6台小发动机调整飞船穿过大气层时的姿态，会使升力大小有所变化，从而在一定的范围内控制了返回舱的运动轨迹，调整着落点，可以控制着陆点偏差在30 000千米以内。返回舱下降到10 000千米左右的高度时减速伞舱盖弹出，拉出引导伞，再拉出减速伞。8 500千米左右时，拉出主降落伞。离地面还有1米时，返回舱底部的缓冲发动机启动，进一步减小落地速度。为了减小返回舱落地时对航天员的冲击，航天员的座椅下专门安装了减震装置，飞船着陆前，减震器升起，缓和了着陆时对航天员冲击力。
联盟系列
1963年12月苏联政府正式批准科罗廖夫开始联盟飞船的研制，从最初研制到现在已经有40年的历史了，由于采用了“模块化”的设计思想，设备舱中推进剂载量及轨道舱中的设备可以根据任务改变，因此联盟飞船具有很强的适应性，可以执行各种任务。既能自主长期飞行，为载人航天站接送航天员，在对接后又可作为空间站的一个舱体进行联合飞行。到目前为止，苏联/俄罗斯已经制造各种型号的联盟飞船超过230多艘，形成了一个庞大的家族，包括有几十种型号。其中的联盟，联盟T，联盟TM号飞船是最成功的飞船系列。
从1967年4月联盟1号飞船的上天到1981年5月的14年中，联盟号共进行了40次载人飞行，主要的目的是为苏联发展轨道空间站进行服务。实现这40次载人飞行的联盟号飞船具体包括了6种改型——7K-OK、7KT-OK、7K-T、7K-T/A9、ASTP和7K-MF6。
联盟T系列之前执行载人飞行任务的联盟飞船名称按顺序编号，不区分飞船类型。如联盟7K-OK的第一次载人飞行为联盟1号(Soyuz 1)，7KT-T第一次载人飞行的飞船名称为联盟12号(Soyuz 12)。但联盟20号例外，为不载人飞行。
7K-OK是联盟飞船的最初型号，共发射了9次，主要目的是为建立轨道站复合体做技术准备。联盟1号的飞行是很糟糕的，进入太空后飞船左侧的太阳翼没有展开，造成电力不足，接着在整个飞行中又接二连三的出现其它故障，返回时又因减速伞未能打开，出现了机毁人亡的惨剧。1969年1月14日和15日联盟4号、5号分别发射，在轨道中实现联盟号的第一次对接，对接后两艘飞船工作间的总容积达到18立方米，建立了世界上第一个轨道空间站的雏形。1969年10月联盟6、7、8号的编队飞行进行了大量复杂的机动，并验证了在太空焊接材料的可行性。书包网 www.bookbao.com
7KT-OK是7K-OK的改进型，除了减轻对接机构的重量，还在对接机构上实现了航天员可以直接进入另一飞船的通道。但不幸的是该型号飞船只进行了两次载人飞行。1971年6月29日，联盟11号在结束飞行返回时，座舱突然漏气，由于航天员没有穿航天服，造成3名航天员缺氧窒息而死。
此后，苏联的载人航天活动中断两年多，设计人员对联盟飞船进行了一系列的改进。直到1973年9月27日，联盟12号即7K-T型太空飞行成功，苏联才恢复载人航天活动。7K-T在安全性方面作了重大改进，拆除返回舱内3人座椅中的一个，并在取消的座椅位置上增加生命保障系统。另外，用化学电池代替原来的太阳能电池，防止再次出现联盟1号太阳翼不能展开的故障。改进后7K-T共进行了19次载人飞行，直到1981年联盟T系列投入正式使用才被代替。在7K-T的基础上，为了配合苏联军用空间站“钻石(Almaz)”计划的研究，还发展了7K-T/A9型飞船。
ASTP主要是为实现阿波罗-联盟对接而改进的，共飞行了两次。ASTP共制造3艘，第3艘后来经过改装，在对接机构的位置安装了德国的多光谱照相机MF6，环绕地球飞行8天，拍摄了大量地球照片，该艘飞船称为7K-MF6。
联盟T系列是联盟号的改进型。虽然飞船外形、容量和质量与联盟号大体相同，但技术上做了许多改进，主要的改进包括：恢复了两个太阳电池板；主推进系统重新设计，推进剂贮箱有了更大的载量，使用与礼炮-6空间站上的发动机同样的推进剂；飞船的姿态控制喷管重新配置；采用了更轻、更结实的舱体材料。这些改进使联盟T具有更长时间的飞行和更好的机动能力。此外，飞船的生命保障系统、飞行控制系统和返回着陆系统进行了更为可靠和更为自动化的设计，当飞船出现故障时，内部的计算机会对故障作出迅速的判断，并采取相应的应急措施。所有这些措施都保证了航天员的安全，而且经过长期的飞行试验及改进，设计人员又恢复了飞船的3人制的座舱。1979年12月26日联盟T首次进行不载人飞行试验。从1980年～1986年共完成了14次载人飞行。
联盟TM系列是为适应和平号空间站长期飞行而改进发展的第三代载人飞船。设计人员采用了称为“航向”的新对接机构，替代以前联盟号飞船的“针状”对接机构。这种装置允许飞船在任何姿态下与空间站进行对接，减少了空间站的机动动作，使可靠性大为提高。采用了强度更高、质量更轻材料制成的降落伞，使发射和着陆的有效载荷均有所增加，且在钟形座舱里占有更小的体积。除此以外联盟TM还做了一系列改进来保障飞船的安全性，这些改进使的联盟TM飞船在提高安全、可靠性的同时还提高了运载能力。
联盟号飞船的“针状”对接系统，要求空间站与载人飞船呈直线对接，这就需要对接时空间站做机动飞行，调整到一定姿态，与飞船呈直线对接。
1986年5月21日，联盟TM首次试飞时不载人。截止到2002年4月，联盟TM飞船总共进行33次载人飞行，创造了载人到空间站上长期生活的一系列新纪录。1994年1月8日乘第18艘联盟-TM升空的俄罗斯航天员波利亚科夫，在和平号上创造了连续逗留438天的世界纪录。
由于联盟飞船的可靠性，联盟TM-31～TM-34已经开始作为国际空间站的运输飞船及救生艇。2002年10月29日，俄罗斯发射了新型的改进飞船联盟TMA-1代替空间站上的TM-34。TMA采用了更人性化的设计，座舱内空间增大，可以运送个子更高、体重更大的航天员。联盟-TM能运送身高164～182厘米、体重56～85公斤的航天员，而联盟TMA可以运送身高150～190厘米、体重50～95公斤的航天员。设计人员还改进了座椅结构、降落伞、操纵模块和呼救信号装置等，允许坐在左右两侧的航天员体重相差45kg也能在降落时保持平衡，落地更加"柔软"。2003年4月26日，联盟TMA-2发射升空，两天后与空间站对接。
从1967年4月联盟1号首次飞行到今天，30多年的实践证明联盟飞船是一种经久耐用、性能良好的运输飞船，这棵“常青树”还将在整个人类的航天事业中继续发挥作用。
轨道上的握手
20世纪60年代末，苏美两国在政治方面的矛盾有所缓和，加上两国载人航天计划的不断发展，需要进行一些国际间的合作互相促进，双方在载人航天方面开始了初步接触。
由于美苏两国长期处于关系紧张的状态，因此一开始的接触并不顺利。1968年，佩恩接任NASA的局长后开始积极地促使美苏进行合作。阿波罗11号登月之前，佩恩曾特别邀请苏联科学院航天委员会负责人勃拉格恩拉沃夫作为学术访问来现场参观发射。虽然由于多方面原因，勃拉格恩拉沃夫没有达成这次美国之行，但阿波罗11号登月成功后，苏联政府和学术界向美国表示祝贺，这种友好的反映，让佩恩看到合作的希望。1970年勃拉格恩拉沃夫去美国进行了学术访问，期间广泛交淡了两国在载人航天领域合作的可能性，特别提到两国航天员相互救援的问题。当年底双方基本达成了用阿波罗和联盟号进行联合飞行的意向。经过2年多的讨论，1972年5月24日，美国总统尼克松和苏联总理柯西金在莫斯科正式签署了双方进行航天合作的协议。协议规定，在1975年要实现一次由美苏飞船共同参与的联合飞行。
接下来的3年多时间里，双方进行了紧张的协调、计划和修改工作。因为阿波罗和联盟飞船都发展得相当成熟，所以双方的工作主要解决如何实现两艘飞船在太空中的安全对接。联盟号飞船上安装了一种应答机，它可以自动回答来自阿波罗飞船的询问。考虑阿波罗飞船光学系统的要求，联盟飞船涂成了部分白色、部分绿色，并安装了在地球阴影区使用的白色闪光灯，以及最后对接使用的指示灯。这些改装使得阿波罗飞船在几百公里外就可以发现联盟飞船。由于两种飞船对接装置的结构以及飞船内的大气环境都不相同，所以设计人员设计了一个对接过渡舱，对接后经过压力调节，航天员便可以由此通过了。
1975年7月15日，联盟19号飞船和阿波罗18号飞船相继上天，对接舱放在土星火箭的裙段与阿波罗18号一同发射。大约两天后，两艘飞船经过一系列的变轨机动，在德国上空会合对接。经过45个小时的共同飞行，两艘飞船双双安全返回地球。
这次被誉为“轨道上的握手”的飞行，是载人航天史上的第一次国际合作，在技术上为航天员救援提供了新的手段，并为未来的太空计划，提供了早期样板。但更重要的是为改善美苏关系乃至东西方关系做出了重要贡献。其意义远远超出了航天技术发展的本身。
什么是航天飞机？
虽然载人飞船实现了人类进入太空的梦想，但无论是登上月球的阿波罗，还是经久耐用的联盟号，在将人类送入太空之后，返回地球的都只是载有航天员的座舱，整个飞船的其余部分不是留在了太空，就是在返回地球时被焚毁，而就是返回地球的部分也不可能再次进入太空。这也就意味着每次太空飞行，都需要研制一艘新的载人飞船，这无疑提高了太空飞行的成本。因此各国的技术人员自然而然的想到可不可以设计一种可重复使用的航天器，这种航天器可以像飞机一样，来往于地面和太空之间执行太空任务。于是出现了经常听说的航天飞机。
在各种媒体中我们可以看到航天飞机令人惊心的发射场面，而对于航天飞机的认识可能也就只有发射时冒起的滚滚浓烟。可航天飞机究竟是什么样的？是如何进行飞行的呢？本章就要回答这些问题。在回答这些问题之前，先要清除一个事实，即美国是目前惟一将航天飞机投入正式使用的国家，所以我们对航天飞机的技术解释是以美国航天飞机为基础的。
什么是航天飞机
通过报纸或电视我们经常可以看到航天飞机，在技术上这个词实际指的是一个航天交通系统(Space Transportation System，STS)，它包括三个部分：轨道器(Orbiter)、外贮箱(External Tank)和固体火箭助推器(Solid Rocket Boosters)。
轨道器是航天飞机系统中最主要的部分，也是惟一进入轨道飞行的部分。其形状与飞机非常相似，大小与一般的中型商业客机差不多。整个轨道器可以分为前、中、后三段。前段主要是航天员工作生活的机组座舱，中段是有效载荷舱，后段是航天飞机和轨道舱的动力系统。
机组座舱同载人飞船的返回舱、轨道舱一样，提供了航天员在整个飞行期间的生存环境和活动空间。座舱的空间比载人飞船的空间要大，但是一般情况下，座舱内要有7名航天员，如果有紧急情况，乘员还要增加到10名，这样空间似乎还是显得有些狭小。
机组座舱分为两层，顶层为飞行舱。里面装有上升、着陆及在轨期间驾驶轨道器所需的各种控制器。飞行舱的前部非常像客机的驾驶舱，透过窗口航天员可以看到外面的景象。飞行舱的后墙有两个观察窗，透过这两个窗口，航天员可以直接观察有效载荷舱，在太空中他们操纵后墙上的各种仪器来控制有效载荷舱内的系统。飞行舱后部的天花板上同样有两个观察窗，给航天员提供了更为广阔的视野。
在飞行舱的下面是航天员的生活间，被称为中舱。中舱实际上是航天员的生活间，所有的食品和生活用品都储存在这里。中舱内和飞行舱间有两个通行舱口可以使航天员在两舱之间自由通行。中舱一侧的机组通行舱门是航天员在地面上进出轨道舱的惟一通道。在中舱的后面有一气闸舱，是航天员在太空中进入太空，或进入未加压有效载荷舱的通道。
有效载荷舱占据了整个轨道器的大部分，舱内装的是由轨道器送入太空的卫星，或者是为航天员提供科学试验空间的小型实验室。它有两扇从中间对开的舱门。舱门分为内外两层，外层是防热层，内层是辐射冷却器。在轨道器上升和返回时舱门处于关闭状态，以保护放在载荷舱内的货物。而在轨期间舱门则一直开着，这样可以起到散热的作用。
轨道器后段的动力系统包括有3台主发动机，航天飞机发射时，这些发动机提供了轨道器进入轨道的部分推进力。主发动机的两侧各有1个轨道机动发动机，采用轨道器自身携带的甲基肼和四氧化二氮作为推进剂，用于主发动机关闭后的轨道器加速、变轨或交会，以及返回制动的推力。它可以持续工作15个小时，重复启动1000次。
为了进行轨道器的姿态控制和交会、入轨控制，轨道器的尾端两侧还装有24台反作用控制发动机，可重复启动50 000次，同样的发动机在飞行舱前面的机头还有14台。在机头和机尾还装有6台微调发动机，可进行50万次的启动。这些发动机合起来称为反作用控制系统，推进剂由轨道器携带。这些发动机通过复杂的控制系统控制其点火时间，可以调整轨道器的姿态。
应该注意，轨道器只提供了在轨飞行期间的推进剂，并没有提供发射时主发动机所需的推进剂。考虑轨道器进入轨道需要燃烧大量的推进剂，而要把这些推进剂都贮存在轨道器内是很不合适的，于是设计人员在轨道器之外设计了一个专门携带推进剂的外贮箱。
外贮箱有两个贮箱组成，上端的贮箱内部装有液氧，下端的贮箱装有液氢。中间由一个连接舱连接。虽然看上去液氢贮箱的体积比液氧的大很多，但是因为液氧比液氢重16倍，所以装满推进剂后，液氢的重量只是液氧的1/6。在与轨道器连接时，液氧和液氢各通过一根管子从贮箱底端流入轨道器。当主发动机开始工作时，通过这两根管子流入发动机的液体可以很轻松的在25秒钟之内，就把一个中等大小的游泳池灌满。
由于液氧和液氢的沸点约为零下一两百摄氏度，因此很容易就会汽化。为了使汽化的程度尽量减小，在外贮箱的外表面覆盖了一层薄薄的异氢尿酸泡沫。这种材料令外贮箱的表面呈橘红色。
在最初的飞行中，外贮箱被涂成了与白色，这样做完全是为了美观，但从使用上毫无用处，因此后来不再使用这一做法。
有了外贮箱的航天飞机重量加大，特别是灌满了推进剂后，如果只用轨道器上的主发动机，根本不能使它们离开地球表面。于是外贮箱的两侧又连接了两个固体火箭助推器。
这两个固体助推器是在大力神IIIC运载火箭助推器的基础上研制的，高度米。为了降低研制成本，助推器采用了分段结构，推进剂分别装入四段。最上端整流罩内装有推进剂点火装置、电子设备、应急自毁装置和减速伞。最下端是可调节方向的喷口，偏转角度°。
之所以采用这种分段结构，最大的好处在于推进剂的灌装。固体推进剂在灌装前呈橡皮膏似的粘稠液体，灌入助推器后，要经过几天的干燥才能形成固态。整个灌装和干燥的过程要绝对保证推进剂的搅拌均匀，否则会影响发动机效率。比较之下，灌四个小段当然比灌一个长段要容易的多。
助推器各段之间的连接也是极其讲究的，要严格保证推进剂的密封性，防止高温燃气泄漏。虽然NASA的设计人员很早就注意到了这个问题，但还是在1986年挑战者号航天飞机的发射中付出了血的代价。
挑战者号与助推器的密封
1986年1月28日挑战者号从肯尼迪航天中心发射执行第10次太空飞行任务，升空约60秒后，右侧固体火箭助推器的连接处开始发生泄漏，从接口处可以看见一团火光。火光横穿出去，不断的烧灼外贮箱，外贮箱很快被烧坏，这时助推器与贮箱的下部连接处出现故障，助推器剧烈撞击外贮箱，几乎与此同时，大量推进剂泄漏发生爆炸，瞬间火光包围了挑战者号，将其撕成碎片。
在此之前美国的航天飞机已经安全的进行了24太空飞行。任何一个美国人都不会觉得太空飞行还有什么危险，因为在1967年阿波罗飞船进行地面演练发生火灾，造成3名航天员窒息死亡的事故之后，美国几乎没有过什么重大的航天事故，而即使那次也是在地面上发生的事故。可谁也没想到这次飞行给了美国人当头一棒。
事后对事故原因的调查表明，这次事故完全是由于助推器段间的O形密封圈由于温度过低，弹性变坏，没有达到密封效果造成的。其实O形密封圈的问题早在方案评审时，就有人对其提出过质疑，而且在1977年的一次试验中曾发生过连接处微小脱开，高温气体外泄的事故。但NASA为了争取时间、节约资金并没有对这些问题给予必要的重视。
哥伦比亚号第二次飞行时，在回收的助推器中发现尾部接口处的O形密封圈已被严重烧蚀，进一步说明了连接处的问题。接下来的几次试验也表明助推器接合处确实存在严重的问题，这种情况之下，助推器的生产商锡奥克尔公司开始对接口进行重新设计。可同样因为经费和时间的问题，NASA对此问题一直不能痛下决心。当时估计，如果全部修改接合部，要花费亿美元，并且所有航天飞机要停飞1年。所以接合部的修改工作进行的非常缓慢。加之80年代中期欧洲在航天领域内与美国的竞争，使得NASA决定在1985年增加飞行次数，进一步增加了航天飞机的隐患。
1986年挑战者号升空之前，锡奥克尔公司针对助推器接合部的严重问题，提出建议，反对在摄氏度以下的环境发射。但所有这些问题和建议都不能引起上层决策人员的注意，最终酿成了这次事故。事故的直接结果就是美国不得不停止一切飞行，对航天飞机进行全面的改进。
改进之后的助推器使用了更为合理的连接件。O形密封圈完全重新设计，增加了直径，采用更有弹性的橡胶材料，2个密封圈增至3个。在连接部还安装了加热装置，保证其发射温度达到20摄氏度。另外，助推器的检测也使用了新研制的全自动检测系统。
据估计，这次航天飞机的全面改进总耗资达到了25亿美元。为了避免事故的再次发生，美国人可谓慎之又慎，直到2年零8个月后才恢复飞行。
美国的航天飞机：费用与效益的考虑
在航天飞机的研制方面，美国走在了前面，它们于20世纪80年代首先研制成功航天飞机，成为目前世界上惟一将航天飞机投入使用的国家，但是20多年的飞行结果表明其效果并不完全尽人意。
费用与效益的考虑
美国的航天计划通常都是多个项目同时开展的，航天飞机的最早提出可以追溯到60年代。当时NASA已经意识到研制可重复使用航天员运载工具的重要性。在阿波罗计划取得了实质性进展后，NASA开始着手规划新的航天计划。1968年，NASA主管载人航天飞行的副局长在向美国国会太空委员会提交的报告中指出，在未来的几十年，美国应大力发展航天飞机这种全新的航天运载工具。
但是美国60年代末的政治气候并不稳定，国内出现了诸多问题，最明显的是越战的泥潭使得民众对太空科学的热情有所转移，加之冷战局势的缓和。所以阿波罗登月计划之后，美国人开始反思，投入如此巨大的人力、物力去进行一场科学意义不是太大的太空竞赛是否值得。在这种情况之下，NASA所提出的火星登陆计划由于预算太大，没有得到政府的批准。
美国总统尼克松对未来航天计划的看法是：“我们应当减少未来太空运行的花费。我们目前的火箭技术已能在今后一段时间内提供可靠的发射能力。但从长远发展考虑，我们必须研究低耗费和不太复杂的向太空运送必需品的方式。这种能力，设计上可满足科学、国防和商业应用等方面的广泛需要，能帮助我们在太空计划的各个方面实现重要的节约。”
这种情况之下，航天飞机成为惟一未被政府预算削减置于死地的项目。围绕着预算和花费的问题，NASA进行了大量的游说工作，力求使所有人相信航天飞机的优越性。最终，尼克松政府考虑方方面面的问题，于1972年1月3日，正式批准了航天飞机计划的实施。从而使之成为了70年代美国航天计划的重点。
美国的航天飞机：昂贵的飞行
尽管提出航天飞机的初衷是为了降低整个载人航天研制和发射过程中的花销，但是美国人在执行这一计划的过程中却发现真实情况并非如此。
1972年7月，NASA选定北美的洛克韦尔公司为航天飞机轨道器的主承包商，要求在今后6年内，用26亿美元研制生产5架航天飞机的轨道器，并于1978年实现首次载人轨道飞行。可直到1979年4月份洛克韦尔才完成第一架轨道器企业号(Enterprise，代号OV-101)的全部实验工作，开始研制用于轨道飞行的航天飞机。
造成这种情况的原因一方面是研制过程中面临的技术问题，另一个重要原因是资金的严重不足。NASA在确定航天飞机的结构布局时，曾经做过预算，航天飞机的研制费用大约需要60亿美元，每次发射费用不超过600万美元。尽管NASA采取了种种措施节约开支，但研制费用还是连年超支。1978年9月，NASA宣布航天飞机的研制费用可能比原计划增加8%～9%。1980年4月，NASA透露整个计划费用将增加到89亿美元。这种情况下NASA只得一再向国会申请继续增加拨款，而当时的卡特政府考虑航天飞机对国家安全有利，对科学研究和商业开发也有很高价值，因此对追加经费基本不持异议，所以航天飞机计划的费用才得以解决。
1981年4月12日，美国发射哥伦比亚号，进行了航天飞机的首次轨道飞行，标志着航天飞机的正式启用。到1986年，包括企业号在内，NASA共制造了5架轨道器：哥伦比亚号(Columbia，代号OV-102)，挑战者号(Challenger，代号OV-99)，发现号(Discovery，代号OV-103)，亚特兰蒂斯号(Atlantis，代号OV-104)。1986年后由于挑战者号的事故，又建造了一架轨道器——奋进号(Endeavour，代号OV-105)。
美国的轨道器都有一个代号，“OV(Orbiter Vehicle)”代表轨道器，后面的数字代表了轨道器的新旧。100以下的数字表示的是不准备进入太空的是沿用轨道器，100以上的指正在运行中的轨道器。最初，最初准备试验用的是挑战者号(OV-99)，但在建造过程中，NASA决定把挑战者号建成投入使用的轨道器。
在航天飞机的使用中，NASA发现同研制费用一样，航天飞机的维护和运行费用也在直线飙升，而且每年预计的飞行次数也不能如数完成。比如1984年航天飞机一次飞行的花费为～2亿美元，而在商业发射中可以得到的最高补偿仅为7 100万美元。最重要的是NASA发现，用航天飞机发射卫星，比使用火箭发射卫星的费用还要多。因此，1988年之后，NASA决定不再承揽商业载荷的发射任务，每年航天飞机飞行次数减为9次左右。这些情况表明航天飞机无论从能力上和经济效益上都大大的打了一个折扣。
航天飞机的飞行过程：地面准备
航天飞机每次的飞行，从开始准备到最后着陆是一个复杂的过程，常常要经历几个月的时间。如果你知道飞机每次起飞、降落的复杂性，那可以想象一下航天飞机所经历的过程比这个过程还要复杂百倍。当你了解了航天飞机从准备到发射、到进入轨道、到返回地球的全过程后，会发现激动人心的时刻决不仅仅是在航天飞机点火起飞的那一瞬间，这整个过程更加激动人心。
地面准备
每次轨道器返回地球，着陆后几个小时，就会被一辆拖车脱离轨道，送入轨道器的维护车间。一旦进入车间，轨道器就会被各种脚手架支离地面，进行整修。工作人员首先要排除轨道器内剩余的推进剂，然后拆除前一次飞行时所携带的有效载荷。接下来开始对轨道器进行全面的检查和测试，并进行相应的维护。维护的具体内容要根据每次轨道器飞行后的具体情况来决定，有些部件可能还需要送到其它的研究中心整修。这个过程所用的时间几乎可以占到两次飞行间隔时间的2/3。
