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尽管早期的科学家用载人气球进行研究工作，但他们很快发现，研究工作也可以通过地面控制的气球来完成。由于成本和安全的原因，大多数科学家都在地面控制探索大气的气球。
20世纪50年代后期，军方开始考虑进行载人气球飞行。军队的飞行员需要了解当飞到30000米以上的高空时可能遇到的问题。当时，有人提出，一旦火箭发射成功就可以进行载人太空飞行计划，军方要对诸如降落伞、增压服及维持生命系统等高空设备进行测试，同时也想更多地了解航天医学的知识。
海军和空军都制定了载人气球飞行训练的计划。海军的计划叫“同温层-实验室”。1956年11月8日，由海军军官马尔科姆·罗斯和M·李·刘易斯驾驶的“同温层-实验室”1号气球升到22800米的高度，创造了新的纪录。尽管由于气阀失灵，使气球下降速度猛增，但这只茂大的气球最后减缓了下降速度并安全着陆。
与此同时，空军方面也开始实施代号为“人高”的系列高空气球飞行计划。“人高”号的密封舱是一个圆柱体，它的大小更接近最初的7名宇航员使用过的小型圆锥形“水星”号密封舱，而不像皮卡德夫妇发明的气球吊舱，它看上去与一个大的潜水氧气瓶或潜水艇的潜望镜相似。舱内只能容纳一人，驾驶员穿上部分增压服，坐在一个有网眼的尼龙座位上，四周是维持生命的装备和科学实验仪器。
这只聚乙烯气球由温仁研究股份有限公司制造。密封舱和降落伞可以通过驾驶员或地面控制脱离气球返回地面，密封舱还能装上程序，在飞行的第二天的黄昏脱离气球。
万户升空飞行
火箭除了应用于军事和娱乐方面以外，我国古代人民当然也没有忘记将火箭用于飞行方面。其中万户最为有名。
传说万户(也有写“万虎”的)是明代的一个官吏。他生活在14世纪末，那个时期火箭获得了较为广泛的应用。万户做过一次大胆的飞行尝试。他先是制作了两个大风筝，并排安放，将一把椅子固定在风筝之间的构架上。在坐椅的背后，他安装了47支当时所能买到的最大的火药箭。
当一切准备工作就绪后，万户坐在椅子上，让仆人把自己捆绑牢靠。他两手抓住风筝支架，然后命令仆人手持火把，按口令点燃47支火箭。随即发出阵阵轰鸣声，并喷出一股强烈的火焰，还夹杂着扑鼻的火药味，可是万户却在这阵火焰和烟雾中消失了。
万户的目的是想借助47支火箭向前推进的力量，加上风筝具有的升力浮力，拔地而起并在空中滑翔。
虽然万户的实验失败了，但是他的勇敢受到人们的赞扬。他的这种大胆而天才的技术构思有划时代的意义。他是世界上第一个试图利用火箭的力量升空飞行的人。
苏联火箭学家费奥多西耶夫及西亚列夫在《火箭技术导论》中说：“中国人不仅是火箭的发明者，而且也是首先企图利用固体燃料火箭将人载到空中去的幻想者。”这里所说的“幻想者”就是明代的万户。
1945年，美国火箭学家赫伯特·基姆在其名著《火箭与喷气》一书中记载了万户的实验，“大约14世纪之末，有一位中国的官吏名叫Wanhoo……”，书中称万户为“试图利用火箭作为交通工具的第一人”，而把他的壮举称为“首次进行火箭飞行的尝试”。
德国火箭学家威利·李在其《火箭、导弹和宇宙航行》一书中，叙述了万户的业绩，并写道，这位博学而勇敢的中国官员，“在14世纪末，通过发明并试验一种火箭飞行器，颇有些壮观地自我牺牲了。”
为了表彰和纪念这位传奇式的人物，美国科学家还用他的名字为月球上的一座环形山命名。这座环形山在月球表面东方海附近。
“混血种”航天飞机
卫星、宇宙飞船或空间轨道站虽然冲出了大气圈。然而它们大多即能“一次性使用”，价值几百万、成千万甚至上亿元的设备和仪器抛弃在太空，不仅在经济上是重大的损失，而且会增加“太空垃圾”，对太空事业将造成危害。如前苏联“礼炮6号”空间轨道站在175天（1977年9月29日发射，1982年7月29日在大气中焚毁）的航天活动中，光为运输人员和给养，就损失了5艘“联盟号”飞船。这种费用以“一日万金”形容也毫不为过。能否制造一种既可航天又能反复使用的新型飞行器呢？
