航天器结构是指航天器各个受力和支承构件的总成。它的作用是安装、连接各种仪器设备和动力装置，满足它们所需要的环境要求，承受地面操作、发射、轨道飞行和返回地面时的外力，并保持航天器的完整性。对航天器结构的基本要求是重量小、可靠性高、成本低等，通常用结构质量比，即结构重量占航天器总重的比例来衡量航天器结构设计和制造的水平，这个比值越小表示水平越高。
航天器任务的多样性决定航天器结构形式的多样性。航天器结构一般分为卫星结构、空间探测器结构、载人飞船结构和航天飞机结构。早期近地轨道卫星大多为固定式结构。为了增加航天器的功能和扩大航天器的尺寸，现代卫星和空间探测器也采用一些可展开式结构。这种结构在发射时藏在运载火箭的有限容积内，到了空间展开成较大的结构。需要返回地面的航天器，特别是载人飞船，对结构又有新的要求，从而形成与再入防热、着陆、救生、生命保障等要求相适应的许多特殊结构形式。随着航天飞机的诞生，又出现了兼有飞机、火箭和航天器特性的新型结构。
划时代的飞行
1961年4月12日，世界上第一艘载人宇宙飞船——前苏联的“东方”号发射升空。
宇航员尤里·加加林这时躺在飞船的弹射座椅上，他正从报话机里描述人类从未见到过的情景：“我能够清楚地分辨出大陆、岛屿、河流、水库和大地的轮廓。我第一次亲眼见到了地球表面的形态。地平线呈现出一片异常美丽的景色，淡蓝色的晕圈环抱着地球，与黑色的天空交融在一起。天空中，群星灿烂、轮廓分明。但是，当我离开地球的黑夜一面时，地平线变成了一条鲜橙色的窄带，这条窄带接着变成了蓝色，复而又成了深黑色。”
加加林在离地球181千米的轨道上，绕地球飞行一圈，开创了载人航天的新纪元。
航天学
航天学是航天基本原理和指导航天工程实践的综合性技术科学，又称星际航行学。航天学是各种基础科学和技术科学应用于航天工程实践而发展起来的，是人类从事航天活动的理论基础。它的主要分支学科有：航天动力学、空气动力学、火箭结构分析、航天器结构分析、航天热物理学、火箭推进原理、燃烧学、航天材料学、火箭制造工艺学、航天器制造工艺学、飞行控制和导航理论、空间电子学、航天医学、航天系统工程学等。广义的航天学还包括航天技术。
航天飞机
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，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3大部分组成。固体燃料助推火箭共2枚，发射时它们与轨道器的3台主发动机同时点火，当航天飞机上升到50千米高空时，2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。
航空导航的发展
20世纪20～30年代，无线电测向是航海与航空仅有的一种导航手段，而且一直沿用至今。不过，后来它已成为一种辅助手段。第二次世界大战期间（无线电导航技术发展迅速）出现了双曲线导航系统，雷达也开始在舰船和飞机上用作导航手段，如雷达信标、敌我识别器和询问应答式测距系统等。远程测向系统也是在这一时期出现的。飞机着陆开始使用雷达手段和仪表着陆系统。40年代后期，伏尔导航系统研制成功。
50年代出现塔康导航系统、地美依导航系统、多普勒导航雷达和罗兰C导航系统等。60年代出现了“子午仪”卫星导航系统，超远程奥米加导航系统。70年代微波着陆系统同步测距全球定位系统也都研制成功并陆续投入使用。80年代初期建成奥米加地面系统。同步测距全球定位系统也已投入了使用。
1992年，在瑞典的航空站试验了一种最新型的导航系统，借助从卫星来的信号，该系统能使飞机顺利地在跑道上着陆。美国参加了这一系统的研制工作。这些卫星归美国国防部管理，是收集和传输有关各种观测目标所在地点信息的全球卫星群的一部分。在瑞典的试验表明，该系统工作中的最大误差为3～4米。为了防止敌人捕获，从卫星来的信号以某种失真形式传输，这样，只有在离接收信号设施半径不超过100米的地方才能正常接收它们。新系统的主要目的是在每架飞机周围形成一个半径为150米的独特的“安全球”。只要“安全球”的边界遭破坏，自动警报信号装置即起动，“侵犯”立即清楚地显示在屏幕上。