在维护车间内必须进行的一项维护是检查覆盖在轨道器表面的防热瓦片。这些防热瓦片在轨道器返回时保护机体不受高温的烧灼，每次飞行完毕后都会有一些瓦片松动、损坏或脱离机体，工作人员的责任就是查出这些受损瓦片，并更换上新的。另一项重要的内容是将发动机拆除，送到相应的部门进行检查。进行完所有的整修之后，轨道器就被送入另一个总装大楼，完成与助推器和外贮箱的对接工作。
在这之前助推器和外贮箱都已经在维护车间内进行过加工。每次飞行中固体火箭助推器都会在发射后被丢弃，借助降落伞落入大海，再由船只找到并拖回发射中心。然后工作人员将它们拆成几段，运回到火箭制造商那里，重新灌装推进剂。外贮箱由于已经在返回大气层时烧毁，所以新的未灌入液体推进剂的外贮箱会从生产商那里直接运到发射中心。通常重新罐装的助推器和新的外贮箱在计划发射日期之前半年运到航天中心，并搬进总装大楼。
总装大楼内有一个活动发射平台，助推器、外贮箱和轨道器进入总装大楼后都要在这个平台上完成装配，直到发射，整个航天飞机都不会再从这个平台上挪开。固体火箭助推器的底部运进总装大楼后，首先要竖立在活动平台上，竖立的位置也就是发射时的位置。接下来要把助推器叠装起来。这个工作需要花费相当的时间，主要的是为了保证各段之间的完全密封。
助推器叠装完毕后，就是与外贮箱的连接，外贮箱水平进入总装大楼后，会被一个巨型起重机吊起，令其竖直悬垂在两个固体火箭的中间，然后由技术人员进行对接。这一切做完之后，就是轨道器的安装。同外贮箱一样，航天飞机也要用吊索调离地面，然后移到外贮箱相邻位置的上方，再降下来与外贮箱连接，连接好后移开吊索。
到此一个航天飞机的各系统就装配完成了，接下来的工作是把整个活动发射平台连同上面的航天飞机，一起转移到发射台上。这个工作是由一个庞大的履带式平台拖车完成的，这个拖车的大小接近半个足球场的大小。拖车首先通过总装大楼侧面一个从地面垂直开到天花板的大门，进入到活动平台的下方，然后开动车上的水压千斤顶将平台稍稍提高，使平台抬离总装大楼内的支柱，接着就开始缓慢的想发射台移动。
拖车到达发射台后，会将平台放下，这时航天飞机便竖立在了发射塔旁边。发射塔上的机械臂可以伸到航天飞机的不同部位。这些机械臂的作用也各不相同。最顶端的机械臂叫氧气孔通行臂，这个通行臂末端的罩可以把外贮箱顶部紧紧密封起来，使外贮箱免受雨淋，并为装满液氧的外贮箱顶部加温，以防止内外温差在顶部形成冰凌儿，如果产生冰凌儿在航天飞机起飞时会对轨道器造成严重的损坏。还有一个机械臂叫机组通行臂，它可以让发射台的技术人员和航天员进入轨道器的座舱。这个通行臂的末端是一个“白屋”，使通向座舱的舱门处于完全密封的状态。任何进入白屋区的人都必须换上特制的洁净服，以使轨道器内的尘屑降到最低。
航天飞机的飞行过程：升空倒计时
所有航天器包括航天飞机的发射都不是随意进行的，一般的理解可能是航天器运到发射台，做好准备工作，就进入倒计时开始发射了。可事实是任何一次发射都存在一个发射时机，航天器只有在这个时机发射才能保证发射的成功及任务的完成，在航天领域中称之为发射窗口。发射前所有准备工作的时间，都是由发射窗口往前推算的。
发射窗口的确定取决于具体的任务，航天飞机的发射窗口一般持续1到数个小时，但也可能只持续几分钟。为了确定发射时间，采用“T”表示发射时刻，发射前的所有时刻表示为“T-”，发射后的时刻表示为“T+”。如发射前9分钟表示为T-9分钟，发射后40秒表示为T+40秒。但要注意发射前所表示的时间，并不是到发射时的实际时间。如T-9小时，只表示按发射的倒计时算还有9小时，如果出现额外的问题，会暂停计时，直到问题排除，才继续开始计时，这样到发射时刻的实际时间就会超过9小时。但这个暂停不是随便进行的，也需要事先计划，否则可能造成发射时间不在发射窗口内。
肯尼迪航天中心一般在T-6小时开始为外贮箱加注推进剂，在这之前要确定发射窗口内的天气预报是否适合发射，一旦确定，加注工作就开始了。加注推进剂的软管需要进行预冷，以降低液氢和液氧在输送过程的汽化损失。当到达T-3小时时，外贮箱的推进剂已经加满，但贮箱内的推进剂仍然会汽化，不断地从外贮箱顶部的出气孔派到外面，因此仍需不断的补充推进剂。
在T-3小时通常会停止倒计时的时间，在停止计时这段时间内一方面工作人员检查外贮箱的外壁是否结冰，同时航天员们也会被叫醒。因为太空中没有像地球一样的白天黑夜，所以航天员们需要在发射前调节生物钟。而发射的时刻即使是在黑夜，对他们来说也是生物钟早上的开始。起床后，航天员要再次进行身体检查，吃早饭，换上加压服，然后前往发射台。
在发射台上的白屋里会有一组技术人员等候在那里，当航天员到达时协助他们登上轨道器，在确定航天员已经进入航天飞机各就各位之后关闭密封舱盖，离开发射台。此时整个发射台就只剩下了航天飞机和航天员。接下来的时间发射控制中心会对天气、航天飞机的各个部位进行不断的检查，轨道器内的航天员也会不断的核实通讯系统是否正常。
在T-9分钟时会进入最后一次的倒计时暂停，这时发射中心内的所有发射控制人员要再次确认各系统是否正常，并且核实当时的天气情况。如果这次确认中出现任何一点问题，发射都会中止，只有在收到所有系统的确认信息后，发射中心才会开始最后9分钟的发射倒计时。
最后9分钟的发射倒计时
T-9分钟所有系统核实完毕，开始计时
T-7分30秒收回机组通行臂
T-5分辅助动力设备准备就绪，为主发动机的万向支架提供能量的液压发电机提供动力
T-1分收回该在外贮箱顶部的氧气孔通行臂
T-15秒消音系统打开，往发射台底下的防水沟供应淡水，向发射台底部浇水。吸收发射时发动机产生的声波，防止声波对航天飞机的损坏
T-5秒主发动机依次点火
T-0秒固体火箭助推器点火升空
固体火箭助推器一旦点火之后，航天飞机就会飞离地面，不再可能停止，因此在助推器点火之前的每1秒钟，航天飞机的计算机都会对各个系统进行上千次检查，如果这期间有一个系统出现故障，航天飞机会立即停止发射，否则很有可能就会酿成一场灾难。
当到达T时刻时，航天飞机就会上升离开发射台，从远处可以看到航天飞机拖着一条烟柱冲天而去。这条烟柱是由固体火箭推进剂燃烧产生的，而在轨道器的底部，由于主发动机的液氢和液氧燃烧，会产生一条超高温的水蒸气排气尾迹，从远处看就是一团明亮的闪光。
航天飞机的飞行过程：进入轨道
同火箭发射一样，航天飞机升空不久就要进行机动，使其由垂直向上的飞行逐渐转为水平方向的飞行。航天飞机发射2分钟后，固体火箭助推器的推进剂全部燃尽，助推器与外贮箱的爆炸螺栓炸开，然后助推器顶端的小火箭将其推离外贮箱。此时的高度约为46千米，接着助推器打开顶端的降落伞落入大海，早已等待在海上的两艘拖船会将其拖回航天中心进行整修，准备下一次使用。助推器分离后，主发动机继续推进，这时它的爬升角度倾斜了大约30°。
发射6分钟后，航天飞机的速度达到20 000千米/小时，但还达不到保持轨道运行的速度。此时航天飞机会朝地球作大约2分钟的小角度俯冲，虽然这使航天飞机的高度下降了4~16千米，但却使速度增加到约28 000千米/小时。这种做法开上去会多消耗推进剂，但经过计算可以知道采用俯冲获得速度的方法，比让航天飞机慢慢爬升到目标轨道效率要高得多。这种做法在大气层内的飞行中也经常使用，为了让飞机更快地获得速度，可以使其向地面俯冲。在小角度俯冲中，航天员会经受3g的过载，这个过载值已经达到了航天飞机整个飞行过程中的最大过载值，而在早期的载人飞行中，航天员承受的最大过载值要达到7~8g。
发射8分30秒后，轨道器的主发动机熄火，航天飞机插入一近地点65千米，远地点296千米的椭圆轨道。主发动机熄火后20秒，外贮箱与轨道器分离，外贮箱上的小推进器将其推向地球，在穿越外围大气层的时候焚毁。剩下的轨道器在椭圆轨道上飞行，当到达远地点时，轨道机动发动机点火，使轨道器进行园化运动。这时整个上升阶段就结束了，航天员可以从座位上离开，开始太空工作了。如果不在远地点进行加力，轨道器会继续在原椭圆轨道上运行，可该轨道的高度下大气还有一定浓度，不断的大气阻力和摩擦，会使这一轨道上的运动难以维持。
另外在整个上升过程中如果出现意外事件，比如一台或多台主发动机失灵，航天飞机会采取什么措施来保证人员的安全。NASA也制定了一系列模式，这些模式的选择要根据出现故障的时间来确定。如下表所示。但类似挑战者号的事故是无法逃生的，这种情况目前还没有什么应急措施。
航天飞机的飞行过程：太空的任务
轨道器一旦进入轨道，航天员首先要做的就是将有效载荷舱门打开。如果不这样做，轨道器飞行一段时间，内部温度就会过高。接下来，航天员会把座舱内除了飞行舱头部的两个驾驶座椅之外的所有座椅移开，以使他们有更多的工作空间。
轨道器在太空飞行时，因为大气阻力的影响非常小，并不用保持头部冲前的飞行姿态，相反考虑到任务的要求，轨道器往往需要在太空中保持不同的姿态。比如，令有效载荷舱的科学仪器对准适当的方向，避免有效载荷舱内物品受到太阳光的直接照射，或为变轨机动作准备等等。航天员可以通过控制轨道器头部和尾部的反作用控制系统来使姿态发生变化。这些姿态变化并不会引起轨道器运动速度的变化，因为它只是围绕着自己的质量中心在转动。
航天飞机在太空中执行的所有任务，都离不开有效载荷舱。在不同的任务中，有效载荷舱所携带的载荷不同。执行卫星施放任务时，有效载荷舱内安装的是需要释放的卫星。因为航天飞机所携带的燃料只能使轨道器在300千米高度的近地轨道飞行，而大多数卫星运行的轨道高度比这个高度要高，所以通常在执行卫星施放任务时，还需要把一枚火箭接到卫星上。当轨道器到达合适的位置时放出卫星，然后卫星再由火箭提供动力，进入更高的运行轨道。
有时候，轨道器还需要进行卫星抢救和修理工作，航天员可根据具体情况，决定是在太空中进行修理工作，还是将此放入载荷舱送回地球。但不论哪种方式，几乎都需要航天员通过气闸舱进行舱外活动。气闸舱在轨道器中的安装位置不是一成不变的，可以装在中舱内也可以装在有效载荷舱内。执行舱外任务时，航天员从中舱进入气闸舱，关闭通往座舱的密封舱门，然后换上航天服，启动一发动机，将气闸舱内的空气慢慢抽出。待空气抽尽时，打开通向有效载荷舱的舱门，进入太空环境。气闸舱的设计一般只容许2个航天员出舱活动，但在1992年5月，由于任务的需要，航天员们灵活掌握，进行了3人的舱外活动。
进行舱外的卫星救援任务看上去令人激动，但航天员们切身感受到执行这一任务的具有相当的难度。首先在太空中的行动并不容易，想象一下在游泳池中的行动，舱外的任何一个动作都比这要困难得多。最重要的是航天员要时刻注意不要让卫星上的任何边缘将自己的航天服划破。
为了协助舱外航天员的活动，工程师们在有效载荷舱内安装了一个机械手臂。像人的手臂一样该机械臂具有“肩关节”和“肘关节”，“肩关节”在有效载荷舱口的左舷内壁上，“肘关节”连接了机械臂的上臂和下臂，完全展开时机械臂长米。不使用时收放在有效载荷舱内的左舷。在机械臂的末端是一个空心的圆柱，当航天员需要机械臂“抓握”物体时，通过飞行舱后部的仪器控制机械臂移动，把物体的一部分放入圆筒，再利用圆筒外壳的三根导线将物体固定。有时航天员也将自己连到机械臂末端，把机械臂作为自己的活动平台。
航天飞机在太空中最重要的一项任务是进行科学实验，但可惜的是航天飞机的机组座舱空间非常狭小，不足以放下大量的科研设备。为此欧洲航天局为NASA设计了可以放入有效载荷舱的太空实验室(SpaceLab)。
太空实验室长约米，直径4米。一条增压通道将太空实验室的前端与轨道舱的中舱连接，航天员可直接进入实验室。实验室的内部四周堆放着各类实验仪器和设备。实验室的后面还装有一个或几个底座，该底座提供了安装科学仪器的平台，这些仪器往往需要直接暴露在太空中。包括研究天文现象的仪器，各种高清晰度的照相机等。在不同的飞行任务中根据需要，可以只携带实验室，或只携带底座，或两者都带。在太空实验室内航天员获得了足够的空间进行各类科学实验。由于太空引力的作用非常微弱，所以这些试验可以取得大量在地球上不可能获得的试验数据。
1998年以后，航天飞机又增加了一项重要使命，进行国际空间站的建设任务。自此航天飞机成为了空间建设的“工程车”。
航天飞机的飞行过程：返回地球
航天员执行完太空任务后，开始准备返回地球。首先要将座舱内的所有物品收好，重新安上座椅，关闭有效载荷舱门，然后穿上压力服。做好这些之后，驾驶员就开始操纵轨道器进行返回机动，使轨道器落入返回轨道。
在返回的过程中，航天飞机要高速经过稠密的大气层，由于分子碰撞产生的高温，会严重的影响轨道器的安全，因此轨道器的机身外面覆盖有一层防热瓦。这些瓦片的大小一般都在15厘米×15厘米到20厘米×20厘米之间，厚度在1～9厘米之间，摸起来的手感介于陶瓷和普通的粉笔之间，用手就可以轻易的折断。根据轨道器返回途中表面不同区域收到的气动热不同，防热瓦共有4种。
轨道器的头锥部和机翼前缘是返回时温度最高的部位，可达1260～1650摄氏度，采用了碳碳复合材料。机身下表面的区域再入温度为370～1260摄氏度，覆盖了2万余块高温可重复使用防热瓦，这些黑色的防热瓦使整个机身的下面成为黑色。机翼的上表面和机身头部的侧面及立尾表面使用低温可重复使用防热材料，可抵御370～650摄氏度的温度，这些瓦片的表面涂有白色涂层，以使其具有要求的光学性能。剩下的区域受热温度都低于370摄氏度，包括有效载荷舱门，机身中后部两侧和机翼上表面内侧，只覆盖一层柔性可重复使用绝热层。
哥伦比亚
“他们作出了无畏的牺牲，把他们的生命和毕生的精力全都奉献给了这个国家和全人类。”
——哥伦比亚号航天飞机机长里尔·赫斯本德在太空中为纪念挑战者号航天飞机失事17周年发表的讲话。
2003年2月1日对美国人来说又是一个黑暗、悲痛的日子。哥伦比亚号航天飞机爆炸的画面反复出现在家家户户的电视屏幕上，这次事故是继挑战者号事故的又一惨剧。事故征兆最早出现在美国东部时间上午8时53分，航天飞机左机翼上的温度感应器首先失灵，5分钟后左侧主起落架上的轮胎气压表也不再显示数据。这时NASA的休斯敦地面控制中心技术人员向航天飞机紧急喊话。可几秒钟之后，与航天飞机的所有通讯无故中断，此时控制中心一下子陷入了骇人的寂静。几分钟之后得克萨斯州、路易斯安那州的居民听到轰隆的爆炸声从天际传来,哥伦比亚号的碎块在天空中划出了道道白烟。
事后地面人员的发现，机组人员在飞机开始散架前的最后关头，依然试图通过手动驾驶来挽救不幸进入了“螺旋状态翻滚前进”的航天飞机，但一切努力均以失败告终。“哥伦比亚”号左侧机翼最先脱落，然后是尾翼，接着货舱轰然解体。最后，载有7名航天员的驾驶舱在继续坚持向前飞行了一段时间，终因承受不住巨大压力而四分五裂。
事故发生后，在戴维营赶回白宫的美国总统布什用低沉抑郁的声音直截了当对美国人民说：“这是一个带来可怕消息和无比悲伤的日子。”从最初的震撼中清醒过来后，美国立刻组织了专门的事故调查小组，对事故进行调查。虽然目前事故的原因还没有完全确定，但是从对民间的调查结果和各国对事件的反映来看，这次事故并不会阻止人类继续进行太空探索的梦想。
轨道器在返回的过程中完全没有动力可使用，因此在大气层内只有借助机翼产生的升力来进行滑翔，这也是轨道器机翼惟一的用处。驾驶员必须精确的操纵轨道器，将其引导到跑道上，如果出现任何疏忽没有对准跑道，是不会有第二次机会让其着陆的。事实上返回的过程并不比起飞的过程容易或更加安全，飞机驾驶员都知道着陆的难度原大于起飞的难度。任何不慎都会造成机会人亡的悲剧。
为了让轨道器尽快的减速，驾驶员在滑翔过程中会做数个S形转弯以降低速度。在着陆前约3分钟时可以听到两声巨响，这是轨道器以超音速穿过空气时产生的声爆。尽管驾驶员已经做了机动来降低速度，但在落地的瞬间，轨道器仍具有每小时300多千米的速度，因为其着陆速度要高于飞机的着陆速度，所以航天飞机的着落跑道比一般飞机的跑道要长。肯尼迪航天中心内航天飞机的着陆跑道长度达到千米，而通常我们见到的机场跑道长度在3千米左右。
各国航天飞机
美国的航天飞机计划从技术角度考虑，无疑代表了航天技术的一个新时代。在整个航天飞机的研制过程中，美国获得了大量全新的技术成果。随着美国航天飞机的上天，80年代初期，航天领域掀起了航天飞机发展的热潮。很多国家提出了自己的航天飞机计划。比如苏联的暴风雪(Buran)号航天飞机计划，欧洲空间局的赫尔墨斯(Hermes)航天飞机计划，英国的霍托尔(HOTOL)空天飞机计划，德国的桑格尔(Saenger)空天飞机计划，日本的希望(HOPE)航天飞机计划。但从美国开展航天飞机计划的过程中可以看到，航天飞机的研制成功一方面是技术上的突破，另一方面也需要投入大量的资金，而稳定的资金投入往往是更主要的决定因素。由于这两个原因使得航天飞机计划的开展具有一定的难度，所以各国的航天飞机计划不是无限期的滞后，就是因为经济、技术原因被取消。
空天飞机是航空航天飞机的简称。它既可以在大气层内飞行，也能在太空中飞行。其动力装置是一种混合配置的动力装置，由空气喷气发动机和火箭发动机两大部分组成，空气喷气发动机在前，火箭发动机在后，串联成一体，为空天飞机提供动力。空天飞机可以在一般的大型飞机场上起落。起飞时空气喷气发动机先工作，这样可以充分利用大气中的氧，节省大量的氧化剂。飞到高空后，空气喷气发动机熄火，火箭发动机开始工作，燃烧自身携带的推进剂。降落时，两个发动机的工作顺序同起飞时相反。
苏联的暴风雪号航天飞机在这些计划中取得成果是最好的。1988年11月15日，由一枚能源(Energiya)号运载火箭将暴风雪号航天飞机送入了250千米高的预定圆形轨道。此次飞行是不载人自动轨道飞行，这显示出了很高的计算机和控制技术，令美国人大吃一惊。实际上暴风雪号航天飞机在设计中，或多或少的借鉴了美国人的技术，同时在很多方面进行了创新。
暴风雪航天飞机与能源号运载火箭是相互独立的，无需在轨道器上外挂贮箱。这样轨道器仅仅就是火箭的有效载荷，大大的降低了事故率。由于能源号运载火箭提供了进入轨道的全部动力，所以轨道器上没有主发动机，只有两个小型入轨发动机。这使得轨道器的有效空间大大增加，提高了对有效载荷的运载能力。在轨道器的尾部还装有两台小型发动机，在返回时提供动力，实现了有动力的滑翔，加上暴风雪号还可以像普通飞机那样借助副翼、舵面和减速板控制飞行，使得返回着陆时具有更大的横向机动能力。据称暴风雪在紧急情况下还可进行二次着陆。
这些技术使得苏联的航天飞机技术实质上已经超过了美国，但1989年以后，苏联内部局势动荡，经济受到极大冲击，航天飞机载人计划也一拖再拖。随着1991年苏联的解体，更使得航天飞机计划举步维艰，俄罗斯虽然没有放弃这个计划，可仍没有具体的飞行计划出台。
美国航天飞机与暴风雪航天飞机的对比
挑战者号 暴风雪号
长米 长米
翼展米 翼展米
高度米 高度米
1972年开始研制 1976年开始研制
1981年4月12日首次轨道飞行 1988年11月15日首次轨道飞行
截至1983年花费178亿美元 截至1991年1月花费164亿卢布
空间站的发展：重要一步
开展载人航天事业的最终目的不是创造辉煌和连篇不断地谱写光彩夺目的史诗，而是全面、深刻地开发和利用宇宙资源。为实现这一目的，一方面必须发展一种通向太空的经济高效的常规运输手段，另一方面就是要建立永久性航天基地。空间站就是向这种永久性的航天基地发展的过渡形式。
空间站的发展
20世纪60年代中期随着航天技术的发展，美苏都开始意识到太空不应只是各自炫耀实力，增加政治资本的地方，如何合理的利用太空资源，开展应用型的研究成为美苏都在考虑的问题。从这时起人类对太空的开发才逐渐的回到了它的本质。
科学家们开始的意识到太空环境给科学研究提供了极好的条件。在航天器内独有的“微重力”环境，可以使我们从一个全新的视角来研究分析许多实验现象——也许这更接近事物的本质。如果充分的这个条件，可能会使太空医学、地球学、基础生物学、物理科学和太空制造等多方面取得突飞猛进的发展。已有的飞船虽然能提供一个研究的平台，但只是短期的，为了研究可以深入，必须有一种长期进行试验的平台，这个平台也就是空间站。
如果从发展看载人飞船或者航天飞机，最终只是一种运输手段。用它们进行科学研究是非常不经济的，因为这些航天器的一个最基本的要求就是必须具备很高的可靠性，以保证在发射和返回过程中航天员的安全。同时，还要配备应急救生系统，以便在发生不测时，携带航天员逃离危险区，然后安全着陆。空间站将这些要求剥去，在很大程度上就降低了整个系统的复杂性，不仅设计、制造上要简化很多，降低了成本，也节省了很多空间，实现了太空研究或生活与太空运输明确的功能划分。
同时空间站可以设计成有人和无人两种工作模式，这样许多试验只需航天员调试好仪器设备便离站，以后定期检查即可，这样就减少了使用成本。而且只要在空间站上安装对接装置，就可不断的扩充空间站，提高它的灵活性和适应性。
迄今为止，美国已经发展并完成了一个天空实验室(Skylab)计划，而苏联(俄罗斯)则研制和发展了礼炮(Salyut)系列空间站与和平(Mir)号空间站，现在正在建设和使用之中的则是集聚了多个国家的空间力量的国际空间站(International Space Station，ISS)。
重要一步
苏联早在60年代开始军用空间站的研究，当时该计划取名轨道导向站计划，后改名为钻石(Almaz)计划。但同美国的登月竞赛失败后，苏联为了在下一轮的竞赛中获得主动，同时考虑到航天技术的应用，决定全力以赴发展空间站计划，并希望成为本世纪惊天动地的壮举。1969年苏联正式将空间站作为了航天计划发展的核心。并在钻石号空间站的基础上衍生出DOS-7K民用空间站计划，对外界将这两个计划统称为礼炮(Salyut)系列空间站。钻石计划后来由于卫星侦察技术的提高，不再向载人方向发展。
DOS-7K空间站采用了联盟飞船的大量成熟技术，如生命保障、轨道机动与姿态保持、轨道对接、太阳电池等。到1969年，苏联认为建立空间站的基本技术——航天器的汇合与对接问题已经解决，于是1970年起开始礼炮1号的建造工作。与此同时，他们也对联盟号飞船进行了改装，以便使之成为空间站的辅助运输工具。
1971年4月19日，也就是加加林首次进入太空10年之后，一枚巨大的质子(Proton)号运载火箭将第一个空间站礼炮1号发射上天，其运行轨道为近地点200公里，远地点222公里，倾角度，运行周期分。经过9圈的地面测控，礼炮1号运行工作正常。接着苏联正式向全世界公布了这一消息，宣称苏联已拥有了世界上第一座空间站。勃列日涅夫在第二天说，礼炮1号的飞行是“征服太空的重要一步”。无论如何，礼炮1号的成功发射，标志着人类进入太空一个新阶段的开始。