那就是集火箭、飞机与卫星优点于一身的航天飞机。它又称空中渡船，在大气层内外都能运动自如。起飞时像火箭一样垂直发射，用火箭推动；进入轨道后，它又像卫星那样在原设计轨道上运行（不要任何燃料）；回来进入大气层后。又像普通飞机那样可以滑翔着陆。只要经过大约两个星期的检查和维修，它又可重新上天，可反复使用100多次。
在美国，航天飞机的方案早在1972年1月已经确定了，经过多年的研究和试制，1978年8月12日，一架经过改装的波音747飞机驮着“企业号”试验航天飞机，进行了第一次飞行试验并获得成功。以后又经过了四五次试验，于是，人类第一架载人航天飞机“哥伦比亚号”，在1981年4月12日当地时间7时顺利飞上了太空。
航天飞机发射的场面十分壮观。运载火箭点燃后，浓烟滚滚，烈焰腾腾，灼热的高温烧焦了周围1600平方米内的杂草，强大的冲击波摧毁了几百米外的电线网，使周围5000米内的建筑物震颤不已，近旁的摄像机、广播喇叭也被气流卷走了——但航天飞机里面的2名航天员却安然无恙。只有似乎在乘高速电梯时的那种感觉。“哥伦比亚”最后进入了一条绕地球飞行的椭圆轨道，最近时高度为111.12千米，最远时240.76千米。它在空中飞行了54小时31分，绕地球转了36圈，于4月14日13时21分安全着陆。
美国的航天飞机可载3～7人及30多吨货物，在轨道上工作7～30天。舱内有与地面大致相同的人造大气环境，温度始终保持在18.5～24℃之间。宇航员的生活条件是任何其他宇宙飞船无法比拟的。1995年6月27日，美国“亚特兰蒂斯号”作了第100次航天飞行，现在美国制造的航天飞机共有5架。
不久，苏联的航天飞机研究成功，并于1988年进行了首次飞行。它的发射时间几经推迟，直到11月25日莫斯科时间6时，“暴风雪号”航天飞机才由“能源号”运载火箭送上天空。“暴风雪号”长30米，高16米，机身直径5.6米，总重约100吨。内有10个座位。从外形看来，它与美国的几架航天飞机十分相似。“暴风雪号”的首次航行只进行了三个多小时，在绕地球两圈后于当天9时25分着陆。着陆的地方离开发射场只有12千米。苏联解体后，航天事业受到极大冲击，这架航天飞机后来成为参观设施，再也没有上过天。
航天飞机为人们开辟了自由进出太空的通道，其重要性是不言而喻的。它可以让人进入太空，把一些卫星“放”到轨道上去，也可以把那些已失去功能的卫星修复，或者拖回地面来“动手术”后，再让它回到天上去。例如1984年4月6日，美国“挑战者号”第五次上天时，带着5名宇航员及一颗重11吨的卫星。它入轨后，把携带的卫星“放”进了预定的轨道，再改变方向去修复已失效了的“太阳观测卫星”。航天飞机在480千米的高度上飞行，以每秒26米的相对速度迎接目标。4月8日，航天飞机离它仅只60米了，这时宇航员纳尔逊带上了喷气背包步出机舱，到太空中去抓它。他努力了三次，好不容易才抓住了卫星的太阳帆板，可由于用力太猛，卫星急速地翻滚起来……后来还是由地面指挥中心发出了新指令，才使它重新稳定，并由机械手把它拖进了航天飞机。宇航员给它调换了一些部件后，于4月12日再重新放回太空，使它恢复了先前的功能。现在许多行星探测器，如“麦哲伦”金星探测器，“伽利略”木星探测器等都是在航天飞机上发射出去的。
航天飞机不仅大大降低了发射人造卫星的成本，而且有明显的商业价值。由于那儿几乎处于失重状态，因此可以提炼出最纯的稀有金属，能够制造出在地球上无法制造的合金，合成一些平时无法制造的药物，甚至用来作为商业性飞行。1984年8月30日，“发现者”首次航行时，6名宇航员中有个名叫查尔斯·沃克的工程师，就是世界上第一个自费太空游客。机票价格是8万美元。当然这个35岁的科学家是有自己目的的，人们估计他想在太空中制造一种用于治疗癌症的酶。至今，美国的确已制出了世界上第一批在太空生产的商品，1985年美国国家标准局已正式标价出售了。那是一种小得肉眼难以分辨、直径仅10微米的聚苯乙烯微粒，它们是绝对标准的球状体，极其均匀划一，十分惹人喜爱。20世纪90年代初美国仅从通信卫星和资源卫星中，每年的收益就高达900多亿美元，俄罗斯拍的一些卫星照片，在国际市场上的价格高达3000万美元一帧，所以收入十分可观。