航空客货运量增长
20世纪40年代之后，随着机票价格日益低廉，航空运输量急速增长。1937年，除前苏联外，世界各地航空公司的乘客总数约有200万。1947年增至2100万。1957年达9000万。到1967年，每年进出纽约肯尼迪机场的乘客已达1100万人。到1979年，即客运班机服务开办60年后，全球每年销售的机票已达7．5亿张。从1958年起，乘飞机横越大西洋的人比乘船的多。从1950年至1975年，乘飞机横越大西洋的人数增加了40倍，而轮船乘客则减少了80％。甚至导致了豪华旅行的巨型远洋客轮从此停航。航空客、货运输也大量增长。目前，一架波音747F型飞机全年的运输量可与1939年全世界各航空公司客货运输量的总和相抵。
航天
航天指人造地球卫星、宇宙飞船等在地球附近空间或太阳系空间飞行。航天粗分为载人航天和不载人航天两大类。“航天”这个人类历史长河中的新事物应用了众多涉及基本概念的名词，它们又与“航空”有很大的差别。
航天飞机的飞行
航天飞机的发射和返回，一般都是在预定的程序内自动进行的，也可以由宇航员自行操纵。它的常规飞行程序大致有这样一些步骤：起飞航天飞机直立在发射台上，2台固体火箭助推器和3台液体火箭主发动机同时点火，使航天飞机垂直上升。助推火箭分离航天飞机上升到一定高度时，助推器燃料烧尽，上升到40多千米高度，约120秒左右后，自动熄火，并同航天飞机分离，主发动机继续工作，飞机持续上升。助推器在海上回收。航天飞机到达100多千米高度、每秒达7．8千米速度时，起飞后500秒左右，外贮箱推进剂燃尽，然后从航天飞机连接处脱落，陨落大气层烧毁。航天飞机入轨和进行轨道作业轨道器以时速28800千米飞行，依靠自身携带的各种小型轨道机动动力系统调整飞机到达预定轨道，并开始进行各种预定太空作业。返航启动小型轨道机动动力系统，脱离轨道，进入大气层，以25马赫速度，轨道器与航向成40°角下降。然后速度逐步下降到4．2马赫、1马赫，最后返回预定机场进行水平着陆。整个航天飞机在执行任务时，每90分钟左右绕地一周。这是目前的航天飞机的飞行程序。
航空航天
航空与航天是20世纪人类认识和改造自然进程中最活跃、最有影响的科学技术领域，也是人类文明高度发展的重要标志。航空指飞行器在地球大气层内的航行活动，航天指飞行器在大气层外宇宙空间的航行活动。人类在征服大自然的漫长岁月中，早就产生了翱翔天空、遨游宇宙的愿望。在生产力和科学技术水平都很低下的时代，这种愿望只能停留在幻想的阶段。虽然人类很早就做过种种飞行的探索和尝试，但实现这一愿望还是从18世纪的热空气气球升空开始的。自从20世纪初第一架带动力的、可操纵的飞机完成了短暂的飞行之后，人类在大气层中飞行的古老梦想才真正成为现实。经过许多杰出人物的艰苦努力，航空科学技术得到迅速发展，飞机性能不断提高。人类逐渐取得了在大气层内活动的自由，也增强了飞出大气层的信心。到了50年代中期，在火箭、电子、自动控制等科学技术有了显着进展的基础上，第一颗人造地球卫星发射成功，开创了人类航天新纪元，广阔无垠的宇宙空间开始成为人类活动的新疆域。
航天站
航天站是可供多名宇航员巡防、长期工作和居住的一种载人航天器，又称空间站或轨道站。1971年4月19日，前苏联发射了世界上第一个航天站“礼炮1号”，主要目的是对地面进行长期的侦察和监视，对部队进行指挥、控制和通信联络，对航天器进行维修和检查，对新的武器进行试验，以及作为天基战略武器的平台等。此外，还可进行资源勘探、天气预报和材料加工等。到1982年4月19日，前苏联已发射到“礼炮9号”，航天员在航天站上最长的飞行时间已达237天，并创造了女航天员2次舱外行走的记录。1986年2月20日，前苏联又把“和平”号航天站发射上天，它是苏第三代航天站，长约14．7米，重18．9吨，可乘坐6～12人，甚至20人。“和平”号处于近圆轨道，近地点324千米，远地点352千米，倾角51．6＂，周期91．6分钟。
