在漫长的岁月中，人类对于征服大自然有着许多的愿望与梦想，如翱翔天空、遨游宇宙一直是人类美好的愿望。20世纪以来，人类在航空航天领域取得了突飞猛进的发展，因此，航空与航天技术成为人类文明高度发展的重要标志，也是当今社会最活跃、最有影响的科学技术领域之一。
（第一节）飞天的神舟——宇宙飞船
“我长大了要到星星上去看看。”幼小的尤里·加加林怀揣着美好的愿景。1961年4月12日，27岁的加加林驾驶第一艘载人宇宙飞船“东方1”号成功遨游苍穹。因为有宇宙飞船，加加林的美好愿望得以实现，而人类迈向宇宙的步伐也变得更加坚决。
一、认识宇宙飞船
宇宙飞船又称载人飞船（Spaceship），是一种运送航天员，货物到达太空并安全返回的一次性使用的航天器。它能基本保证航天员在太空短期生活并进行一定的工作。它的运行时间一般是几天到半个月，一般乘2到3名航天员。截至目前只有美国、俄罗斯和中国具备建造和回收宇宙飞船的技术。
世界上第一艘载人飞船是“东方1”号宇宙飞船。它由两个舱组成，上面的是密封载人舱，又称航天员座舱。这是一个直径为2.3米的球体，舱内设有能保障航天员生活的供水、供气的生命保障系统，以及控制飞船姿态的姿态控制系统、测量飞船飞行轨道的信标系统、着陆用的降落伞回收系统和应急救生用的弹射座椅系统。另一个舱是设备舱，它长3.1米，直径为2.58米。设备舱内有使载人舱脱离飞行轨道而返回地面的制动火箭系统、供应电能的电池、储气的气瓶、喷嘴等系统。“东方1”号宇宙飞船总质量约为4700千克。它和运载火箭都是一次性的，只能执行一次任务。
在这之后，先后出现的多个系列的宇宙飞船，有苏联的“上升”号宇宙飞船，“联盟”号宇宙飞船和“进步”号货运飞船；美国的“水星”号载人宇宙飞船，“双子星座”号宇宙飞船，“阿波罗”号宇宙飞船；中国的“神舟”号宇宙飞船。
目前人类已先后研制出三种构型的宇宙飞船，即单舱型、双舱型和三舱型。
其中单舱式最为简单，只有宇航员的座舱，美国第一个宇航员格伦就是乘单舱型的“水星”号飞船上天的；双舱型飞船是由座舱和提供动力、电源、氧气和水的服务舱组成，它改善了宇航员的工作和生活环境；最复杂的是三舱型飞船，它是在双舱型飞船基础上或增加1个轨道舱（卫星或飞船），用于增加活动空间、进行科学实验等，或增加1个登月舱（登月式飞船），用于在月面着陆或离开月面。
虽然宇宙飞船是最简单的一种载人航天器，但它还是比无人航天器（例如卫星等）复杂得多，以至于到目前仍只有美俄中三国能独立进行载人航天活动。宇宙飞船与返回式卫星有相似之处，但要载人，必须增加许多特设系统，以满足宇航员在太空工作和生活的多种需要。例如，用于空气更新、废水处理和再生、通风、温度和湿度控制等的环境控制和生命保障系统、报话通信系统、仪表和照明系统、航天服、载人机动装置和逃逸系统等。
当然，掌握航天器再人大气层和安全返回技术也至关重要，尤其是宇宙飞船，除了要使飞船在返回过程中的制动过载限制在人的耐受范围内外，还应使其落点精度比返回式卫星要高，从而及时发现和营救宇航员。苏联载人宇宙飞船就曾因落点精度差，结果使宇航员困在了冰天雪地的森林中差点被冻死。目前，掌握航天器返回技术的国家只有美国、俄罗斯和中国。
未来的宇宙飞船将朝三个方向发展：有多种功能和用途；返回落点的控制精度提高到百米级的范围以内；返回地面的座舱经适当修理后可重复使用。
载人飞船具有多种用途，主要有：进行近地轨道飞行，试验各种载人航天技术，如轨道交会和对接，以及宇航员在轨道上出舱、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；为太空站接送人员和运送物资；进行军事侦察、地球资源勘测等。
载人飞船一般由乘员返回座舱、轨道舱、服务舱、对接舱和应急救生装置等部分组成，登月飞船还有登月舱。返回座舱是载人飞船的核心舱段，也是整个飞船的控制中心。返回座舱不仅和其他舱段一样要承受起飞、上升和轨道运行阶段的各种应力和环境条件，而且还要经受再入大气层和返回地面阶段的减速过载和气动加热。轨道舱是宇航员在轨道上的工作场所，里面装有各种实验仪器和设备。服务舱通常安装有推进系统、电源和气源等设备，对飞船起服务保障作用。对接舱是用来与空间站或其他航天器对接的舱段。
2008年9月底，“神舟7号”载人飞船载着三名航天员，开始了中国首次太空行走任务。10月初，乘“亚特兰蒂斯号”航天飞机进入太空的美国航天员进行多次太空行走，对“哈勃”太空望远镜进行最后一次维修。两种外形迥异的舫天器，几乎在同时进行具有意义重大的太空行走，吸引了来自全世界的好奇目光。那这两种载人航天器有什么不同呢？
