未来的火箭为了满足未来发射任务的需要，运载火箭除了要有足够的运载能力外，还应具备下列特征：首先，发射成本要低，以利于市场竞争，就整个航天界来说，有利于开拓应用领域，扩大市场需求。其次，要提高可靠性和安全性。对于不载人的发射任务，设计的可靠性要达到98%，发射成功率要达到96%，对于载人发射任务，可靠性和安全性要求更高。再次，要缩短发射工作时间，这需要火箭要有良好的操作性。对于一次性火箭，用户提前预订火箭的时间尽量缩短。发射场地面操作时间也应尽可能地缩短。对于重复使用的运载火箭也要尽量缩短维修时间。另外，还要求减小火箭对环境的危害。采用无毒推进剂，消除对大气环境的污染，采用有效手段，减少空间碎片，减轻对空间环境的危害。
现在大中型运载火箭的低轨运载能力为5～25吨，发射价格为2600～23000美元/千克。今后随着通信技术的不断发展，卫星有不断增大的趋势，美国等许多国家正在对原有火箭进行改进，新型运载火箭将采用全新的技术，包括新型的发动机和先进的电子设备等，从而形成与原来完全不同的大型运载火箭。
新型的大型运载火箭一般采用一台或几台大推动力发动机，液氢、液氧发动机将普遍得到应用，这种发动机具有燃烧值高、推动力大、无毒、无污染等优点，一般都可以一次发射多颗卫星。
在新型运载火箭研制中，积极发展了自动化和智能化的地面操作系统。运载火箭的各个部分尽可能在总装大厅组装好后再转运到发射台上，这样不仅可以提高操作效率，而且还可以大幅度降低操作费用。
20世纪80年代后期，出现了一大批利用高新技术研制成的功能全、容量大、质量只有几十至几百千克的小型卫星。用大型运载火箭发射这种小型卫星简直是“大材小用”，而且大型运载火箭多发射地球同步轨道卫星，与众多小卫星的轨道不匹配，因此，搭载的机会也比较少。为适应发射小型卫星的需要，未来将会研制出专门用来发射小型卫星的小型运载火箭。另外移动通信、数据传输等对近地轨道卫星网的需求，也极大地促进了小型运载火箭的研制。
正在研制的小型运载火箭有十多种，它们有从空中发射的，有从陆地发射的，也有从海上发射的。随着各种在研制的小型运载火箭相继投入使用，小型卫星的发射将变得更加经济、便捷。
新型航天飞机
随着世界新技术革命的发展和不断应用，航天技术又将出现一个更大的飞跃。
人们一直在考虑能否将航空和航天的优点集合起来，研制成一种低成本的运输工具。它既能从机场跑道起飞，又能以高超音速穿越大气层进入宇宙空间，完成航天的任务后，再进入大气层，在机场水平着陆，经过简单维修后，又可重新飞上蓝天。这种既有高超音速运输机功能，又具有天地间往返运输系统功能的有翼飞行器，被称为空天飞机。
美国未来的X系列新型航天飞机空天飞机的设想早在20世纪三四十年代就已产生。50年代我国著名科学家钱学森教授曾提出航天技术和航空技术相结合的思想。1986年2月5日，当时的美国总统里根在一次大会演说中宣布：美国将研制一种新型的航天飞机——国家航空航天飞机，简称空天飞机。此后，美国正式成立了“国家航空航天飞机计划局”，开展空天飞机的研制工作。
不久，英国、法国、日本等都相继提出了空天飞机计划，一时间，全球掀起了一股“空天飞机热”，引起了人们的普遍关注。
专家们认为，把航空技术领域和航天技术领域的精华有机地结合起来，成为一个航空航天一体化的最新高技术密集体，在航天飞机的基础上加以改进和提高，朝着一个更高级的航天器方向发展，前景极为诱人。
未来的空天飞机用途更广泛，灵活性更高，维修使用更简便，运载费用更低廉，因此，有人把空天飞机誉为“21世纪的太空穿梭机”。
发展空天飞机要涉及到许多先进高技术。难度很大，而且研制经费高，风险大。但人类总是要前进的，这些先进的科学设想最终将会实现。到21世纪的时候，人们将会乘坐上这种崭新的空天飞机，从地球的一端起飞，进入太空轨道，领略一番太空的神奇景色，然后返回大气层，可以在任一机场降落下来，有如今天的旅游航班一样方便自如。
空天飞机采用航空喷气发动机和火箭发动机两种推进系统，它可以方便地往返于天地之间，是“空”与“天”的完美结合。它有异乎寻常的性能，最高时速达3万千米，可绕地球无动力飞行；飞行高度由零高度可直达200千米以上；起降方便，不受发射地点和天气的限制；维修简便，不必再像航天飞机那样飞行一次需要三个多月的检修期，临发射还要出动7000人的保障大军为之准备。飞行后检查和准备也很容易；结构巧妙，彻底抛掉了大包袱似的外储箱和助推器等外挂物，便于轻装上阵，便捷迅速：一机多用，既可载人又可载物，又可无人驾驶入轨与空间站对接；它的发射费用要比航天飞机便宜9/10，而且不需要规模庞大、设备复杂的航天发射场。
空天飞机是世界航天史上第一次把航空发动机引入航天领域，充分利用大气能源，从根本上改变了航天运载器只采用火箭的推进模式，从而将导致航空航天技术领域内的一场革命。
1983年，美国空军投资60万美元委托有关科研单位研制“跨大气层飞机”，1984年投资100万美元，进行方案论证，并成立了“跨大气层飞机计划局”。并确定从1990年开始研制空天飞机的试验机——X-30，预计投资30亿美元。这种飞机的外形尺寸和波音727客机差不多，最高飞行时速可达28962千米，采用可循环发动机和液氢燃料发动机的混合推进方式，这种试验机的试制成功将为真正的空天飞机提供科学的依据。
肩负重任的星际飞船
人类已经不仅满足于探测地球附近的星球，早已经将目光瞄向了整个星际，肩负这一遥远探测任务的，就是那些长途跋涉的星际飞船。
在完成登月任务后，美国和前苏联又分别向水星、金星和火星发射过各种探测器。其中美国的“水手10号”宇宙探测器3次飞过水星，发挥了6000张水星照片。“先驱者1号”、“先驱者2号”和前苏联的“金星11号”、“金星12号”等探测器都曾飞近金星进行探测，并在金星上软着陆成功，取得了宝贵的成果。
为了探测火星上究竟有没有生命，美国和前苏联还发射了“海盗”号、“探测器”号和“水手”号等探测器，其中最成功的是“海盗1号”和“海盗2号”，它们先后于1976年7月和9月在火星上着陆，进行了生命考察试验和拍照等活动。
在人类所有发射的这些星际飞船中，最值得一提的是美国在1977年8月20日发射的“旅行者2号”。它重约825千克，由6万多个零件组成，安装有电视摄像机等十多种仪器。这个集现代科技成果之大成的宇宙探测器，自从发射上天后，孤身遨游，闯荡了多半个太阳系，取得了惊人的探测成果。
它的第一站是考察木星，在那里发现了木星的3颗新卫星；第二站是探测土星，从它发回的高分辨率彩色照片中，科学家发现了6颗新的土星卫星；第三站是访问天王星，发现这颗远离太阳的星球上竟然有闪电现象，并有强大而混乱的无线电信号；第四站是观察海王星，在那里发现包围着海王星的一个大磁场和星上一条4300千米宽的黑色风云带。告别海王星后，“旅行者2号”继续向太阳系边缘飞去，直至飞出太阳系，奔向宇宙深处。据科学家估计，它至少还能工作20年。
为了能在其他星球上发现高级智慧生物，“旅行者2号”还携带着人类献给外星人的礼物——“地球之音”唱片，在这张可以储存10亿年、直径30.5厘米的铜质唱片上，录制了表现人类起源和文明发展的115张图片，其中有我国的万里长城和中国人用餐的两张画面，它还录下了35种地球自然界的风雨雷电、鸟鸣兽叫、人笑婴啼等声音，以及地球上不同时代、不同地区、不同民族的歌曲27首，还有人类用55种语言向外星人发出的问候语。
“旅行者2号”在宇宙探测中取得的巨大成果，将在人类探测宇宙的历史上留下极为光辉的一页。
据最新报道，2003年6月2日，运载欧洲第一个火星探测器的火箭已经在哈萨克斯坦拜科努尔太空基地发射升空。联盟—弗雷加特火箭把“火星快车”火星轨道飞船和“猎犬2号”登陆器送入了太空。这是欧洲有史以来第一次探索火星的尝试。按照计划，“火星快车”将在2003年12月26日进入火星轨道。值得一提的是，由香港科研人员研制开发的一组太空仪器也随“火星快车”飞上了太空。这组名为“岩芯取样器”的太空仪器，是首个由中国人研制成功的登陆外星球的太空工具，它将负责在火星上探取土质样本。“岩芯取样器”是一个多功能的太空轻巧用具，重370克，耗电量只需2瓦，可做磨、钻、挖和抓取土质样本之用，与欧洲或其他国家的产品相比，这组仪器更轻巧、更节省能量。取样器的优势还在于，其设计融合了中国筷子的特性，使仪器可以更灵活地探取经钻磨的石块样本，因此获得欧洲太空总署的采用。
探测宇宙的太空巨眼
航天技术发展才短短几十年，人类已经建立了地球空间站，已经飞上了月球。然而并没有就此止步，人类在不停地探索更深层的宇宙，飞向更遥远的太空，实现星际航行。为此，人们又派出探测器飞向火星、金星，飞向木星、土星、飞向天王星、海王星，到那里去探测，去进行科学考察。人类已慢慢拉开了航宇时代的帷幕。
为了探测更深层的宇宙，科学家们一直期待着一架太空望远镜，躲开大气层的阻隔，观察宇宙深处。
20世纪70年代中期，经美国国会批准，美国宇航局经过多年研制成功地制造了太空望远镜——“哈勃”。1990年4月，这台造价15亿美元、长13.1米、重11.6吨、镜筒直径4.27米的“哈勃”太空望远镜，由美国“发现者号”航天飞机携带上了太空。部署在距地面670千米的高空轨道上，它可在太空观察到大约150亿光年的宇宙深处。目前最大的地面天文望远镜只能观察到大约20亿光年远的空间。由于太空望远镜处在不受大气扰动影响的外层空间，所以它比地面望远镜好10倍。
“哈勃”望远镜有八台超高精密的科学仪器，有大型光学接收系统，有视野宽广的行星摄像机、暗弱天体摄像机、天体摄谱仪、高分辨率分光摄像仪、高速光度计及精密导向系统及设备等等。
“哈勃”太空望远镜能捕捉到亮度十分微弱的发光天体，其灵敏度比地面上最好的望远镜还高100倍。科学家们用它来拍摄清晰的宇宙图像和照片。测定宇宙物体的质量、大小、寿命、形状及其他广泛的数据资料。观测太空中的类星体、银河星系、气态星云和变光星体，以及太阳系内行星大气、物理现象和征兆，打开研究宇宙天体能量变化过程和宇宙起源的大门。同时利用太空望远镜研究行星围绕其他星体运行情况，用获得的数据证实宇宙中所存在的基本物理变化过程，探测多种电磁波的波谱，寻找地球人类以外的智慧生命。
地球的“出访使者”
金星是天空中人们看到的最亮的星，金星上到底有什么？人们做出了种种设想，但一直没有得到证实。