空天飞机
尽管第一代航天飞机仍被视为在今后十几年里完成太空军事和民用航天运输使命的主要工具，但鉴于现有航天飞机的经济性差、应变能力不足和生存能力低等缺点，美国国防部和航宇局正在研究新的航空航天飞机方案。
航空和航天是两个不同的技术领域，过去是由飞机和航天飞行器分别在大气层内、外活动，航空运输系统是重复使用的，航天运载系统一般是不能重复使用的。
现代科学技术的进步，正在逐步把航空和航天飞行器朝着有机地结合成一体的方向推进。航天飞机是在航空和航天技术的结合方面作了初步尝试，实现了航天运载系统的部分重复使用。近年来，出现了一种将航空航天技术有机地结合在一起的飞行器方案，即航空航天飞机，简称空天飞机。它能够达到完全重复使用和大幅度降低航天运输费用的目的。
空天飞机是既能航空又能航天的新型飞行器。它像普通飞机一样起飞，以高超音速在大气层内飞行，在30～100公里高空的飞行速度为12一25倍音速，并直接加速进入地球轨道，成为航天飞行器，返回大气层后，像飞机一样在机场着陆。它可以自由方便地返回大气层。
随着航天活动规模的扩大，估计到21世纪，仅美国送入轨道的总重量达9万吨，因此，每年的运输量将猛增到数万吨。但是，目前最先进的航天运输工具——美国现在的航天飞机，运送每公斤有效载荷进入地球轨道的费用达11607美元（1986年美元值）。因此，大幅度降低航天运输费用，已成为开展大规模航天活动的关键问题之一。
据目前估计，空天飞机的运输费用至少可降到目前航天飞机的1／10，甚至可降到1％。
此外，用空天飞机发射、维修和回收卫星，不需要规模庞大、设备复杂的航天发射场和长达一两个月的发射前准备，也不受发射窗口的限制。它完成一次飞行任务后，经一周的维护就能再次起飞，能适应频繁发射的需要，它的投入使用，将使人类可以方便地进入空间，“登天”就不再成为难事了。
提高飞机的飞行速度一直是航空界努力的目标。从50年代起美国就开始探索和研究高超音速飞行，30多年来，时起时落，一直没有取得重大突破。空天飞机的研制将带来航空技术的新飞跃，将使航空技术从超音速飞行跃入高超音速飞行的时代，无疑，将会进一步推动航空工业的发展。
空天飞机作为一种高超音速运输机，具有推进效率高、耗油低、载客（货）量大、飞行时间短等优点，是实现全球范围空运的一种经济而有效的工具。
空天飞机还具有重要的军事价值，可作为战略轰炸机、战略侦察机和远程截击机使用，这对进一步发挥战略空军的作用具有重要意义。
美国正开发新型的航空航天飞机，在有人驾驶时，能在常规机场水平起飞和着陆；还可在大气层内飞行，此时飞行马赫数为5，从美国的纽约飞往东京只需2小时；也可作地球大气层外的轨道飞行，此时的飞行速度为25倍音速，仅需90分钟就能绕地球一周。除作常规的民航机外，它还可代替现有的航天飞机作轨道飞行。据估计，使用高超音速航空航天飞机可使民航机的速度增加6倍，而航天飞行器的发射费用减少90%。1986年2月，美国总统在国情咨文讲话中，把航空航天飞机称作新的“东方快车”，要求它在本世纪末投入使用。这种航空航天飞机是航空航天技术一体化的体现，能在常规飞机跑道上起飞和着陆，自由方便地往返大气层的一种新型飞行器。其起飞重量不到第一代航天飞机总重的1/5（约500吨），而运载能力则提高两倍多（达60吨以上），这样就可大幅度降低航天运输费用。
