人类已经冲破地心引力的禁锢，把自己的活动范围扩大到地球之外的空间。现在，载人航天技术已经开始在国民经济、科学研究和军事的各个领域内得到广泛应用。在未来几十年，世界载人航天技术将持续快速发展，人类将更大规模地进行空间开发，继续向更深的宇宙进军。
（一）航天运输系统的建立
降低航天器发射价格是主要努力方向。现有的低轨道运输价格大约为每公斤1万～2万美元，距离每公斤1千美元的奋斗目标相差甚远。因此，航天大国都在研究发展新的天地运输系统。近年来提出了多种新的航天运输方案，其主要的一点就是研制可多次重复使用的运输工具。按其起降方式，大致分为三类：
1.垂直起飞、垂直降落美国麦道公司研究的三角快帆是其典型代表。它是单级火箭，共有8台主发动机，起飞时全部工作，返回降落时利用其中的4台工作减速，回收再用。
2.垂直起飞、水平降落典型的代表是美国现有的航天飞机。但航天飞机由于维修等费用高昂，所以每公斤运载费用仍然大于1万美元。目前正在研究新型航天飞机，其运输价格有希望大幅度降低。
3.水平起飞、水平降落典型代表是国外正在研究的空天飞机。采用吸气式发动机，利用大气层中的氧气与自带的液氢作为推进剂，分单级（美国）和两级（德国）入轨两种。空天飞机可以多次使用，把卫星送入空间后，像飞机一样返回地面，以备再用。由于技术难度大，要求投资多，目前尚处于研究阶段。
虽然多种可重复使用的运输系统都在开展研究，但相当长一段时间内航天发射仍然离不开一次性的运载火箭，因此无污染、大推力、低成本的新型运载火箭的研制仍是航天大国努力的方向。
我国863高技术计划中，对先进的天地往返运输系统和新一代大型运载火箭，均安排了跟踪研究、概念研究和部分关键技术先期预研。
（二）大型空间站的建立与航天工业化、商业化
人类征服宇宙的目的在于利用天上的独特环境为自己造福，而建造各种专门的或综合性的大型空间站是达到这一目的的必要手段。国际空间站计划于2004年前后建成。
航天工业化和航天商业化是载人航天活动的一种发展趋势。未来的工业生产用空间站可以建造在地球轨道上、月球轨道上、月球表面上或其他行星上。生产加工用的原材料可以从地球上运去；也可以就地取材，开发空间能源和其他星体上的矿物资源。航天工厂的产品或半成品可以送回地球，也可在天上直接用于装备或制造其他飞行器和设备。天上材料加工，将是航天工业化的重要内容。初步的航天试验结果表明，航天环境中几乎能有效地改善所有目前已知的重要材料的结构和性能，而且能制造出地面上根本不可能制造的新材料。可以有把握地说，这一新技术领域的出现将使材料科学进入一个新的发展阶段。
此外，未来的永久性空间站内的实验舱和各种平台，还将组成功能强大的科学实验室和稳定、连续的观测系统。整个系统可由轮换来站的航天员进行操纵和维修。由于航天员专家的亲自设计和直接参与，实验和观测将是高水平的。
对太阳系其他行星的探索将是今后相当一段时间内的重大科学活动。以空间站为基地，组装载人的和不载人的航天器，发射到其他行星或进行宇宙探测，将具有很多优点。作为中转和维修站，在空间站上可以完成大型结构的组装、发射地球静止轨道平台或卫星等许多任务。
为了适应我国21世纪航天事业的发展，国家863计划中安排了我国未来空间站的研究课题，除了空间站概念研究外，还支持开展空间站系统的关键技术及空间站应用的预先研究工作。
（三）深空探测
过去40多年在深空探测方面虽已作出了较大的成绩，但还只是初步的。未来将继续对深空进行深入探测，主要是太阳系行星探测。太阳系内探测包括太阳和日地空间环境，以及对金星、木星、火星、水星等及其周围环境的探测。21世纪初探测重点是月球与火星。除发射环绕飞行器对星球表面进行拍照外，还将有着陆器、行走机器人以及建造月球和火星的载人航天活动基地计划。
