航天器又称空间飞行器，是指在地球大气层以外的宇宙空间，按照天体力学的规律运行的各类飞行器。航天器的运行需要一套设备的支持，这一系列设备称为航天系统，它是由航天器、运载器、航天器发射场、航天测控和数据采集网和回收设施、用户台站（网）等组成，系统内部间互相配合，协调工作，共同完成航天任务。
航天器的出现使人类的活动范围从地球大气层扩大到广阔无垠的宇宙空间，使人类认识和改造自然的能力得到飞跃式发展，对社会经济和社会生活产生了重大影响。
航天器在地球大气层以外运行，摆脱了大气层阻碍，可以接收到来自宇宙天体的全部电磁辐射信息，开辟了全波段天文观测。航天器从近地空间飞行到行星际空间飞行，实现了对空间环境的直接探测以及对月球和太阳系大行星的逼近观测和直接取样观测。
环绕地球运行的航天器从几百公里到数万公里的距离观测地球，迅速而大量地收集有关地球大气、海洋和陆地的各种各样的电磁辐射信息，直接服务于气象观测、军事侦察和资源考察等方面。
人造地球卫星作为空间无线电中继站，实现了全球卫星通信和广播，而作为空间基准点，可以进行全球卫星导航和大地测量。外层空间具有高真空、强辐射和失重等特殊环境，可以在航天器上进行各种在地面上难以实现的科学实验研究。
（一）航天器的构成
航天器的内部由不同功能的若干分系统组成，一般分为专用系统和保障系统两大类。专用系统，又称有效载荷，直接用于执行特定的航天任务。保障系统，又称通用载荷，用于保障专用系统正常工作，一般分为结构系统、热控制系统、电源系统、姿态控制系统、轨道控制系统、无线电测控系统、返回着陆系统、生命保障系统、应急救生系统以及计算机系统。
1.结构系统它是用于支撑和固定航天器上的各种仪器设备使之成为一个整体，以承受航天器在地面运输、发射、航天飞行以及返回过程中遇到的各种复杂的力学环境。一般由整体结构、密封舱、公用舱等组成。
2.热控制系统用于保障各种仪器在复杂环境下处于允许的温度环境内。
3.电源系统为航天器供电，主要用氢氧电池或太阳能电池。
4.姿态控制系统用于保持航天器的运行姿态，例如当侦察卫星的照相机头对准不同的目标时就要改变卫星的姿态。
5.轨道控制系统轨道发电机提供动力，由航天器自身携带的程控装置控制或由地面的航天测控站遥控。
6.无线电测控系统由无线电信号发生机和接收机两大部分组成，用于地面对航天器进行跟踪、遥控和遥测。跟踪是地面通过测量系统监视航天器的轨道。遥控是控制航天器的飞行轨道以及飞行姿态。遥测是航天器将自身仪器的数据传回地面，供地面判断其运行是否正常。
7.返回着陆系统用于保障航天器安全准确地返回地面，主要由制动火箭降落伞、着陆装置、标位装置和控制装置组成。
8.生命保障系统和应急救生系统为航天员生活和救生所备。
（二）航天器的分类
航天器的种类非常繁多，按照是否搭载航天员可分为无人航天器和载人航天器两大类。
1.无人航天器
（1）人造地球卫星
在无人航天器中，人造地球卫星与我们生活息息相关，根据不同的用途可分为科学卫星、应用卫星和技术试验卫星。
科学卫星是用来进行空间物理环境探测的人造地球卫星。传统的探测都是在地面上用仪器对外太空进行观测，只能定性但不能定量地了解空间物理环境，再加上大气的影响，地面探测的局限性很大。空间物理探测卫星可不受大气的影响，直接对空间环境进行探测。
应用卫星的种类很多，根据不同的用途可分为：1 气象卫星，是从外层空间对地球及其大气层进行气象观测的人造地球卫星。2 导航卫星，是为地面、海洋、空中和空间提供导航定位的人造地球卫星。3 测地卫星，是专门用于大地测量的卫星。4 通信卫星，是作为无线电通信中继站的人造地球卫星。通信卫星反射或者转发无线电信号，实现地球站之间或者地球站与航天器之间的通信。5 地球资源卫星，是勘测和研究地球自然资源的人造地球卫星。6 侦察卫星，是用于获得军事情报的人造地球卫星。