在军事上，这种空天飞机既可作为全球高超音速运输、洲际轰炸和战略侦察，又可作为航天运载工具或太空兵器，有可能成为一般轰炸机、战斗机和导弹所“不可比拟”的攻击和防御力量。美国拟议中的空天飞机方案主要有两种：一种是拟用作跨太平洋飞行的高超音速运输机，称“东方快车”，能以5～6倍音速在3万米的高度作巡航飞行，只需两小时可从美国杜勒斯机场飞至日本东京；另一种为“跨大气层飞行器”，可作轨道飞行（飞入地球低轨道的速度为25倍音速），也可在次轨道作气动力机动，然后在回升到轨道上以轨道速度航行。美国从1982年开始实施空天飞机这一长远发展计划，总费用预计为数十亿至200亿美元，由美国国防部和国家航空航天局联合进行技术研究。为了解决在大气层中持续高超音速飞行的问题，1985年以前在氢燃料的空气涡轮冲压发动机和超音速燃烧冲压发动机技术研究方面，已有所突破。从1986年至1988年，集中进行这类发动机的方案论证工作，并加速发展机体设计、动力装置等关键技术，在1988年后着手研制一架试验样机，于l992年至1995年期间进行飞行试验。它既是一种反应快、费用较低的跨大气层飞行的运输机，也是一种装备有计算机和先进探测设备的侦察飞行器，还可能是一种廉价、灵活并可重复使用的太空发射平台。在未来太空战中，既可以当作航空兵参加战斗，也可以参加天军行列，出现在太空战场上，与大空“敌人”厮杀。它是比航天飞机更为灵活、战斗力更强的一种大空武器。
第一颗人造地球卫星
世界上第一颗人造地球卫星——人造地球卫星1号，是1957年10月4日发射的。它的本体是一只用铝合金做成的圆球，直径58厘米，重83.6公斤。圆球外面附着4根弹簧鞭状天线，其中一对长240厘米，另一对长290厘米。卫星内部装有两台无线电发射机——频率分别为20.005及40.002兆周，无线电发射机发出的信号，采用一般电报讯号的形式，每个信号持续时间约0.3秒，间歇时间与此相同。此外还安装有一台磁强计，一台辐射计数器，一些测量卫星内部温度和压力的感应元件及作为电源的化学电池。
它在拜克努尔发射场由一支三级运载火箭发射。起飞以后几分钟，卫星从第三级火箭中弹出，达到第一宇宙速度（7.9公里／秒），进入环绕地球飞行的轨道。它距离地面最远时为964.1公里，最近时为228.5公里，轨道与地球赤道平面的夹角为65度，以96.2分钟时间绕地球1周，比原来预计的所需时间多1分20秒。在秋夜的晴空中，有时它象一颗星星在群星中移动，肉眼可以看到它。这颗卫星的运载火箭于1957年12月1日进入稠密大气层陨毁。卫星在天空中运行了92天，绕地球约1400圈，行程6000万公里，于1958年1月4日陨落。为了纪念人类进人宇宙空间的伟大时刻，苏联在莫斯科列宁山上建立了一座纪念碑，碑顶安置着这个人造天体的复制品。
第一艘载人登月飞船
1969年7月16日，美国东海岸佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪宇宙飞行中心的发射场上，一支象36层楼房、高110米的巨型火箭在震耳的轰鸣声中起飞了。这是世界上威力最强大的运载火箭——土星5号。火箭第一级有5台发动机，它们各有692.8吨推力。点火后，这个3200吨的巨物便迅速飞向高空。由它和登月舱组成的阿波罗11号宇宙飞船将把第一批登月者送上月球。
起飞后12分钟，第一、二级火箭已脱离飞船，第三级火箭进入绕地球飞行的轨道。在绕地飞行的轨道上进行飞行修正和检查后，第三级火箭重新点火，飞船很快超过了第二宇宙速度（11.4公里／秒），向月球飞去。25小时后，飞过地一月系中点（距地球19万2千公里），61小时后达到地球和月球引力相等的平衡点。以后，飞船开始在月球的引力下运动，75小时以后达.到离月球500～600公里的上空而进入绕月球飞行的轨道。
阿波罗飞船有指挥舱、服务舱和登月舱三部分。7月21日登月舱连同两位宇航员在月面上缓缓着陆。另一位宇航员则在指挥舱内继续绕月球飞行。22日在月面考察结束以后，登月舱的上升段起飞，与指挥舱对接。登月的两位宇航员再次进入指挥舱。一小时后，登月舱与指挥舱分离，登月舱落回月面，宇航员进行了一次月震试验。此时，服务舱的火箭开始二作。待进入大气层时，服务舱和指挥舱分离。服务舱穿越大气层后坠毁。7月24日指挥舱重新进入地球大气层，落在太平洋上，回到地面的指挥舱只有5600千克重。