火星是距地球最近的行星。这个红色星球承载着人类无数的遐想和希望，移民火星的希望之火也从来没有熄灭。1877年8月，意大利天文学家斯基帕雷利在观测火星时认为火星表面的许多细线可能是人工运河，从此有关“火星生命”的谈论通过科幻故事广为流传。1962年11月，前苏联向火星发射第一个火星探测器“火星1”号，标志着人类火星之旅终于起步。40多年来，前苏联、美国、日本和欧洲共计划了30多次火星探测，其中2/3以失败告终，但这从未扑灭科学家探索火星的热情，科学研究一直没有排除火星上存有生命的可能性。2003年8月27日，火星与地球的距离成为6万年来的最短距离，约5575.8万公里。2003年6月以来，地球人对火星兴趣空前。先是欧洲“火星快车”携“小猎犬2”号火星探测器一马当先，紧接着美国“勇气”号和“机遇”号火星车鼓足勇气紧追不舍。最有意思的是，日本一颗在太空失控“游荡”了5年之久的火星探测器“浪子回头”，也加入到飞向火星的行列。不到40天，地球向火星连发4名“使者”，人类又掀起了新一轮火星探测热潮，目标直指火星生命和生命存在的证据。目前，美国的“火星环球勘测者”号和“奥德赛”号仍在火星附近轨道上工作运转，传回大量珍贵的资料照片。科学家预测，人类很可能会在2015年左右登陆火星，这个距离地球1.9亿公里的行星离我们“越来越近”。
（四）天上太阳能发电站
考虑到地球上燃料资源的有限性、热电站的大气污染问题越来越严重和大力发展核动力中产生污染环境的危险性（特别是在发生意外事故时），研究通过轨道上太阳能发电站获取电能的可能性是合理的。这一前景规划已引起各国政府和企业家的浓厚兴趣和广泛重视。
这种天上太阳能电站将位于静止轨道上。它包括收集太阳能并把太阳能转换成电能的设备，把电能转换成低密度微波辐射并通过强定向天线向地球发射能量的设备，把能量收集器对准太阳和把发射天线对准地面预定点的定向设备。无线电辐射到地面预定点并被接收后再转变成电能。计算表明，这种天上发电站重10万吨。太阳电池板的面积有几十甚至上百平方千米，而发射天线的直径约达1000米。从这些数字可清楚地看到，要建造这样的发电站，尚存在着巨大的困难。
建立在地球同步轨道上的太阳能发电站，可以昼夜收集阳光。它所提供的能量在所有时间的99%以上都可以被利用，因而解决了以地面为基地的能量收集系统的夜间储能问题。天上太阳能电力是一种清洁、安全而又取之不尽、用之不竭的新能源。为了加速建立空间电力系统，美国将把它列入国家发展项目。未来在天上进行太阳能发电，很可能是人类获取能量、摆脱能源危机的主要途径。
（五）太空城堡和宇宙移民
关于在天上建立可供人们长期生活的地外别墅、基地、居民区或殖民点的想法，作为科幻小说的题材，早就出现了。随着航天事业的迅速发展，这种想法已从空泛的科学幻想阶段进入具体可行方案的探讨研究阶段。科学家们设计的天上城堡的结构和形状方案是多种多样的，有圆环形的、多角形的、哑铃形的、面包形的、圆筒形的等等。其中讨论最多的是哑铃形和车轮形方案。前者是两个大舱，中间通过一个过渡管道连在一起。车轮形的航天结构可以围绕着自己的轴旋转，每分钟旋转一圈。这样所产生的离心力相当于地球上的重力，从而可抵消失重的不良生理效应。天上城堡是一个密闭式的生态系统，完全实行自给自足。系统内不仅能提供居民所需的食物，而且还能进行废物处理和通过光合作用产生氧气。此外，随着航天技术的不断发展，人类还将通过改造太阳系内火星、金星、木星、土星、月球乃至太阳系外银河等星系内星体上的恶劣环境，使之适合人类生存，以实现大规模的宇宙移民。
未来的几十年世界上将形成比较复杂的国际航天关系，空间由超级大国垄断的时代将变为多极集团竞争开发。继美苏之后，欧洲将逐步形成一个比较大的空间体系；其次，日本已加快成为世界航天大国的步伐；还有不少发展中国家也将积极参与空间活动。未来国际航天关系可概括为六个字：合作、竞争、对抗。应提倡世界各国联合开发空间，但现实世界中，合作是有限的，在某几个方面如深空探测、地球环境监视、建造国际空间站等有共同利益的项目，可能促成合作。但空间领域不会有全面的合作。对运载火箭的发射服务，多种应用卫星具有商业利益的项目，将存在相当激烈的竞争。而由于空间军事需求的存在，大国竞相开发空间军事系统，所以国与国之间潜伏着对抗。21世纪，中国将从本国国情出发，继续推进航天事业的发展。
§§第二章 航天器与航天飞行原理