苏联的第一次“水上回收”：1976年10月14日，联盟-23号飞船载着航天员祖多夫和罗日杰斯特文斯基发射入轨，准备与礼炮-5空间站进行对接。但是由于飞船的主引导系统天线出现故障，与轨道站的对接没有成功。飞船只好紧急返航。又因遭遇风暴，最后航天器只好夜间水上溅落。当时，由于水面有冰，营救筏无法接近飞船，于是用直升飞机将飞船拖到岸上。
其后，苏联研制了数个民用、军用礼炮空间站，到礼炮6号对空间站进行了各方面的重大改进。整个礼炮空间站计划使苏联的空间站技术取得了长足的进步，但礼炮空间站是一种单模块的空间站，不可能进行扩展，这就限制了有效载荷的规模。为了进一步的要求，后来出现了和平号空间站计划。
单模块空间站指由火箭一次发射入轨迹可运行的空间站。一般不长期连续住人，而且需要维持在轨独立运行的全部基本系统。
空间站的发展：第二代空间站（图）
天空实验室拍摄的太平洋风暴
美国和苏联这两个超级大国在科技和军事领域的激烈竞赛使得人类对太空的征服不断取得突破，而轨道空间站的研究建设步伐正是在这样的激烈竞争状态下前进着。第二代空间站将具备更高的可靠性、更大的负载能力、更多的功能和更长的寿命。其中代表第二代空间站的是美国的天空实验室和苏联的礼炮6号、礼炮7号轨道空间站。
美国的空间站设想早在1958年NASA成立时就已产生。NASA在对未来10年的航天活动进行规划时，提出过许多发展任务，占主导地位的项目是空间站和载人登月。这两项计划当时曾引起广泛的争论，有人建议优先发展空间站，有人则认为应该优先发展载人登月。在那个竞争意识很强的年代，NASA的上层官员和政治家们更看重的是航天计划的政治意义和国际影响，希望造成更大的壮观声势，所以载人登月更被看好。而当时许多科学家则坚持认为发展空间站的科学研究和国防军事意义相比载人登月要更为重要。但是，直到1961年5月25日肯尼迪提出阿波罗登月计划后，这场空间站和载人登月的争论才暂时平息了。空间站计划落了下风。
但是，无论是NASA还是国防部在空间站方面的研究从来没有停止过。美国国防部曾进行过载人轨道实验室(Manned Orbiter Laboratory，MOL)，该计划后来被取消。1967年，NASA马歇尔航天中心独立提出了一项空间站计划作为阿波罗应用计划的一部分。该计划从任务来看，主要从科学和技术利益着眼，不像阿波罗计划那样带有很大的政治冒险性，后来演变为天空实验室(Skylab)计划。为了强调节省资金，加快进度，该计划尽可能多的使用了阿波罗计划的部件和技术，这样虽然美国后来整个航天的发展重心是航天飞机计划，但在投入不大的情况下天空实验室计划仍可进行下去。
天空实验室任务
对太阳进行比较充分的观测研究
进行较长时间的生物医学研究
对地球资源进行细致的勘测
进行更为全面的工程技术实验
天空实验室的主体结构是土星5号运载火箭第三级J-2发动机的巨大液氢贮箱，其总长度米，直径米。由于很长，在改制成天空实验室时在中间加了一层隔板将其分成上下两部分。上层是实验间，下层是生活间。生活间又分为四个室：起居室、用餐室、盥洗室和实验室。上层实验间十分宽敞，内部装有各种仪器设备以进行多种大型实验。这个改装的天空实验室主体称为轨道舱，里面除了安装各种设备外，能为3名航天员提供292立方米的活动空间。轨道舱内部充以氧气和氮气的混合气体，气压相当于在地球上压力的1/3，温控与通风系统使得舱内气温保持在摄氏度。
轨道舱的上面是过渡舱。它长米，直径米，内部可增压也可减压，为航天员提供了一个过渡的通道。过渡舱又是天空实验室的控制中枢，里面装有供电控制、测试检查、数据处理。生命保障、通信及轨道控制等系统。在过渡舱的另一端是一个多用途对接舱，它长米，直径3米，头部和侧面各有一个对接口，可同时与两艘飞船对接。对接舱除了用于对接和作为航天员进出的通道外，还用于进行太阳观测，对地观测和进行材料科学实验。天空实验室的主要供电系统是两个安装在轨道末端的太阳电池板，总面积730平方米，可产生约20千瓦的电能。
天空实验室最主要的科学仪器是阿波罗天文望远镜。它的主体是一个棱柱体，以构架的形式固定在对接舱上。在发射时，这些构架保证望远镜位置与天空实验室轴线一致。一旦进入轨道并同运载火箭分离，构架又可折转90o，使得望远镜与轴线垂直。在望远镜周围安装了4个较小的太阳电池板，总面积平方米，最大输出功率可达11千瓦。阿波罗天文望远镜装有4种天线、多普勒照相机、电视摄像机、主望远镜，还有其它一些天文仪器。
阿波罗登月计划后的第二年，1973年5月14日，一枚两级的土星5号运载火箭在肯尼迪航天中心点火发射。火箭第三级的位置上装的正是天空实验室。起飞63秒，发现由于发射时的高速气流冲掉了轨道舱防护罩使太阳能电池发生故障，但是仍然被土星5号火箭发射到离地面435公里的近圆轨道上。11天后阿波罗飞船与天空实验室对接，3名宇航员排除了电源故障，使空间站恢复了功能，工作了28天，后来又接待两批6人，分别工作了59天和84天，用58种仪器进行了270多项实验，拍摄了几十万张照片。天空实验室空间站在太空共运行2249天，航程达14亿多千米，于1979年7月12日在南印度洋上空坠入大气层烧毁。
天空实验室计划持续6年，耗资26亿美元。美国宇航界、政界和科学界都给予极高的评价。尼克松祝贺说：“在圆满结束这次超出人类知识范围的最长旅行动时候，我代表全体美国人民向你们表示祝贺。你们天空实验室飞行的卓越成就，把历史上那些伟大探险家的传统(他们面对着世界上那些地图上还没有的尚不为人所知的地区)和那些科学家的传统(他们解开了宇宙万物的奥秘)结合起来了。”
空间站的发展：成果辉煌的和平号
尽管第二代空间站的运行时间和工作能力都有很大提高，但与迅速拓展的空间科学要求还相差甚远，而且它的潜力有限，不能完成规模更大、专业性更强的科学技术任务。第二代空间站不需要对接组合和装配大型系统，这样虽然风险和难度都比较小，安全性高。但是缺点是规模小，不易扩展；其内部的部件安装十分紧凑，使得在出现重大故障时系统很难修理或更换。另外，苏联的礼炮号空间站与地面系统的通讯时间比较短，每围绕地球一圈只有15～20分钟的时间，因而它们的使用和管理有很大的局限性，出现问题不能及时处理。新一代的空间站正是在这种背景下问世的。和平(Mir)号空间站计划的正式制定是在1976年。经过几年的论证，已确定为组合式积木结构。80年代初戈尔巴乔夫上台后，极力推行和平号计划。
和平号空间站是多模块组合空间站。多模块组合空间站由多个舱段组合，各舱段都有独立的电源及控制系统，比较灵活。
1986年2月20日，苏联发射新一代航天站和平号进入太空运行。作为苏联的第三代航天站，它在设计制造上作了许多重大改进，技术更成熟，设施更完善，工作生活条件更好。
和平号空间站的核心舱，总重20吨，长米，最大直径米，站内最多可容纳12名宇航员。由工作舱，过渡舱和非密封舱三部分组成。它的最大特点是有6个对接口，前端有5个，1个轴向的4个侧向的；后端仅1个轴向的，可同时和6艘宇宙飞船或航天器对接，组成一个大型轨道联合体，成为未来空间城的雏形。和平号作为一个基本舱，可与载人飞船，货运飞船，4个工艺专用舱组成一个大型轨道联合体，从而扩大了它的科学实验范围。工作舱两侧装有两个大型太阳能电池阵，总面积80平方米，总功率比礼炮7号大1倍多，达9千瓦。操纵和对接控制系统更为科学。它的航向对接控制装置可以在和平号不进行机动的情况下，自动控制飞船与之对接。站上由7台电子计算机组成综合计算系统，不但可保证自动对接，还能检验站上所有系统的大部分功能，测出其工作状态数据，而且，一面自动显示所测各项数据，一面还能自动更换备用机件，提前测出航天站在太空的运行情况。四个专业舱都有生命保障系统和动力装置，可独立完成在太空机动飞行。其中一个是工艺生产实验舱，一个是天体物理实验舱，一个是生物学科研究舱，一个是医药试制舱。这几个实验舱可根据任务需要更换设备，成为另一种新的实验舱。
从1987年2月6日发射的联盟TM-2号飞船与和平号对接成功后，3月31日量子号天体物理实验飞行器、4月23日进步29号货运飞船先后都与和平号对接成功，形成了世界上第一次四位一体的轨道联合体。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。
空间站上的发动机装置，调节温度和供氧系统，遥测电视系统，通信系统等都更加自动化，操纵可靠、方便。还增开了与地面医生，家属的通话专线。整个航天站比礼炮号处理的信息量要大2至3倍。
和平号空间站一般可同时供5—6人工作和居住，站内的大气环境与地球上一样，成分，温度相同，一般保持26摄氏度，相对温度为30%～70%，大气压力为800～970毫米汞柱。标准大气压是760毫米汞柱。上述这些，都有力地保障了和平号的长寿命工作。
1987年12月29日，航天员罗曼年科返回地面时，已经在和平号上生活了326个昼夜。1988年12月21日从和平号上归来的两名航天员季托夫和马纳罗夫，创造了在太空飞行整整一年的新纪录。和平号空间站还于1986年5月5日至1986年6月25日进行了航天史上第一次太空转移飞行——在和平号联合体与礼炮7号联合体之间的穿梭飞行，进行了50多天的极其复杂而又十分顺利的空间站之间的往返飞渡。
苏联通过发展空间站取得了巨大成就，特别是和平号空间站更是成果辉煌。在医学领域，研究了在太空使用的药物处方、航天员飞行后的体力恢复方法等。在生物学领域里，研究了蛋白质晶体生长、高效蛋白质精致、特殊细胞分离、特种药品制备等。在材料和空间加工领域，进行了600多种材料实验，制造了半导体、玻璃、合金等35种材料。在对地观测方面，发现了10个地点可能有稀有金属矿藏，117个地点可能有油脉存在。在天文观测方面也做出了许多重大发现。
和平号空间站在运行过程中积累了丰富的经验。苏联航天员多次出舱修理站体或飞船，安装大量太阳能电池板，回收实验装置，演习太空救援等，创造了一个又一个作业奇迹。经过长时间的经验和改进，苏联的联盟系列飞船、进步(Progress)系列飞船和质子号、联盟号运载火箭的性能、可靠性和安全性已相当完善。苏联运用这些工具已经具备了例行出入轨道，进站工作，运送给养的能力。从1971年后的20余年间，苏联再也没有发生一起航天员死亡事故，无论是火箭发射失败，还是与空间站对接失败，甚至飞船出现故障，航天员都能安全脱险。这样的伟大成就令美国人也感到自叹服如。
进步(Progress)号飞船是苏联研制的一种货运飞船。为苏联空间站提供给养等。
苏联的解体，对苏联航天计划的经费、组织、人事、管理以及协调都带来灾难性影响。各共和国宣布独立，纷纷宣布各自境内的空间设施归自己所有，而同时可用于空间站建设的经费锐减，许多大型活动无法进行。
由于经济问题，而且和平号已“超期服役”多年，俄罗斯最终决定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。2001年3月23日，没有烧毁的空间站部件安全地坠入了太平洋。
和平号对世界航天研究的贡献是不可磨灭的，经过15年的出色工作，和平号已经进入老年，俄罗斯决定将其坠毁是非常合适的，但它的坠毁绝不是载人航天研究的结束，而是对更大规模国际空间站建设的加强。
国际空间站：从星球大战到“太空城市”
目前正在建设中的国际空间站
大家也许在科幻片里看到过“太空城市”，而集结了全世界16个国家的航天力量现在正在建造的国际空间站(International Space Station)如果按期建成，则正是人类这一伟大梦想的实现。国际空间站是一个庞大的工程，没有一个国家能够独立完成。因此，目前有16个国家参加到国际空间站的建设中来，它们分别是美国、俄罗斯、加拿大、日本、巴西和欧洲航天局(European Space Agency，ESA)中的11个国家，比利时、丹麦、法国、德国、意大利、荷兰、挪威、西班牙、瑞典、瑞士和英国。建立国际空间站有四个目的：为基于太空的世界顶尖科学实验和研究提供基地；为基于太空的商业和事业的开发建立基础；为有关太空的教学和研究提供真实的、详细的资料；为国际间的合作提供一个场所，促进世界和平。
欧洲航天局(European Space Agency)
1975年，欧洲太空研究所和欧洲运载火箭开发署合并组建了欧洲航天局，主要进行空间技术研究，简称ESA。ESA最早由法国、德国、意大利、西班牙、英国、比利时、丹麦、荷兰、瑞典和瑞士10个国家发起，后来爱尔兰、奥地利、挪威、芬兰和葡萄牙5也加入进来。另外，加拿大作为ESA的一个观察国进行合作。ESA的总部设在巴黎。ESA研发的太空实验室于1983年首次进入太空。ESA的主要营销公司是阿丽亚娜空间技术公司，其设计制造的阿丽亚娜号运载火箭于1983年首次发射成功。
从星球大战到“太空城市”
追根溯源，国际空间站实际上起源于美国著名的星球大战计划。里根执政期间，提出发展星球大战计划，同苏联相抗争，作为配套设施，计划建设自由号空间站。苏联解体后，俄罗斯已不再对美国构成昔日那种威胁。布什执政期间，星球大战计划搁浅，自由号空间站计划也被压缩，1993年克林顿上台后停止了自由号空间站的建设。
但是美国副总统戈尔却对建立空间站计划非常感兴趣。在戈尔的极力主张下，自由号空间站的计划设想从一国建造改为多国合作项目——阿尔法国际空间站。这是人类航天史上首次多国合作建造的最大空间站。国际空间站计划分3个阶段实施：
第一阶段是准备阶段，已于1994年-1997年完成。这一期间进行了多次载人航天活动，美国航天飞机与俄罗斯和平号空间站进行多次对接，将美、日、德、加等国的航天员送到和平号空间站上，训练他们在空间站生活和工作的能力。与此同时，航天员在和平号开展大量空间科学实验，获得微重力、生命科学、地球资源探测和轨道交汇与对接方面的知识和经验。
第二阶段是初期装配阶段。在这一阶段将把国际空间站的主体舱曙光号和连接舱发射到太空进行组装，空间站的核心部分服务舱将发射升空并同曙光号和团结号对接。这期间空间站将初具规模并可运载3人飞行。
在第三阶段，将把美国的居住舱、欧洲航天局和日本制造的实验舱送入太空，对接成功后将标志着国际空间站的最终建成，届时可以有7名航天员同时在太空工作。
国际空间站：太空建筑工人
巨大的摩天大楼，高大的起重机，工人们爬在架子上正在把一个个部件栓牢固定在一齐——这种场景几乎在任何一座城市你都可以看到，但是，如果它发生在高达402千米的太空中，你还能想像的出工人是如何来工作的吗？这里的建筑工人正是航天员，起重机就是新一代的太空机器人，而摩天大楼就是现在正在建造中的国际空间站。
随着454吨的国际空间站的组装，地球轨道成了一个名副其实的建筑工地。人类正在以前所未有的规模建造着国际空间站。航天员的舱外活动将会越来越频繁。他们的工具是一个缓慢移动的机器手臂，加拿大人研制的两个手指的机器“手”，甚至还有一个可以自由飞行的机器“眼”——它可以围绕着空间站飞行，用来检查空间站的建设工作。整个空间站的建设过程中，人们计划发射40多次宇宙飞船或者航天飞机，将100多个不同的组件到空间站上组装起来。
国际空间站是如此复杂的一项工程，使得人们经常会遇到新的难题。工程师和航天员通过设计操作程序，准备合适工具和测试设备性能，人们的太空站安装建设的经验也逐渐丰富熟练起来。在整个空间站建造过程中，估计要大约进行160次左右的太空行走，工作时间要达到1000多个小时。
国际空间站：建成后的国际空间站
到2005年，建成后的国际空间站将是个“太空中的城市”，成为人类在太空中长期逗留的一个前哨。它包括6个实验舱和1个居住舱、3个节点舱以及平衡系统、供电系统、服务系统和运输系统，总重量达454吨。空间站主体结构长88米，首尾距离109米，高度44米，封闭容积相当于波音747飞机的内部空间，平均运行高度为350公里，轨道倾斜角度。因为所有的合作伙伴都可以发射航天器到该轨道上，所以空间站能够随时获得补给。同时，该轨道提供了良好的观测视野，包括85%的地表覆盖，并飞过95%的人口地带。地面上的人可以用肉眼看到它。在夜空里，除月亮和金星外，第三颗最亮的“星星”就是国际空间站。
从外面看，它将主要由两大结构呈十字状搭在一起而形成。其中，纵向的主干主要是一些像积木一样拼接在一起的舱体，总长度约为80米。而由总共9根“横梁”连接而成的长长桁架，将以90度角“架”在纵向主干上，这一横向桁架的翼展将达到108米。虽然总体的骨架是一个大十字，但国际空间站真正的形态远非这么简单。在纵向的各舱体上，还会在不同方向衍生出其他一些结构；而横向的桁架两端，最终也将挂起巨大的太阳能电池板、散热器等装置；另外，携带着机械臂的小车，将来也可以在横贯桁架的轨道上来回滑动。与俄罗斯和平号等仅仅由舱体连接而成的传统空间站相比，国际空间站的一个显著特色是增加了横向的桁架。这种“纵横交错”的结构方式，灵活性更强、工作效率更高，但安装施工的复杂性和难度也更大。
这座“太空城市”里面会是怎样一副模样呢？让我们走进它的内部去看一看。
国际空间站里包括了6个实验舱、1个居住舱和3个节点舱等舱体。节点舱比较小，在空间站组建时期，它是宇航员进行舱外活动的出入口。空间站建成后，除用于连接各舱外，节点舱可以用作存储仓库，或安装电力调节机柜，提供电能。居住舱是宇航员生活和休息的地方，包括厨房、会议室、卫生间、卧室、医疗设备、锻炼设备等。厨房里烤炉、电冰箱、垃圾处理机、洗手池一应俱全。实验舱是进行各种科学实验的场所，它是指挥和控制空间站的中心。实验舱是世界上最高的实验室，在这里可以进行生物、化学、物理、生态学和药物学等方面的研究。
国际空间站：世界最高的实验室
国际空间站为人类的长期科研工作提供了一个环绕地球的实验室。当今世界最先进的科研工具都将被运用到实验室中，以进行生物、化学、物理、生态学和药物学等方面的研究。
在药物学方面，由于太空中的微重力减少了地球上的重力对实验的影响，新型药物的开发将在太空中取得长足的发展，人类能够在太空中更彻底地了解生命的组成机制，研究人员还将关注于人类在长期处于微重力环境下产生的反映。
在工业方面，研究人员将研制更坚固、更轻便的金属以及功能更强大的计算机芯片。由于使暖气体或液体上升、冷气体或液体下降的对流现象在太空中不复存在，各种金属就可以得到更彻底的研究，而液体和火焰在微重力条件下出现的形态也将成为科学家们关注的焦点。
以上这些实验是在国际空间站内部进行的，有些实验则是在国际空间站的外部进行的。对国际空间站外部温度和微小陨石的研究将促进工程师对航天飞机设计的改善。在国际空间站中的研究还将创造出更先进的天气预报系统、更精确的原子计时器等先进技术。太空研究还将开发出新的产品和服务。这些创新最终将为人类在地球和太空中提供新的就业机会。
国际空间站：捉襟见肘的建设经费
欧洲航天局的哥伦布实验舱
由16个国家参与的国际空间站计划，是载人航天史上前所未有的壮举。第一批长期考察组进驻国际空间站迄今已近3年，这期间国际空间站的建设遭遇到一些困难，目前仍为诸多不确定因素所困扰，不能排除未来遭遇挫折的可能性。
国际空间站建设的最大困难是经费超支问题，这在2002年得到充分体现。由于预算紧张，日本当年9月份表示，其负责建造的空间站实验舱可能将推迟一年交付。而巴西也在8月份提出，鉴于经费不够，它有关建造空间站外部载货板的承诺可能要落空。俄罗斯由于经费的原因，也流露出无法按计划完成向国际空间站发射联盟载人飞船和进步号货运飞船的迹象。
美国在国际空间站建设的资金问题上也碰到麻烦，2003年年初，NASA宣布取消居住舱和宇航员返程运载器建造计划。由于空间站的建设费用据估计超出预算40多亿美元，国会决定对国际空间站预算进行封顶，要求美国在国际空间站上的投入不得超过250亿美元。
为了平衡预算赤字、缓解来自科学界等的批评，NASA对载人航天研究政策做出了重要调整，在提交的2003年预算的修正案中，调整后的预算总额不变，仍为153亿美元，但投资重点更多地倾向国际空间站建设。按NASA的设想，有关研制下一代航天飞机的进程将推后，从中挪出的23亿美元资金，将用于国际空间站的建设和加强空间站上的科研等。其中另一引人注目的建议，是研制更小、更灵活的所谓轨道航天飞机，这种运载工具需要火箭发射，主要将用于运送航天员，而不是货物。它既能当航天飞机用，又可充当空间站航天员紧急逃生的备用交通工具。按照设想，轨道航天飞机最多可载客10人，预计在2010年左右投入使用，将为国际空间站的长驻居民进一步扩大提供保证。另外，NASA还计划将现役4架航天飞机的服役期至少延续到2015年左右。
什么人可以成为航天员：百里挑一
1961年4月12日，27岁的苏联人尤里·加加林乘坐“东方”1号飞船在空间遨游了108分钟，成为了人类历史上第一位进入宇宙空间的人，并由此揭开了载人航天发展史的序幕，从此，人类便增添了一种勇敢的职业——航天员。
40多年来，航天员在载人航天史上创造了一个又一个新的记录，为空间科学和空间探索做出了巨大的贡献。
在最初的航天飞行中，航天员们的活动只能局限在载人的密闭舱内，随着航天科技的发展，舱外太空中的行走逐渐成为现实，而且目前人们正致力于在太空中长期居住的研究和探索。航天员的工作也从最初作为载人飞船的驾驶员和乘员，发展到在飞行期间完成多种学科综合的科学研究和工程维修。
什么人可以成为航天员
既然人类一定要进入太空，那么，一个人具备什么条件才能成为船天员呢？要成为航天员，首先要有良好的身体素质，因为航天员在进入太空或返回地面的过程中，要克服航天器飞行时的力学环境、太空的物理环境和航天器的狭小空间环境等特殊环境下的重重困难，适应这种环境的考验，航天员的身体和综合素质十分重要。因此，有幸成为航天员的人可谓凤毛麟角。
百里挑一
载人航天活动对于航天员的生理和心理均有严格的要求。航天医学专家根据航天任务及其对各类航天员不同的要求，制定相应的选拔项目、内容和标准化。一般包括基本资格审查、临床医学检查、生理机能选拔、心理选拔、特殊环境因素耐力和适应性选拔等。航天员的选择标准和条件在各个国家基本相同，特别是身体素质的要求是一样的。
美、苏早期航天员的选拔标准和方法有许多共同点；航天员均选自歼击机飞行员；航天员的选拔均以飞行员选拔为基础；所规定的选拔项目几乎相同。选拔淘汰的比例大约是1：100。美国“水星”任务第一批航天员7名，是从500名军用飞机飞行员中选出的。苏联的第一批航天员20名，是从3000多名飞行员中选出的，后来又有8名淘汰，实际上参加飞行的只有12名.