1961年人类先后发射了“金星1号”和“水手1号”探测器，但均遭到了失败。1962年8月27日美国成功地把“水手2号”送入飞往金星的轨道，同年12月24日“水手2号”从距金星3万多千米的上空飞过，用红外探测仪测量到了金星表面的温度及其他信息，实现了近距离考察金星。随后20多年里，人类共发射了30个探测器，其中21个成功地对金星进行了探测。
1970年12月15日，前苏联“金星7号”探测器首次在金星表面软着陆成功，将金星表面的有关信息传回地面。它是星际航行史上的第一次。1975年，前苏联又发射了“金星9号”探测器，飞行了3亿千米，进入了金星轨道，成为环绕金星旋转的第一颗人造卫星。它第一次送回有关金星世界的全景照片，从发回的照片初步看到，金星上不存在金星人。
通过多次探测，人类基本上了解了金星的概貌：金星上的天总是橙黄色的，从未有过蓝色，金星大气中二氧化碳占97%，其他是氮、氟化氢、一氧化碳和水蒸气，金星上有着频繁的闪电，但是光打雷不下雨，因为水蒸气含量很少。金星虽然有与地球某些相似的条件，但仍是一个没有生命的星球。
20世纪从60年代至1992年人类共发射了23颗探测器去探测火星，其中只有8次取得成功。因为火星距地球太远，而且路途环境恶劣，大多数探测器由于中途出故障而夭折。
1964年11月美国发射了“水手4号”探测器，在离火星表面大约1万千米处掠过，第一次拍摄了火星的照片。1971年5月30日发射的“水手9号”探测器成为火星的第一颗人造卫星。它在火星轨道工作近一年，发回了大量照片和数据。经过大量的探测活动，人们基本上了解到火星的情况，火星大气中含有大量的二氧化碳，另外还含有少量的氧、氮和氩等，火星表面尽是乱石和沙洲，没有水，因而也不存在植物、动物和微生物。
宇宙空间行星际探测飞船中贡献最大的要属美国的“旅行者号”。自从1977年8月20日，“旅行者-2号”从美国肯尼迪航天中心发射升空，到1989年底的12年中，先后探测了木星、土星、天王星、海王星，在4大行星的极近处详细观测了各自风貌，发回了许多详实的数据，顺利完成了探测太阳系的“超级旅行”任务。它所发回的数据信息，需要科学家们用高速计算机费几年的时间分析处理，才能得出最终结论。人们通过“旅行者-2号”在这样短的时间内对外行星进行考察所获得的科学知识，比过去数百年里所获得的知识还要多得多。
比“旅行者-2号”晚半个月出发的“旅行者-1号”，在近十几年的飞行中，与其同胞兄弟相互配合，一起完成了探测各大行星的任务。1990年6月6日，美国航天测控中心的专家们宣布：“旅行者-1号”在太阳系约59亿千米的“黄道平面”上空于1990年2月14日在4个小时内成功地拍摄了64张精美的彩色照片，把太阳系的六大行星——海王星、天王星、土星、金星、地球和木星都拍摄回来。经过科学家们仔细镶嵌拼成一幅壮观的“六星联视”太阳系图形。
这是“旅行者-1号”在飞离太阳系之前做出的最后一大贡献。它所拍摄的这套独一无二的“太阳系全家福图像”，是我们这代人第一次也是最后一次能看到这种“世界性图片”了，因为六大行星这种近似直线的排列机会179年才能遇到一次。
“旅行者1号”和“旅行者2号”在完成了对行星的探测后，直奔太阳系的边缘。如果用“一个天文单位”来表示从地球到太阳的距离——1.5亿千米，那么到1989年12月31日，“旅行者1号”和“旅行者2号”已分别达到距太阳40和31个天文单位的地方。到2015年，它们将分别到达距太阳130个和110个天文单位的地方，沿途它们将继续探测。
1989年5月发射，金星探测器“麦哲伦号”，1990年8月进入金星轨道。现在“旅行者号”正作为地球派出的“使者”，飞出太阳系，奔向茫茫宇宙，去寻找宇宙中的“智慧生命”。直到现在，“旅行者号”仍在向地球发回信息。
“旅行者号”是人类文明的使者，肩负着探测深层宇宙，寻找地外文明的使命，携带着地球人向“宇宙人”的问候——“地球之音”唱片，在茫茫宇宙中不断向地球“知音”发出深情的呼唤。“旅行者号”是人类航宇时代的第一位勇敢的“探路人”，它的行踪，将是人类一直关心的问题，它为人类探测宇宙的历史留下了不可磨灭的光辉一页。
航宇基地的建设
由于地球大气和引力的限制，航天飞行器飞出地球要消耗很大能量，风险也很大。因此很需要建立一个太空基地，作为航宇时代的新起点。
人们虽然在太空近地轨道建立了大型的空间站，但要作为航宇基地还远远不够，于是人们又开始重新注意到了月亮。
月球距离地球30多万千米，现代航天器只需几十个小时就可到达。月球没有大气层，引力只有地球的1/6，如果从月球上向火星或其他星球发射载人航天器或探测器，所消耗的能量只有地球上发射所消耗能量的1/20.月地之间通信时间也比较短，从月球上以光速向地球传递信息，再从地球上发出相应的指令信号传到月球，往返只需要3秒，因此，月球上的机械完全可由人在地球上遥控作业。然后在月球上建立工厂，直接生产宇宙飞行器，利用太阳能或核能来发射，将会少花力气，又大大加快了宇宙空间探索的进程。
正由于上述原因，近十年来，人类对月球的探测又热起来。1986年美国国家空间委员会向政府和国会提交了一份报告，其内容之一就是在21世纪头十年重新登上月球。随后，日本和欧洲也都提出了探测和开发月球的计划，显示了人类重返月球的决心。
1990年1月24日，日本发射了一颗“飞天号”月球探测器，并在近月轨道释放了一颗环月运行的探测器，从距月球1.9万千米的轨道上拍摄了月球照片，判别月球表面的风暴和陨石坑。
1994年1月25日，美国发射了一颗“克莱内汀号”月球探测器。在离月面400千米的轨道上利用紫外线和可见光相机及11个波段的微波射束雷达成像系统对月球进行了探测，共拍摄了100多万张照片。这为月球地图的绘制和“月球基地”地址的选择提供了可靠的依据。
1994年5月，以欧洲空间局为首，在瑞士召开了一次国际性征服月球大型研讨会，其目标是人类30年后将重返月球。为此，必须首先发射月球卫星，利用各种遥感器查明月球各种矿藏储量及地点，选择月球基地的合适地区，尤其要发射月球极地轨道卫星，查明极地是否具有人类生活必需的水。
1996年日本发射了“月球-A”探测器，上面搭载有穿透器舱，穿透器内有地热计和热通量计，将分别投放到月球极地和赤道附近，探测月球中心部位发生地震的情况，从而弄清月球地壳的构造。
1997年6月美国发射“月球探测者号”探测器，进入离月面100千米的极地轨道，主要任务是弄清月球资源分布，这是建立月球基地的关键。
一系列的探测活动为建立月球基地奏响了前奏。月球将成为人类向深层宇宙进发的前哨站。建立月球基地将会使建立永久性空间站的时代成为过去，有了这样的基地后，人类向宇宙进军的速度会大大加快。21世纪月球基地的建设将是一场伟大的、激动人心的技术革命，必将对世界经济、科技、社会、文化各领域产生重大而深远的影响。
建立月球基地的第二阶段便是建立月球城市、实现向月球移民。不久前美国国家航空航天局又宣布了建立月球城市的计划，预计将耗资1000亿美元。
首先计划派出一部分科技人员，在月球上开辟出临时基地，开发月球矿藏资源，进行冶炼实验。然后将临时基地人数由十几人增加到数十人，他们将为创建永久性基地做好各种准备工作。预计到2007年，月球上中小型永久基地将交付使用。登月移民将增至百人左右。届时基地将初具规模，有完善的生产、生活和娱乐设施，物质储备丰富，经济不但可以自给自足，而且能够逐步做到向地球“出口”。
第二阶段计划完成后，月球移民将达到万人左右，他们作为第一批“月球公民”，居住在轮形或圆筒状的“月球城”里。“城市”的直径约为1～2千米，完全像地球上的城市一样。包括“工业区”、“农业区”和“生活区”等多种人类活动区。从自然环境方面看，它拥有地球上大部分的动物和植物，组成了一个生机勃勃的生态环境，气候宜人。月球城具有得天独厚的特殊能源——太阳能，它是一种成本低廉无污染的新能源，是月球城存在和发展的基本条件。
日本也提出一项开发月球计划，准备30年后派6人常住月球。日本有关专家讲，“月面上的真空、太阳能、安静的环境和自然资源具有很大的吸引力。”他们计划1999～2005年是开发月球的第一阶段。在这一阶段，要用5枚日本国产大型火箭发射月球卫星和月球探测器，以选择月球基地的位置。2005～2016年是第二阶段。在这一阶段，要用12枚大型运载火箭把4个机器人送上月球，在月球上建设食品、氧气生产试验场所。2016～2023年为第三阶段，在这一阶段，要用72枚火箭把建设月球基地所需器材送上月球，完成月球基地建设。其后便是用火箭把人送上月球。
“月球城”是举世瞩目的“外星城”，具有重要的意义，作为航宇基地，可成为航天技术研究的场所，有利于加快宇宙探索的速度。对于人口拥挤不堪和能源日趋短缺的地球来说，它为人类开辟出一个新的工农业生产基地。月球城还是理想的“疗养胜地”，对于那些爱好旅游和冒险的人，“月球城”旅游度假将是最富有刺激性的活动。
苍穹路漫漫
自古人类就幻想能像鸟儿一样自由地飞翔，能在天地间自由地遨游，为了这一梦想人类一直在探索，一直在奋斗。从法国蒙格尔费兄弟的热气球，到莱特兄弟的第一架飞机，人类开始像一只雏鹰，展开了稚嫩的双翅，摇摇摆摆地飞离了地面。随后人类不断努力，航空科技一日千里，突破了一道道难关。飞机可以在蓝天自由翱翔了，飞得越来越高，越来越快，安全性能越来越好。人类并不满足于在大气层中飞翔，更想到太空中看个究竟，于是，一代构想中的月球基地代航天先驱不屈不挠地探索，为人类寻找着登天的天梯。于是喷着长长火舌的运载火箭刺破了蓝天，升入了太空。
从20世纪50年代第一颗人造地球卫星，到加加林第一个飞入太空，再到“阿波罗”登上月球，人类航天事业几乎呈跳跃式前进。人类的空中交通运输网不断地向更高更远处延伸。
儒勒·凡尔纳科幻小说中的飞行器综观人类空中交通运输的发展史，是一部向着远距离、高速度、安全、便捷不断前进的历史。今天航空航天技术已取得了辉煌成就，但是这条通向天空的道路并不是平坦的。人们在赞叹今天的辉煌时，不应该忘记曾经为航空航天事业贡献毕生精力的先驱们，不应该忘记那些敢于冒险勇于牺牲的飞行员、宇航员们，他们曾驾驶着一个又一个的飞行器飞上蓝天，飞向宇宙，有许多英雄血洒长空，为人类的航空航天事业献出了宝贵的生命。但是人类具有锲而不舍的探索精神，任何困难挫折和失败都不会阻挡人类通向天空的道路。我们会向着更高的目标进军。