载人飞船与航天飞机在外形上的区别是一目了然的。从第一代的“东方号”（1961）、“水星号”（1961）飞船到第二代的“阿波罗号”飞船再到第三代的“联盟TM”（1986）、“神舟号”（1999）飞船，载人飞船的返回舱经历了从球形到匮锥形再到钟形的演变过程。但其基本上都是水滴形状的变体。这是因为载人飞船返回舱在重回大气层时，要承受高温气体的冲击，这种形状既保证了减小阻力，又能提供姿态调整的可能。当代的载人飞船多由轨道舱、返回舱和推进舱三部分顺序串联，构成“列车”的形式。
这三部分的功能正如其名，轨道舱载有仪器和实验设施，供航天员在轨道上进行科学活动使用；返回舱像一个胶囊，航天员在其保护下轻装返回地球；推进舱装满氧气和燃料等辎重，上面的太阳能电池板为全船提供电力。不像返回舱要经受重返大气层的考验，轨道舱和动力舱在设计时并未考虑空气动力学要求，它们只是近似的圆柱体，能被方便纳入火箭整流罩即可。简而言之，载人飞船只是将人员从地面转移到太空的运输工具。
二、苏联和美国的宇宙飞船
20世纪60年代，美、苏在太空竞赛中为了抢到头彩，各自从佛罗里达海岸和丘拉塔姆的荒原向太空发射了30多艘载人飞船，完成了60多人次的太空飞行。无论哪个国家。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。
1、苏联的宇宙飞船
苏联先后研制了“东方”号宇宙飞船，“上升”号宇宙飞船，“联盟”号宇宙飞船和“进步”号货运飞船。
“东方”号宇宙飞船是人类史上第一次研制宇宙飞船，而其中的“东方1”号，将人类的第一名使者——尤里·加加林送入太空，更是有着深刻的意义。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的一个又一个的第一。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，以及世界上的第一名女航天员尼古拉耶娃·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”号计划在医学实验方面特别是人在轨道上飞行期间的反应和适应性方面，取得了伟大的成就，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他方面并没有取得太多的研究纪录。
1964年10月12日，作为过渡性的宇宙飞船“上升1”号成功升空。1965年3月18日，“上升2”号载着2名航天员——列昂诺夫和别利亚耶夫，又完成了一个史无前例的创举—一列昂诺夫成功实现太空行走。比起“东方”号，“上升”号没有多大发展，只是实现了几个第一而已。在这之后，苏联在航天技术上的优势已经基本消失。
如果说，“东方”号和“上升”号是实验品的话，那么“联盟”号便是绝对的成品。“联盟”号飞船是苏联在积累了多年经验之后，所开发出来的一种最成熟的载人航天器，是航天部门现在拥有的唯一一种可载人航天器，也是向国际空间站输送宇航员的仅有的两种工具之一（另一种是美国的航天飞机）。其他衍生物包括“进步”号货运飞船，这是一种设计十分成功的无人货物运输飞船，在维持“和平”号空间站和国际空间站的正常运转中发挥了巨大的作用。
2、美国的宁宙飞船
美国的宇宙飞船有“水星”号载人宇宙飞船，“双子星座”号宇宙飞船和“阿波罗”号宇宙飞船。
1962年2月20日，美国宇航员约翰·H·格林乘坐“水星”系列下的“友谊7”号飞船终于实现了美国人的航天梦。“水星”号载人宇宙飞船虽然晚于苏联10个月才实现轨道飞行，但其技术成就却比“东方”号的大得多。“水星”号计划结束之后，当时美国总统明确提出，把登月作为载人航大的发展目标。于是，美国开始研制第二代飞船——“双子星”飞船。
作为登月计划和“水星”号计划中间的过渡计划，“双子星”号计划成功完顾了轨道变换、轨道会合、轨道对接以及在轨道上进行太空舱外活动的技术测试。至1966年，“双矛”号任务完成之时，美国航天员已有了2000小时的太空飞行纪录，而此时苏联的飞行纪录只有500多小时，美国开始完全领先于苏联。
“双子星”号计划结束之后，美国国家航空航天局（以下简称NASA）马上着手登月计划——“阿波罗”号计划。