在性别方面，航天员主要是以男性为主。在第一个女航天员瓦伦蒂娜·捷列什科娃飞行后，经过将近20年，于1982年8月19日，联盟T-7号飞船才进行了第二次有女航天员斯维特兰娜·萨维茨卡娅(34岁)参加的飞行。目前，女航天员的人数逐渐增加。在年龄方面，对于驾驶员和任务专家一般是22-40岁，载荷专家可以是40岁以上。由于前苏联是用飞船作为天地往返运输系统，对航天员的年龄要求较严，超过50岁以上继续飞行的航天员较少，而美国航天飞机的航天员有不少是50岁以上的。在身高方面，由于前苏联“联盟”号飞船返回舱的空间很小，航天员的身高一般都在170厘米以下，美国航天飞机座舱的空间较大，航天驾驶员的身高范围较宽，为厘米。
为确保航天员具有优良的身体素质，生理机能选拔是极为关键的。生理机能选拔主要是挑选人体各脏器和系统基本生理功能优良者。生理机能选拔内容包括心血管和肺功能检查、中枢神经系统功能检查、听觉功能检查、视觉功能检查以及内分泌和免疫功能检查等。
航天员的心理和精神状态对于航天任务的完成有着极大的影响，特别是对于长期飞行以及多人的乘员组，其心理素质的选拔是非常重要的。航天员们身处的环境是恶劣、封闭和隔绝的，而且还要面对太空中那些难以预测的风险，没有超乎寻常的“坚强神经”是不可能在这种环境中完成规定任务的。
心理选拔方法包括心理调查和心理会谈，个性心理、智力和认知以及心理运动能力的测试等。对于多人的乘员组，更应该特别重视航天员彼此之间的适应性及协调工作的能力。
在航天过程中要遇到各种特殊环境因素，如超重、失重、低压、缺氧、高低温、振动、噪声、辐射、隔绝等。在航天员的选拔过程中，要淘汰那些对这些特殊环境因素敏感和耐受能力差的人，挑选耐力和适应性优良者。
严格的前庭功能选拔是也是航天员选拔的一个重要环节，这可以有效减少在失重状态下航天运动病的发病率。
航天运动病也称太空病，是由于在失重状态，人体不适应产生的，和一般人平时的晕车和晕船非常相似。最初是上腹部不适，继而面色苍白、虚汗、头晕、眼花、恶心，严重的还会呕吐，但吐过以后症状会明显减轻。航天运动病一般在载人飞船一进入轨道后就会发生，持续2至4天后症状自动消失。但是，可别认为航天运动病算不得什么大不了的事儿，实际上，对于载人航天事业的发展和空间生命科学来说，它恰恰是一个难以攻克的大问题。
由于航天运动病发病率很高，据资料表明，有将近半数以上的航天员入轨后都会患上这种病。载人飞行的工作日程安排得非常严格，航天员入轨后有许多重要的操作需要在这段时间内完成。如果这时候出现运动病症状，就会或多或少影响其空间任务的完成，严重时还会影响到载人航天飞行的安全。其次，运动病的发作并没有一定的规律性，虽然初次参加航天飞行的人患此病较多，但在有些多次上天的航天员中也还会出现该种病，这就不能不对原有的飞行计划产生影响。
因此，前庭功能的好坏关系到航天员的工作效率、身体健康和飞行安全。美俄的经验证明，进行严格的前庭功能的选拔是减少航天运动病的发病率的有效措施之一。一般采用转椅、秋千或对耳部器官的温度刺激等手段来检查前庭器官的敏感性和稳定性。
前庭的作用
前庭是人体平衡系统的主要末梢感受器官，长在头颅的颞骨岩部内。人的耳朵分为外耳、中耳和内耳(内耳又称"迷路")，前庭就在人的内耳中，是内耳器官之一。前庭负责感知人体空间位置，例如坐在行进的车中即使闭上眼睛，不看窗外，也可感知到车的加速、减速或转弯，就是前庭所感知到的。前庭作为人的一个感知器官，如果其发生“故障”，则会影响人的感知能力，从而产生眩晕。目前眩晕的70%病例都是由于前庭系统不协调所致。作为航天员因为环境的剧烈变化，前庭要受到直接的冲击，所以前庭器官的检查成为航天员选拔中的一个重要环节。
在航天员的选拔时，还必须对航天员承受过载的能力进行测试。过载作用一般是由于航天器发射和返回过程中的加速或减速产生的。测试时采用离心机测定候选者的横向(胸-背向)和纵向(头-盆向)的超重耐力。不同的载人航天器飞行过程中的超重值是不同的，飞船的超重值较高，而航天飞机的超重值较小。通常要求航天员的纵向超重耐力不应低于3g，横向超重耐力应为纵向超重耐力的3倍。
载人航天器乘员舱的大气压力由于压力制度设计考虑(选择低压)，出舱活动过程中舱室的减压、压力应急、灭火及其它需要减压的情况。可能会出现低压和低氧分压状态，要求航天员对于低压和缺氧应具有一定的耐受能力，在选拔中要进行低压缺氧检查，其目的是排除低压易感和缺氧敏感者。一般用低压舱上升至5000米高度检查对缺氧的敏感性，用低压和压力改变检查对低压和压力变化的易感性，
此外，在航天器发射和返回过程中传到舱内的噪声值会很高，在轨道飞行段也会遇到舱内设备产生的噪声，必需对航天员进行噪声敏感性检查，检查是用航天飞行中遇到的噪声频率，对候选者进行试验，淘汰有不良反应者。
什么人可以成为航天员：不同的职责
在载人航天飞行中，不同的航天员分管不同的工作。载人飞行的初期一般只进行单人飞行，一般称为驾驶员。后来发展成一次多人飞行，编为一个乘员组。乘员组主要是由职业航天员组成，有时也有非职业航天员。每个航天员在航天中各自起着不同的作用，并逐渐向专业化方向发展。两人的乘员组一般为指令长和驾驶员(美国)或指令长和随船工程师或研究航天员(苏联/俄罗斯)。三人以上的乘员组一般分为指令长、驾驶员、任务专家和载荷专家(美国)或指令长、随船工程师和研究航天员(苏联/俄罗斯)。
以美国的乘员组为例，指令长(Commander)又称机长，是一次特定飞行乘员组的领导和负责人。在飞行中负责飞行任务的安排、实施、飞行指挥、通信联络和飞行安全等，有时兼任驾驶员的工作。驾驶员(Pilot)则主要负责监视、操纵和控制航天器的飞行，负责航天器的检测和维修。协助指令长工作。如果指令长无法履行职责，驾驶员有权接替指令长的工作。任务专家(Mission Specialist)则要求受过航天器各系统和载荷操作的全面训练，精通所有飞行任务实施要求及载荷任务的目的、要求及其运行管理。参与飞行任务的计划并负责协调所有载荷实验与航天器之间的相互关系。任务专家的主要任务是根据批准的飞行计划负责实现轨道飞行阶段载荷实验的总体目标。前三类航天员均为职业航天员。而载荷专家(Payload Specialist)为非职业航天员，是特定载荷主顾在航天器上的代表。有使用、维护特定载荷的专门知识。在特定飞行任务中负责特定的载荷操作，负责收集和处理实验数据，维护和修理载荷设备，并负责与地面载荷控制中心联络。
随着载人航天的发展，航天员正在扩大到许多不同的行业，如科学家、工程师、医生、教师、记者、政治家、管理人员以及太空观光旅游者。
航天员的训练
航天员是一种在空间从事航天活动的特殊职业的人，他们要在特殊的环境条件下，在航天器的舱内外完成飞行监视、操作、控制、通信、维修以及科学研究等特殊的工作任务，并能正常的生活。这就要求必需对他们进行严格的训练，使他们具备优良的生理和心理素质，对航天特殊环境因素有很强的适应能力，并熟练掌握航天器和完成飞行任务所应具备的各种知识和技能。
航天员的培训内容包括：体质锻炼、理论知识教育、心理训练、特殊环境因素耐力和适应性训练、生存训练和航天器技术训练、航天医学工程技术训练、空间科学及应用知识和技术训练、生存训练以及综合训练等。针对航天员的类别和职业不同，其培训的具体要求和内容也不同。职业航天员，如驾驶员和任务专家，其训练内容较多，要求也严，训练时间也较长，一般需要3年左右的时间。非职业性航天员，如载荷专家或科学家航天员，其训练内容较少，时间也较短。
体质和理论
身体素质作为一个人生存的基本条件，在航天员的训练过程中是必不可少的。苏联就曾为了准备阿波罗-联盟计划，要求其航天员在一年半的训练时间内，骑自行车1000千米，滑雪3000千米，越野跑步200多千米。美国休斯敦航天中心，为提高航天员耐力，曾让航天员穿上80千克重的航天服，在炎热的佛罗里达沙漠中，每天步行30千米。
除了体质的训练，航天员为了准备一次飞行还需要掌握大量的理论知识，这些理论知识包括基本的航天知识，飞行任务和航天器结构、航天医学工程知识以及空间知识和应用的有关知识等。
心理准备
心理训练是航天员训练中必不可少的内容。因为执行太空任务需要离开我们所熟悉的环境，而这种环境变化对心理的影响是很大的，尤其在早期航天活动中，载人航天其提供给航天员的生活环境无论是空间，还是饮食都不是很好，长时间呆在这么狭小的环境，会是什么一个感受？而如果这种感受影响到航天员的心理，那极容易就产生不可想象的后果。
而心理训练也就是使航天员在没上天之前，先对太空中的情况从心理上进行一下适应。增强心理的稳定性。现在由于执行任务复杂性增加，因此每次飞行都有几名成员来完成。而尽快的使成员之间达到“心有灵犀”也成为心理训练的一个重要内容。实践证明，整个成员组在一起进行训练对于提高他们在太空中工作的效率具有十分重要的作用。
航天员共同训练的时间短期飞行不少于半年中期飞行需要1年长期飞行～年
特殊环境
为了提高航天员对特殊环境因素的适应性和耐受力，需要对航天员进行航天特殊环境因素的暴露和刺激，如超重、失重、前庭器官的刺激、噪声、高低温等。
超重适应性训练的目的是让航天员适应航天器发射和返回再入时的超重环境，增强航天员抗超重的能力。训练方法主要采用离心机模拟航天器起飞和返回过程中的超重曲线，进行胸-背向对抗动作训练和头-盆向耐力维持训练。
失重训练则是利用失重飞机完成的。它可以完成抛物线飞行，形成15-40秒的微重力时间。使航天员感受、体验和熟悉失重环境，在失重的时间里可以做各种试验，如吃东西、喝水、穿脱衣服、闭眼与睁眼的定向运动，甚至可把一个舱体搬进机舱中，还可以进行人在失重的时间里从舱体爬出来的试验，训练太空的出舱活动。
美国的小型失重飞机有T-33和F-104飞机改装的失重飞机。大型失重飞机有KC-135和PC-9，苏联/俄罗斯用伊尔-76改装的大型失重飞机，其微重力时间大约有30s秒。法国有“快帆”和A300失重飞机，A300是目前世界上最大的失重飞机。日本也有大型或中型失重飞机。中国曾利用歼教-5改装成小型失重飞机。
在地面还可以用中性浮力水槽产生的漂浮感觉，模拟训练航天员在失重时进行工作和维修。中性浮力水槽模拟失重的原理是，当人体浸入水中时，通过增减配重和漂浮器使人体的重力和浮力相等，即中性浮力，获得模拟失重的感觉和效应；但它并没有消除重力对于人体及其组织的作用，因此，它不同于真实的失重环境。目前，这种方法主要用于对出舱活动的航天员进行训练。一般是将1：1的航天器放入水槽中，航天员穿上改制的舱外航天服，进行出舱活动程序的模拟和技能的训练。
为了减少航天运动病的发病率，还要进行前庭功能训练。采用转椅、秋千等旋转和摆动设备产生线性加速度和科氏加速度，或在失重飞机上让航天员头部运动，对受试者的前庭器官进行刺激，以提高前庭器官的耐受能力。也可以利用气功和生物反馈的方法对航天员进行抗运动病的训练。其它的特殊环境因素适应性训练还有飞机飞行训练，跳伞训练，振动、噪声体验，乘员舱大气环境体验以及隔离环境体验等。
飞行模拟
航天员在执行任务时往往需要操纵各种仪器设备，但航天器中的各种设备是数不胜数的，如果航天员在操作过程中出现了一点错误，尤其是驾驶员，很有可能就会机毁人亡。为此，在地面上建立各种模拟设备，这样航天员在这使设备中就可以熟悉操作的程序，适应不同的环境。
飞行模拟器是针对载人航天任务而设计的执行飞行任务的模拟器。其主要功能是在地面模拟太空中的飞行条件和实际载人航天器运动状态，为航天员提供运动感觉、视觉、听觉和操纵负荷等各种感觉，使航天员感到好像真的在太空驾驶航天器一样。
模拟座舱一般采用内部结构和界面与实际航天器完全一致的模拟舱。俄罗斯和美国所发射的各种载人航天器都有各自的飞行模拟器，其中美国“阿波罗”号登月飞船的飞行模拟器，可以模拟从起飞到登月和返回地面等全程序飞行，也有只模拟载人航天某项飞行技术的模拟器，如有模拟飞船的起飞、入轨和姿态如何控制等飞行技术的模拟器。还有模拟在太空作业的专项模拟装置，如太空对接、太空维修和出舱模拟器等。
模拟航天员在太空生活与工作的微小空间环境，也都是以各种舱室的形式来完成的。这种微小生活空间舱室与航天员在太空生活的空间类似，除不能模拟失重环境外，其它都能逼真模拟。这种微小生活空间模拟对于考察和训练人对长期在太空生活的适应性是很重要的。
航天员选训中心
发展载人航天的各国，都有航天员选训中心，比较著名的有美国国家航空航天局的约翰逊航天中心(Johnson Space Center)和俄罗斯的加加林航天员培训中心(Gagarin Cosmonauts Training Centre又名星城Star City)。它们主要的任务有：为载人飞行进行预备航天员和正式航天员的选拔；对航天员实施身体素质、心理、特殊环境因素适应性及飞行专业技能的训练，对航天员实施飞行前、飞行中和返回后的医学监督与医学保障，辅助飞行控制中心进行医学监督和及时地分析，并开展航天医学工程研究。
生存之道
载人航天器在应急返回过程中可能降落到各种复杂的地形、气候等恶劣的生存环境条件下，例如寒区、沙漠、山地、森林、海上等，因此必须对航天员进行这些地区的生存知识和技能的训练，使他们熟悉和掌握这些地区气候变化，地形、海况、动植物的情况，掌握生存的基本要领。比如在寒区生存要保持机体的热平衡，在原始森林生存要防御猛兽和昆虫的侵袭，在沙漠中生存是保持水盐平衡。
个人救生
由于载人飞船着陆地点较难控制，特别是应急返回时落点的散布较大，这就给航天员的营救造成困难。在载人飞船上一般装有个人救生物品，供航天员着陆等持营救期间的求救和生存使用。
个人救生物品中应有求救联络物品，以便于航天员使用它们尽快与营救人员取得联系，这些物品包括无线电通信和定位装置、信号枪、焰火管、海水染色剂、闪光灯、反光镜、引火物品、哨笛等。
个人救生物品中还必须有陆上和海上的防寒和遮阳物品，如防寒服、抗浸服、斗篷等。飞船返回着陆在寒区或溅入水中时，航天员穿着防寒服或抗浸服等待营救，防止体热在短时间内大量丧失，延长人的存活时间。当航天员返回溅入水中时，应有漂浮装置，如救生筏或便携式漂浮装置等，以支撑人体浮于水面，等持打捞和营救。常用的便携式漂浮装置包括二氧化碳气瓶、浮囊、吹气管及其它附件。当航天员溅入水中时，牵拉充气拉绳，撞针刺穿气瓶封口薄膜，二氧化碳气体充向浮囊内部，浮囊充气膨胀。也可用嘴通过充气管向浮囊内充气。
救生食品和饮水及急救药包也是十分重要的个人救生物品，对于着陆到高温地区，保证航天员有一定量的饮用水是十分重要的。其它个人生存物品还有手枪、驱鲨剂、渔具、滤光镜、指北针、自卫刀、钢丝锯、干燃料、取暖器、防风火柴等。
参与试验
除了上面说的，在发射前航天员还要参与真实航天器的大型试验和全程序模拟飞行，以及航天技术各大系统的综合试验和演练等，以使他们进一步从总体的高度加深对于飞行任务、计划、程序的理解和掌握。这不仅是航天员训练的重要内容，同时，航天员的参与以及他们对航天系统的意见对载人航天系统的研制也是非常有益的。
载人密闭座舱
太空环境十分严峻，人进入其中航行怎样才能避免外界环境的伤害？就是说，如何才能保证航天员的生命安全？航天工程师研究和制造了一个基本与外界隔绝的密闭环境，即密闭座舱，密闭座舱内的环境可以保证航天员在太空生存所必需的条件。
生活空间
供人居住、生活和工作的密闭座舱是载人航天器的主要部分，舱内有装有缓冲超重力的座椅，有各种电子设备、仪表设备及航天员的救生设备。舱体的外壳包有绝热材料，可防止气动力产生的热传入舱内。舱体是由金属材料制成的，有防辐射的功能。密闭舱是增压式的，所以舱内外压力差很大，舱壁具有很强的承受压力的能力。舱体做得很坚固，安全可靠。舱壁四周有供航天员观察地球的舷窗，一般由三层玻璃制成，具有防强光、防紫外线及防辐射的性能。
人在太空中生活和工作首先要具有一定的活动空间。一般生活中我们经常会关心住房大小条件，只要经济条件允许，每个人都会尽可能的创造好的生活条件。其实我们各自的生活空间对我们自身的生理和心理会有很大的影响，在载人航天中这同样是基本问题。目前为止所有载人航天器，包括空间站，提供给航天员的活动空间都不能说是非常宽裕。而面临着太空飞行任务时间的加长，航天器所提供的活动空间更成为一个问题。试想长时间的呆在一个四面都是仪器设备的小房间里会是什么感觉。正因为如此航天工程师们对航天器需要提供给航天员的活动空间作了一个限定，这些限定是根据人类心理对太空任务的可承受程度来制定的。一般太空任务时间越长，需要的可活动空间越大。但在实际的飞行中，由于其它一些条件的限制，实际的空间可能要比理论上的稍小一些，如美国水星号、双子星座和阿波罗飞船舱内空间分别为米3、米3和米3。
载人舱中航天员理论上需要的最小空间飞行时间理论值(米3/人)1~2天~2个月两个月以上17生命保障
密闭舱内最重要的设施，是保证航天员身体健康的生命保障系统。正常情况下人体都有一定的新陈代谢，在这个过程中人体会与周围的环境进行物质和能量交换，而这种交换只有在地球环境下或类似地球的环境下才能正常进行。在进行载人航天活动时生命保障系统实际上也就是要提供这样一个环境，使人体能正常地进行生理活动。
座舱的压力控制系统是生命保障系统最重要的组成部分，维持舱内压力和供人呼吸用氧，对保证航天员健康至关重要。载人航天器舱内的压力并非都是保持和地面的压力一致的，国外用于载人航天器舱内的气体压力有两种。一种是座舱压力及舱内气体组分与地面上一样，即一个大气压力制度。这种压力符合人体的生理要求，人们已经习惯生活在这种气体环境里。
苏联/俄罗斯的载人航天器，从加加林驾驶的东方号，直到联盟号飞船，和平号空间站，密闭舱内的压力，都是用一个大气压力制度。美国现在的航天飞机密闭舱也是用这种压力制度。但这种压力制度的舱内压力高，为保持压力需要的控制调节比较复杂。由于舱体内外所受到的压力差别较大，所以要求舱体结构坚固。航天员穿着航天服出舱活动时，由于航天服所提供的压力较低，为避免减压病的发生，要经过较长时间的吸氧排氮。
出舱前的准备
由于气体在液体中有一定的溶解性，所以人体组织和体液中都融有一定气体。人在进入低压环境时，人体组织和体液中溶解的气体就会分离出来，在血管内形成气泡，如果气泡过大过多会压迫人体内部的组织，使某些组织受损，或在血管内形成气栓堵塞血管，这样就引发各种病症，航天医学中称之为减压病。
