将来人去太空旅行就像今天乘飞机一样简单，当然不能再用多级航天运载工具。科学家为此设计了一种空天飞机，它的外形很像大型客机，可是安装着3种截然不同的发动机。
空天飞机是在跑道上水平起飞，由普通飞机用的涡轮喷器发动机驱动，但是以液氢为燃料。当加速到3倍音速以上时，改由冲压式发动机推进。这种发动机结构简单，可是必须在高超音速下工作。空天飞机高速前进时，进气道大量吞吸空气，并从中分离出氧气，源源不断地与液氢一起流进燃烧室。由于从大气层中取氧，空天飞机可以少带许多液氧上天，减轻了起飞重量。当空天飞机飞到大气层边缘时，无法再从外界获得氧气，冲压发动机又让位给火箭发动机，用自身携带的液氧和液氢作推进剂，完成最后一段旅程。
空天飞机的起飞重量仅为航天飞机的1/10，地勤人员也从1.5万人减少到100人左右。它还可以作为一种高速洲际交通工具。
“伽利略”号飞船
20世纪70年代发射的“先驱者”号和“旅行者”号飞船，使人类对木星的认识发生了一次飞跃：木星的强烈辐射和巨大磁场、频频的闪电和3万千米长的极光、形如太阳系般的众多卫星(尤其是有活火山的木卫一)、宽大而暗黑的光环等。
然而那毕竟是一些“路过”性的访问，距离较远而又行色匆匆；图像的清晰度较差，数据也欠全面，致使许多木星的奥秘尚未被揭开。因此，为了对木星进行新一轮的考察，美国宇航局已于1989年10月18日，通过“阿特兰蒂斯”号航天飞机发射了专门的探测器——“伽利略”号行星际飞船，它是迄今已发射的最复杂最先进的探测器。
“伽利略”号由探测器和轨道飞行器两部分组成。前者的主要任务是实地考察木星的大气和云层。在它“深入虎穴”的60分钟里，将先后测量木星大气层的温度、压力和大气构成，并穿越木星大气中的氨冰云、氢硫铵云和水冰云层，直至被深层大气的巨大压力压扁而殉职。
轨道飞行器中的自转部分主要研究木星的磁层，而非自转部分则同时考察木星和伽利略卫星。为此，在它预定的绕木星11圈的行程中，每转一圈都要与一颗伽利略卫星作近距交会，最近时只有几十千米，可辩明30～50米大小的表面细节。
“卡西尼”号飞船
“卡西尼”飞船以研究土星环缝并发现4颗土卫的意大利天文学家卡西尼命名，自然与土星的研究有关。它由美国宇航局与欧洲空间局联合研制。由于赴土星路程遥远，不能一蹴而就。“卡西尼”将于2000年2月越过木星时接受额外引力的支援，于2002年12月低达土星，开始它长达4年、绕土星36周的神圣旅行。作为“见面礼”，在“卡西尼”与土星相遇之初，就放出“惠更斯”探测器。“卡西尼”飞船的主要任务是勘测土星的大气磁场、环增多系统及冰质卫星等。为此，它在前3年将较多地在土星的赤道平面内飞行，在与诸卫星约30次的交往中，足以对冰质卫星进行近距考察。为了探测土星高纬度的磁层及环系统。“卡西尼”将逐步改变它的轨道倾角。在最后1年，它的轨道面与土星赤道面的倾角已是85°，足以鸟瞰土星形如密纹唱片的环带全貌。
高潮或许在对土卫六的探测。除“卡西尼”本身携带的仪器可考察土卫六的大气(尤其是寻找复杂的有机分子)、绘制土卫六的地形图外，“惠更斯”将穿过土卫六云层，最终降落于其表面。它可进一步研究土卫六的大气，更可着陆勘查，为人类提供有关土卫六宝贵的表面组成资料。这颗神秘的卫星终将被揭开神奇的面纱。
氢冰可以制作飞船
对于氢和宇宙航行间的关系，大概你只想到一点：液氢可以作为高效的燃料。可是别出心裁的航天科学家竟提出了用氢冰制作飞船，并宣称它有3大优点：一是重量轻。这是不言而喻的，世上没有比它的密度更小的物质了。二是造价低。因为氢是宇宙间最丰富的物质，目前的制造成本为每千克22美元，堪称价廉。三是燃烧效率高。因为用氢冰制成的非主要部分都可转变成燃料而“烧掉”，这就大大提高了飞船的有效载荷。
