航天系统的核心是运载工具

火箭自身携带全部推进剂，不仅可以在大气层内飞行，也可以在大气层外飞行。因此，它是实现航天飞行的运载工具。火箭的用途很广泛，不仅民用，也可军用，如节日焰火用的小火箭和把人类送上月球的巨型运载火箭。在军事上，火箭可用于攻击敌方军事目标和侦察敌方军事设施。作为运载工具，火箭可以把人造地球卫星、载人飞船、空间探测器以及其他航天器送上预定轨道。现代最大的运载火箭是美国的“土星”号运载火箭，总长约110米，飞行推力在3400吨。火箭的种类不少，根据能源不同可分为化学火箭、核火箭和电火箭。化学火箭又分为固体火箭、液体火箭和混合推进剂火箭。不论哪一种火箭，它们的原理基本相似。火箭发动机在工作时喷出高速气体，产生反作用力推动火箭前进。在飞行过程中，随着推进剂的消耗，火箭的质量不断减小，而速度不断增大。随着火箭技术的进步，它的运载能力越来越大，由最初的几千克、几十千克提高到120多吨。没有火箭作运载工具，就无法实现航天，更谈不上登月了。

载人航天工程是指宇航员乘坐载人宇宙飞船进入太空飞行。中国载人航天工程，是中国空间科学实验的重大战略工程之一，于20世纪90年代初期开始筹划，并确定了三步走的发展战略。1999年11月20日6时30分，神舟一号飞船发射成功，2012年6月16日18时37分，神舟九号发射成功。中文名载人航天工程批准时间1992年9月21日计划中国载人航天工程计划组成七大系统历程四次载人飞行20世纪60年代，中国提出开展载人航天工程。1966年，中国科学院和第七机械工业部第八研究院分别提出载人航天的设想。1970年7月14日，中国第一次载人航天工程正式立项，代号为“714”工程，飞船取名为“曙光”号。但由于当时国家经济基础薄弱，科技水平、工业制造及相关的工艺水平较低，再加上“文化大革命”的冲击，5年后，“714”工程下马。1985年，国防科学技术工业委员会和航天工业部再次提出将载人航天作为中国航天发展方向的建议。1986年春，杨嘉墀、陈芳允、王大珩、王淦昌4位科学家提出《关于跟踪研究国外战略性高技术发展的建议》（后称为“863计划”）。航天技术是“863计划”《高技术研究发展计划纲要》七大领域之一，主题项目是“大型运载火箭及天地往返运输系统、载人空间站系统及其应用”。1987年，在国防科学技术工业委员会的组织下，组建了“863计划”航天技术专家委员会和主题项目专家组，对发展中国载人航天技术的总体方案和具体途径进行全面论证。1992年1月8日，中央专门委员会召开会议，研究中国载人航天问题，决定由国防科学技术工业委员会组织各方面专家，进一步对载人飞船工程研制问题进行技术、经济可行性论证。1992年9月21日，中国政府正式批准实施中国载人航天工程（代号为921工程）。经过8年的技术和工程开发，“神舟”号飞船分别于1999年11月20日、2001年1月10日、2002年3月25日和2002年12月29日成功进行了4次无人试验发射，2003年10月15日成功实现了载人飞行。2005年10月12～17日，“神舟”6号载人航天飞船实现“两人飞天”的载人航天飞行。2008年9月25日，成功发射“神舟”7号载人飞船，顺利完成空间出舱活动和一系列空间科学试验任务。2011年11月1日，顺利发射“神舟”8号飞船，3日凌晨飞船与“天宫”1号成功实现首次交会对接。2012年6月16日，成功发射“神舟”9号飞船，圆满完成载人交会对接任务。2013年6月11日，成功发射“神舟”10号飞船，开创了中国载人航天应用性飞行的先河。中国载人航天工程包括航天员、飞船应用、载人飞船、运载火箭、发射场、航天测控与通信和着陆场七大系统。