体内产生的气泡的气体，主要是溶解在体液组织里的氮气。人从呼吸中吸入的气体是外界空气，它的主要成分是氮气，其次是氧和二氧化碳。氧和二氧化碳在血液中绝大部分(99%以上)与血红蛋白的缓冲物质分别作化学结合，只有很少一部分(不足1%)呈物理性溶解。而氮气不仅不能被身体分解，而且在血液和组织液中溶解度较高，所以它就成为产生气泡的主要气体。而这些氮气在人体中不会迅速的通过血液带到肺部排出体外，因而容易形成气泡，出现减压病。
这种情况之下，航天员在减压前，预先都要吸进纯氧，即在纯氧环境中停留一定时间(2～4小时)，使体内氮气释放出来，这个过程称为吸氧排氮。一般在纯氧环境中吸氧排氮4小时后，大体上可以使人体内的95%以上溶解的氮清除掉，这样就大大减少发生减压病的机会。
另一种压力制度是舱内保持1/3的大气压力，舱内气体是纯氧。美国的水星号、双子星座、阿波罗飞船，都是使用这种压力制度。这种压力制度使得舱压的调节相对简单，而且由于舱体内外压差较小，使得舱内气体的泄露量小，同时在穿着低压航天服前不需要吸氧排氮(仅在发射前吸氧排氮3小时)。但是人体长时间呼吸纯氧会抑制红细胞的生长，对眼鼻有刺激作用。更为严重的是舱内纯氧容易引起火灾，因为许多在氧氮混合条件下不易燃的材料在纯氧条件下会变得易燃。
1967年1月27日，阿波罗1号在作登月舱充纯氧试验时，因电线碰擦引起大火，当营救人员打开舱门，三个最优秀的航天员都已被燃烧所产生的剧毒气体熏死了。随后“阿波罗”飞船作了改进，发射时采用1/3大气压的60%氧和40%氮的混合气，入轨后仍用100%氧气。但这大大增加了设计难度，因为要采用同时控制两种气体的压强和比率的设备，仅此登月舱就增加了一吨的重量。
在密闭座舱中，为了不断补充人体消耗和座舱泄露的气体，维持舱内压力平衡，舱内备有氧、氮气体储存系统。氧、氮气体储存方式一般有三种。一种是将其作为高压气态保存，短期载人航天器一般用这种方法。第二种是采用液化的方法，将氧和氮置于低温之下，使其成为液态进行储存，这种方式结构紧凑，重量轻。第三种实际上是利用碱金属超氧化物经过一系列反应产生氧气，这种方式常称为化学贮存方式。氧气产量的多少常通过舱内的水气含量和二氧化碳含量来控制。
载人航天时舱内温度如不加控制，会逐渐升高。使座舱温度升高的原因有很多，航天员的人体代谢过程会产生热，舱内的仪表设备运行的时候会产生热，飞船上升、返回时传入舱内的气动力产生的热以及飞船运行时太阳辐射传入舱内的热，这些原因都会使舱温升高。载人航天器都配备有完善的温度控制系统，使舱内温度始终控制在人感到舒服的范围内。温度控制的方法基于防止、减少外界热传入和积极地将舱内产生的废热排出舱外的思想。
常用的一种散热方法是水蒸发法。在真空的环境下，水在～摄氏度的低温可以沸腾形成蒸气，水蒸发时会吸收大量的热量。因此可将水输入到热交换器，通过低温蒸发，便将热排出舱外。短时间飞行常用这种方法。而长时间飞行可用升华器、辐射器方法散热。
航天员呼出的气体和排除的汗液都含有一定量的水蒸气，如果不采取措施将这些水蒸气清除的话，航天员会因为环境湿度太大而感觉不舒服，而且过高的湿度对舱内的仪表设备运行也是不利的。飞船中常用的去湿方法是采用分子筛材料吸附舱内空气中的水蒸气，然后在真空条件下解析去湿。
除了水蒸气载人航天器内还有人体代谢产生的有害物质，特别是蛋白质代谢分解的有害产物，再加上舱内设备中非金属材料的挥发物。这些物质对航天员的影响不只是舒服与否，更重要的是它们作为一种污染源，有可能影响航天员的身体健康。尤其是人体代谢产生的有害物质危害更大，如呼吸时排出的二氧化碳、一氧化碳、甲醇、挥发性脂肪酸等；胃肠道排出的有害物质甲烷、硫化氢、甲硫醇、吲哚等；出汗时汗液中的有害挥发物胺、氨、苯酸等。
为什么我们在地球上不必担心这些有害物质？生活在地球上的人，其居住环境中一般都有门窗与外界相通，这些有害物质不断地排出室外，与周围大气相混合，不会影响人体健康。而在密闭舱中就不同了，如一个不吸烟的青年人，一昼夜可排放出一氧化碳10毫克，而一个航天员在密闭舱平均占有一个立方多的空间，生活一昼夜产生的一氧化碳即可达到对人体有害的程度。
在航天器中要尽量减少这些物质，消除污染。人体排出的代谢产物是难以避免的，但座舱内非金属材料的分解产物，在一定程度上是可以控制或减少的，这一般是通过选用一些挥发物少的非金属材料作为航天材料。如美国的“阿波罗”飞船选材时，对所有备选的非金属材料进行有害物质排放量测量试验，淘汰那些排放量超标的材料。
对于无法避免的污染物，一般采用吸收、过滤、催化等方法进行消除。如人体代谢的重要产物二氧化碳，常采用吸收剂或分子筛进行消除，微量污染物，如汗液及座舱材料挥发物可采用活性炭进行吸附消除，但对于分子小、沸点低的污染物如一氧化碳、甲烷等不易吸收，可以采用催化燃烧的方法消除。
水对有生命的生物体是极为重要的。生活在宇宙空间的航天员，也需要供给生活用水和饮食用水。载人航天器内的供水系统是采用多种方法解决的。航行时间短的，一般采用储水器从地面携带净水到太空。储水器采用橡胶囊或金属风箱式可折叠水箱，囊内充有一定量的氮，在失重条件下增加囊内压力，水即可排出，且储水方式简单易行。水箱的容积与航天时间长短、人数多少、飞船载重量等相适应。氢氧燃料电池产生的水也是供水的一种，这种水经过冷却，温度下降到18~24℃，再经过消毒器消毒、净化后送入储水箱。
载人航天器在太空飞行时，水处于失重状态，不会自行从水箱中流出，因此供水的水箱都装有增压装置，加压后水即可流出。
在类似空间站这种长期的载人航天器，除了地面上定期送水，但这样做是非常不经济的。而且如果由于某种原因水不能及时送到，那航天员的生命就会出现危机。所以在这种航天器上，水是由它自己“生产”的。
我们知道地球上的水是在不停地循环着。海洋中的水被蒸发到空气中形成云，云又转换为雨降落到地面上，雨水汇集成河流最后又回到海洋。在这个循环过程中自然界的微生物和土壤起着对地面上的水进行净化的作用。航天器内“生产”水的过程正是模拟这么一个过程。水的来源是航天器中一切可以收集到的水，经过净化器的处理成为了航天员的生活用水。
当你在航天器中喝水时，千万不要去想水的来源。因为这些水是从航天器中各个地方收集而来的，包括燃料电池产生的冷凝水、洗漱用水甚至排尿以及上面提到的水蒸气等。如果仔细收集，基本可以实现航天器的自给自足。这也许听起来比较恶心，但是事实上，经过空间站的净化处理器后的水，可能要比地球上我们多数人喝的水都要干净。
在回过头来看看水循环系统，并不是单独存在的，它与其他系统的也有着联系，正如地球环境一样，水的循环与大气、生物有着千丝万缕的联系。从载人航天器的发展来看，生命保障系统的设计正力求模拟地球上的环境，因此未来的载人航天器，比如永久性空间站，就成为太空中另一个“地球”。
航天员的工作
在载人航天的初期，如东方号和水星号飞船，其目标主要是验证人在空间的生存能力，航天员在座舱中只是作为一个观察者和备份的操纵者。到上升号实现了人类的第一次太空行走，以及双子星计划地完成，人们已经初步认识太空环境对人类的影响，具备了在太空进行活动的经验。到此时航天员才开始他们在太空真正的任务，而不再是载人航天器里的“乘客”。
工作内容
今天，航天员必须在空间完成复杂的舱内和舱外活动以及高度智能化的空间科学研究和试验任务。当然所有这些工作的前提是航天器的正常运行，所以在飞行过程中航天员要与自动化系统合理分工，完成对航天器的监视、操作、控制和通信等任务以保证航天器的正常运行。这种任务最早在联盟飞船的研制中已经开始执行，由于需要完成各种会合和对接任务，必然需要航天员对飞船的操纵。
到阿波罗计划，这种任务更加明显了。大量的任务都需要航天员来对飞船进行操纵，尤其在某些阶段，飞船无法从地面获得任何引导，所以只有依靠航天员去完成任务。比如阿波罗11号登月时，登月舱按自动制导仪的指示准备登上月面，在即将着陆的时候指令长内尔·阿姆斯特朗发现预定着陆点有一个大深坑，于是两名航天员采取紧急措施在距月面只有600米高度时，操纵登月舱避开大坑，并安全的降落在月面“静海”的一角。如果说没有航天员的灵活机动，那这次任务很可能不会实现。
“静海”：1967年底，美国航空航天局确定的适宜的登月着陆点之一，当时进行了反复的选择和测绘，筛选出有希望的地点有静海两处，中央湾一处，风暴洋两处，共5处。
伴随着登月计划的实施，航天员的另一项工作也开始进行，即科学研究和试验。阿波罗飞船的6次登月中，大部分航天员在月球上所进行的工作其实是野外地质考察。他们在月表进行了大量的试验，并取回了月球样本进行分析，深入考察了月球的地形、地貌，并研究了月球的地质情况。
在这之后不管是航天飞机计划，还是的空间站计划，科学研究和试验任务成为飞行的一个主题，而对航天器的驾驶，逐渐成为太空中开展工作的一个保证。就好比各行各业都在使用计算机，但具体让计算机干什么就根据需要来决定了。航天员每次飞行都要根据任务的要求，在太空中完成规定的空间科学研究、试验和探险任务，以便获得新的知识、新的认识和新的数据。此时，随着载人航天的发展，航天员内部的分工也开始明确，有了专门的驾驶员和专门的科学研究人员。
除此外由于航天器的发展，在太空中对各种航天器进行维修、检修和装配也是必须完成的工作内容。尤其对于复杂的航天器和复杂的飞行任务，这项任务显得格外重要。例如美国曾经在1993年派遣7名航天员乘坐奋进号航天飞机进入太空，对哈勃(Hubble)望远镜进行了修理。现在正在进行的国际空间站建设当然也是航天员的工作内容。
个人装备
虽然航天员在执行太空任务时有航天器的密闭环境来保证其安全，但是由于任务的复杂性，往往需要航天员出舱活动。因此航天工程师设计了航天服来保障太空中人员的安全。航天服的研制大约始于50年代中期，是在航空高空飞行压力服的基础上发展起来的。1961年4月12日由苏联航天员尤里·加加林在航天飞行中首先使用。
航天服是用于在航天飞行中为航天员抵御外界恶劣环境的危害，在人体周围创造必要的大气压力、气体成分、温度、湿度等生活环境和条件，并保证航天员具有一定的活动性和操作性的个人防护装备。
航天服一般由服装、头盔、手套和靴子组成。按服装内的压力，航天服可分为低压航天服和高压航天服。按其结构可分为软式、硬式和软硬结合式航天服。按其用途可分为弹射救身服、舱内航天服和舱外航天服。弹射救身服用于发射或返回过程中弹射救生时保证航天员的安全，在苏联东方号飞船上曾使用过。
每次飞行任务的开始和结束阶段——发射和返回时，由于飞行条件相对恶劣，航天器所受到的影响较大，所以航天员都要穿上一种航天服。一旦航天器出现故障不能保护航天员时，航天服会提供最后的生命保障。这种航天服由于只在舱内使用，所以称为舱内航天服。在轨道飞行中，如果座舱大气压力、气体控制失效，舱内航天服系统也可以作为应急救生手段。
这种舱内航天服具有良好的密封性，内部压力可以调节，并且可以通风、散热、排湿，有一定的强度。在充压时，具有一定的活动性能，能完成航天员必要的监视和操作任务，服装内具有简单实用的小便装置。在发射和返回过程中，由于舱内噪声值很高，但头盔的消声作用，使服装内的通话可以正常进行。头盔面窗还具有足够的视野、良好的光学性能及防雾措施。舱内航天服一般重10千克左右，加工制作十分复杂，环境要求十分严格，有上千道工序，因此造价十分昂贵，生产一套航天服约需数十万元人民币。
在进行舱外活动时，为保证航天员的生命安全，航天员会穿上更复杂的舱外航天服进入太空。早期的舱外航天服采用脐带与母船连接，由飞船上的生命保障设备维持服装内正常环境条件。现代的舱外航天服在背部直接装上便携式生命保障系统，形成一个独立的装置。具有良好活动性能的关节系统以及在主要系统故障情况下的应急供氧系统。它实际上可以看成为一个具有操作活动的最小载人航天器。目前美、俄两国使用的舱外航天服供一次舱外活动时间最长可达6-7小时。服装内的压力为低压制，在27 000-40 000帕斯卡范围内，采用纯氧环境。一套舱外航天服系统重量大约120千克，通常比一个健硕的人还要重许多。但是在太空中漫步，由于一切都处于失重状态，即便航天员穿上如此笨重的衣服照样可以轻松地行走。因其技术的高密集度，工艺复杂，目前，研制生产一件舱外航天服的价值达上千万美元。
太空中航天员的生活：科学的食谱
由于人在太空的生活环境，完全不同于地球表面的生活环境，所以在太空的衣食住行与地面也有明显的差异。而所有的不同几乎都来自于同一个原因——失重，航天员在太空的生活其实就是去适应失重。
科学的食谱
现在的航天食物和太空进食方式与地面上差不多，只不过由于失重，航天员可以只用嘴去吃浮在空中的东西，双手可以去干别的。而且为了防止食物产生碎屑，食物都略带粘性，可以粘在盘子中。但是早期的航天活动中，航天员的食品却没有这么好，它们被做成糊状，装在软管中，食用时像挤牙膏一样往嘴里挤。
对于短期和中期飞行，主要采用携带式食品。将食品在地面上制备好带到天上去，携带式航天食品按其在飞行任务中的用途，可分为食谱食品、储备食品和救生食品；按食品加工类型、使用方法和具体用途可分为复水饮料、热稳定食品、干燥食品、压缩干燥食品、中水分食品、调味品和自然型食品。除压缩干燥食品用于救生食品外，其余食品均属食谱食品。航天食品中还包括部分保健食品。
美国航天飞机的典型食谱
A餐B餐C餐
桃猪牛肉混合菜虾
烤牛肉土耳其香肠牛排
炒鸡蛋面包烩肉饭
薄饼可可桔子饮料维生素丸咖啡香蕉杏仁脆饼苹果饮料花椰菜鸡尾
水果布丁葡萄汁饮料冰淇淋
航天食品的包装要求，一是保证在失重情况下使用，二是重量轻体积小。一般有罐装(铝罐或双金属罐)、盒装(复水食品盒)和袋装(复水饮料袋、蒸煮袋、铝塑复合袋等)。
美国航天飞机使用的复水盒采用硅橡胶隔膜来防止加水后漏水，使加水操作更为方便可靠。苏联/俄罗斯使用的复水食品包装是软塑料袋，加工比较简单。美国航天飞机还使用复水软料袋，它的加水原理与复水食品盒相同。救生食品可采用软塑料内包装和硬塑料外包装。救生饮水可采用马口铁罐或塑料瓶包装。
对于长期载人飞行，特别是对于将来的火星探险和在月球上的长期居住，需要解决食品的生物再生技术，以减少食品的携带量和补给量。目前，美、俄各国正在加紧研究食品的生物再生技术。美国国家航天局艾姆斯研究中心为航天飞机研制了一种“色拉机”，它可为航天员提供莴苣、黄瓜、胡萝卜等新鲜色拉蔬菜。苏联也曾在“礼炮”7号空间站上进行种植洋葱、黄瓜、小萝卜等的实验，以供航天员食用。同时美、俄各国也在加紧研究在空间种植小麦、花生、大豆等粮食作物，实现通过生物技术将航天员的代谢废物转变成食物的过程。
美国天空实验室上的第二批乘员洛马斯等人在航天时带去了一些辛辣的调味品，希望借它来增加食欲，当他们在航天中食用这些辛辣的调味品时，觉得失去了原来的味道，大家觉得很奇怪。事后证明，这是人在宇宙中味觉失灵的缘故。
太空中航天员的生活：自由的睡眠
睡眠是人的生命活动中的重要组成部分，它和食物、水一样重要。人不能不睡觉，人在一生中有将近1/3的时间在睡觉，当然人与人之间有差异。宇宙飞行中的人，在没有重力、空间狭小、几个人轮班工作的载人航天器中睡眠，是与地面上不同的，而且十分有趣。
载人航天初期，航天器内空间狭小，航天员睡眠条件很差，只能在座椅上睡觉。为了防止无意中触及开关，睡眠时要把双手束在胸前。座舱内机器设备运转的噪声嘈杂，太空飞行又充满着危险，即使在睡眠中也要提防着意外事故。尤其单独驾驶飞船，更要随时和地面联络。所有这些因素，都使航天员的睡眠受到影响，他们不时被吵醒或惊醒。后来，随着载人航天器的空间增大，睡眠条件有了妀进，航天员可以在睡袋内伸直双腿睡觉了。
在太空睡眠最特殊的是睡觉姿势，这和地面上大不一样。失重时，当身体完全放松后，身体会自然形成一种弓状姿势，大多数航天员认为，在太空中睡眠，身体稍为弯曲成弓状，比完全伸平躺着要舒服得多。手臂可以放在睡袋内，也可伸在外面任其自由飘浮。另外，睡袋如果不固定在舱壁上，当姿态发动机开动时，就可能跟舱壁碰撞。人习惯睡在床铺上，所以在失重时人尽管可以在空中睡眠，可身下没有任何东西支撑，总有一种跌落的感觉。人们还是喜欢将睡袋贴着舱壁睡觉，像睡在床上一样，有一种安全感。这种睡眠方式，后背可以伸直，有利于预防腰痛和背痛。
在失重时，反正分不清上和下，站着躺着睡都一样，所以航天员可以靠着天花板睡，或者笔直地站着靠墙壁睡，这些都是可以的。因此航天员有的愿意在驾驶座椅上打盹，有的在睡袋里休息，或者躲在两层夹板中间空格子里睡觉，当他们在下铺睡眠的时候，总感觉到与在床底下睡一样。
睡袋，也可以称为睡眠限制器，它可以防止航天员在睡眠中自由飘浮。在失重时如果不用睡袋或不把睡袋固定在舱壁上，人体自由地睡下，说不定当你熟睡正在做梦时飘浮起来，就真正成为梦游神了。其实太空中睡眠是不需要床板的。
每次睡眠有45分钟的床铺准备时间，上床前先把靴子和外衣脱下，放在各自的衣柜里。钻进睡袋后，把前面的长拉链从脚处拉到胸部，然后系好固定的安全带。水平床有活动板条，垂直床有一织物窗帘相隔。7名乘员同时睡眠时，另外3人可用睡袋站着在衣柜里睡，或在贮藏室的柜子里睡。飞船中的仪器设备运行时，总产生一些噪声，如果你想清静，可以带上面罩和耳罩。7人中一定要有一人带上耳机值班，以接收来自地面的呼唤和警报。
欧洲航天局正在设计一种新型睡袋，这种睡袋的外面附有一些管道，当管道充气时，睡袋便被拉紧，向人施加一定的压力，使人像在地面上睡眠一样舒适，而且还可以消除飘然下落的感觉。
太空中航天员的生活：个人卫生
在宇宙中航行的航天员和地球上的人一样，都需要有个人清洁卫生的处理。失重条件下处理清洁卫生及废物非常复杂，需要有特殊的设施和技巧。
失重时刷牙，牙膏泡沫很容易飘浮起来，水珠在舱内飞飘，会影响人的健康和仪器正常运转。航天员只能采用比较简单的方式来刷牙。
美国采用的是一种特制的橡皮糖，让航天员充分咀嚼以代替刷牙，达到清洁牙齿的目的。苏联/俄罗斯航天员则用手指裹着毛巾在口腔中清洁牙齿。航天员洗脸，其实是取一块浸泡有清洁护理液的湿毛巾擦洗面部。随后，把毛巾铺在按摩刷上用来梳理头发。
航天员还需要洗澡。苏联/俄罗斯长期载人空间站上，就配备有航天工程技术人员设计制作的航天浴室设施。
洗澡前，先把废水回收净化装置中的净化吸附剂配好，准备用来回收和净化洗浴时的污水，然后清理给水管道抽水装置和过滤净化装置，并将卷在顶棚上的尼龙罩放下，直到底框并固定好，形成一个连接天棚地板的圆桶，就好像一个完全透明的大玻璃缸。启动电加热器，把水箱中的水加热到合适温度，这时人可脱去衣服进入浴室，圆筒底下有一双固定的拖鞋，人穿上它后就不会飘浮起来。在打开水龙头之前，应先将呼吸器戴好，呼吸器同一条通到外面的软管相连接，航天员可呼吸舱内空气。避免洗浴时的空气、水气混合物吸入呼吸道发生危险。航天员洗澡时，还要将耳朵塞起来，带上护目镜，就像潜水员一样。一切准备好之后，就可打开水龙头，一阵阵细细的水流喷在身上，形成一层夹着无数气泡的水膜，必须用毛巾或吸水刷将水吸走。失重时水不会自动流出，水箱中有气加压，水就会源源不断地流出来。浴室的底框上安有一个水管子，由抽水泵通过管口将用过的水、空气混合物抽到废水处理系统进行净化处理后再利用。