技术试验卫星是进行新技术试验或为应用卫星进行试验的卫星。航天技术中的新原理、新技术、新方案、新仪器设备和新材料往往需要在轨道上进行试验，试验成功后才投入实用。这类试验包括载人飞船生命保障和返回系统试验、飞船对接试验等。
（2）空间探测器
空间探测器又称深空探测器，是指对月球或者月球以远的天体进行探测的无人航天器。探测的主要目的是通过了解太阳系的起源，演变和现状，探索生命的起源和演变。空间探测的主要方式有：从月球或天体旁飞过进行近距离观察；成为月球或天体的卫星进行反复观察；在月球或行星表面硬着陆，利用坠落前短暂的时间进行探测；在月球或行星表面软着陆，进行实地探测。
2.载人航天器
（1）载人飞船
在目前的载人航天器中，载人飞船应用的最早，是指搭载航天员在外层空间生活和工作以执行航天任务并返回地面的航天器，又称宇宙飞船。它是运行时间有限，仅能一次使用的返回式载人航天器。载人飞船一般包括卫星式载人飞船和登月载人飞船。通过航天器，人类突破了地球大气的屏障并克服地球引力，把活动范围从陆地、海洋和大气层扩展至太空，更广泛和深入地认识地球及其周围的环境，更好地认识整个宇宙，同时可充分利用太空和载人航天器的特殊环境从事各种试验和研究活动，开发太空及其丰富的资源。
载人飞船是载人航天系统的一个重要组成部分，载人航天系统一般由载人航天器、运载器、航天器发射场和回收设施、航天测控网等组成，有时还包括其他地面保障系统，如地面模拟设备和航天员训练设施。人类的载人航天活动经历了漫长而复杂的过程。1961年4月12日，前苏联发射了世界上第一艘飞船——“东方”号，后来又发射了“上升”号和“联盟”号飞船。与此同时，美国也相继发射成功“水星”号飞船、“双子星座”号飞船和“阿波罗”号飞船等载人飞船，由此揭开了载人航天的序幕。20世纪70年代后，美国放弃发展飞船，转而发展技术难度更大的航天飞机，而前苏联则继续改进完善“联盟”号飞船，使其性能有了很大的提高，“联盟T”和“联盟TM”号都是在“联盟”号基础上研制而成的高性能的载人飞船。在人类40多年的航天实践中，它的结构随着航天技术的进步经历了由简单到复杂的发展过程。现代载人飞船的基本设备主要由以下几部分组成：1环境控制设备。主要作用是调节舱内和航天服内的温度、湿度和压力，吸收人体新陈代谢的产物，控制舱内环境中含有的少量有害物质，提供航天员所需的氧气、通风、用水并处理废物。2应急救生。载人飞船的救生装置有弹射座椅、救生塔、分离座舱和载人机动装置等。在航天器各个飞行阶段采用各种不同的应急救生手段：上升段采用弹射座椅或救生椅；返回段采用弹射座椅或分离座舱；轨道上营救时，由另一载人飞船靠近出故障的飞船并与之对接，把乘员营救出来，或航天员乘坐载人机动装置飞到另一载人飞船上去。3人工控制设备。由人参与操纵和控制飞船，可提高系统的可靠性，处理预料不到的紧急情况，为此载人飞船都设有手动控制装置。此外，为便于航天员工作，载人飞船上还设有仪表照明、目视观测和话音通信等设备。4安全返回设备。为确保乘员安全返回，载人飞船或返回舱在返回过程中要承受很大的外力，为此必须限制在人的耐受范围内。该设备主要由热防护层和座舱温度控制器组成。5提高可靠性设备。为了保证高可靠性，载人飞船的各系统和设备均进行了可靠性设计，关键部件采用备份系统（双备份或三备份），确保飞船在不良的环境条件下进行地面测试和模拟飞行试验。
（2）空间站