航天员系统负责航天员的选拔、训练，对航天员进行医学监督和医学保障，研制航天员的个人装备和飞行过程中对航天员进行医学监督、数据传输的有关设备，对飞船的工程设计提出医学要求。还要负责航天员的环境控制，其环境控制生命保障分系统要给航天员创造一个适于生活、工作的大气环境。飞船应用系统，是一个小型空间实验室。系统在飞船内安装了许多科学实验仪器，进行对地观测和开展各种科学实验。研究成果将广泛用于医药发展、食品保健、防治疑难病症以及工业、农业等各行业之中。载人飞船系统共有13个分系统，分别为结构与机构、环境控制与生命保障、热控制、制导导航与控制、推进、测控与通信、数据管理、电源、返回着陆、逃逸救生、仪表与照明、有效载荷和乘员分系统。飞船由推进舱、轨道舱、返回舱和附加段组成，其中轨道舱和返回舱均为密封结构，是航天员活动的地方。采用两对太阳电池翼构型和升力控制返回、圆顶降落伞回收方案。按照“神舟”号飞船的运行模式，飞船在太空自主飞行试验结束后，轨道舱留轨继续运行，返回舱则按预定轨道返回地面。运载火箭系统是飞船进入太空的运输工具。中国载人航天工程使用的运载火箭为“长征”2F火箭。它是在“长征”2E捆绑式运载火箭的基础上研制的，不仅提高了可靠性，还增加了故障自动检测处理系统和逃逸救生系统。发射场系统负责飞船、火箭的测试及其发射、上升阶段的测控任务。中国载人航天发射场由技术区、发射区、试验指挥区、首区测量区、试验协作区和航天员区6大区域组成，采用垂直总装、垂直测试、垂直运输及远距离测试发射控制的模式。航天测控与通信系统是飞船升空后和地面唯一的联系途径，负责运载火箭点火发射后，从飞船发射、运行到最终返回的全程测量和遥控。中国航天测控与通信系统，包括3个指挥控制中心、4艘远洋测量船、5个固定测控站和4个活动测控站。着陆场系统负责搜救航天员、回收返回舱以及处置舱内的有效载荷。系统要在飞船返回的第一时间内找到并打开返回舱舱门，救助航天员。中国载人航天工程着陆场包括内蒙古的主着陆场和酒泉卫星发射中心内的副着陆场。如果主着陆场不具备气象条件，飞船可选择返回副着陆场。载人航天工程的实施，使中国突破了飞船研制技术、高可靠性的运载火箭技术、轨道控制技术、回收技术等国际航天界公认的技术难题，具备了这一领域的核心竞争力，带动了基础学科、应用学科和技术学科各方面的发展；形成了具有管理创新的航天型号项目管理模式和综合管理体系；培养和造就了航天科技骨干队伍，奠定了中国进军航天高尖端领域的人才基石；建设了一大批具有世界先进水平的空间试验室，提升了航天科研生产能力和水平；建立了一整套具有自主知识产权的载人航天工程标准和规范，为航天科技的可持续发展积累了经验。载人航天工程的成功，体现了中国的综合国力和整体科技水平，表明中国完全有能力独立自主地掌握尖端技术，攻克难题，使中国成为继俄罗斯和美国之后，世界上第三个自主发展载人航天技术的国家；提升了中国航天大国的地位，为探月工程和深空探测奠定了坚实的基础。国际载人航天主要向建造大型国际空间站、实现天基航天、载人登月和建立月球基地、载人火星登陆、太空旅游五个方向发展。中国在完成载人航天飞行后，进入载人航天第二步，即空间实验室工程，通过突破飞船在轨交会对接技术和航天员太空行走技术，掌握近地空间载人航天的基本技术；通过研制发射载人飞船和空间试验室，进一步了解和掌握航天员在空间居住、研究、试验等相关的技术，扩大空间应用的规模，同时探索和研究天基服务新途径；通过研制更经济、可靠的运输工具，研制和发射空间站，建立中国的近地轨道天基服务基础设施，将各种轨道的应用卫星与空间站进行集成，最大限度地发挥其效益，为向深空探索奠定技术基础并提供运行平台。