宇宙是无限的，更深层的宇宙正张开了双臂，欢迎聪明而又不畏艰险的人类去探索。苍穹路漫漫，航空航天的道路还很长，我们后来者应继往开来，沿着先驱们探索的道路大踏步地前进。
航空航天技术是现代高科技的结晶，无论是各式各样的现代飞行器，还是各种航空航天设施都离不开现代高科技。例如飞机、火箭的控制系统和通信系统就是现代信息技术在航空航天领域的具体应用。另外各种飞行器的制造更离不开现代新材料技术。航空航天技术已经成为一个国家科技发展水平的标志，成为一个国家综合国力的集中表现。
随着知识经济时代的到来，人们的时间观念越来越强烈。时代的发展对空中交通运输提出了更高的要求。为适应这一要求从航空航天飞行器到空中交通设施都在经历着一场前所未有的大变革。科学家已向我们勾勒出一幅景象壮观的立体蓝图。
新一代超音速客机已经诞生，空天飞机已在研制之中，“阿尔法”国际空间站正在组装，“月球基地”计划已开始付诸实施，探测深层宇宙的“旅行者号”已经飞出了太阳系……
相信未来的空中交通会更快、更安全、更便捷，宇宙空间的距离将进一步缩小，高科技的翅膀会使人类飞得更高、更快、更远。
空间站时代的来临
空间站也是一种飞行器，与一般的航天器相比，它是更大的、更先进的、飞行时间更长的飞船。科学家把它比喻为一个环绕地球运动的、半永久性的“活动房子”，人们可以轮流在那里进行科学研究、试制新产品。
空间站是太空科学研究的基地。在空间站上，主要实验与失重有关的种种学科，项目非常广泛，包括生物、物理、化学、冶金、工艺、材料等各个领域。另外，还有对地球及整个宇宙空间进行观测的项目。
空间站一般由几段圆柱形的舱段构成，是最早可住人的“太空楼阁”，这里设有工作舱、服务舱、对接舱，所有设备都装在舱内和舱的外表面上。
空间站进入轨道后，舱外的太阳能电池板和天线等自动展开。工作舱内，设置着各项研究试验用的有关仪器设备。服务舱内，装有机动发动机、姿态控制发动机、推进剂、氧气瓶、供电系统、无线电系统等。对接舱则用以对接载人飞船或运送给养的载货飞船等。
最早建立空间站获得成功的有前苏联的“礼炮号”空间站和美国的“天空实验室”空间站。
1971年4月19日，前苏联将“礼炮1号”空间站送上地球的近地轨道，这一壮举把载人的航天活动推向了高潮。这个空间站的主体最大直径4米，总长12.5米，总重约18.5吨，它只在轨道上运行了半年，进行了综合性的科学考察和对地观测。此后，前苏联人相继发射了6个“礼炮号”空间站，都是以“礼炮1号”为基础，改进设计、更新设备而发展起来的。
1973年5月14日，美国用“土星5号”运载火箭将“天空实验室”空间站发射到435千米高空的近圆形轨道上，每93分钟绕地球一周。这个空间站是美国的第一个航天站，主体直径7米，长36米，总重82吨，有轨道舱、过渡舱、多用途对接舱、观测用的望远镜和供给能源的太阳能电池板等。随后，美国又用“土星1B”运载火箭将“阿波罗”载人飞船送上太空，与它对接。
这个“天空实验室”在历时近半年的时间里，先后接纳了3批共9名宇航员参加实验和生活，开展了许多科学研究工作。他们用58种仪器对生物学、航天医学、太阳物理、天文、地球物理和材料工艺等学科做了270多项试验，取得了丰硕的成果。
国际空间站是人类移居太空的开端
1993年9月，美国和俄罗斯联合签署了一项协议，在俄罗斯“和平号”空间站和美国“自由号”空间站的基础上，共同建造大型的国际空间站。后来由俄罗斯、美国、加拿大、日本和欧洲空间局一起参加建造大型的国际空间站，计划从1997年11月开始建站，到2002年6月建成。这个空间站将是世界上第一个真正的国际空间站，称为“阿尔法号”国际空间站。
计划中的这个空间站总重达415吨，主桁架梁长88米，太阳能电池板展开的最大宽度为110米，可长期居住宇航员6名。建站的准备工作已经开始。
国际空间站包括6个实验舱、1个居住舱、2个节点舱，以及服务系统和运输系统等。开始建站时，俄罗斯首先用“质子号”运载火箭发射功能齐全的“和平2号”的核心舱到平均354千米高度的装配轨道上，这可为建站工作供给能源、备用燃料、推进装置和多个对接口，具有推进、导航、姿态控制、散热和跟地面站通信的能力。
此后，再发射4次，使空间站初步具备供宇航员长期居住的条件和救生手段。
第二步，美国发射主桁架梁、太阳能电池阵和加拿大提供的17米长的机械臂。这种机械臂可沿主桁架梁移动，搬运有效载荷、装配、修理和更换空间站的硬件。同时，美国、欧洲空间局和日本的各种实验舱也发射上天，与空间站对接。
整个空间站的建成，约需天地运输系统发射60次。这种大型的永久性的国际空间站最终将转移到426千米高空的工作轨道上运行。空间站建成以后，可以接纳6名宇航员长期留住在这里工作和生活。
这种世界性的空间站主要是进行各种空间技术试验，包括微重力材料科学研究、人在空间长期生活对人体影响的研究、以及探索微重力应用的商业前景。
21世纪开始时，人类移居太空有了一个崭新的开端，那么，迎来“海市蜃楼”似的太空城也不再是匪夷所思的事情了。
人类未来的太空城
中国古代有一个笑话，有一个富翁要求建筑师为他建造一所只有第三层楼的“空中楼阁”，人们都嘲笑他愚昧无知。如今，时代不同了，我们不仅要造“空中楼阁”，还要建立“太空城市”。
“此阁几何高？何人之所营？侧目送日落，引手攀飞星。”苏轼的这几句诗便是对太空城市的很好的描述。
随着各种各样的空间站、空间工厂的大批建造，人类势必要在宇宙空间发展出一个完整的体系，建立起空间城市。人类到宇宙空间建太空殖民地的想象图立居民点，去开辟新天地、建立新的生活，已不再是遥远的未来。
那么，太空城市建在哪里呢？
首先，它必须是永久性的，不能坠落；在近地轨道运行的飞行器，极其稀薄的空气都会使它减速，最后坠落；距地球数万千米的同步卫星也只有20多年的寿命。那么，永久性的太空城市必须建在远离地球的地方。
可是，人们又会担心，太空城会不会飘走呢？
据科学家计算，在太空有一些特殊的点（区域），在这些点上，太阳、地球、月球的引力相互平衡，位于这些地方的物体就能像放在碗底的小球一样，不会轻易离开自己的位置，这些点以意大利天文学家拉格朗日的名字来命名，称为拉格朗日点。
1952年美国科学家建议将第一批太空城市建在代号为L5这个经过计算的点上，城市运动着，但却始保持着与地球、月球相对不变的位置。从L5到地球仅需5天，交通十分方便。距月球也不算远，可以充分利用月球资源。
太空城的样子和规模如何？美国科学家奥尼尔提出了万人车轮空间城的方案，这是最简单、最成熟的设计，它将是人类的第一座太空城市。万人车轮空间城的外形像一个车轮子，直径1800米，“轮胎”直径130米，里面是位置交错排列、相互隔开的6个居民区和农业区。
车轮绕轴旋转，每分钟转1圈。这是为了在太空城制造“人工重力”，使人在那里不会四处飘浮，感觉像在地球上一样。太空城外有一面大镜子和若干小镜子，调整这些镜子的方位可以使居住区有日、夜之分，使农业区有所需的阳光和温度。居住区内有各种各样的建筑物，作为住宅、商店、医院、学校等使用；农业区种植作物，饲养禽畜。城里交通四通八达……
那么，城市的空气、水和食物从哪里来呢？初期当然都来自地球，随着技术进步，将来还可以从小行星上得到大量的氢作为能源。
其实，最大的问题是，人类要在太空城永久居住下去，就必须形成自己的一个闭式循环的生态系统。这方面的实验正在紧张地进行。
在宇宙空间建设人类社会绝非幻想，21世纪就要成为现实，人类的子孙将告别亲人、告别地球，奔赴空间工地，他们是空间城市的建设者，也将是第一批太空移民。这将是名副其实的新人类！
月球交通车
多少年来，人们一直在梦想开发月球。现在，人类正在积极研制各种适合于月球上使用的交通车，以便加强对月球的探索。
美国在这方面走在世界的前列，已成功研制出月球摩托车、火箭车、双座多用途高性能车、月球拖挂车、月球轨道巴士、月球客货两用车、中型月球探险车等。
月球摩托车是一种轻便的单座月球车，共有3个轮子，轮胎为网眼式，由燃料电池驱动，只能载一名乘员。车子全长两米多，在地球上重78千克。因车子是暴露式的，所以驾驶员需穿宇宙服。这种车可供月球上各设施间的往返以及检修太阳能电站时乘用。
火箭车也是单座车，它是靠火箭喷射驱动的。火箭车没有轮胎，只能做跳跃式前进。它被用于两地间的快速移动及返往月球和月球的轨道空间站。
双座多用途高性能车，它与“阿波罗号”用的登月车外形极其相似，有4个轮子，轮胎也是网眼式的，以电池为动力，能够连续行驶80千米。
月球拖挂车，它由集装箱台车和牵引车两部分构成，专门用于运送物资。它以太阳能电池作动力电源，只要有太阳光就能连续行驶，也可以同时使用燃料电池。
月球轨道巴士，也叫滑动着陆舱，它一旦离开月球的运行轨道，就会以低角度进入月面，以每小时500千米的速度、像雪橇一样滑行着陆，大约2分钟以后才能停止。
月球客货两用车，可载乘员好几名，还可载货500千克，并且能连续行驶近200千米。它的车体是封闭式的，采用两条铝网硅胶履带，能用来在月球各设施间运送没穿宇宙服的人员和小动物，也可用于月球探险。
中型月球探险车上装有高性能的聚光灯、高灵敏度的通信测位天线、监视摄像机和探测雷达，即使在夜间也能行驶。它的车胎为轮胎式，在必要的时候也可以充当临时月球站。
这些月球交通车都肩负着人类赋予的特殊使命，在月球上工作、探险，我们相信，随着高新技术日益发展，它们将发挥越来越大的作用。
光子火箭
为了提高火箭在宇宙航行中的飞行速度，科学家一直在寻找新的能源。1953年，一位德国科学家提出了光子火箭的设想。光子，就是构成光的粒子。当它从火箭的尾部喷出来的时候，就具有光的速度，每秒可以达到30万千米。如果用光子来作为火箭的推力，我们到达太阳的近邻——比邻星就只要4～5年的时间，那有多好！
可是，光子火箭的设想还只是停留在理论上，制造它的困难在于它的结构。
我们已经知道，原子是物质化学变化中最小的微粒，原子又是由带正电的原子核和围绕原子核运动的带负电的电子组成的。原子核由带正电的质子和不带电的中子组成。质子、中子和电子还可以分成许多微小的粒子，如中微子、介子、超子等等。
科学家还发现，宇宙中还存在着和这些粒子对应的、电荷相等而符号相反的粒子，如带正电的“反电子”、带负电的“反质子”等，这些粒子被称为“反粒子”。科学家预言，在宇宙空间还存在着“反粒子”组成的“反物质”，当粒子与“反粒子”、物质和“反物质”相遇的时候，就会发生湮灭，同时就会产生大得惊人的能量：500克的粒子和500克的“反粒子”湮灭，所产生的能量就相当于1000千克铀核反应时释放的能量。