科学家们从来不喜欢纸上谈兵，他们提出了具体的施工方案：在低温下先将氢加工成类似奶油的粘稠状，然后加入纤维使其固化。再用绝缘金属薄片将氢冰团一层层隔开，做成洋葱状。最后利用小型助推火箭，就可将这些氢冰原材料送入地球周围的轨道，它们足可保存24年，供人们组装成既是船体又是燃料的氢冰飞船。有人甚至建议，利用这种装备，足可作一次载人的火星之行。乐观者推测，这种飞船在今后30年内当可投入使用。由于氢的熔点是—259℃，对于极低温度下的深空飞行，氢冰飞船正可一展它独特的雄姿。
载人飞船顶端设有救生塔
在载人飞船顶端设有救生塔，这是为了救生而用。如果载人飞船采用低温推进剂运载火箭发射，在发射初始阶段发生紧急情况，必须采取分离座舱救生方式，使宇航员座舱飞离危险区，再借助回收系统返回地面而使宇航员获救。
救生塔实质上就是逃逸装置。它的使用范围仅限运裁火箭起飞阶段和飞行初始阶段。当运载火箭达到一定高度，飞船和其他动力装置已能提供逃逸动力时，就会把救生塔抛弃。因为，这时的救生塔成了多余的，它会消耗运载火箭的能量，有利装置成了有害装置。在应急救生的情况下，返回舱逃逸后也必须将救生塔抛弃，使回收系统能开伞工作。
在“阿波罗”号飞船上就装有救生塔，目的是保护飞向月球的宇航员们的生命安全。
救生塔与返回舱并非简单地叠加在一起，而是有机地联合组成发射逃逸飞行器，它具有一定的气动特性和必要的飞行弹道。在飞行过程中，逃逸飞行器还完成一定的角运动，并稳定地采取有利姿态，确保回收系统顺利展开。“阿波罗”号飞船救生塔还装有前翼，使逃逸飞行器能够调头，同时又能使返回舱姿态稳定地飞行，直至救生塔分离。
1983年9月27日，苏联发射的“联盟”1—10号飞船发射失败。运载火箭第一级点火后爆炸，但在千钧一发之际，救生塔将飞船拖离危险区，使2名宇航员获救。
航天器在火星上着陆
现在已经知道火星大气层的密度是地球大气层密度的1%。虽然航天器可以利用火星大气减速，但减速相当慢。要在火星上着陆，还需要配备巨大的降落伞。苏联向火星发射的“火星”3号探测器，它的轨道舱和着陆舱在分离时，轨道舱绕火星轨道运行，而着陆舱则点燃离轨发动机下降，进入稀薄的火星大气层，然后利用制动火箭展开减速伞，拉出大面积主伞，稳定下降至一定高度，点燃缓冲火箭使主伞脱开，着陆舱进一步减速，触及火星表面，实现软着陆。
美国发射的“海盗”号探测器在火星上着陆大致也是这样。着陆舱在244千米高空进入火星大气，此时下降速度为250米/秒，在5.7千米高空时打开直径为16.2米的大降落伞。当着陆舱降到离火星表面1.4千米高度时，点燃缓冲火箭，使下降速度由64.7米/秒减至2.67米/秒，最后关掉缓冲火箭发动机，实现软着陆。
苏联的“火星”3号探测器在1971年12月2日实现在火星表面软着陆。美国的“海盗”1号和2号分别于1976年7月20日和9月3日实现在火星表面软着陆。
航天器在空间的对接
要使2个或2个以上航天器在轨道上预定位置和时间相会，并在结构上连接起来，这个过程就叫对接过程。
航天器在空间飞行的速度是很快的，要使它们交会并对接，当然不是件容易的事。好在这一切都可通过航天器轨道控制和航天器姿态控制加以实现，其过程主要通过航天器控制系统完成。
1965年12月15日，实现了“双子星座”7号和“双子星座”6号在空间交会，当时它们在同一轨道上运行，又是同一速度，两个航天器仅相隔10厘米，这是世界上第一次实现航天器空间交会。1968年10月26日，苏联“联盟”2号和“联盟”3号又成功地实现了空间轨道自动交会。这为实现对接积累了经验。
对接是通过专门装置使航天器与对接目标互相接触，并由对接机构把两者连接成为一个整体。对接通常都是在宇航员的指挥和操纵下进行的。例如，“双子星座号飞船”和“阿金纳”号火箭的对接过程，就是这样完成的：当两者相距仅300米左右，相对速度为1.5～3米/秒时，宇航员通过手控调整飞船完成对接，随后“阿金纳”号火箭的对接环与飞船的小头紧密配合，连成一个整体。
航天器返回地面
从地面发射航天器，在完成科学考察任务之后，为什么能返回地面？