空间站是指可供多名航天员长期工作和居住的载人航天器，又称航天站、太空站或轨道站。在空间站运行期间，航天员的替换和物资设备的补充可以由载人飞船或航天飞机应运，物资设备也可由无人航天器运送。空间站在科学研究、国民经济和军事上都有重大价值。空间站分为单一式和组合式两种。单一式空间站由运载火箭或航天飞机一次发射入轨；组合式空间站由若干枚火箭多次发射或航天飞机多次飞行，把空间站组合件运送到轨道上组装而成。空间站通常由对接舱、压力舱、轨道舱、生活舱和服务舱等几个部分组成。对接舱用以停靠载人飞船或其他航天器，对接舱一般有数个对接口，可同时停靠多艘载人飞船或其他航天器。压力舱是航天员在轨道上出入空间站的舱道。轨道舱是航天员在轨道上的主要工作场所。生活舱和服务舱是供航天员进餐、睡眠和休息的地方。
空间站有下列用途：1.天文观测。在空间站上进行天文观测，飞行高度高，观测时间长，没有大气影响，航天员可以直接操纵仪器。2.勘测地球资源，发现矿藏、海洋资源、森林资源和水利资源等。3.医学和生物学研究。完成有人参与的生物医学试验，寻找治疗某些疾病的新方法，试制新的药品和试剂。4.发展新工艺、新技术和利用太空高真空、高纯净和微重力的特殊环境制取新型合金和超纯材料，制造高级玻璃，获得大晶体。5.进行晶体生长和材料焊接试验等。6.大地测量、军事侦察以及试验和发射航天武器或航天器等。7.为人们在空间长期居住、开展航天活动和开发太空资源提供场所。
（3）航天飞机
航天飞机是一种可运送有效载荷和人员往返于地面和近地轨道之间，并能部分重复使用的带翼航天器，是当前最先进的航天运输系统。航天飞机一般由轨道飞行器、外推进剂箱和固体燃料助推火箭三大部分组成。轨道飞行器是航天飞机的主体，长约37米，重约70吨。它的外形像一架大型喷气客机，头部是驾驶舱，可容纳3～7人，机身是货舱，一次可向太空运送20多吨货物或从太空带回10多吨重的东西。外推进剂箱呈圆筒形，长约47米，最大直径8.4米，可装700多吨的液氢和液氧。推进剂耗尽后外推进剂箱便与轨道飞行器分离，不再回收而成为太空垃圾。两枚固体燃料助推火箭的长短与轨道飞行器相似，外形酷似削尖的铅笔，每个助推火箭可装500吨固体推进剂。两枚火箭可为航天飞行提供70%的推力。固体燃料助推火箭和轨道飞行器分离后，可以被回收使用。
航天飞机是一种具有重要民用与军用价值的多用途航天器。美国的航天飞机完成了近百次的航天飞行，进行了释放卫星、捕获卫星、检修卫星、舱外行走、遥感遥测等一系列太空作业以及其他科学实验。美国的航天飞机一开始就受到军方的重视，军方承担研制费用的六分之一，空军航天部门参加了研制工作的全过程。航天飞机的初期飞行计划安排中，有40%的军事载荷。此后军事任务一直占执行任务总量的25%，而且美国正在研制专用的军事航天飞机。
航天飞机的出现是美国航天技术发展的一次飞跃，实现了航天运载器由一次使用向部分重复使用的过渡。
前苏联也于1988年11月，试飞成功“暴风雪”号航天飞机。但由于资金短缺等原因，该计划后来停止了。
（4）空天飞机
空天飞机是航空航天飞机的简称。顾名思义，它集飞机、运载器、航天器等多重功能于一身，既能在大气层内作高超音速飞行，又能进入轨道运行，将是21世纪控制空间、争夺制天权的关键武器装备之一。与航天飞机相比，空天飞机多了一个在大气层中航空的功能，而且它起飞时也不使用火箭助推器。
空天飞机的奥妙之处在于它的动力装置。这种动力装置既不同于飞机发动机，也不同于火箭发动机，这是一种混合配置的动力装置。它由空气喷气发动机和火箭喷气发动机两大部分组成，空气喷气发动机在前，火箭喷气发动机在后，串联成一体，为空天飞机提供动力。
空天飞机可以在一般的大型飞机场上起落。起飞时空气喷气发动机先工作，这样可以充分利用大气中的氧，节省大量的氧化剂。飞到高空后，空气喷气发动机熄火，火箭喷气发动机开始工作，燃烧自身携带的燃烧剂和氧化剂。降落时，两个发动机的工作顺序同起飞时相反。
空天飞机与目前使用的一次性使用运载火箭、飞船和部分重复使用航天飞机相比，在重复使用性、发射操作费用、可维修性和周转时间、灵活机动性等方面都有革命性的改变。当前，美国、俄罗斯等国都在积极为研制空天飞机作各项技术准备。