航天器进入技术
使航天器按预定要求进入行星大气层并在行星表面软着陆的技术，就是航天器进入技术。按航天器所要到达的目标星，分别有金星进入、火星进入和地球进入等，地球进入又称再入。有人把在月球上或其他无大气行星上的着陆技术也归入进入技术。进入技术是综合性技术，包括离轨技术、减速技术、防热技术和着陆控制技术。
航天推进系统
航天推进系统是依照火箭推进原理，通过各种精密技术及元、器件制造出来的。下面介绍两种航天推进系统：
（1）大推力发动机：这类发动机产生的反作用加速度一般大于重力加速度。主要用途是使运载工具起飞、升高，加速至所需要的宇宙速度。这种推进系统，工作持续的时间短（几分钟），有的运载火箭发射时，采用助推器加速，也需要大推力发动机，其工作时间更短。
（2）小推力发动机：这类发动机产生的反作用加速度一般小于重力加速度。主要用途是用作航天器在空间的轨道变换、轨道校正、姿态稳定和控制、在月球和行星表面的着陆和起飞、重返大气层和降落，以及克服失重（例如，使空间站旋转）等。这类发动机又称为空间发动机，多级火箭上面级以及级间分离用的发动机，也属于空间发动机之列。
航天器返回技术
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陆的技术，称为航天器返回技术。返回型航天器在空间完成预定的飞行任务后，需将航天员、胶片、生物试样、月球或行星土壤样品等送回地面。返回是返回型航天器整个飞行任务的最后阶段，也是整个飞行任务成败的最终标志。航天器的返回是一个减速、下降的过程，即航天器耗散动能和位能的过程。航天器返回技术的实质就是对航天器所具有的巨大能量──动能和位能的处置。
回收太空试验室
美国的太空实验室总共进行了57个项目的科学实验，在太空期暴露期间收集了大量的科学信息。它是个科学试验室，重11吨，长9米，直径4米，它已经绕地球轨道运行了将近6年。1990年1月9日，115吨重的航天飞机“哥伦比亚”号载着5名宇航员，于格林尼治时间12点35分升空，开始了航天飞机有史以来第二次为时最长的飞行。这次飞行是美国1990年进行的10次飞行的第一次，宇航员们在太空期间把一颗海军通讯卫星施放到轨道上，并回收了太空实验室。
宇航员在太空抓住这个卫星，操纵航天飞机上15米长的机械臂把它装入了货舱。女宇航员邦尼·邓巴和马莎·艾文斯把1250万颗经过辐射的西红柿籽从太空取回来。同时还在失重的情况下取出了到处游动的胡萝卜籽、筷子芥籽和咸水虾卵，等等。美国航空航天局同一家种子公司合作，把从太空取回的西红柿籽分成10万个小包，寄给大中小学的学生，让他们比较经过宇宙辐射的种子和没有经过宇宙辐射的种子的发芽成长情况。宇航员还进行了诸如收集微粒陨石或宇宙尘埃的微粒子以及星际气体的活动，并做了生物系统受辐射的影响、环境保护等方面的科学实验。
火星
火星在太阳系九大行星中，按离太阳由近及远的次序为第四颗。火星是地球的近邻，它在地球轨道之外，肉眼看去，它呈火红色，我国古代称它为荧惑。火星的亮度随离地球距离的变化而变化。
火星的赤道半径是3332千米，只有地球半径的一半；它的体积只有地球的1/7，质量为地球的1/9，表面重力加速度为地球的2/5。在火星上，以每秒5千米的速度抛出的物体就能脱离火星。由于火星上物体的脱离速度小，火星难以束缚住许多大气分子，因而火星大气非常稀薄。火星大气的主要成分是二氧化碳，约占95%，其余是氮、氩、一氧化碳、氧、臭氧和氢，水汽的数量很少，平均约为大气总量的0.01%。表面大气压为7.5百帕，相当于地球上30～40千米高处的大气压。