飞船上航天员大小便的处理也有其相当的科学性。尿盆是特制的，抽水马桶同一个塑料套相连接，大便后快速关闭橡皮阀，大便通过气流落入透气的大便收集袋里，然后用密封袋密封投入便桶，便桶装满后会自动弹出舱外。
太空中航天员的生活：必要的锻炼
航天员在航天中，特别是长期的航天中，用宝贵的时间进行体育锻炼，已经被航天医学科学家门认为是必不可少的，必须坚持的。在失重环境中，人体重力消失，产生力量的肌肉和骨架失去用武之地，根据用进废退的规律，肌肉会逐渐萎缩，体重减轻，食物中的钙、磷、镁因骨质对其需求减少而从尿液中流失，骨质中的钙也会逐渐丧失，回到重力环境后容易骨折。对抗这些太空病症最有效的办法是加强体育锻炼，但太空体育锻炼受到场地狭小和失重的限制，球类、游泳、滑雪、越野、爬山和划船等无法进行，玩铅球、单双杠、举重和哑铃等不费吹灰之力，达不到锻炼的目的。
目前，一两天的短期航天，只能做徒手体操进行锻炼。长期航天的空间站内，都设有专为航天员体育锻炼的“小型体育场”，设置了一些特殊的航天锻炼器材供航天员使用。这些器具有自行车功量计、微型跑道、弹射拉力器等。因为弹簧的弹力与重力无关，在失重环境中拉弹簧拉力器仍然需要相同的力量。在脚上绑弹力带，也会使在微型跑道上跑步和踩自行车功量计时需要付出力量，可以达到锻炼的目的。还有一种准体育器材，就是负压裤子。它是密封的，穿上后抽成真空，造成下身负压，以对抗失重环境中体液的上涌，使血液流向下身，避免下身病变。
太空中航天员的生活：随意漂浮
对人在失重时的飘浮，航天员们是感兴趣的。一开始有些不适应，行动起来感到困难和不方便。姿势反射，体位平衡都不像在地面上那样协调。坐立不稳，摇摇晃晃，稍一抬背就有可能来个在翻身，弯腰时又可能翻筋斗，所以一切动作都得缓慢从事。但经过短时间的适应，航天员都能行动自如，有的人觉得更方便：“失重时的行动非常有趣，不必想像玩什么杂技动作，只要四下里飘来飘去就够有意思的了。”有人说：“我觉得失重使人有舒服感，行动自如得很，正因为没有上下左右这分，我可以头朝下工作，当然这在地面上是不舒服的，难以做到的。”
几乎所有的航天员，都愿意在失重下进行自由飘浮的尝试，觉得是身体放松的好机会，特别有意思。他们曾试着将身体悬浮在空间，用双臂向前划，结果不像在水中那样前进，而是一动也没动。向上也是如此。这是因为身体没有接触外界物体，没有反推力，所以人不会动。如果以身体为轴旋转，是可以转运90?或180?，这是身体肌肉收缩力在起作用。还可以根据手臂、腿、躯体的用力程度来决定躯体的转动速度。一位航天员说：“我仰卧在空中，用双脚一会前蹬，一会后蹬，身体没有动，但是只要用脚像游泳那样打水，身体就会转动起来而且还会自由地翻筋头，无论是前滚翻后滚翻都很容易。如用一只手挥动，产生的能量足以使身体转动，如果双手像风车那样转动，也可以使身体随着转动，手停下来身体也会停下来。”
在失重时，人的行动一般要靠外力推动，地面上常用的那种步行方法完全不适用了。一段距离，在地面上可以估计要走几步，迈大步还是小步都很清楚，在失重时这种几步和步行的概念却没有了。人在飘浮中根本迈不开步，更不会有步伐大小的概念。但是人适应失重后，行动还是很方便的，只要轻轻地支撑一下外界物体，产生反推力，就可以到达目的地。在地面上要打开地板盖，只要弯腰去掀就是了。失重时千万不能弯腰掀地板盖，因为弯腰时人会不停地翻筋头。拉地板盖时可以头朝下倒立在地板上，然后用手拧开固定地板盖的反向弹簧，地板盖即可打开。
物体在失重下变得非常轻，而且也会行动自如，甚至自动地走到(飘到)它应该去的地方。美籍华人航天员王赣骏博士曾有过这种体会。他说：“在航天飞机上做实验，使用一种在地面上足有400千克的仪器，在地面上对这一仪器后部换零件时每次都需要两个力气大的人抬起来，而在失重时，我用一只脚把这一仪器勾住，就可以自由地换零件了。失重时人的力气大得很，干什么都很方便，前面有物体挡住你的路，在地球上当然只好绕着走，在失重时好办得很，从上面飞过去就是了。要用安在天棚上的仪器时，在地球上需用梯子上去，失重时飞上去就可以。在失重环境中做试验，还有不受场地限制的好处，在地面上作试验，只能用地面上的一块面积，无形中使实验面积增大了好多，虽然航天飞机中的空间有限，但我可以寻找一个空地方做实验，并不影响别人。失重时做实验也有麻烦事，就是写东西没有地球上方便，不习惯，用力不均匀。接触本子写，开始时人还会转来转去的。经过自己体会，慢慢地把本子放在中间一点也就好了。”
航天器在航天中，常常会发生故障，需要航天员去修理，这是航天员的重要工作之一。在失重下干修理工作，是一件很不简单的事。钉一个钉子，在地面是极为平常的事，失重时钉一个钉子就很复杂。当你钉钉子时，也会出现越是使劲反作用力越大的现象。失重下的操作技艺是全新的，工具也是不一样的，而且航天员如果在舱外工作，还必须穿上笨重的航天服和戴着加压手套。航天用的加工工具都是专门研制生产的，比较灵活轻便，每一件工具尽可能地使它具有多种功能。锤子是空心的，用手紧握住锤柄打在钢板上，锤子就会像被磁铁吸住一样，贴在钢板上，锤子空心内装的钢砂抵消了反作用力，失重时使用这种锤子和地面上使用普通锤子一样。电焊铬铁制造得像圆珠笔似的，只是有电线拖在后面。钳子一般要固定在航天服上，免得飘浮。铆钉扳手像手枪一样能牢牢地扣住螺栓。电传动器是一种变了形的工具，它转动时既没有反作用力，也不会发生振动。传动器上还可安装不同用途的工具，用以锯断金属，切断钢丝，除去旧螺钉等。失重时工作要特别注意拆卸下的螺钉，锯钢时掉落的碎屑，不能随意乱扔，要用专门装置收集起来，因为这些物件飘浮起来是非常危险的。苏联礼炮号航天站航行时，有一次，舱内飘浮着一些铁屑，飞进了一个航天员眼中，幸好另一位航天员很快帮他将铁屑从眼中清洗出，避免了一次眼伤。航天员在舱外活动中，还应避免接触锐利的东西，特别是的刀子等，以免刺破航天服，发生危险。
冒险的事业
“如果我们死了，我们想让人们接受这一事实。我们所进行的是一个冒险的事业，我们希望，如果我们发生了意外，这一计划将不会因此而延误。”
——阿波罗1号地面试验事故中丧生的航天员维吉尔·I·格里索姆
融汇了现代尖端科技的载人航天活动，同时也是一项充满风险与挑战的事业。无论计划有多么好，太空飞行永远是极其危险的活动。
据官方统计，迄今为止共有22名航天员在载人航天事故中牺牲，其中美国17人其中3人是在“阿波罗”1号飞船地面试验中死亡，苏联5人。另外还有由于飞机飞行事故死亡的航天员18名，其中美国11名，苏联7名。多数死于歼击机飞行事故，尤里?加加林就是在一次飞机飞行训练时发生事故遇难的。
全球致命航天事故
时间 死亡人数 事件
1961年3月23日1被确定为苏联第一个首航太空的航天员邦达连科在充满纯氧的舱室里进行紧张的训练，休息时，他用酒精棉球擦完身上固定过传感器的部位后，随手将它扔到了一块电极板上，结果舱内燃起大火，他被严重烧伤，10个小时后死亡，成为人类载人航天活动中第一个遇难的航天员。
1967年1月27日3美国阿波罗1号飞船在佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心模拟发射时失败，航天员维吉尔·I·格里索姆、爱德华·H·怀特和罗杰·B·沙菲丧生
1967年4月24日1苏联航天员弗拉基米尔·科马罗夫驾驶的联盟号飞船返回地面时减压伞未能打开，飞船坠毁，航天员丧生
1971年6月29日3在太空完成24天轨道试验的苏联航天员格奥尔基·科马罗夫、弗拉基米尔·沃尔科夫和维克托·帕沙耶夫返回地面，与预定降落时间还有30分钟时因减压操作失误而丧生
1986年1月28日7美国挑战者号航天飞机在升空73秒后爆炸，7名航天员全部丧生，其中包括中学女教师克丽斯塔·麦考利
2003年2月1日7哥伦比亚号航天飞机在原定降落时间16分钟前与地面控制中心失去联络，继而在得克萨斯州中部上空解体，7名航天员无一生还
2003年美国哥伦比亚号航天飞机的失事更是震惊了全世界。这是世界航天事业的重大损失，此次灾难，使“是否继续进行载人航天飞行”重新成为人们争论的话题。其实这个话题是与航天事业本身一样“古老”的问题。自从有了航天探索，有关载人还是装载机器人上太空的讨论就从未停止过。面对如此严酷的航天飞行环境，极大的飞行风险，复杂的航天员保障系统以及昂贵的航天员培养，我们真的需要将人送上太空吗？而且当今机器人制造技术日趋完善，无人驾驶飞机已投入使用，自动化技术水平不断提高。是否应该用机器人代替人类的航天员呢？
实际上，根据美国、俄罗斯等国近40年载人航天的实践证明，任何自动化系统都无法替代人的作用。人的眼、耳、鼻、脑、手对飞船内外各种信息的收集、分析、判断和处理具有很高的灵活性和随机应变能力。人和自动化系统结合后，能发挥更大的效能。尽管进入太空风险多多，但载人飞行是探索太空的需要，人类只有进入太空，才能对太空进行真正的了解。
中国航天事业回顾：导弹系列（图）
中国的航天事业经过短短几十年艰苦卓绝的奋斗，取得了一定的成就，在卫星和运载火箭方面已经获得相当的技术和经验。虽然中国还处于发展中国家之列，但在航天领域中从综合能力来讲，仅仅排在美国、俄罗斯之后居第三位。可应该看到中国与美俄的差距还是有很大的差距，尤其在载人航天方面。1999年神舟1号飞船的成功发射，正式揭开了中国在载人航天技术方面的探索历程。中国的航天系统正在一步步走向完整与严密，中国的载人航天工程正在腾飞。
中国航天事业回顾
载人航天的成功不是空中楼阁，必须要有雄厚的航天技术和经验基础。今天，中国已经开始发展载人计划，这说明经过几十年的奋斗，在一大批杰出专家、技术人员的努力，以及国家的极大重视之下，相应的运载火箭技术、卫星发射返回技术、导弹控制导航技术都达到了一个相当成熟和稳定的阶段，没有这些中国是不可能实现载人航天的。
与其它航天大国相比，中国发展航天技术难度要大得多，可以说是白手起家，没有任何技术基础。1949年建国以前中国没有任何对航天技术的探讨和研究，新中国的成立虽然结束了几十年的战乱情况。但在国际上还没有任何地位，加之当时的国际形势并不乐观，美苏之间的冷战升级，使得中南海内的决策者意识到，要想拥有独立的主权，在国际事务中以一个大国身份出现，必须在军事发展中掌握某种决定性的力量。对当时的情况在聂荣臻的回忆录中曾有过这么一段描述“抗美援朝战争期间，由于我们的武器不如美国，使我们在战场上吃了很多亏”。在这种情况之下中国的航天事业开始了艰难的起步。
导弹系列
中国航天发展的早期，主要是为国防建设研制各类导弹，导弹技术的研发为中国航天技术的整体发展奠定了坚实的基础。导弹的发射、飞行过程实际上就是火箭技术的一部分，特别是弹道导弹，起飞后直接冲出了大气层，在太空飞行的部分如果没有雄厚的航天技术基础是难以实现的。
弹道导弹和巡航导弹
弹道导弹是沿火箭发动机动力上升，按预定弹道飞行，然后沿自由抛物体弹道飞行的导弹。整个弹道可分为主动段和被动段。一般大型的洲际导弹用三级或两级固体火箭发动机来推进。发动机将导弹垂直推上天空，约10秒钟后，发动机控制导弹朝向目标方向飞行。导弹在火箭发动机的推动下，穿越大气层。发动机推进剂燃烧完后，火箭依仗最后一级发动机赋予它的推力靠惯性继续向上爬升，然后按抛物线弹道下滑。进入大气层后的弹头可通过各种导航方式，直到最终精确命中目标。二战末期德国的V-2导弹就是一种弹道式导弹
巡航式导弹依靠喷气发动机的推力和弹翼的气动升力以巡航状态在大气层内飞行。这种像飞机一样飞行的导弹早期被称作飞航式导弹。它可以从地面、空中、水面或水下发射，攻击固定目标或活动目标。其战斗部为普通装药或核装药，即可作战术武器，也可作战略武器。经常听到的战斧式导弹就是美国发展的一种巡航式导弹。
中国政府制定的第一个五年计划于1953年开始，经过5年的努力，初步建立了一系列工业部门，科学技术事业也有了一定的基础。这期间包括火箭专家钱学森在内的大批优秀科学家纷纷从海外回国，也为发展国防尖端技术创造了重要条件。
1955年11月底，刚刚回国的钱学森去东北重工业基地参观，第一站到达哈尔滨军事工程学院。院长陈赓大将见到钱学森问的第一句话就是“中国人搞导弹行不行？”钱学森反问道：“外国人能干的，中国人为什么不能干？”
钱学森像
中国航天之父——钱学森
钱学森(1911～)，中国现代杰出科学家，世界著名火箭专家。因其对中国航天事业所做出的杰出贡献，被誉为“中国航天之父”。
1934年，钱学森在上海交大机械工程系毕业，当年就考取了清华大学公费留学生，并选择了飞机设计专业，到大洋彼岸去实现自己科学救国的理想。1935年赴美至1955年回国，钱学森在美20年，以卓著的研究成果，被他的导师、世界气体力学冯·卡门赞为“美国火箭技术领域最伟大的天才、最出色的火箭专家”。钱学森与F·J·马林纳合作的《远程火箭的评论与初步分析》，奠定了地地导弹和探空火箭的理论基础；他与导师冯·卡门提出的高超音速流动理论，为空气动力学的发展奠定了基础；以他和冯·卡门命名的卡门-钱学森公式被用于高亚音速飞机的气动设计；他还提出了用火箭助推的滑翔机为国际旅客运载火箭的设想和核火箭的设想。钱学森的卓著成就，使他成为举世公认的力学、应用数学和火箭飞行技术的权威；流体力学的开路人之一；空气动力学家；现代航空科学与航天技术的先驱。
新中国成立后，应祖国召唤，被美国政府软禁了五年的钱学森，冲破艰难险阻，于1955年10月8日回到祖国怀抱。从此，将全部心血倾注于新中国的火箭、导弹事业。
回国未及半年，他就提出《建立我国国防航空工业的意见书》，最先为中国火箭和导弹技术的发展提出极为重要的实施方案。之后他协助周恩来、聂荣臻筹备组建了火箭导弹科学技术研究方面的领导机构，又负责规划与组建起中国第一个导弹研究机构——国防第五研究院，并出任院长。此后他长期担任火箭导弹和航天器研制的技术领导工作，以他的丰富知识为中国火箭导弹和航天事业的迅速发展做出了重大贡献。
钱学森用自己的行动，在中国现代科技史上竖起了一座座丰碑。1991年，党和国家授予他英雄模范奖章和“国家杰出贡献科学家”荣誉称号。###同志高度评价钱学森“是一位具有高尚爱国主义精神，坚定不移地为社会主义事业奋斗的战士……是我国爱国知识分子的典范，他的经历体现了当代中国知识分子追求进步的正确道路……”
1956年10月，在聂荣臻的提议下，中国政府建立了第一个火箭导弹研制机构——国防部第五研究院，钱学森出任院长。第五院在进行导弹研制过程中，坚持“自力更生为主，力争外援，并利用资本主义国家已有的科学成果”。最初的几年，通过与苏联政府的接触，中国得到苏联大量的技术支持。1957年10月15日中苏签订了《中苏国防新技术协定》，即有名的10月15日协定。在导弹技术方面协定规定从1957年到1961年底，苏联要向中国提供了几种导弹样品和有关资料、并派遣技术专家、提供导弹研制和发射基地的工程设计等。由于中国导弹事业完全是从头开始的，几乎没有任何工业和技术基础，因此在苏联人看来有限的技术援助对中国火箭、导弹事业的开创和早期发展产生了相当大的促进作用。毛泽东曾半开玩笑地说：“应该给赫鲁晓夫发一个一吨重的大勋章。”但1958年后期，这种情况发生了变化，出于种种原因，中苏两国政府间的关系开始恶化，影响到了两国之间的技术援助，到1960年8月份，苏联撤走了第五院来华援助的所有技术专家。
由于中国导弹的研制一开始就以自力更生为主要方针，因此苏联方面技术援助的中止并未造成根本性的影响。1960年11月，中国依照苏联P-2(V-2的改进型)导弹图纸制造的第一发“1059”近程导弹在西北导弹试验基地发射成功，导弹飞行了550千米，弹头命中目标区。当晚基地举行了庆功会，聂荣臻在会上说：在祖国的地平线上，第一次飞起了中国自己制造的导弹，这是中国军备史上的一个重要转折点。
而后，战略中程导弹被列为中国导弹发展的重点，首先上马的是一个近-中程的过渡型导弹——东风2号。东风2号的研制调试周期较长，大约用了4年时间才趋于完善。但作为实战武器，东风2号尚有许多不足之处。1964年，周恩来指出要提高东风2号的射程，使之成为一个有实战价值的武器。于是，各项指标都更优秀的东风2号甲诞生了。
1966年10月27日，中国成功地进行了东风2号甲和核弹头的两弹结合试验。导弹飞行正常，核弹头在预定的距离精确的命中目标，实现核爆炸，完美的蘑菇云从目标区升起。从此，中国有了自己的实用型导弹核武器。
中国洲际导弹的设计研制经历了很多坎坷，从1966年开始初步论证，但随即开始的一场文化大革命阻碍了中国无数科学技术行业的发展，洲际导弹计划的科研和生产秩序也遭到破坏，研制工作进展缓慢。经过多次试验、多次修改，终于在1980年5月18日进行第一次全程飞行试验，取得了圆满成功。全程飞行试验确定射程在9000千米以上，弹道最大高度达1000千米以上，最大速度可达7千米/秒。试验以由中国本土向太平洋海南纬7o、东经171o为中心，半径千米的圆形海域为范围。这次洲际导弹的命中不仅仅是一个科学试验的成功，它对中国的国防、政治、外交等都具有极其重要的意义，这是不言而喻的。
中国第一颗洲际导弹研制过程全记录
1966初步方案论证，总体方案设计工作进入正规
洲际导弹第一级单管发动机首次通过了250秒全程试车
洲际导弹一级四机并联发动机试车成功
一级发动机单机首次进行了摇摆试车成功
1969年底中央提出要加快洲际导弹的研制
洲际导弹遥测弹总装完毕，经测试合格后6月出厂。
中国第1枚洲际导弹在酒泉发射场进行了飞行试验，获得基本成功。
总体设计部根据首次飞行情况，提出了10项修改措施
确定洲际导弹的全程试飞试验项目
中国洲际导弹进行的第一次全程飞行试验取得了圆满成功
1978～1981洲际导弹进行39次飞行试验，全面考核了导弹的设计和性能
中国整个导弹计划的发展，为航天运载火箭的发展奠定了坚实的基础。中国的多种运载火箭都是在此基础上改进而来的。而且在发展导弹的过程中，还发展了多种空间微小发送机，并使固体火箭技术逐渐成熟，同样为中国航天运载器和航天器的研制做出了巨大贡献。
中国航天事业回顾：运载火箭系列