如果我们把宇宙中存在的丰富的氢收集起来，让它和其“反物质”在火箭发动机内湮灭，产生光子流，从喷管中喷出，从而推动火箭，这种火箭就是“光子火箭”，它将达到光的速度，以30万千米/秒的速度前进。
虽然湮灭得到的能量十分诱人，科学家在实验室里，也已获得了各种“反粒子”，如“反氢”、“反氚”和“反氦”。但是，它们瞬息即逝，无影无踪。按目前的科学技术水平，不可能将它们贮存起来，更难以用于推动火箭的飞行。
然而，科学家还是乐观地认为，光子火箭的理想一定会实现。他们设想，在未来的光子火箭里，最前面的是航天员工作和生活的座舱，中间是粒子和“反粒子”的贮存舱，最后面是一面巨大的凹面反射镜。粒子和“反粒子”在凹面镜的焦点处相遇湮灭，将全部的能量转换成光能，产生光子流。凹面镜反射光子流，推动火箭前进。
当然，在这样的光子火箭里，航天员的座舱必须有防辐射保护。否则，航天员的生命就会受到伤害。
空天飞机
空天飞机是一种正在研究的飞行器，它的全称叫航空航天飞机。顾名思义，它既可航空，在大气里飞行；又可航天，在太空中飞行，是航空技术与航天技术高度结合的飞行器。
美国在1981年研制成功了航天飞机，成为航天发展史上的一个重要里程碑。但是，航天飞机仍存在着许多不足，主要是维护复杂、费用昂贵和故障经常发生等。而空天飞机与航天飞机相比，则更多地具有飞机的优点。它的地面设施简单，维护使用方便，操作费用低，在普通的大型机场上就能水平起飞和降落，就连它的外形也酷似大型客机。它以液氢为燃料，在大气层内飞行时，充分利用大气中的氧气。加之它可以上万次地重复使用，真正实现了高效能和低费用。
研制空天飞机最大的关键技术是动力装置。它的动力装置必须能在极广的范围内工作，即从起飞时速度为零，到进入太空轨道时的超高速度范围内都能正常运行。这就要求它的动力装置具有两种功能：一是火箭发动机的功能，用于大气层外的推进；另一就是吸气式发动机的功能，用于大气层内的推进。吸气式发动机工作时，利用冲压作用对空气进行压缩液化，为其提供液氧燃料。
可以预料，空天飞机一旦研制成功，航天飞机将会被它完全代替，而地球上任何两个城市间的飞行时间都不会超过2小时，你说这有多快呀！
人类第一颗人造地球卫星
研制人造地球卫星的思想由来已久。早在1687年牛顿就在《自然哲学的数学原理》中谈到有可能以极大的初速度抛出一个永远绕地球旋转的物体，这就是人造卫星的基本思想。19世纪的太空科幻小说和20世纪初航天先驱者的著作都对人造卫星作出了预言。德国的V-2导弹技术和战后远程乃至洲际弹道导弹的发展，为研制运载火箭和发射人造卫星奠定了坚实的基础。
为了科学研究的需要，第二次世界大战后有许多科学家研究了发射人造卫星的可能性，并建议为了和平目的和开发宇宙的需要研制发射人造地球卫星。1951年举行的第二届国际航空联合会会议又有许多人提出发射人造卫星和太空站的倡议。这些科学家的极力倡导和大量太空飞行著作的预测，不仅引起许多政界人士的关注，更引起了一般公众的极大兴趣。1954年夏，国际无线电科学协会和国际地形学和地球物理联合会通过了在国际地球物理年（1957-1958年）间发射一颗人造卫星的决议。这一决议得到美国和前苏联等国的支持和响应。1956年1月30日前苏联政府正式作出在195-1958年间研制人造地球卫星的决定。
前苏联的第一颗人造卫星计划包括四个组成部分：（1）研制运载火箭；（2）建设发射场；（3）研制卫星本体和星上科学仪器；（4）建立地面测控网。由于前苏联在研制洲际导弹P-7上领先了一步，从而使整个人造卫星计划进展得很快。为了达到第一宇宙速度，对P-7导弹进行了改进，主要是取消了弹头部并调整了各级工作状态。这枚运载火箭定名“卫星”号运载火箭，它的总起飞推力为3900千牛。
人造卫星本体和星上设备是以吉洪拉沃夫为主设计的，卫星代号Cп—1，它的外形是一个铝合金的密封球体，直径0.58米，重83.62千克，卫星周围对称安装四根弹簧鞭状天线，倾斜伸向后方。1957年10月4日晚，“卫星”号运载火箭携带世界上第一颗人造地球卫星在前苏联拜科努尔航天发射场发射成功。它进入了近地点215千米，远地点947千米，轨道倾角65°，周期96.2分的椭圆形轨道。它在地球轨道上共运行了92天，绕地球飞行约1400圈，于1958年1月4日再入大气层时烧毁。这颗人造卫星进行了星内温度、压力试验，大气密度测量和电离层研究，并探测出几百千米高空的空气阻力。1957年10月4日午夜，莫斯科电台向全世界公布了前苏联首颗人造地球卫星巳成功发射进入轨道的消息。塔斯社的报道宣称：“人造地球卫星开辟了星际航行的道路。”不久，世界各地都能通过无线电接受到这颗卫星从天空发射出来的‘的……的’声响。
人造卫星的诞生是人类历史上具有深远意义的大事，它标志着航天时代的开始。美国由于重视不够，加上将人造卫星计划和洲际导弹计划严格分开，大大影响了研制进度。1958年1月31日，“朱诺”1号运载火箭将美国的第一颗卫星“探险者”1号送入轨道，使美国成为第二个进入航天时代的国家。由于人造卫星的巨大科技、政治、军事及经济价值，发展航天技术的国家越来越多。法国、日本、中国、英国、印度、以色列等国也先后利用自行研制的运载火箭成功地发射人造卫星，相继跨入了航天时代。
“长征二号E”捆绑式火箭
中国的“长征二号E”捆绑式火箭（俗称“长二捆”）在成功地发射了3颗澳星和1颗亚星后，在国际国内产生了广泛的影响。在介绍它是怎样发射卫星之前，我们先介绍一下它的发展历程。
“长征二号E”火箭是在高度成功的“长征二号丙”（CZ-2C）运载火箭基础上研制的。在我国长征系列运载火箭中，“长征二号丙”是十分重要的一个型号。自1974年以来，“长征二号丙”已发射了18颗遥感卫星，发长征二号射成功率很高。“长征二号丙”火箭还为我国航天事业带来了很高的国际声望。1986年和1987年，我国曾先后两次用它为法国和德国进行空间微重力实验载荷搭载服务。1992年10月，我国利用“长征二号丙”火箭发射了瑞典的第一颗人造卫星。由于“长征二号丙”的可靠性很高，它成了我国运载火箭系列的基础和核心型号，后来的“长征三号”和“长征四号”都是以它为基础研制的。曾为中国航天带来国际声望的“长征二号E”捆绑式火箭（CZ-2E）也是以它为基础，采用捆绑技术发展而来的。可以说，“长征二号丙”为中国航天事业的发展立下了汗马功劳。
“长征二号E”的研制受80年代后期国际上应用卫星大型化发展趋势的影响，在研制过程中采用了许多新技术，最重要的是在第一级捆绑了四个助推器，从而大大提高了运载能力。其他改进的措施还包括：加长中央芯级箭体，使两级发动机工作时间大大延长；二级发动机采用了大喷管，挖掘了发动机的潜力，使运载能力有了进一步提高；采用了新的推进剂利用系统；研制出直径4.2米，长10.5米的大整流罩，从而可适应不同载荷的要求，还能进行一箭多星发射。完整的“长征二号E”火箭总长50米，起飞重量460吨，起飞推力600吨，近地轨道运载能力达9.2吨。
1990年7月16日，“长征二号E”在西昌卫星发射中心首次发射成功。1992年8月14日和1长征二号（捆）2月21日，两枚“长征二号E”火箭先后发射成功，顺利地将“澳星”B1和B2按合同要求送入预定轨道。这两次发射正值国际航天年，无论是在中国的哪个地方，“长二捆”和澳星都成了人们街谈巷议的热门话题。同时，“长征二号E”的研制成功，在国际上也产生了相当大的影响。1994年8月28日和1995年11月28日，“长征二号E”又发射成功“澳星”B3和“亚洲二号”通信卫星。
“长征二号E”是怎样把大型通信卫星送入轨道的呢？我们知道，不同的卫星有不同的运行轨道。通常可把卫星轨道分成三类，即低轨道、太阳同步轨道和地球静止轨道。通信卫星运行在地球静止轨道上，它是地球赤道上空高度为35860千米的圆形。在这个轨道上运行，它的周期正好是24小时，因此在地面上看它好像是不动的。这对于通信十分有利。国际上现有的运载火箭有的可直接将卫星送到这个轨道上，但采取这种方式也有不少缺点，一是对火箭技术和可靠性要求很高，二是运载能力较低，三是能量消耗较大。另一种方法是用三级火箭先将卫星送入地球同步转移轨道，再由卫星自己的发动机推进进入地球同步轨道。还有一种常用的发射同步通信卫星的方法是采取三个步骤，接力式地把卫星送入静止轨道。“长征二号E”就是采取这一方式。
首先，“长征二号E”垂直发射，两级先后点火将专门研制的通用近地点变轨发动机（简称火箭上面级）连同卫星一道送入高度约200～300千米高的近地轨道。这个轨道只是临时的，所以也称停泊轨道。这时，“长征二号E”火箭的使命也就结束了。在经过调整和测控后，上面级发动机点火，将卫星推到远地点为35860千米的大椭圆轨道上，上面级与卫星分离，这是第二个步骤。最后，当卫星运行到与同步轨道相切的远地点时，卫星上带的发动机（称远地点发动机）点火，进入地球静止轨道。为使卫星真正与地球同步，还须利用卫星上的微小发动机进行较长时间的轨道调整。
洲际导弹
洲际导弹通常是指射程超过8000千米的战略弹道导弹，它都装有威力巨大的核弹头，用大推力多级火箭运载飞向目标。洲际导弹飞行的开始一小段为有动力、有制导的主动段，其余大部分路段是沿着只有地球重力作用的椭圆弹道飞行。历史上研制的洲际导弹弹头的爆炸当量最大可达数千万吨TNT，即相当于上千颗美国投向日本广岛的原子弹的威力。由于射程远达上万千米，洲际导弹一般是垂直起飞后先飞出大气层，再经过漫长的太空飞行，最后再入大气层飞向预定目标。它的最大飞行高度可达上千千米，最大飞行速度可达30000千米/小时（8千米/秒以上）。
洲际导弹的始祖是德国40年代研制成功的V-2弹道导弹，1942年10月3日首次试验成功，其射程约为280千米，可带1吨常规炸药。第二次世界大战结束后，德国的液体火箭和导弹技术对苏、美及其他国家发展火箭及导弹技术作出了重大贡献。由于核武器和远程轰炸机发展水平的差异以及对远程火箭发展前景的不同认识，前苏联和美国对发展洲际导弹采取了不同的策略。前苏联由于远程轰炸机落后于美国，因此为解决核弹头的远程运载问题而大力发展弹道导弹。50年代初，前苏联先后研制成功中程导弹SS-3和SS-4.接着，前苏联利用新发展的大推力液体火箭发动机，大胆采用捆绑技术提高起飞推力，研制出世界上第一枚洲际导弹P-7（西方称SS-6）。P-7洲际导弹为两级结构，长28米，底部最大宽度10.3米，起飞重量267吨，最大起飞推力3900千牛。1957年8月21日，P-7成功进行了首次全程发射试验，射程超过8000千米。洲际导弹的研制成功使前苏联先于美国初步具备了洲际核打击能力。