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”号在肯尼迪航天中心39A发射台点火发射。20日，美国东部时间22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”号因为赴月途中，服务舱氧气发生爆炸，被迫返回地球外，其他飞行均获得圆满成功。但“13号”的飞行也显示了“阿波罗”号计划的极强的应变能力，发生紧急情况时，地面人员经过周密研究.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安全返回地球。
“阿波罗”计划历时11.5年，耗资255亿美元，约有40万人和2万多家研究机构参加，迄今为止，还没有哪项计划能在规模和资金上超过该计划。先后12名宇航员登上月球的壮举，在政治和科技上都产生了深远的影响。航天史上，这“巨人一跃”，带我们走进了一个崭新的时代。
（第二节）更高的飞机——航天飞机与空天飞机
航天飞机是靠运载器发射进入地球轨道，返回时像滑翔机那样靠滑翔在机场跑道上水平着陆的航天器。在太空飞行时间一般不超过20天，又可称为天地往返运输器。
空天飞机是可在大气层内及大气层外飞行的飞行器。是航空与航天相结合的新型飞行器。航天飞机与空天飞机的相同点是二者都是可以重复使用的、往返于地球表面和近地轨道之间运送人员和货物的飞行器；区别一是航天飞机通常由火箭送入宇宙空间，在天体引力场作用下沿预定轨道运行。空天飞机靠组合发动机升空，既能在大气层内飞行，也能在大气层外飞行。二是航天飞机样靠滑翔在机场跑道上着陆；空天飞机可以像飞机那样靠自身动力在机场起降。
一、一步登天的航天飞机
用运载火箭发射人造卫星、宇宙飞船，都是一次性使用，耗费巨大。科学家们便设想将航空与航天结合起来，研制一种能经常往返于太空与地面的运载工具。到20世纪70年代末，这种设想终于在1981年4月21日实现了。1969年4月，美国宇航局提出建造一种可重复使用的航天运载工具的计划。1972年1月，美国正式把研制航天飞机空间运输系统列入计划，确定了航天飞机的设计方案，即由可回收重复使用的固体火箭助推器、不回收的两个外挂燃料贮箱和可多次使用的轨道器两个部分组成。经过5年时间，1977年2月研制出一架创业号航天飞机轨道器，由波音747飞机驮着进行了机载试验。
1977年6月18日，首次载人用飞机试飞，参加试飞的是宇航员海斯和富勒顿两人。8月12日，载人航天飞机飞行试验圆满完成。又经过4年，第一架载人航天飞机终于出现在太空舞台，这是航天技术发展史上的又一个里程碑。
航天飞机是现代航天与航空技术相结合的产物。它能像火箭那样垂直发射，在飞行过程中先后将工作完结的固体火箭助推器和外贮箱抛掉；轨道器进入近地轨道运行，完成任务后，再入大气层时，像飞机那样滑翔与着陆。回收后的固体火箭助推器和返回地面的轨道器经整修后，可供再次发射。
航天飞机是一种新型和可重复使用的航天运输系统，它的出现是现代航天技术的一项重大突破，利用航天飞机不仅可以大大降低航天活动的费用，并且提高了使用的效率和灵活性，还可以担负一些以前难以进行的工作。因此人们把它称之为“架设在空地之间的桥梁”。
轨道器是航天飞机的核心部分，外形酷似飞机，其驾驶台驾驶员和副驾驶员各有一个座位，关键操纵设备有双份，两人可以同时操作。一旦有一套操纵设备失灵，另一个驾驶员可单独操纵，返回地面。中层是航天员及随行的科学家的卧室。下层是机房，安装有空调系统和供给系统，以确保座舱内温度、气压与地面上相同。轨道飞行器的中段由机翼和货舱组成。货舱特别宽，一次可容纳两颗大型的人造地球卫星。轨道飞行器的后段除装有三台主发动机和两台机动发动机外，还有能控制飞行姿态和稳定飞行的发动机。
助推器由两个固体火箭助推器和一个推进剂外贮存箱组成。固体火箭助推器长45米，直径3.7米，装有500多吨固体燃料，能产生1200吨推力，可重复使用20次。外贮存箱长47米，直径8.4米，可装700吨液氧、液氢推进剂。
航天飞机飞行到50千米高度时，固体火箭助推器分离，溅落在海洋中，然后地面人员用船只将它拖上岸，供下次再用。航天飞机飞行到109千米高度时，外贮存箱中的燃料耗尽；轨道飞行器与助推器分离，此时轨道飞行器的速度为7.5千米/秒。轨道飞行器与助推器分离后，靠其本身的机动发动机推动进入预定的近地轨道，开始执行各种航天任务。任务完成之后，启动机动发动机，使其脱离原来的地球轨道，高度逐渐降低，再入大气层。在大气阻力的作用下，速度逐渐减小，接着在大气中作无动力滑翔飞行，最后，像普通喷气客机那样滑翔着陆。