作为一个必然的发展趋势，中国在导弹研制方面所取得的进展，推动了中国航天事业的起步。1958年，中国第一个运载火箭发射场开始兴建。1964年，中国第一枚载有小白鼠的生物火箭在安徽发射，进入了70千米高空，使中国的空间科学探测迈出了第一步。1965年后，鉴于中程导弹、各种探空火箭、固体火箭的研制和发射试验都取得了较大的进展，获得了必要的技术储备，中国一方面研制远程导弹，另一方面开始着手为发射人造卫星研制运载火箭。从此出现了长征系列运载火箭。
与远程导弹相比，运载火箭有两项新的要求：一是要能飞出稠密大气层，二是必须达到千米／秒的第一宇宙速度，也就是能在近地轨道绕地球作圆周运动的速度。中国长征系列运载火箭的第一种型号是长征1号，为三级火箭。它的第一级、第二级是在中远程导弹基础上稍加改进而来，采取这种措施不仅运载能力可以满足要求，成功的把握性大，而且可以保证进度，节省经费。长征1号的第三级是当时新研制的固体发动机，这种发动机能在600千米高空实现点火。
1970年4月24日，长征1号运载火箭首次发射成功，将中国的第一颗人造卫星东方红1号送入轨道。长征1号运载火箭研制成功和东方红1号卫星发射成功具有极其重要的意义，它标志着中国跨入了航天时代，同时也是中国拥有洲际核打击能力的公开宣言。
长征2号是以远程导弹东风5号为基础发展起来的，1975年，它成功地将中国第一颗返回式遥感卫星送入轨道。根据发射卫星的需要，70年代末又对长征2号进行改进，研制成功了著名的长征2号丙火箭，它的运载能力提高到吨。长2丙火箭可靠性很高，80年代进行了近10次发射均取得了成功。长征2号火箭的新型号长2丁，运载能力达到吨，是中国二级火箭中运载能力最大的一种。
70年代后期，中国航天技术已取得了举世瞩目的成就，但比照美、苏还有很大的差距，特别在卫星应用方面。1977年，中国在制定航天规划时，把通信卫星工程列为航天三大工程之一。为此中国发展了长征3号和长征4号火箭用来发射人造卫星。长征3号运载火箭是在长征2号火箭基础上研制的，第三级采用了低温高能的液氢液氧发动机，1984年4月8日，它成功地将东方红2号通信卫星送入了地球同步轨道，中国从此成为世界上少数几个能够发射地球同步卫星的国家。长征4号是全部采用常规液体推进剂的三级大型运载火箭，1988年9月7日，中国第一代气象卫星风云1号坐着长征4号，成功进入轨道。
1990年7月，一种新型大推力的长征2号捆绑火箭首飞告捷。它是一种采用捆绑技术的两级火箭，第一级在芯级周围捆绑4个液体助推火箭，第二级为一个芯级火箭。这枚火箭成功地为澳大利亚发射了两颗通信卫星，这标志着中国运载火箭技术攀登上一个新的高峰。
1994年2月8日，中国目前高轨道能力最大的运载火箭长征三号甲火箭首飞成功，把实践4号科学探测卫星和夸父1号模拟星送上了地球同步转移轨道。
随着2003年北斗一号导航试验卫星的发射升空，长征系列运载火箭至今已进行了第70次发射，发射成功率达到了90%，总体技术性能已经达到了国际一流水平，可以满足从小到大、从低轨到高轨道各种卫星发射的需要，甚至还能进行载人飞船及小型空间站的发射，充分展示了中国长征运载火箭的高可靠性。自1970年首次将东方红一号卫星送入太空以来，长征运载火箭共把52颗不同类型的国产卫星、27颗国外制造的卫星和4艘“神舟”号飞船送入了太空。
长征系列火箭主要型号基本参数列表
火箭名称全长起飞重量1起飞推力2首发时间
长征1号米吨104吨1970
长征2号32米190吨280吨1974
长征1号丁28米80吨112吨1975
长征2号丙35米191吨284吨1975
长征3号米202吨284吨1984
长征4号米249吨300吨1988
长征2号捆50米461吨600吨1990
长征3号甲52米240吨300吨1994
长征3号乙米426吨600吨1995
1.火箭起飞时所承载的总重量。2.火箭为克服自身重力，并为产生起飞所需加速度，所施加的推力。
中国火箭腾飞之地
1988年9月7日，由于长征4号运载火箭首飞成功，太原卫星发射中心初露锋芒。这座最新披露的发射基地隶属于中国卫星发射测控系统部，于一九六七年一月建成投入使用，坐落在山西省西北部的塞上高原，发射阵地群山环抱，地势高峻，海拔一千五百米左右，有独特的地理条件，适宜发射太阳同步轨道卫星，能满足多射向，多轨道，远射程的卫星发射需要。发射中心内拥有配套完善、性能可靠的发射测试设施，拥有现代化的高精度测量、控制系统及通信、气象保障系统，能够承揽气象、资源、通信等多种型号的中、低轨道卫星的发射任务。该中心迄今共进行了十四次卫星发射，共成功发射二十四颗卫星
这座新兴航天城，与酒泉，西昌两座航天中心一起，形成了中国火箭腾飞之地的崭新格局。(酒泉和西昌卫星发射中心前面已有介绍，参见世界十大发射场)。1999年10月曾有报道中国拟在海南三亚建立一个新的卫星发射中心，如果这个消息属实,那么在中国的版图上我们就可以看到4个亮点。
中国航天事业回顾：卫星系列
中国人造卫星研制的设想始于1958年，在1965年召开的第一颗人造卫星方案论证会上，研制计划正式纳入正轨。中国第一颗人造卫星东方红1号为球形多面体、直径1米，四周装有4根杆状天线。卫星总重173千克，包括结构、温控、能源、东方红乐曲播放装置、姿态测量等分系统。1970年4月24日长征1号运载火箭将东方红1号卫星发射升空。卫星进入近地轨道，其轨道倾角为，运行周期为114分钟。
继东方红1号之后，由上海航天局研制的实践系列科学卫星纷纷登场。实践1号的外形与东方红1号基本相同，差别在于72面球形多面体上，有28面贴有太阳电池，重约225千克。实践1号在东方红1号的基础上增加了太阳能供电系统、能自主控制工作温度的无源主动温度控制系统、与地面之间传输数据的长期遥测系统，及宇宙线计、X射线计、磁场强度计量等8个空间技术试验及探测项目。1971年3月3日，实践1号科学试验卫星由长征1号火箭发射升空，进入近地轨道。它十分长寿，在轨道上运行了8年多，向地面发回了大量科学探测和试验数据。
中国发射的几种应用卫星，如风云1号气象卫星等，由于对近地空间物理环境认识不够，导致卫星的应用寿命没有达到设计指标。实践4号卫星就是以此为主要使命研制的科学探测卫星。实践4号卫星主体呈圆柱体，直径2米,高米,总重400千克。上面安装的探测仪器大都为了测量近地空间带电粒子环境，研究它们对航天器的影响。它所探测成分包括电子、质子、重离子，涉及到的能量范围非常宽，几乎覆盖了对航天器有影响的全部能量范围。
返回式遥感卫星是中国应用卫星家族中数量最多的一种，它的主要任务是获取地面图像，这些图像在航天遥感、科学实验、国民经济及国防建设等很多方面都发挥了重要的作用。从1975年11月以来，中国共陆续发射两代返回式遥感卫星共17颗，除一颗外，全部回收成功，取得了遥感及微重力研究方面的重大成就。
中国的第一颗实用通信卫星，正式命名为东方红2号。它呈圆柱体，直径米，总高米，重910千克。从1986年4月起，它取代了试验通信卫星进行广播服务，1987年2月开始传输中央人民广播电台15路对外广播节目，后增加到30路，一直工作到1989年7月8日。
同步卫星必须定位在赤道上空
我们想见到的是和地球具有同样转速的人造卫星，在地球上看，它们似乎是不动的。我们知道，人造地球卫星都是绕着地球作圆周运动的，圆周力和第一宇宙速度使这一运动维持下去。卫星所受到的圆周力包括它所受到的全部重力，还有一部分克服卫星因阻力而下坠的阻力，那是较为弱小的。重力全部指向地心，这就确定了卫星所做的圆运动必须是绕地球大圆的。如果不是大圆而是某一小圆，比如绕某一纬线，那重力将被分解为圆周力和一部分垂直卫星轨迹面的力，克服这一部分分力也许需要巨大的能源，也许需要巨大的技术攻关，就目前来看，是得不偿失的。回过头来说为什么非是赤道不可，其实很简单，只有这个大圆才与地球转轴垂直，才能让卫星的运动与地球的转动同步起来。
1988年9月7日，中国第一颗气象卫星风云1号由长征4号火箭发射升空。遥测和信号接收都正常，卫星图像质量之高，得到了世界气象部门的公认。在风云1号的基础上，科技工作者们又自行研制了中国的第一颗静止轨道气象卫星风云2号，于1997年12月1日正式交付用户进行业务使用。
进入90年代，中国的科技工作者继续发扬自力更生的精神，不断对卫星进行改进，加紧新型号研制工作的同时，注重国际间的交流与合作，以及卫星系统在国民经济领域中的直接应用。1999年10月中国-巴西联合研制的“资源一号”卫星发射成功，所接收到的卫星图像资料，广泛应用于农业、林业、水利、矿产、能源、测绘、环保等众多部门。
为了建立中国的北斗导航系统，设计人员研制成功了北斗导航试验卫星1号，于2000年10月12日首次成功发射。北斗卫星综合了传统天文导航定位和地面无线电导航定位的优点，相当于一个设置在太空的无线电导航台，可在任何时间、任何地点为地球上的系统确定其所在的地理经纬度和海拔高度。该卫星已经成功的发射了3枚，将为公路交通、铁路运输、海上作业等领域提供导航定位服务。
2002年5月15日，海洋1号连同1枚风云1号卫星由长征4号乙送入轨道，海洋1号是中国第一颗从试验阶段转入实际应用的小型卫星，它主要从太空中对海洋进行探测，促进海洋资源的开发和利用。
截止到2003年上半年，中国已研制并发射了51颗各类人造卫星，科技人员对卫星不断的改进和完善，将使太空中的卫星更好的为我们服务。
载人航天的到来：放眼载人航天
可上九天揽月，可下五洋捉鳖，谈笑凯歌还。
——《水调歌头·重上井冈山》毛泽东
毛泽东的诗词中所表述的情景，自古就是中国人的梦想。尽管苏联首次进入了太空、美国率先登上了月球，但最初进行载人活动的人，却有可能追溯到中国的明朝(公元1500年左右)，据说当时中国的一位官员万户一心想飞天，于是他两手各持一个大风筝作为翅膀，把自己绑缚在一把特制的座椅上，座椅后装有47支当时最大的火箭，试图借助火箭的推力和风筝的升力来实现“升空”的理想，但是结果是可想而知的，天上没去成，人却与火箭一起灰飞烟灭……但万户的梦想却扎根于中国人的心中。
放眼载人航天
在中国政府的关心以及科技工作者的努力下，中国的航天事业取得巨大的成绩。大推力运载火箭的研制成功、航天器返回再入等问题的解决，使得中国已经具备了载人航天的基本条件。如今，美国和俄罗斯已经把数百名航天员送上了天，在太空活动的范围甚至伸到了太阳系之外。这是对中国人以及所有科技工作者的巨大激励与唤醒，于是我们开始考虑载人航天的可行性。
载人航天不同于其它的航天活动，对于载人航天的意义和必要性国内外都曾进行过广泛的讨论。从经济效益上讲，创造最大经济效益的航天活动是各类不载人的应用卫星，其中通信卫星位居第一，地球资源卫星位居第二。而在资金的投入上，载人计划的实施远远超过了应用卫星，不论美国还是俄罗斯的载人航天所获得经济效益都小的可怜。
那么中国发展载人航天还有没有必要？从社会发展的角度看，载人航天是人类的生产力、科学技术发展到一定阶段的必然产物，它体现了人类的智慧和创造精神。开拓新的活动天地是人类的天性，冲破地球的生存局限并不是天方夜谭，日益紧张的地球资源、外太空的无尽诱惑，无不让人们梦想冲出大气层。
发展载人航天可以提高国家声望，从而增强民族自尊心、自信心和自豪感，增强民族凝聚力。从苏联初期载人航天所取得的政治影响来看，发展载人航天不失为增强国际地位的一个途径。
可国家声望和地位是建立在综合国力上的，经济、军事、政治、科技实力一样都不能弱。载人航天不会直接带来巨大的经济效益，但载人航天技术是高度综合性的技术，它是各学科最新成果的综合利用，它的实现有赖于经济与科技水平，只有技术发展到一定水平才有可能实现载人航天，因此载人航天的实现从侧面体现了一个国家的综合国力。载人航天所需要技术和资金的高投入，又能带动许多技术产业的发展和进步，创造就业机会，从而推动经济的整体发展。为促进科学技术的整体发展提供巨大的动力。
同时载人航天取得的技术进步与突破，虽然不能直接应用到国民经济领域中，但可以通过技术转移等多种途径带来巨大的效益，毋庸置疑，载人航天的发展和取得的重大突破可以带动材料技术、控制技术、自动化技术、信息技术、医学、生物技术、环境工程等个基础学科的发展。这又反过来促进了科技、经济的共同发展。开发和利用航天科技成果，已经成为衡量一个国家综合国力和文明程度的重要尺度。可以这样说，中国载人航天事业不是为了航天而航天，而是为了更好的推动经济、科技的发展，更好的服务于国民。
载人航天也是一种军事威慑。从目前的战争发展趋势来看，未来的战争将会是地、海、空、天四位一体的战争，这一点在海湾战争中得到了充分的说明，而天基系统又将成为国防与战争体系的核心。未来的总趋势是，谁先控制了太空，谁就会在未来的战争中占有决定性的优势。当天基军事系统在有人照料的情况下，真正意义上的“天军”也就诞生了。这种“天军”可以不受领土权、领海权和领空权的限制，自由运行在任何国家的疆域之上，这种空前的威慑力是任何地面军事系统无法与之相比的！虽然中国发展载人航天并无此目的，但军事实力是一个国家实力的象征，它并不仅仅是战争与杀戮的代言，它的存在、它的强大是更广大的和平的保证。作为未来战争有可能的发展趋势，我们也需要建立自己的技术储备，这样才不至于出现挨打的局面。
在未来载人航天将成为一种普通的星际交通手段。虽然现在的载人航天技术还相当初步，但是你是否能预见，未来人类将在月球上建造活动基地，在火星上建立移民区，建造大型空间站、太空太阳能电站，开展太空旅游，开发其他星球的物质资源……这些都不再是遥不可及的梦想，到那时载人航天必将进入全面收益的时期。那时，人类的科技、文化、经济、社会面貌都将会发生巨大而深远的变化。
巨大的空间资源
人类开发地球空间资源主要有以下四种：一是高度资源。俗话说“站的高，看得远”，在信息时代，远离地球的高度显得更加重要。在地球卫星的静止轨道上，即35786千米的高度上，观察地球表面的面积可达42%。利用地球近地轨道上的卫星，可以提供通信、气象观测等便利，可谓地面、海洋、空中导航和定位。随着人类科学的发展和进步，对空间高度资源的认识和利用必将进一步扩大。
二是高真空、微重力资源。在离地球100千米外的高空，大气密度和大气压只有地球表面值的1%。高真空的显著特点是高洁净，这位航天器轨道运行提供了理想的条件，更为天文观测、科学研究、材料制造、加工工艺等提供了有利的环境。在几乎没有重力的条件下，人类可以制造出地球上无法制造的材料和制品。对于材料、冶金、制药、高质量晶体和医学研究来说，宇宙空间都是独特的理想领域。
三是太阳能资源。太阳能和氢，被公认为使人类未来最有可能利用的两大能源。太阳内部核反应剧烈，中心区产生巨大的能量流，每秒给地球送达的热能达81万千瓦，相当于现今全世界每秒发电量的数万倍。空间没有大气对太阳光的反射和吸收，能长时间收到几乎没有损失的太阳辐射，为各种空间活动提供源源不断的动力。
四是月球资源。月球有丰富的物质资源，土壤中含有多种矿藏，其中40%的氧和20%的硅，是生产火箭推进剂和太阳能电池的重要材料。月球土壤中还有大量的粉末状金属铁和氢元素。月球表面引力只有地球表面的六分之一，没有大气，十分有利于发射航天器。未来，人类在地球上建立航天发射基地将成为可能。
载人航天的到来：最初的探讨
早在20世纪60年代中国科学家就在跟踪国外的飞船技术，并开始了技术方案的研究。在中国发射了东方红1号卫星后，科学家们就盘算着一鼓作气实现载人登天。科学家们做了许多防热材料和大型试验，甚至连飞船运输车和航天员食品都做了出来。到20世纪70年代初，他们的研究已小有成就，做出了载人飞船的初步方案，并且还做出了一个全尺寸模型，该飞船被称为曙光1号。曙光1号的方案为单人、两舱式载人飞船，以返回式卫星为基础设计而成，计划用当时正在研制的大推力运载火箭发射。
1971年4月，80多家单位、400多名航天专家来到北京京西宾馆，对载人航天进行了深入讨论。这次讨论进行的比较顺利，确定了载人航天发展的“714工程”，中国的科技工作者似乎已经看到了载人航天的曙光。但由于当时中国经济基础相对薄弱，工业制造及相关工艺水平又低，加上“文革”的动荡和天灾人祸，曙光1号最终尘封在一张张的构思草图中。自此，中国暂时停止了对载人航天的探索，把精力和重点放在各种类型的应用卫星方面，这一停就是12年。但这次对载人航天的探索并不是毫无用处，设计人员们后来在返回式卫星的基础上发展了中国的返回式遥感卫星系列。
载人航天的到来：曙光的来临
中国对空间技术研究的步伐是稳健而坚定的。1975年，中国首颗返回式遥感卫星发射成功，三天后平安返回，成为世界上第三个掌握卫星回收技术的国家，这为今后开展载人航天技术的研究打下了坚实的基础。1979年，中国的远望1号航天测量船建成并投入使用，成为世界上第四个拥有远洋航天测量船的国家。进入80年代后，中国的空间技术取得了长足的发展，已经具备了返回式卫星、气象卫星、资源卫星、通信卫星等各种应用卫星的研制和发射能力。可以说，中国发展载人航天的“地基”已足够坚实了。
于是，中国又提出要不要搞载人航天的问题。在国家863计划提出时，就专门成立了一个专家组来从事这项工作的论证。由于载人航天投入大、效益周期比较长、风险也比较大，一般来讲，除了苏美两国外，其它国家载人航天的工作也都不是一个国家来完成。所以中国究竟要不要发展载人航天，一直存在较大的分歧。另一个争论的焦点则在于，中国选择什么方案来突破载人航天技术。是航天飞机，还是宇宙飞船？航天飞机虽然可以反复使用，一劳永逸，但航天飞机的研制投入很大、风险大、技术难度比较大，而且中国目前还没有能力建立空间站，即使研制了航天飞机，其作用也不大，因此发展航天飞机看来是不切实际的。相对来讲，载人飞船在技术上容易突破、研制费用较少、研制周期也较短。从实际情况来说，中国已研制了十几颗返回式卫星，有一定的技术基础，所以选择载人飞船进行技术突破比较好。
1992年，中国政府正式批准了载人航天工程，并命名为“921工程”。其核心就是研制神舟号载人飞船，这个项目由中国空间技术研究院为主研制。政府希望研究机构能保证1998年在载人航天技术上有一个大的突破，1999年争取飞船上天，这个希望简单的说就是“保8争9”。在“921工程”的推动下，中国开始发展了第一个载人飞船神舟号的研制。
国外专家对中国航天计划的推测
“921工程”的整个研制过程处于高度保密的状态，但西方航天专家在研究了“921工程”后对中国的航天计划做出了估计，下面的内容主要出自于国外媒体对中国航天计划的报道，不代表政府或个人观点???