美国尽管很早就制定了洲际导弹发展规划，但长期的争论极大地影响了它的发展进程。美国政界认为，美国的战略轰炸机和核武器都领先于前苏联，研制洲际导弹并无必要。另一方面，一些军界权威人士认为，以当时的技术水平，弹道导弹的射程不可能超过3000千米，而且这样的导弹根本无法携带吨位很大的核弹头。50年代中期核弹头小型化取得的进展和前苏联发展远程导弹的消息，促使美国改变原策略，开始大力发展洲际导弹。1958年11月28日，美国第一种洲际导弹“阿特拉斯”成功地进行了全程试验，射程达到9960千米。此后美国又研制成功“大力神”Ⅰ和Ⅱ型洲际导弹。其中“大力神”Ⅱ型长31.4米，起飞重量飞50吨，起飞推力195吨。它的射程高达15000千米，可推带2000万吨当量的核弹头。它于1962年3月16日试验成功。
洲际导弹经过了几个阶段的发展。P-7、“阿特拉斯”和“大力神”属于第一代，特点是体积大，重量大，推进剂不可贮存。这类洲际导弹不能处于常备状态，准备时间长，自主性和适应能力低。第二代洲际导弹采用可贮存推进剂，并进而过渡到采用固体推进剂，适应性和机动性较高。随着核弹头的小型化，从潜艇发射的固体潜射导弹应运而生。第二代洲际导弹的特点是生存力强，机动性好。前苏联的SS-9、美国的“民兵”Ⅰ式和“北极星”，法国的M-1都属于第二代洲际导弹。第三代洲际导弹着重解决的是采用集束式和分导式多弹头问题，并且出现小型化、可车载机动发射的单弹头洲际导弹，从而可攻击多目标，突防能力强，威慑力更大，机动性更好。美国的“民兵”Ⅲ式、“和平卫士”式（即MX导弹）和前苏联的SS-18都属于第三代。除洲际导弹外，美国的“海神”式和“北极星”A-3，前苏联的SS-N-8潜射导弹也具备多弹头洲际攻击能力。
洲际导弹是现代武器中威力最大的一种，是现代科学技术的结晶，体现了一国的科学技术水平和国防势力。洲际导弹的存在极大地威胁着人类的安全。从20世纪60年代开始，削减核武器和洲际导弹就成为人类面临的重大课题。冷战的结束使这项工作取得了一些进展，但要达到彻底销毁洲际核导弹的目标还要经过长期艰苦的努力。
中央电视台卫星云图的预报
气象观测预报与国民经济和人们的日常生活息息相关，气象卫星的出现为气象观测提供了革命性的技术手段。气象卫星上装有各种气象遥感器，能够遥感地球及大气层的可见光、红外和微波辐射，能够探测温度、湿度、气压和风速等信息，并将其转换成电信号传递到地面。地面台站将卫星送来的电信号复原，绘制成各种云层、地表和洋面图片，再经进一步处理和计算，即可得出各种气象资料。中央电视台天气预报节目的气象云图就是根据气象卫星发回的气象探测资料绘制的。
中央电视台天气预报的卫星云图有两种，一种是同步轨道气象卫星云图，图像上有各种不同的云系和经纬网络；一种是极轨气象卫星云图，图像上有海洋、云层、高原、沙漠、冰雪、植被和河流。卫星云图还分可见光云图、红外云图、全景云图和区域云图。直接从卫星上接收的云图只是黑白图像。为研究的方便和使观众易于看明白，气象工作者为云图画上国境线、城市标记，并根据光谱原理对云图进行了色彩加工，使之接近人的视觉习惯：绿色表示植被；赭黄色表示陆地；蓝色表示海洋等等。由于大片云系会反射太阳光，气象卫星接收到的各种云系的信号是灰白颜色，因此我们从卫星云图看到的大片降雨云系的色彩是灰白的，而不是浓黑色。
制作卫星云图的工作相当复杂。每天早上值班天气预报员要确定天气预报使用的云图种类。气象中心的人员按需要将接收到的图像进行处理，包括云图定位、拼接处理、投影变换、几何畸变校正、辐射畸变校正、绘制等压线和等温线等。通常每天接收两次极轨气象卫星的图像资料，每次接收到的是相邻三个轨道（每个轨道约横向3000千米宽）气象资料，这些资料经过投影拼接才能得到一张可完全覆盖中国的气象云图。接着还要进行彩色合成及局部放大。另外，每隔半小时还要接收一次同步轨道气象卫星云图，它覆盖约四分之一的地球表面。将这些云图做成动画片形式可生动显示各个云系的变化，据此可对天气系统的趋势作出预测。
1960年4月，美国发射成功第一颗气象卫星“泰罗斯”1号，证明了使用卫星进行气象观测的巨大价值和优越性。气象卫星观测的地域广阔、观测时间长、观测数据汇集迅速，因而能提高气象预报的质量，对长期天气预报更有重要意义。气象卫星所提供的气象资料已被广泛用于日常气象业务、气象科学、大气物理、海洋学和水产学的研究。气象卫星的发展和应用异常迅速。气象卫星逐步由低地球轨道扩展到太阳同步轨道，再进一步发展到同步轨道。极地轨道和同步轨道气象卫星相互补充就可以实现对全球的气象观测。目前全球性的气象卫星观测网大大提高了气象预报的精度和及时性，并能预先预报灾害性天气，为社会发展作出了巨大贡献。
60年代初，中国已对气象卫星技术和大气遥感问题进行了初步探索。从70年代起，中国开始接收国外气象卫星发出的资料，对云图分析、红外和微波遥感以及天气预报进行了大量研究工作。80年代，引进了美国“泰罗斯-N”系列气象卫星单站接收处理系统，1986年10月1日，中国首次在电视中播发了卫星气象云图和气象预报。1988年9月7日和1990年9月3日，中国先后发射成功两颗“风云一号”极轨气象卫星，标志着中国卫星气象工作进入了一个新阶段。“风云一号”的主要遥感设备是两台五通道可见光和红外扫描辐射仪，扫描宽度3000千米，星下点分辨率1.1千米。各通道分别用于拍摄白天云图，昼夜云图，水、冰、雪和植被图像，海洋水色图像，地表、海面温度及图像。星上其他重要设备还有三种图像传输系统和计算机。卫星为1.4×1.4×1.2米的六面体，重900千克，运行轨道高度为901千米，每天绕地球运行14圈。地面系统由北京、广州、乌鲁木齐三个地面资料接收站和设于北京国家卫星气象中心的资料处理中心构成。广州和乌鲁木齐接收的资料通过通信卫星实时传送到中心，北京的资料通过微波传至中心。中心对气象卫星资料进行处理，制成卫星云图，供气象研究和预报使用。在这两颗卫星正常工作期间，中国气象预报工作采用了自己的高质量卫星云图。除使用“风云一号”卫星的云图外，中国通常都是接收和使用美国的“诺阿”极轨气象卫星和日本的“葵花”同步轨道气象卫星的资料。
VSAT——小型卫星通信地球站
VSAT是英文Very Small Aperture Terminal的缩写，意为甚小孔径终端。它是一种用户自备的具有收发功能的小型卫星通信地球站。利用VSAT装置，用户无须通过大型地球中心站的转送就能直接通过卫星实现与世界各地进行数据、话音、图像信息的高速交换。VSAT是80年代通信卫星领域最有意义的成就之一，它对卫星通信的发展将起到巨大的作用。
卫星通信是航天技术应用的最重要领域。自第一颗卫星诞生后不久，美国和前苏联就着手发展通信卫星。1969年，国际通信卫星组织用多颗通信卫星实现向用户提供国内通信以及国际通信服务。通常，两个用户利用卫星进行国际通信基本上都可用如下模式表示：
用户甲→地球中心站甲→卫星→地球中心站乙→用户乙
由于同步通信卫星取得的巨大成功和其显示的优点，人们将这种卫星通信方法看作最理想的通信模式。但是，这种方式存在几大缺点：（1）需要建设大量大型卫星地面站，耗资大；（2）用户使用卫星进行通信必须通过地面站间接进行，通信方式复杂，可靠性低；（3）用户不能直接、灵活地利用卫星资源；（4）远离地面站的边远山区用户和移动用户难以利用卫星进行通信；（5）不利于保密。
随着卫星通信技术、数字技术和计算机技术的发展，一方面由于卫星功率和地面接受灵敏度的不断提高，卫星通信较高频段的开发应用以及卫星天线方向性的改善，使得小型地面接受装置的开发具有了可能性；另一方面，各种通信业务的需要和计算机技术的推广普及，许多用户希望利用卫星电路进行专用、灵活、直接和经济的通信业务服务。可以说，航天技术与通信技术的发展和社会的需要为甚小孔径通信终端（VSAT网）的发展和应用提供了必要性和可能性。1984年，美国首先开始运行VSAT网，很快以其成本低和使用灵活而迅速推广到欧洲、澳洲和亚洲，成为卫星通信的一个全新的发展方向。
与常规的大型地面站通信方式相比，VSAT通信网主要有以下特点：（1）可提供多种业务：如提供数据、话音、视频图像、传真和计算机信息等多种信息的传输；（2）设备投资和使用费用较低，一般可为用户节省40%～60%；（3）具有较大的网络灵活性，网内用户可直接通信；（4）VSAT网的信道误码率较低，比地面站形式低几个数量级；（5）设备和系统的可靠性较高；（6）用户不受地理位置和地面站的限制，使用范围大大扩展；（7）维护简单，易构成广播通信方式；（8）保密性好。由于VSAT通信网具有上述优点，它可在各个领域获得广泛应用，如交互式计算机通信，各种信息数据的发送、接受和交流，银行金融结算，电视会议以及电视教育，商品交易和定货，移动通信、电子邮件、股票交易、自动出纳等等。
随着VSAT通信网的推广和应用，VSAT技术也得到迅速发展。早期VSAT设备的通信天线约在1.2米～1.8米，现已降至0.5米以下。如国际海事卫星组织开发的C标准数据终端，尺寸只有73×214×279毫米，重2.0千克，其锥形天线尺寸为200×190毫米，重仅1.6千克。随着信息编码、调制解调和纠错等新型技术及集成化技术的发展，VSAT正从单纯数据型向数据、语音、文电和图像等信号综合传输的方向发展，从而极大地拓宽了其应用范围。
中国于1988年7月开通VSAT卫星通信网，主站天线为13米，终端用户天线为2.5米，安装在各用户的建筑物上，可为用户提供声码电话、数据传输、彩色图像传输等各种业务，为煤炭部、地震局、民航、铁道部、海关总署和国家计委等单位提供了各种业务服务。
卫星电视网
通信卫星是为人类社会带来利益最大的卫星，它使全世界信息传播方式发生了革命性变化。卫星电视网即是通信卫星的重要应用之一。