航天器返回地面就是使航天器脱离原来的运行轨道，进入地球大气层并在地面安全着落。
早在20世纪40年代末，美国和苏联就竞相利用V—2导弹改装成地球物理控测火箭，将科学探测仪器和试验生物等发射到100千米以上的高空，然后回收到地面。人造卫星发射之后，科学家便着手研究卫星返回技术问题。1960年和1961年初，美国的“发现者号”卫星和苏联的卫星式飞船先后成功地返回地面。这表明从环地轨道返回的技术基本成熟。“阿波罗”号飞船首次载3名宇航员飞向月球，在绕月球飞行后安全返回地面。
中国是世界上第三个掌握卫星返回技术的国家。1975年11月26日，我国第一颗返回型遥感卫星发射成功，在轨道上运行3天后，按预定计划顺利地返回地面。此后的1976年、1978年、1982年、1983年和1984年，我国又多次成功地发射了返回型遥感卫星。
卫星返回地面的原理是改变其运动速度，使卫星脱离原来的运行轨道，转入另一条轨道。若速度的变化使航天器转入一条飞向地球并能进入大气层的轨道，便可实现返回。
返回技术，是一项综合性技术。为使航天器安全返回和准时定点着陆，返回控制、制导、防热、回收和着陆等是返回的关键技术。
载人航天器中的生命保障系统
人类进行航天活动，最终都得乘坐载人航天器进入太空。在航天器内为了使宇航员一切正常，必须有生命保障系统。维持载人航天器密闭舱内的大气环境，保障宇航员的生命安全，进行正常的生活和工作，这就是生命保障系统的目的。
生命保障系统一般分为固定式和便携式2种。装在座舱内并有调温、调湿、调压、供氧、供食、大气净化等设施的为固定式，供宇航员在舱内生活和工作使用。当然，宇航员不能一直呆在舱内，为了研究和工作，有时要到舱外去，这时则需使用便携式的生命保障系统。
需要说明的是，载人航天器生命保障系统是在飞机环境控制系统的基础上发展起来的，它更先进，更完善。它除包括压力、温度、湿度、供氧和空气分配等控制系统外，还设有宇航员系统，即宇航员的饮食、休息、睡眠、排泄等日常生活保障系统。由于飞机舱内和航天器的舱外环境不同，所以环境控制系统也不相同。
自从1961年宇航员尤·爱·加加林进入太空以后，宇航员在太空里呆的时间越来越长，航天任务也越来越多。这样，生命保障系统也日趋复杂和可靠。
航天器要防范太空垃圾的袭击
在人类经常出没的航天轨道上，已布满了大大小小的太空垃圾，它们全都是速度超过子弹10多倍的不速之客，对航天器，尤其是永久性航天站构成极大的潜在威胁。防范太空垃圾的袭击成了保障航天安全的当务之急。目前，已设想了三大对策。
首先是“避”。这当然要建立在对轨道垃圾探测、跟踪、预报的基础上。地面雷达可当此重任。还可以进一步在空间设置专门的“轨道垃圾探测器”，通过可见光及红外线扫描仪等进行探测，对可能产生灾难性的垃圾碰撞及时报警。假如时间充裕的话，航天器就可以临时改变航向；要是时间紧迫，那么就让宇航员进入有专门防护装置的房间里暂避。当然还可让一辆“清道夫”式的“垃圾识别拦截器”在前面保驾护航。
第二是“抗”。也就是来个针锋相对，把航天站修得固若金汤，任凭太空垃圾的袭击。采用这种办法的一个原因，是因为它的“双层铝制防护层”设施堪称物美价廉，足以吸收体积2立方厘米以下的垃圾。这类垃圾已占1～10厘米的35000块垃圾中的78％。如果想要获得更好的效果，就要采用多层铝制的蜂窝夹层结构，附以高强度纤维或新型陶瓷材料制成的内层，但其结构复杂，造价昂贵。
第三是控制太空垃圾的产生。主要的办法是将末级运载火箭“受控再入大气”，让其焚毁。
“尤里希斯”号探测器
由于太阳与地球的自转轴只有十几度的夹角，因此它们俩几乎是“面对面”地站立着，这就使地球上的观测者无法看清太阳的“头顶和脚跟”——它的两极。为了弥补这一缺憾，欧美宇航机构联手于20世纪90年代初，通过“发现者号”航天飞机发射了一颗专门的探测器——“尤里希斯”号。