国外专家分析，“921工程”分布三步，第一步即目前正在进行的神州飞船的研制。第二步，是建设中国自己的太空站。2000年世博会上公布的中国空间站计划是，在2005至2010年间用长征2号E和长征2号F运载火箭陆续发射多艘神舟飞船，最后由轨道舱组装成站。然而，随着2001年长征5号运载火箭项目的开展，中国的太空站计划也被进行了巨大的修改。预计将于2008年投入使用的长征5号火箭，具有超前的运载能力，可以大大减少因反复发送而浪费的经费，它使中国建设20多吨重、直径5米的空间实验室成为可能。
第三步，是先进的天地交通系统，也就是航天飞机计划。虽然媒体上很少提起这些似乎遥远的航天工程，但是发展它们的计划是确实存在的。这个步骤预计于2020年左右实现。
在921工程规划了中国载人航天在地球轨道上的一系列“动作”之后，中国科学家开始讨论了更具雄心的登月计划。2000年11月4日，中国科学院曾宣布，中国将要在月球表面建立永久基地，用于采集月球矿藏氦-3(作为地球核电站的燃料)。同年11月13日，新华社发布了关于中国登月计划更加明确的时间表。与其说它是一个在论计划，不如说它更像是个科学幻想，不过它至少说明了21世纪人类探索外太空的大致过程：
1.中国航天员将于2005年登陆月球表面，最初的月球基地开始兴建，它包括压力舱、电动机、月球车辆等。2.月球基地将于2010年完成，人类可以留月数周，进行大量科学实验。
3. 从2015年起，小型永久性月球舱开始建筑。这种建筑将于2020年完全形成自给性月球基地生活。它将成为太阳生态网络的桥头堡，太阳能将通过微波的形式，被传送至地球，节约了天然气资源。月球天然的真空资源还可以被利用来研究和生产新型材料回馈地球。……
载人航天的到来：神舟飞船
在以中国空间技术研究院为主的各研究机构的努力下，1999年中国的第一艘载人飞船研制成功，并于当年发射成功。虽然中国对载人飞船的研究比美、俄起步要晚，但也正因为有了美、俄两国发展载人航天的经验，使得中国的设计人员在设计的过程中可以对飞船有一个更好地把握。神舟飞船的研制过程中，大量的借鉴了世界上最成功的飞船型号，即前面介绍过的联盟号的很多技术。最主要的就是飞船的布局，采用了与联盟号相同的轨道舱、返回舱和服务舱的三段式格局，从外形上看与1962年的联盟A极其相似。另外在轨道舱的前端增加了一个附加段，这种“三舱一段”的结构充分的结合了中国发展载人计划的实际情况。可以说整个神舟飞船的研制，既是为了实现载人航天，也为中国下一步航天计划的实现奠定了基础。
中国空间技术研究院
60年代，中国政府为加强航天技术的研制力量，对航天科研各部门进行了一系列调整。1967年6月27日中央军委批准国防科委组建空间技术研究院。1968年2月20日，中国空间技术研究院(Chinese Academy of Space Technology，CAST)正式成立，钱学森兼任院长。空间技术研究院初期列入部队编制，后几经变动，1973年7月24日，国务院、中央军委决定，空间技术研究院脱离军队编制，划归七机部，即第七机械工业部第五研究院。
七机部前身即国防部第五研究院，1982年改为航天工业部，后与航空部合并为航空航天部，1993年，航空航天部撤销，分别组建航空工业总公司和航天工业总公司。1999年6月，航天工业总公司改组为航天科技集团公司和航天机电集团公司。航天科技集团公司下属有包括中国空间技术研究院的5大研究院和2个大型科研生产基地。
中国空间技术研究院几乎承担所有中国的卫星系列的研制开发任务。1992年该研究院又负责了神舟飞船的研制工作。中国空间技术研究院已成为中国空间技术研究的先锋。
轨道舱的设计上，设计人员除了考虑使它具有生活工作的作用，还具有留轨试验的功能。轨道舱在飞船返回时与返回舱分离后，并不是自由坠入大气层，任其烧毁，而是继续留在轨道上数个月，成为了一个小型的空间站。这样它可以继续进行空间科学探测和技术试验，同时又能作为与未来空间交会对接的一个飞行器。
轨道舱的外形为圆柱形的。为了使轨道舱在独自飞行的阶段可以获得电力，轨道舱的两侧安装了太阳电池翼，每块太阳翼除去三角部分面积为×米，轨道舱自由飞行时，可以由它提供千瓦以上的电力。轨道舱尾部有4组小的推进发动机，每组4个，为飞船提供辅助推力和轨道舱分离后继续保持轨道运动的能力；轨道舱一侧靠近返回舱部分有一个圆形的舱门，为航天员进出轨道舱提供了通道；舱门的上面有轨道舱的观察窗。
轨道舱还有一些其它设施，但从官方公布的资料中还不能知道其具体作用。西方的报道对这些装置进行过推测。如轨道舱顶部安装的复杂的装置，也就是附加段，包括一个半环型装置，据推测是用来安装方形的仪器装置。而三个相互垂直并可伸出的米的探针不知是什么用途。可能是导航系统的一部分或对接系统的一部分。因为美国的阿波罗飞船上曾有类似的装置用来进行对接。神舟飞船轨道舱前端可能装有俄罗斯式的对接系统。但这些装置可能只是一种试验型，在将来执行与太空站对接的任务时肯定会被新型对接系统所替换。神舟飞船与联盟飞船的轨道舱尺寸神舟长米直径米联盟长米直径米
飞船中部的返回舱采用了与联盟号一样的钟形。但比联盟号的返回舱大13%。神州号返回舱着陆时先放出一个引导伞，引导伞工作16秒后，返回舱的下降速度由180米/秒减至80米/秒，然后由引导伞拉出一具减速伞，再由减速伞带出主伞。主伞先开一个小口，然后满满地全部撑开，这使返回舱的下降速度可由80米/秒减到40米/秒，再减至15米/秒。当飞船距地面1米高时，废船底部的一个高度探测仪会及时发出信号，飞船上的缓冲发动机点火，给飞船一个向上抬的力，飞船的落地速度便减到了1～2米／秒，实现软着陆。飞船着陆后伞上的切割器会及时切断伞绳，保证返回舱不被因风吹张满的降落伞拖走。
神舟号飞船上的降落伞是世界上最大的，足有1200平方米，从伞顶拎起，加上伞绳，整个降落伞几乎80米长。降落伞用特殊的纺织材料制成，薄如蝉翼却非常结实。它的缝制也很特别，由1900多块小布像鱼鳞一样连接而成，每块布的四边都有横竖两个方向的加强型编织袋缝牢，使它能抗住剧烈的撕扯力。做伞的布料还经过防灼处理，可以耐住400摄氏度的高温。整个伞铺在地上有小半个足球场大小，可叠起来却只有一个小提包大，重量仅有90多公斤。伞绳的材料也不可小看，它的直径只有毫米、比鞋带还细，可是一根细绳就能承重300千克！神舟飞船返回舱3吨多重，近百根伞绳拉住它是不成问题的。
据推测底部的缓冲发动机数目有可能与联盟号不同。头两艘神州飞船只能载三人，而不是发射前预计的4人。在靠近返回舱尾部的地方，有4组反作用力发动机，每组2个，非常靠近飞船重心的位置，加上其在飞船每边两对，喷口方向相反的布局，决定了这4组发动机基本上只能提供飞船旋转和水平或垂直的机动能力，这种设计在双子星飞船曾经使用过。
外电曾有报道说俄罗斯给中国提供过一个返回舱。并有报道说中国将用仿造的联盟号返回舱作为过渡，以后再用自行研制的4人的返回舱。后者符合最初的设计概念，并与火箭扩大直径后的整流罩尺寸相配。
神舟飞船与联盟飞船的返回舱尺寸
神舟长0米直径米(不包括防热层)
联盟长米直径米
神舟号的设备舱两侧各有一对太阳翼，除去三角部分，太阳翼的面积为×米。与前面轨道舱的电池翼加起来，产生的电力将三倍于联盟号，平均千瓦以上，差不多相当于富康AX新浪潮汽车的电源所提供功率。这几块电池翼除了所提供的电力增大之外，与联盟号最大的区别在于，它可以绕连接点转动，这样不管飞船怎样运动，它始终可以保持最佳方向获得最大电力，免去了“翘向太阳”所要进行的大量机动，这样可以在保证太阳电池阵对日定向的同时进行飞船对地的不间断观测。设备舱散热套上的螺纹与早期的联盟7K-OK设计相同。
神舟飞船与联盟飞船的设备舱尺寸
神舟长米直径0米底部直径0米
联盟长米直径米底部直径米
设备舱的尾部是飞船的推进系统。主推进系统由4个大型主发动机组成，它们在推进舱的底部正中。在推进舱侧裙(图中蓝色部分)内四周又分别布置了4对纠正姿态用的小推进器，说它们小是和主推进器比，与其他辅助推进器比它们可大很多。另外推进舱侧裙外还有辅助用的小型推进器。
从现在的资料来看神舟飞船使用了国外很多已经成熟的技术。在中国的航天发展史上，这种套用的例子不少，但这并不是什么抄袭，而仅仅是一种对先前设计的肯定和尊重，在此基础上再不停的钻研创新。这样不但可以缩短产品开发的周期，加快我们的技术进步，更重要的是，在航天产品的研制和实验中可以尽量的保证产品和人员的安全。
载人航天的到来：钢铁的炼成
我们已经知道航天员的选拔和训练是非常严格的，那么中国第一批航天员，是怎样进行选拔和训练的？随着神舟4号飞船的成功发射，中国航天史上的第一次载人飞行已指日可待，人们越来越想了解中国航天员的“身世”。
什么样的人才能当上中国第一批航天员？同美国和苏联初期挑选航天员一样，中国的航天员很有可能也是从战斗机飞行员中挑选出来的，从各方得来的消息似乎已经证实了这种推测。事实上中国早在曙光计划的实施中，已经开始考虑航天员选拔和训练。根据国外网站的资料，在1971到1972中国从空军中选拔了几名飞行员组成了中国的第一支航天员训练小组。
1979年，上海《文汇报》曾刊登过一幅中国航天员的照片，不久，另一份上海出版的杂志《科学画报》也发表了更为详尽的中国训练航天员的照片，向外界展示了模拟训练舱，航天服甚至太空食品。在当时引起了一阵骚动，人们开始猜测中国的载人航天已经开始启动。但不久各种传言也就消失了。
进入90年代，中国和俄罗斯恢复正常关系以后，两国间的空间技术合作大大加强。1996年4月25日，俄罗斯航天局与中国签署了中俄空间技术合作协议。虽然协议具体内容没有对外透露，但曾有报道说1996年11月中国派出过两人到俄罗斯接受航天训练，外界推测这有可能是该协议的一部分内容。
现在，中国已经透露为神舟飞船所挑选的首批航天员由14人组成，他们都是经过了严格的体能和心理测试才挑选出来的。这些航天员年龄都在30岁以下，他们的身高在米，体重65千克上下。航天员的训练主要分为三个阶段：第一阶段是基础理论培训。在这一阶段，航天员要学习火箭和飞船的设计原理、飞行动力学、气象学、天文学、通信、设备检测、航天医学知识等等。第二阶段是专业技能训练。航天员要熟悉飞船的结构、组成，飞船各系统的工作原理和模式，甚至要掌握重要部组件和单机的情况。第三阶段是飞行程序和任务训练。航天员们要在与真实飞船相同的训练模拟器上，通过实景仿真，掌握和知道应该注意观察什么，什么时候和地面联系。在这一阶段，航天员们还要学会发现和排除紧急情况，以考察和锻炼他们的判断能力和对事物的迅速反应能力。
这三个阶段的学习一般需要3至5年的时间，“准航天员们”相当于又度过了一个本科。在训练中，他们还要奔赴沙漠、寒区、雨林、海上，配合搜救部队进行搜救演习。像体能训练、特殊生理功能训练等将一直伴随在三个学习阶段。
神州神舟：神舟首飞（图）
1999年11月20日神州一号飞船在酒泉卫星发射中心发射
由于载人航天有了航天员的参与，保障航天员的生命安全就成为飞行过程中的首要任务。任何飞船在载人上天之前都要经过大量的地面试验和不载人试验，来考察飞船的安全性和可靠性。苏联的第一个载人计划东方号计划在载人飞行前发射的7艘飞船，美国的水星计划在载人前进行的8次飞船实验，都是为了保证航天员登上飞船后的安全。神舟飞船作为中国的第一个载人航天计划，同样要经过这样的过程。
神舟飞船的设计人员在吸取、借鉴国外成功经验的基础上，充分进行了各种地面模拟和太空动物实验，最大限度的使用已掌握的成熟技术，使神舟飞船经过了一道又一道的考验。截止到2003年上半年，中国已经发射了4艘神舟试验飞船，令人鼓舞的是，这4次试验都达到了预期的目的。中国载人航天的实现看来已经不远了。
神舟首飞
神舟1号试验飞船于1999年11月20日凌晨发射，发射基地选在了甘肃酒泉航天发射基地，为了进行载人飞船的发射，在发射场内新建了高达百米的载人发射塔，在发射塔上大型运载火箭和试验飞船第一次露出了雄姿。神舟飞船的火箭是在长征2号捆绑式火箭基础上改进研制的长征2号F运载火箭，火箭顶端安装着神舟1号试验飞船。火箭飞行约10分钟后，神州1号与火箭分离，并准确进入预定轨道。
神舟1号入轨后，分布于中国大陆的地面测控站和身处太平洋、印度洋海域的远洋1号、远洋2号、远洋3号、和远洋4号测量船接力式的对它进行跟踪测量，并把各项测量参数汇总到位于北京的指挥控制中心。地面各观测站在飞船飞行期间，还对飞船内部的生命保障、姿态控制系统进行了充分的测试，结果基本达到了设计要求。在绕地球正常飞行了21小时后，地面指挥中心向飞船发出了姿态调整、轨道舱分离、反推发动机启动等一系列指令。21日凌晨3时，神舟1号顺利完成了返回地球的准备工作，进入返回轨道。再入大气层后，神舟1号按预定指令依次打开引导伞、减速伞和主伞，徐徐下落。在接近地面时，主伞自动抛落，着陆缓冲发动机在距地面仅米高时点火，进一步减速，使飞船平稳安全的落地。着陆点在内蒙古中部地区。
至此，中国载人飞船的首次不载人轨道飞行试验获得圆满成功，这一壮举揭开了中国航天史的新篇章。虽然神舟1号只是一艘试验飞船，很多技术功能还尚未完善，但是她的完美返回对中国、对全世界的震动是巨大的，她打破了美国和前苏联在载人航天领域的垄断地位。中国的载人航天之门从此被叩开了。
中国发射载人飞船为什么在冬天和晚上
航天发射是一项庞大的系统工程，飞船上天后，要由航天测控网对飞船实施测控管理和回收。这个测控网是由多个陆基的国内测控站、国外测控站、和四艘远望号远洋航天测量船组成。在对飞船实施测控的过程中，他们同时分布在太平洋、印度洋和大西洋的预定海域。除了远望1号，其他三艘测量船的任务海域都在纬度相对较高的南半球。那里的海况在南半球的春夏季节要好一些，秋冬季节則极为恶劣，不要说在海上执行测控任务，就是正常航行都难保安全。为此，“神舟”号飞船的发射时机就选择在与南半球相反的秋冬季节。
神舟飞船的发射之所以选择在夜晚而不是白天，是因为在漆黑的夜空中，火箭所喷射的火焰非常显眼和突出。这样便于飞船发射升空时，地面的光学跟踪测量设备易于捕捉到目标。
神州神舟：第二次飞行
神舟2号飞船于2001年1月10日1时零分发射升空后，进入了距地球表面高度近地点为200千米、远地点为340千米的椭圆轨道。按照预定计划，这时要进行变轨，将飞船调整到距地球表面340千米高的圆形轨道上。变轨能否成功，将影响飞船在轨飞行和准确返回预定着陆区。
地处北京燕山脚下的北京航天指挥控制中心内，大型计算机按照技术人员的指令，高效地对各种数据进行综合处理，迅速生成了飞船变轨的实施步骤。当飞船飞行至远地点高度时，地面控制人员下达了变轨的指令。该变轨指令通过相关测控站点的测控设备直接传给了飞船，在信号传输上中国的设计人员采用了一种称为透明传输的技术，由于它的采用，使得指令从发出到飞船接收到时间只花费2秒钟。接到指令后，飞船上的发动机一次点火，在发动机的推力作用下，飞船成功地进入了圆形轨道。
太空飞行的神舟2号飞船，在圆形轨道上飞行了31圈后，由于气流阻力和地球重力等多方面的影响，轨道高度在飞行中逐渐出现衰减。这就需要通过控制飞船上发动机的点火时间和推力，使飞船始终保持在正确的轨道上飞行，即进行轨道维持。
此时在北京航天指挥控制中心的统一指挥和调度下，由陆海基航天测控网实施首次轨道维持。控制飞船飞行轨道，需要精确的轨道计算。地面发送的轨道控制数据差之毫厘，对在太空中飞行的飞船来说，调整后的轨道便有可能相差几十甚至上百公里。西安卫星测控中心首次启用了最新研制建成的测控网网络管理系统，实现了测控资源的最优配置和测控设备的远程监控，大大提高了测控网的可靠性和有效性。12日20时24分，进行轨道保持的控制数据指令向飞船发出。不久，从飞船上传回的数据表明，飞船已接收到指令并成功进行了轨道调整。这种轨道维持，在神州2号飞船的飞行全过程中，要进行多次。
中国的载人航天测控网
中国的载人航天测控网包括北京航天指挥控制中心、西安卫星测控中心、陆地测控站、海上测控船以及连接它们的通信网。中国航天测控网已具备国际联网共享测控资源的能力，测控技术达到了世界先进水平。在神舟2号飞船运行过程中，西安卫星测控中心启用了最新研制建成的测控网网络管理系统，实现了测控资源的优化配置和测控设备的远程监控，大大提高了测控网的可靠性和有效性。
中国不仅拥有长春、厦门、闽西、渭南、南宁、喀什等陆上固定测控站和2个活动测控站，而且拥有远望1号、远望2号、远望3号和远望4号4艘航天测控船。在神舟飞船运行期间，它们分别在太平洋、大西洋和印度洋布阵，执行境外对神舟的测控与通信任务。西安测控中心、各地的测控台站和测控船在北京航天指挥控制中心的指挥调度下，保证了神舟在上升段的测控通信覆盖率达到100%，完成了在轨运行和返回阶段重点弧段的测控通信，为飞行试验的圆满成功立下了汗马功劳。
当神舟2号绕地球第107圈，经过南大西洋上空时，在这里等待的远洋3号测量船会向飞船发出返回指令，16日18时33分，按预定计划，飞船飞临远望3号上空。舰载雷达天线稳稳地跟上了刚从海平面出现的神舟2号飞船。与此同时，船载其它各测量通信设备也按预定方案，准确及时地捕获跟踪目标，获取飞船各种有效数据。通过远望3号的遥控指令，飞船进行了姿态调整、舱体分离，此时从船上的显示屏中可以看到一个亮点，正在向下方运动，这就是分离后的返回舱，他已从飞行姿态转为返回姿态开始返回。
在返回轨道上飞船运行了大约24小时后，飞船进入了距地面80千米的大气层。此时由于返回舱表面与大气层的剧烈摩擦，产生的等离子层，在飞船外围形成了电磁屏障，致使地面与飞船失去联系，但经过严格的轨道计算，技术人员可以估计出飞船的大致降落区域，地面搜寻人员早已等待在内蒙古中部的草原上。返回舱在落地后会发出信号，让搜寻人员确定它的具体落点。此时4架直升机和6辆搜索车会飞快赶向着陆点。
神舟2号是中国第一艘正样无人航天飞船，技术数据表明飞船技术状态与载人飞船基本一致。按预定计划神舟2号在太空完成了一系列空间科学和技术试验任务。首次在飞船上进行了微重力环境下的空间生命科学、空间材料、空间天文和物理等领域的实验，其中包括：进行半导体光电子材料、氧化物晶体、金属合金等多种材料的晶体生长；进行了蛋白质和其他生物大分子的空间晶体生长；开展了植物、动物、水生生物、微生物及离体细胞和细胞组织的空间环境效应实验等。飞船在轨运行期间，各种试验仪器设备性能稳定，工作正常，取得了大量宝贵的飞行试验数据。
至此中国载人航天工程的第二次飞行试验获得了圆满成功。
神州神舟：走近神舟四号（图）
神州四号返回
2002年12月30日零时40分，中国酒泉卫星发射中心又燃喜焰，神舟4号无人飞船在发射升空并成功进入预定轨道。它是迄今对载人技术考核最全面的一艘飞船，与真正的载人飞行的技术状态是完全一致的。
神舟4号飞船返回舱内增加了两个座椅，坐着两个“航天员”。虽然不是真人，但是宇宙航天的工作、生活、医护所需物品，包括睡袋、压力服、太空食品，以及着陆后遇到意外情况所需的匕首、枪支、弹药等救生物品全部配齐。
在前面三个型号的基础上，神舟4号获得了进一步的完善。首先，充分考虑到载人的安全性。神舟4号进一步完善了救生功能，当飞船与火箭末级分离后，为避免运载火箭因燃料未燃完，可能撞击飞船造成灾难，将由飞船发动机自动点火，拉开与运载火箭末级的距离，加速逃逸。
增加了自主应急返回功能，当飞船入轨后，万一碰上陨石、流星、太空垃圾撞伤飞船，或航天员生病，临时决定返回，这时，航天员可直接按下按钮，不需要地面支持，在6小时内返回到应急着陆区。
增加返回酒泉副着陆场功能，当主着陆场因地面风大、气候不适等原因使飞船无法返回时，航天员可选择返回副着陆场。此外，还采取了增加备伞舱防撞气囊，改用长寿命电池，增加舱内灭火器等保险措施。
其次，考虑了航天员在飞船内的舒适性，以及便于操作性，如操作设备可用手持遥控器来遥控，研制配备了飞船内可调节亮度的照明灯，增加了着陆通风功能，增加了舱门快速检漏。飞船的所有舷窗玻璃都换成了一种新材料，保证返回再入大气层后，舷窗透光性能良好，使航天员着陆后能可靠地判断着陆地形，决定是否脱掉主伞。另外，对舱内进行了适当装修，为航天员创造美观舒适的工作、生活环境。
除了人的因素，飞船的姿态、航向控制问题在神舟4号中也都基本得到解决，飞船可以更好的变换轨道，做各种太空机动。另外，神舟4号飞船的实验项目十分繁多，八项科学研究在飞船上展开，共计52件有效载荷设备随神舟四号飞船升入太空，其中33件科研设备是首次上天。
神州神舟：期待中的神舟五号
神舟飞船4次成功的试验已经基本完成了载人前的各项试验内容，中国政府已经确认神舟5号的发射将会是一次真实的载人试验。为了保证这次发射的成功，神舟飞船和运载火箭等各个系统正经受严格的测试。长征2号F运载火箭首次增加了故障自动检测系统和逃逸系统。其中设定了几百种故障模式，一旦发生危险立即自动报警。即使在飞船升空一段时间之后，也能通过逃逸火箭而脱离险境。
神舟4号轨道舱在轨半年的考察，已初步探明飞船运行轨道的空间环境状况，为中国下一步载人飞船的安全出行成功绘制了“安全路况图”。同时为了规避太空中有可能的垃圾碰撞，神舟5号安装了预警系统。目前，人们记录中在空间遗留的空间碎片已多达9000多个，给载人飞船带来了极大的威胁。当飞船有可能与太空垃圾(空间碎片)发生碰撞时，警报系统就会发出警报，航天器采取机动规避措施，避免发生碰撞产生大的损失。
此外，与美苏第一次载人飞行相同的是，神舟5号将尽量减少机舱内的实验项目及仪器，以腾出更多空间来供航天员活动并执行科学观察任务，可以说这一次的任务主要是考察航天员在太空环境中的适应性。
虽然，2003年初哥伦比亚航天飞机的事故，给人类航天蒙上了一层阴影，但这不会影响世界各国航天科技工作者继续工作的热情。中国的航天人也同样不会因此停止脚步，对神舟5号的期盼丝毫不会减弱。可以相信中国人必将进入太空。
展望神州
中国向太空前进的步伐不会停止，2000年国务院发布了《中国的航天》政府白皮书，做出了21世纪中国航天的发展战略和规划。中国的下一步会继续发展空间卫星系统，将卫星应用到与我们生活息息相关的各个领域。同时在载人航天方面，要建立初步的载人航天工程研制试验体系。逐渐开展对深空领域的探索。
可以看出，21世纪初中国航天工程会是一个新的时期，在征服新的领域，探索新的技术中绝不会被什么界限所阻挡，作为中国人，也不该被什么所阻挡。闭关锁国的教训对我们的来说是再深刻不过的，每一个中国人都在期待着中国航天的飞速发展。李白的诗词中曾有过“俱怀逸兴壮思飞，欲上青天揽日月”的描写，可以预见华夏儿女登天揽月的梦想无论如何都是会实现。
神舟：载人航天的故事全文阅读 作者：宋晗 郝雪涛 《神舟：载人航天的故事》由www.niubb.net搜集整理于网络，如文章内容侵犯了您的合法权益或者是侵犯了其他的法律法规，请与我们联系，我们将考虑删除神舟：载人航天的故事全文阅读页面。