卫星电视网即电视卫星系统，它用于转发声音信号和电视图像信号。通常卫星电视网包括轨道和地面两大组成部分。通信卫星或专用电视卫星是在轨部分，它除了包括一般卫星的基本分系统之外，最重要的有效载荷有转发器、通信天线和遥控遥测系统。转发器实际上是一个宽频带收发信机，相当于一个传话简，其任务是接收地面站发射的电视信号（称上行信号），并经放大、变频后再发回地面（称下行信号）。由于上行信号很弱，转发器通常要将上行信号放大20000倍以上，以使地面易于接收。电视卫星系统的地面分系统包括上行站、测控站，以及大量的接收点。上行站的任务是把广播电视中心送来的广播电视信号经调制和放大后发射给卫星，并接收和监测卫星转发下采的信号和测试卫星转发器的通道。上行站除主站外，还设有移动型或车载型上行站，以供外出采访就地转播之用。测控站的任务是对卫星进行跟踪、测轨、遥测及遥控。电视卫星位于35860千米高的静止轨道上，但要实现全球直播，只有一颗卫星不够，通常需要两到三颗卫星接力式地传送电视信号。
对这些基本系统有所了解后，我们就可以通过实例介绍卫星电视网是如何进行全球电视节目直播的。在1996年亚特兰大奥运会比赛期间，在当地电视中心首先将比赛的实况进行录制、编辑，并转成视频信号送往主上行站（卫星地面站），上行站将这些信号调制到微波载波上，再放大后经天线发往位于大西洋上空的通信卫星。这颗卫星上的转发器将信号转送到位于印度洋上空的通信卫星上，再经该卫星转发器放大和变频后，送到北京的卫星地面站。地面站接收卫星的信号并将其放大、解调，还原成视频信号，送到中央电视台，通过发射塔播放出来。这样，我国的观众可以坐在家里收看到奥运会现场比赛的实况了。由于洲际比赛距离遥远，我国通常都要在比赛时间里租用外国的一颗到几颗通信卫星上的转发器。
当今信息时代要求信息的传送更加迅速。这样，不仅轨道上的卫星必须形成一个网络，地面上的发射、接收站点也要形成一个庞大的系统。对于体育比赛、重大政治活动甚至突发事件如战争、自然灾难等，往往通过移动式或车载式转播系统将事件发生的现场情况录制、转换、放大、调制，直接发送到通信卫星上，经一颗或几颗卫星接力式地接收、放大，最后发回地面站，再由地面站送到电视中心，最后经放大、解调、还原后发射出去，或经有线电视系统送到千家万户。
上述卫星电视直播模式从20世纪60年代直到今天仍是最通行的方法。它虽然实现了远距离电视直播，但存在着许多缺点。对于地广人稀、远离电视发射台的广大观众，他们或者收到的信号很差，或者干脆收不到电视信号。移动电视用户也难以接收电视信息服务。另外，通过地面卫星广播电视中心转播的方式会造成可上卫星的电视频道数较少、信号经多次转发失真较大等严重的缺点。为了扩大卫星电视覆盖面甚至达到全国覆盖，大大增加卫星电视频道数，并朝高清晰度电视方向发展，一个可行的解决方案是发展电视直播卫星。其基本思想是用户无须经过地面的接收和发送台站，而直接接收卫星发回的电视信号。
大功率（几百瓦量级）转发器技术的进步以及VSAT技术的成熟，使电视直播卫星投入实用成为可能。电视直播卫星是卫星把电视信号直接送到用户的接收机上，无须经过地面台站的转发，这对于提高接收质量、方便移动用户和边远地区用户都十分有利。美国在1974年发射成功具有大面积天线的ATS-6通信卫星，首次实现了直接电视广播和双向视频通信。80年代中期以后，欧洲和日本也开始发展电视直播卫星和建立直播卫星电视系统。美国还成立了直播卫星公司，同有线电视公司展开竞争。美国直播电视公司和全美卫星广播公司已累计播送了175个频道的电视节目。用户只需使用45厘米天线和小型电子接收装置就可以直接收看卫星发送的新闻、体育、娱乐和信息服务节目。这是卫星电视直播的一次重大飞跃。
GPS（导航星全球定位系统）的工作
导航卫星是为地面、海上、空中和空间用户提供导航定位参数的应用卫星。导航卫星早期主要用于军事用户导航和定位。1959年12月美国首次发射子午仪导航卫星，而后又发射了两颗试验型子午仪卫星，取得了很大成功。1973年12月，美国国防部又制定了一个“导航星全球定位系统”（GPS）计划，目的是弥补子午仪卫星的不足，建立一个供各军种使用的统一的全球军用导航卫星系统，原计划15年完成。该系统由21颗实用卫星和3颗备用卫星组成，采取中高轨道，均匀分布在6个轨道面内，高度约20000千米，倾角63°。21颗卫星分为Ⅰ型和Ⅱ型，前者重460千克，后者重787千克。1978年7月22日，第1颗导航星发射，1993年10月26日，第21颗导航星发射，标志着该系统初步建成。1994年3月6日，第24颗导航星发射入轨，从而使这项历时20年、耗资上百亿美元的导航星全球定位系统全部建设成功。导航星的定位精度在16米以内，测速精度优于0.1米/秒，计时精度优于120毫微秒（300万年误差1秒）。该系统对民用用户开放的通道定位精度较低，一般在100米左右。
定位常常是军用系统和民用系统需要解决的重要问题。飞船和返回式卫星在回收时，需要弄清落点精确位置。舰只在茫茫大海上航行需要知道自己的位置。发射洲际导弹需要时时跟踪它的位置、方向和速度。坦克部队在大沙漠上行动需要知道自己的方位。士兵在丛林中执行任务时要经常确定自己的位置。为保证运钞车的安全，银行也要通过实时确定它的位置和路线进行安全监视。如果知道丢失的车辆所在的地点，就可能迅速找回。导航星全球定位系统可以满足这些不同用户的复杂定位要求。它可为飞机、舰船、坦克、步兵、导弹、低轨卫星和各种民用用户提供全天候、连续、实时、高精度的位置、时间和速度的精确定位信息。
导航卫星定位的原理是时间测距和多普勒测速。导航星同步发出卫星星历表、时钟校正参数、信号延迟参数、卫星状态参数和识别信息等导航信号，用户接收机在某一时刻可同时接收4颗卫星发出的导航信号，接收机计算机根据卫星发送信号时间和电磁波的传播速度，可以算出用户相对于4颗卫星的距离（称伪距离）。以这4颗卫星为中心，以它们相对用户的距离为半径作4个球面，如果4个球面汇于一点，这个点就是用户的位置。否则就用导航星上的时钟校准接收机时钟，重复计算使球面汇于一点。这样用户的三维位置坐标（径度、纬度和高度）就确定了。通常用户在地球的任何位置至少能同时“看到”6颗以上的导航星，从中选出位置最佳的4颗进行连续的实时三维定位和测速。移动用户则根据接收导航信号频率的变化（多普勒频率）来计算自身运动的速度。获得的位置和速度信号在显示器上显示出来。
导航星全球定位系统是被动式导航定位系统，即用户只须接收卫星发出的信号而无须向卫星发射信号，因而接收装置可以做得非常小巧，一般在几千克左右。美国海湾战争中使用的接收机有的只有0.81千克，尺寸仅22×9×5厘米。
导航星全球定位系统不仅为美国三军提供导航服务，而且也已用于民用和移动通信服务。但两种用户严格分开，军用导航采用精确码；民用定位采用粗捕获码，且精度只有100米左右。美国政府1993年许诺，民用用户可以免费使用该系统10年。由于这个原因，90年代后，许多国家有大量公司在开发不同用途的导航星全球定位系统接收装置，应用领域遍及社会经济各个方面，GPS的开发和应用已形成前景十分广阔的技术产业。鉴于GPS系统取得的巨大成功，美国还计划对其进行改进和扩充，计划研制和发射51颗新的导航卫星组成规模更大、应用更加广泛的导航星全球定位系统。
地球资源卫星
地球资源卫星是遥感卫星的一种，是和人类生活联系最密切、在国民经济中应用潜力最大的实用型卫星之一。地球资源卫星进行资源调查的原理是基于这样一个事实：任何物体，不管是有生命的还是无生命的物体，都以它们自身特有的方式发射、吸收和反射电磁波，从而给出不同物体特有的频谱“标记”。矿物的性质和特点不同，电磁波辐射与反射能力和特点也不同。资源卫星上的遥感仪探测到的不同矿物反映在图片资料上的差别是不同的色彩、色调、几何形状、地貌形态、水系特点和植被特点。地面接收到星上遥感器获得的这些标志信息图片后，就可根据以往的经验事实对图片进行地质判读以获得这些信息的真实含义，即识别出遥感图片上的不同资源。由于卫星遥感面积大，速度快，不受地理条件限制，因而能够对广大区域的各种金属或能源矿物进行粗查，大大节省了找矿的时间、成本和物耗。
除矿物资源调查外，地球资源卫星还可用于对农业作物种类、生长状况、收成情况、地质结构、岩石类型、土壤特性、地面含水线、地表水源分布、工业污染程度等进行调查和研究。
地球资源卫星装有各种遥感仪器。这些仪器通常按工作波段分类，包括可见光、红外和微波遥感器，如机械式多谱段扫描仪、电荷耦合器件阵列、返束光导管摄像机和专题绘图仪等；微波遥感器，包括微波辐射计、微波散射计和合成孔径雷达等。
地球资源卫星是经济效益极高的多用途卫星，它有至少40多种以上不相重复的用途。在农业方面能够估计作物的产量、估计土壤含水量、早期预报病虫害、报告森林火灾、调查野生动物、探测渔讯等；在环境监测方面能够调查内陆水资源、监视海岸侵蚀、进行地震和火山探测、进行地理学绘图和地质学研究、开展大气流以及海湾污染调查、监视臭氧层等；在矿物调查方面，能够通过岩石的光谱特征和地形的类型来识别矿物的种类和贮量、对地下能源进行查明和估计贮量、勘察海洋石油资源等。在美国，每年从地球资源卫星中就可获取几十亿美元的收益。自1977年至今，美国总获益高达上千亿美元。据美国农业部估计，地球资源卫星每年给美国农林牧业至少带来30亿美元的收益。前苏联地质学家利用资源卫星的遥感照片，一年内取得经济效益约4000万卢布，寻找石油和天然气方面的经济效益超过1亿卢布。据前苏联估计，向国土资源卫星投资1卢布，就可为国家创造10卢布的收入。从这几个数字中能够看到地球资源卫星对人类经济发展的巨大意义了。
资源卫星还会带来丝毫不亚于经济效益的社会效益，而且过去许多花钱也办不到的事情如详查亚马逊流域资源，现在可以轻易做到。随着社会的进步和人类意识境界的提高，地球资源卫星的社会效益正日益为人们所重视。将来，地球资源卫星的作用对人类的生存和生活质量的影响可能会更大。
发展载人空间站的意义
借助各种人造卫星和载人空间站进行太空科学技术探索活动，无非是为了有效利用空间资源。目前的空间资源概念主要有如下含义：
空间高远位置资源，即站的高便看得远；
空间高真空资源，在太空大气密度几乎为零；
空间微重力资源，高速飞行的航天器的离心力抵消了地球引力，因而微重力环境极佳；
空间太阳能资源，在太空中太阳能密度更大。