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三个部分组成。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，首次载人用飞机背上天空试飞，参加试飞的是宇航员海斯和富勒顿两人。8月12日，载人在飞机上飞行试验圆满完成。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。航天飞机是一种垂直起飞、水平降落的载人航天器，它以火箭发动机为动力发射到太空，能在轨道上运行，且可以往返于地球表面和近地轨道之间，是可部分重复使用的航天器。它由轨道器、固体燃料助推火箭和外储箱三大部分组成。固体燃料助推火箭共两枚，发射时它们与轨道器的三台主发动机同时点火，当航天飞机上升到50千米高空时，两枚助推火箭停止工作并与轨道器分离，回收后经过修理可重复使用20次。外储箱是个巨大壳体、内装供轨道器主发动机用的推进剂，在航天飞机进入地球轨道之前主发动机熄火，外储箱与轨道器分离，进入大气层烧毁，外储箱是航天飞机组件中唯一不能回收的部分。航天飞机的轨道器是载人的部分，有宽大的机舱，并根据航天任务的需要分成若干个“房间”。有一个大的货舱，可容纳大型设备，轨道器中可乘载3名职业航天员（如指令长或机长、驾驶员、任务专家等）和4名其他乘员（非职业航天员），其舱内大气为氮氧混合气体。航天飞机在太空轨道完成飞行任务后，轨道器下降返航，像一架滑翔机那样在预定跑道上水平着陆。轨道器可重复使用100次。航天飞机是一种为穿越大气层和太空的界线（高度100千米的卡门线）而设计的火箭动力飞机。它是一种有翼、可重复使用的航天器，由辅助的运载火箭发射脱离大气层，作为往返于地球与外层空间的交通工具，航天飞机结合了飞机与航天器的性质，像有翅膀的太空船，外形像飞机。航天飞机的翼在回到地球时提供空气煞车作用，以及在降跑道时提供升力。航天飞机升入太空时跟其他单次使用的载具一样，是用火箭动力垂直升入。因为机翼的关系，航天飞机的酬载比例较低。设计者希望以重复使用性来弥补这个缺点。虽然世界上有许多国家都陆续进行过航天飞机的开发，但只有美国与前苏联实际成功发射并回收过这种交通工具。由于前苏联解体，相关的设备由哈萨克接收后，受限于没有足够经费维持运作使得整个太空计划停摆，因此目前全世界仅有美国的航天飞机机队可以实际使用并执行任务。1981年4月12日，在卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心聚集着上百万人，参观第一架航天飞机“哥伦比亚”号航天飞机发射。宇航员翰·杨和克里平揭开了航天史上新的一页。从1981年至1993年底，美国一共有5架航天飞机进行了59次飞行，其中“哥伦比亚”号航天飞机15次，“挑战者”号10次，“发现”号17次，“亚特兰蒂斯”号12次，“奋进”号5次。每次载宇航员2~8名，飞行时间2~14天。在12年中，已有301人次参加航天飞机飞行，其中包括18名女宇航员。航天飞机的59次飞行中，在太空施放卫星50多颗，载2座空间站到太空轨道，发射了3个宇宙探测器，1个空间望远镜和1个γ射线探测器，进行了卫星空间回收和空间修理，开展了一系列科学实验活动，取得了丰硕的探测实验成果。航天飞机除可在天地间运载人员和货物之外，凭着它本身的容积大、可多人乘载和有效载荷量大的特点，还能在太空进行大量的科学实验和空间研究工作。它可以把人造卫星从地面带到太空去释放，或把在太空失效的或毁坏的无人航天器，如低轨道卫星等人造天体修好，再投入使用，甚至可以把欧空局研制的“空间实验室”装进舱内，进行各项科研工作。