这些资源在地面要么根本没有或很难实现，要么不能有效利用。充分有效地利用太空资源是航天技术发展的基本目的。
为什么要研制和发射载人空间站呢？空间站的出现是航天技术应用化发展以及越来越强调航天活动的效益所促成的。研究表明，在高真空和微重力环境下，可以生产高纯度、高均匀度、大尺寸的半导体晶体材料；可以合成地面上无法合成的合金，如金属塑料合金；可以大量生产地面上很难或根本无法生产的特效药；可以加工出近乎纯圆的金属球体；可生产特种生物制品；能够长时间、大面积进行对地观测和天文观测；能够进行各种新技术的开发；可以进行大型空间结构的安装。从应用角度特别是长期效益上看，人造卫星和载人宇宙飞船都有其不足。人造卫星太小，装载的仪器设备有限，而且没有人照料，无法完成复杂的科学技术活动；载人飞船虽比卫星大得多，但对于空间加工等任务来说还嫌不够，而且它的飞行时间很短（一般小于14天），因而不能适应时间较长的观测与实验工作。人造卫星和载人飞船的不足迫切需要有载人空间站来完成这类空间科学技术任务。另外，载人空间站还可以更好地执行如侦察、预警、导航、通信等多种军事任务。
前苏联在上世纪60年代末把载人空间站作为未来航天计划发展的核心和一项国策，并取得了惊人的成就，先后共发射成功三代8艘空间站。第一代是从“礼炮”1号到5号，第二代是“礼炮”6号和7号，第三代是“和平”号空间站。逐步改进的“联盟”号载人飞船和后来新研制的“进步”号货运飞船成了连接地面与空间站、往来运送宇航员和仪器货物的工具。“礼炮”系列空间站第一个是“礼炮”1号，1971年4月19日发射入轨。第一代5艘“礼炮”号带有试验性质，但也取得了一些科学技术成果。第二代“礼炮”6号和7号两座空间站进一步提高了安全性和可靠性，实验和研究内容有所增加，寿命也大大延长。它们带有两个对接窗口，一个用于“联盟”号飞船，另一个用于“进步”号货运飞船。
“礼炮”6号和7号分别于1977年9月29日和1982年4月19日发射入轨。“礼炮”6号运行期间，共有33名宇航员进站工作，载人总时间为678天。“礼炮”7号则共接待了10批27名宇航员进站工作。宇航员基茨姆、索洛维耶夫和阿特科夫创造了连续太空飞行时间237天新纪录。宇航员共进行了涉及各个方面的120多项实验，拍摄了1万张地球和天空照片，完成了大量科学观测、地球资源观测、人体医学研究和技术实验。其他具有重要应用意义的工作是进行了大量半导体、晶体生长实验和金属冶炼实验。
第三代“和平”号空间站的核心舱总长13.13米，最大直径4.2米，总重量20.4吨。它带有6个对接口，除用于飞船对接外，还计划对接5个大型专业研究舱。1986年2月20日凌晨，一枚三级“质子”号运载火箭将“和平”号空间站核心舱发射升空。在各批宇航员进站工作的同时，专业舱的发射和与核心舱的组装工作也在同时进行。
1986年4月到1996年4月，5个专业舱先后发射并与在轨的核心舱对接，标志着“和平”号空间站最终建成。在“和平”号运行的10年（截止96年2月20日）中，共对接各种航天器78艘，有56人登上空间站。宇航员不断刷新连续太空飞行时间新纪录：1987年罗曼年科创造“礼炮”7号太空站了326天的纪录，接着又提高到366天，1995年宇航员波利亚科夫一跃又将纪录提高到437天15小时。“和平”号空间站在轨运行的10年可谓成果辉煌：研究了在太空使用的药物处方、宇航员体力恢复方法、蛋白质晶体生长、高效蛋白质精制、特殊细胞分离、特种药品制备等，进行了各种材料实验和半导体、合金制备，发现了大量稀有金属矿藏和上百个油脉，开发了大量空间新技术，进行了大量天文观测。
美国利用阿波罗计划的成果和硬件，包括运载火箭和推进剂贮箱，研制了美国惟一一座空间站——“天空实验室”。1973年5月14日，一枚两级的“土星”5运载火箭在肯尼迪航天中心点火发射，将“天空实验室”送入轨道。“天空实验室”在轨工作期间，共接纳了三批9名宇航员。他们首先成功地对太阳电池板等故障进行了修理。他们完成的工作和取得的成就有：对地球进行了长期的观测、研究和拍照；对太阳进行了有史以来最直接、最系统的观测，包括记录到一次耀斑爆发的全过程。此外还进行了植物生长实验、医学实验、晶体生长实验、半导体掺杂实验，得到了长达2厘米的晶体，比预期的长6倍；制造了全新的金锗化合物。
由于建造大型空间站耗资惊人，上世纪90年代美、俄、欧、日、加等国决定联合研制“阿尔法”国际空间站。“阿尔法”空间站于2002年最终建成，采用的运载工具是俄罗斯的火箭和美国的航天飞机。空间科学和应用跃上了新的台阶，空间加工和产品生产进入了产业化，空间站的经济效益和科技价值更充分地显现出来。作为建造“阿尔法”空间站的序幕，美国航天飞机与和平号空间站进行了7次对接和联合飞行，以进行各种实验和技术准备工作。1995年6月29日至7月4日，“亚特兰蒂斯”号航天飞机与“和平”号空间站成功进行了首次对接和联合飞行，产生了强烈反响。
美国的航天飞机
航天飞机是一种像火箭一样垂直发射入轨，再入大气层后像普通飞机一样水平着陆的天地往返运输系统。它具有许多运载火箭和其他航天器所不具备的特点和功能。航天飞机的研制是航天技术向纵深发展的需要促成的。70年代以前，航天技术已取得了惊人进展，但存在的问题和不足也是十分明显的。例如，运载火箭和载人飞船都是一次性使用的，这使得航天发射的成本很高，代价很大；各种应用卫星都是高技术的产物，研制发展费用昂贵，郊果因没有进入轨道或因故障而不能投入使用，损失也是巨大的；载人航天最重要的是安全，如果飞船发生故障，势必威胁着宇航员的生命财产。60年代的研究表明，研制可重复使用酌航天飞机是解决这些问题的有效途径之一。
首次载人登月成功之后，乘阿波罗计划的东风，美国宇航局提出了雄心勃勃的未来航天计划，其核心目标是载人登上火星。但这个计划受到尼克松政府的断然否决。在这种情况下，宇航局又提出了航天飞机计划，它实际上是载人火星飞行计划的一个小项目。为了获得批准，宇航局非常乐观地描述了航天飞机的价值，包括经济价值和国防价值：（1）作为由宇航局和国防部联合使用的航天运输工具，能取代现有的12种不同的运载火箭；（2）当地球或空间出现有关国家安全的严重事件时，可用航天飞机迅速查明情况；（3）能迅速回收或更换与国家安全密切有关的失效或失误的航天器；（4）能捕捉、使其失效或摧毁不友好的航天器；（5）能回收或在轨修理出现故障的卫星；（6）能迅速救援处于困境或生病的宇航员，使他们摆脱困境。除了这些以往航天器不具备的能力外，宇航局还许诺说，利用航天飞机发射有效载荷入轨的成本只有一次性运载火箭的十分之一。
经过宇航局频繁游说，先后说服了国防部和预算委员会，最后也打动了尼克松总统。1972年，尼克松批准了航天飞机计划。美国国会在批准这项预算时，要求航天飞机的发展费用不得超过50亿美元。
航天飞机设计方案经过了很长时间才得以确定。它由最初的完全可重复使用的两极方案变成三位一体方案：一架轨道器（航天飞机）背驮了一只巨大的一次性使用的推进剂外贮箱，外贮箱的两侧各有一枚大型固体助推器。这种布局降低了总研制费。但由于外贮箱不能重复使用，从而提高了发射成本。航天飞机系统的尺寸为：轨道器长27.21米，翼展23.79米，机高17.39米。它的中部有一个长18.3米，直径4.6米的载荷舱。外贮箱长47.1米，直径8.38米，两枚固体助推器长45.5米，直径3.7米。为了实现“普通人也能坐航天飞机”的设想，航天飞机在起飞过程中的最大过载限制在3g以下，在返回时的过载限制在1.5g以内。航天飞机在研制过程中，解决了一系列高难度的技术问题，包括研制可重复使用的高性能液氢液氧发动机、大推力可重复使用的固体助推器、可重复使用的防热瓦等。
第一架供设计验证和滑翔试验用的航天飞机轨道器“企业”号于1976年9月17日交付。1979年3月24日，首架用于轨道飞行的“哥伦比亚”号完成了装配，并空运到肯尼迪航天中心。1981，年4月12日，正值加加林首次进入太空20周年纪念日，“哥伦比亚”号发射升空。担任首次飞行任务的是约翰·杨和罗伯特·克里平，主要目的是验证轨道器轨道飞行能力、稳定与操纵特性、再入与着陆特性，同时还在轨试验了后货舱门的开闭特性以及机上惯性基准的建立。航天飞机的首次飞行从当地时间4月12日上午7时开始，到14日东部时间13时20分结束，历时54小时23分，绕地球36圈，最后在加利福尼亚州爱德华兹空军基地安全降落。大约有100万人从世界各地赶到卡纳维拉尔角观看了这次发射，其中包括英国女王伊丽莎白二世、首次登月的阿姆斯特朗等。美国电视台现场直播了这次发射，因此全球大约有5亿多人观看了当时发射的盛况。
美国航天飞机经过试验和投入使用后，证明了它在技术上是成功的，能够执行以往航天器和火箭不能完成的任务，如在轨回收、修理和发射卫星，实现了部分可重复使用等。但它的发射成本极高，甚至大大超过了运载火箭。“挑战者”号失事后，航天飞机不再承担民用载荷发射任务，只用于空间科学实验或发射大型军用载荷和深空探测器。截止1996年10月，美国航天飞机已飞行了79次。
空间天文学已取得的成就
航天技术促使空间天文学的诞生，使天文观测发生了革命。空间天文学就是利用轨道上的多用或专用天文卫星或发射星际探测器，进行天文观测研究。这样会带来许多优点：不受大气层影响，观测仪器接收到的恒星光或行星反射光更强、光谱更宽，从而可以“看”得更清楚、更远；不受地面人造光、风雨阴晴和黑天的干扰，可观测的时间更长；可以就近或登陆进行行星探测。
对太阳的观测和研究工作开展得最早。上世纪60年代前苏联和美国都研制和发射了专门探测太阳的卫星和探测器。上世纪70年代国际合作进行太阳探测达到高潮。上世纪80年代末美国和西欧合作，开创了一项立体研究太阳的“尤利西斯太阳探测计划”，取得了巨大成就。月球探测也进行的相当充分。前苏联于1959年1月2日发射了“月球”1号探测器。9月26日发射的“月球”2号成为第一个击中月球的人造物体。而10月4日发射的“月球”3号则第一次观察到月球神秘的背面。1964年7月28日美国发射的“徘徊者”7号到达月球表面，发回了4300张清晰的月面照片。尔后美国又发射了“徘徊者”8号和9号探测器，也取得了高度成功。前苏联于1966年1月31日发射的“月球”9号终于实现在月面上软着陆。3月31日发射的“月球”10号则成为第一颗人造月球卫星，对月球及周围环境进行了长时间的观测，获得了大量宝贵的科学资料。
近地行星包括金星、火星和水星。美国1962年发射的“水手”2号发现金星没有磁场和辐射带。1965年11月16日，前苏联发射“金星”3号探测器并于1966年3月1日首次击中金星，成为第一个到达另一个行星的人造物体。1967年1月12日，前苏联发射的“金星”4号探测器取得极大成功。它在距金星45000千米的地方释放了一个下降舱，它发回了距离金星表面只有25千米高时的探测数据。前苏联于1970年8月17日发射的“金星”7号探测器成功地于12月15日首次实现在金星表面软着陆。它第一次获得了金星表面的数据：温度为475℃，压力为75～105个大气压。美国发射的“麦哲伦”号金星探测器于1990年对金星表面进行了详细的测绘，测绘之细致甚至超过了地球。
对火星的探测活动始于上世纪60年代前期，至上世纪70年代时达到了高峰。1971年，美苏共发射了5个大型火星探测器。美国“水手”9号成为第一颗人造火星卫星。这个探测器获得了大量关于火星的资料，发回了7000多张火星和其卫星的照片。美国于1975年8～9月发射了两个“海盗”号火星探测器，实现了在火星表面的软着陆。它们发回了不少探测数据和照片。各种观测资料表明，火星上不存在任何生命，也不具有生命发育和生长的基本条件。在上世纪80年代末新一轮行星探测中，火星是最主要的探索目标。1988年前苏联发射了两个火星探测器：“火卫一”1号和“火卫一”2号。美国于1992年发射了“火星观测者”探测器，开始了火星探测计划三部曲的第一步。1996年俄罗斯发射了“火星96”探测器。遗憾的是这几个探测器都在飞行过程中因故障丢失、失去联系或坠回地球了。1996年12月，美国向火星发射了“火星探路者”飞船。该飞船在抵达火星后将对火星进行全面的拍摄。美国航空航天局还计划于2010年实现载人飞船登陆火星的计划。
美国于1973年发射的“水手”10号也许是惟一一个水星探测器。它于1974年3月29日接近水星，对它进行了就近观测。尔后，它又两次探测了水星。由于水星离太阳最近，它的表面环境十分恶劣，上面的温度最高可达510℃，而被日面却低到-210℃。
就近观测几大外行星如木星、土星、海王星、天王星和冥王星要比近地行星困难得多。1972年3月3日，美国发射了第一个外行星使者：“先驱者”10号探测器。1973年4月6日又发射子“先驱者”11号探测器。它们都就近考察了木星和土星。1977年8月20日和9月5日，“旅行者”2号和“旅行者”1号探测器先后发射。“旅行者”1号后来居上，于1979年和1980年就近探测了木星和土星。“旅行者”2号探测器于1979年掠过木星，1981年8月20日靠近土星。它们拍下了许多非常完美的木星大气和旋涡照片。“旅行者”1号和2号探测器获得了许多新发现：木星有厚约30千米、宽度约5800千米的光环；它有长达30000千米的极光，波及到土星磁场的范围；它共有16颗卫星；木星的卫星木卫一有8座喷发的火山；土星有光环数以千计，可谓环中有环；它有兆瓦级能量的强磁场、极强的射电辐射、多达18颗卫星等等。
1989年10月18日，美国航天飞机发射了先进的“伽利略”号木星探测器。它经过6年的漫长旅行于1995年12月7日进入木星轨道。在此之前释放的再入探测器于12月8日以每小时18万千米（50千米/秒）的速度冲入木星大气。这是第一个进入木星的人造物，它发回了最新的探测数据。轨道器分离后，将在木星及其卫星的作用下，交错穿插其间。这期间，它将绕木星运行11圈，对木星及其卫星进行为期两年的全面考察。
1986年1月，“旅行者”2号就近观察了天王星，发现天王星拥有15颗卫星。1989年8月25日，它逼近太阳系第八颗行星海王星，发现海王星有5条光环，还新发现了海王星的6颗卫星。“旅行者”2号探测器对海王星的卫星“海卫一”的考察更令科学家们激动不已：“海卫一”比过去所想像的更亮、更小、更冷，是太阳系中晕冷的一个天体，温度只有-240℃，上面有冰火山，曾喷发过甲烷等冰类物质。
对宇宙的观测研究进行得也相当广泛。各国在过去的年月里，已经发射了不少专用或多功能兼用的宇宙探测卫星和宇宙探测器。探测对象包括宇宙星系、各种射电源、类星体、新星和超新星、黑洞、星际分子、宇宙背景辐射等。在众多的宇宙观测研究和发射的探测器当中，影响最大，人们寄希望最大的是美国的“哈勃”太空望远镜计划和宇宙背景辐射探测器计划。由于航天飞机计划受挫造成的影响，这些计划直到90年代初才得以实施。宇宙背景辐射探测器和修理后的“哈勃”太空望远镜获得了一系列重大发现，包括确认黑洞的存在以及为宇宙大爆炸学说提供了新的证据。今后，通过对中子星、脉冲星、类星体和黑洞的观测，这两个空间天文台将能够更全面深入地研究宇宙起源、结构、组成和演化等难题。
未来航天技术面临的挑战
航天技术经过四五十年的发展，已进入全面收益阶段。目前，应用卫星在不断完善和扩大应用的范围；军用卫星在不断地更新换代；天文卫星和星际探测器在不断地发回有关宇宙的新信息；载人航天飞行在有条不紊地进行着；航天飞机和宇宙飞船经常性地往来于天地之间；国际“阿尔法”空间站已经建造……在更加遥远的将来，航天技术将朝着哪些方向发展，航天技术的未来将面临哪些挑战呢？
无论进行何种选择，航天技术的发展必须以解决人类面临的问题、造福于人类和增进人类知识财富三大目的为本。当前，人类面临着数不清的问题，工业化的发展使这些问题变得日益严重。航天时代以来，人们提出了种种解决上述问题的途径。有些也许可以作为航天未来发展的方向。
人口、生态和环境是当今世界的热点问题。1969年，美国物理学家奥尼尔提出了太空城和太空移民的设想。他认为，解决上述问题的最好的办法是在太空中建造一个个太空城，逐步把人类移居到地球周围的太空城中。太空城内建有一种适于植物生长的自然环境，上面有百草、树木、河流和湖泊。除了这些人工自然环境外，太空城内还有道路、居住区、娱乐区、商业区、工作区等等。人类移居太空后，让地球长时间按着自然力的作用进行重新改造，恢复过去的生机和良好的生态环境。经过几百年后，地球会在没有人类干预的情况下，轻装上阵，变得更加生机勃勃、动物成群、绿树成荫、风调雨顺、风和日丽、万象更新。如果有必要，人类还可以重返地球。
作为太空移民概念的扩大，20世纪70～80年代出现了大量建立月球基地甚至改造火星的设想。美国宇航局科学家于1991年7月8日就提出了这样一个设想。他们就改造火星的进程制定了大致的时间表：在完成初步探测后，到公元2014年，人类先遣队将率先登上火星。他们先进行考察工作，初步开辟赤道地区。再过15年后，1万名专家将登上火星。他们架起太阳光反射器、开办核化工厂、建立核电站煅烧火星矿石和乱石。这些工作都是为了大量产生二氧化碳，创造人工温室效应，使火星表面气温逐渐升高。
大约到2080年，火星的平均气温将达到-15℃，这时，天空将会出现云层；赤道附近的冻原植物也开始放出氧气；两极地区的冰和干冰开始融化。渐渐地，大气层变得更加浓厚、河流和湖泊慢慢形成，植物生长更加旺盛，氧气量更加充足。这个过程不断向良性方向发展：低等动物和植物越来越多，氧气越来越丰富，温度越来越高，涓涓细流汇成大海。到2130年，火星温度将升至10℃以上；大约到2170年，巨大的植物系统将足以使大气富含氧气。这时，火星上看到的景象是：蓝蓝的天空、碧绿的原野、清清的河流、茂密的森林，一切都是那么生机勃勃。到那时，人类终于把比萨哈拉大沙漠还恶劣百倍的火星改造成了第二个地球。
为解决能源问题，科学家们提出了卫星太阳能电站设想。20世纪70年代美国有多家公司深入研究了卫星电站问题。波音公司在太阳能卫星电站上所做的工作最多，也最细致。该公司设想的电站有两种形式：一是光电转换方案，另一种是勃莱顿热循环方案。每一种方案都以发出电力10GW的电功率为目标。第一种方案又包括使用硅光电池和砷化镓光电池两类。第二种方案同地面上的汽轮发电机很相似，它依靠巨大的空腔式吸热器吸收太阳辐射，吸收的热量使循环器中的液氦气化并达到上千度高温。氦气膨胀时，通过上部的涡轮并驱动其高速旋转。回流经冷却器进入压缩机。涡轮驱动压缩机和发电机，可产生10000伏交流电输出，经变压器升至33万伏后再以微波形式发送回地面。
在美国，还有科学家和有关部门研究在月球表面建设太阳能电站的问题。研究表明，在月球表面可以建造2万个太阳能电站，发电功率在2万GW以上，每年产生收益15万亿美元。这个数字相当于世界总产值的60%。它虽然初期投资很大，但以后运营成本及维护成本都很低，因此具有十分广阔的发展前景。
太空工业化是航天未来发展的又一大主题。太空工业化的含义十分宽泛，可以从太空加工、生产、制药、冶炼等扩展到太空信息产业、太空旅游业和太空能源，更远期的太空工业化还包括月球和行星资源开发。许多专家指出，太空工业化初级阶段完全可能在医药、光学玻璃、电子器件、磁性材料、工业工具、新型材料以及加工工艺等方面导致新的工业革命。
在太空环境中，微重力和超真空提供了制造纯度极高、均匀性极好的大块半导体晶体的可能性；能够大量生产应力均匀、纯度高、性能极好的光导纤维和玻璃材料；可以生产高性能合金、磁性材料以及金属泡沫等新材料。许多科学家十分看好在太空生产生物制品和特种药物。生物制品商业化的三大应用领域是：生物分子结晶、生物分离和培养活细胞。特种药物生产前景也十分广阔，目前许多昂贵、且无法大量生产的特效药可望在太空大量生产，经济和社会效益非常明显。材料、加工和生物医药制品的收益保守的估计可达数千亿美元。如果包括太空信息服务、太空旅游、太空能源在内，未来15年太空工业化的总收益将超过10000亿美元。
从上面的描述可以看出，航天技术的未来发展前景十分广阔，对人类社会的影响也将更加深远，但面临的挑战也将是巨大的。技术上，要解决大量载荷的低成本发射问题，大型空间结构的组装问题，材料、药品和其他产品的工业化生产问题等等。从目前的状况看，太空城、太空移民、月球基地和改造火星所需要的基本技术人类已经具备，太空生产、加工的可行性已经得到实验验证。目前全世界航天年潜在发射能力可达上万吨，大型空间构件的组装已不存在很大困难。因此从技术角度上讲，太空工业化的目标并不遥远。显然，巨额资金需求将制约着未来航天技术的发展进程，但实现太空工业化等目标的最大挑战或许来自于人类的价值观和人类的合作精神。