第一艘空间渡船
天地之间，茫无边际，邀游太空，谈何容易，迄今为止，大大小小的运载火箭只能使用一次，射入轨道的飞行器也至多往返一趟。在地面与近地轨道之间，一般人岂能邀游太空？即使用最先进的现代飞机，到了35公里以上的高度也无用武之地了。
美国国家宇航局研制的航天飞机，给全人类带来了新的希望：一般身体健康的人也能乘坐它邀游太空了。
美国的航天飞机是一种兼有航天器和航空飞机两者特性的大型运载工具，人们常称它为空间渡船。
1977年8月12日上午，美国宇航局在加利福尼亚莫哈维沙漠上空成功地进行了航天飞机的第一次大气试验飞行。这架命名为“企业号”的航天飞机由一架波音747型飞机驮载飞行，到达6736米的高空，指令长海斯点燃一组起爆器，使航天飞机脱离母机。然后，由驾驶员驾驶它绕了一个大圈子。最后，在爱德华兹空军基地降落。
空间渡船是一个宠然大物。全长56米有余，高约24米，有7层楼房那么高。它主要由轨道器、外燃料箱和两台火箭助推器三部分组成。轨道器是空间渡船的主体，也是唯一可以载入的部件，很象一架大型的三角翼飞机。平时所说的航天飞机就是指这个轨道器。机长37米，起落架放下时高17米，最大翼展24米，自重75吨，可以重复使用100次以上。轨道器分前、中、后三段。前段是乘员舱，可乘3～7人，特殊情况下可以容纳10人；中段是有效载荷舱，可载重30吨左右；后段主要是3台主发动机。后段还装有两台机动发动机，它们的任务是：在主发动机熄火后，提供推力，使轨道器进入近地轨道，实现机动变轨以至脱离轨道返回地面的目的。轨道器还有反推控制系统，用来保持轨道器的稳定飞行和姿态变换。
外燃料箱只负责给轨道器主发动机提供700余吨的推进剂，是航天飞机唯一不能回收的部件。两台火箭助推器既是空间渡船起航时的动力来源，又负有特殊的职能。当渡船从发射台上起波后55秒钟，推力便降低了三分之一，这样可以确保航天飞机在动压最大时免受巨大的过载。火箭助推器在推进剂燃烧完毕后就与渡船分离，并自动打开降落伞降落，以便回收供下次再用。它可以重复使用20次。
空间渡船的整个摆渡过程可以分为上升、轨道飞行和返回三个阶段。轨道器完成任务后，机动发动机便制动减速，使轨道器进入再入轨道，对准跑道返回着陆。尔后只须经过160个小时的维修和加注燃料，便可再次进行摆渡。
空间渡船具有耗费少，重复使用；大载荷，方便灵活；低加速，乘座舒适；多用途，神通广大等优点。今后，凡发射军用预警卫星、侦察卫星和通信卫星，均可由它胜任；在未来的空间大战中，它可以拦截、破坏甚至俘获敌方的卫星或飞船。在建造大型空间站、轨道结构平台乃至永久性太空城市的时候，它还能肩负起繁重的运输任务。
第一个行星探测器
人们发射了人造卫星以后不久，就开始了行星探测器的研制工作。太阳系内有9颗大行星，它们是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。探测的第一个目标，就是离地球最近的金星。开始，事情进行得并不顺利，屡次失败。直到1962年8月27日，第一个金星探测器“水手2号”发射成功。12月14日，“水手2号”在距金星34838公里处飞过，完成了对金星的逼近考察，成为一颗人造行星，永远环绕太阳飞行，每345.9天绕太阳一周。之后，人们发射了好几个金星探测器，其中有的进入了金星的大气层，有的在金星上软着陆。它们向地球送回了大量的资料，揭开了蒙在金星表面的那层面纱，取得了丰硕成果。
火星是太阳系中一颗迷人的天体。它上面是否有生命，一直是个谜，很自然地，在行星际旅行的最初阶段，人们立即想到要去拜访那些想象中的“火星人”。1965年，人们发射了火星探测器“水手4号”，第一次对火星进行逼近探测。之后，人们发射了好几个火星探测器，有的在绕火星的轨道上飞行，有的在火星表面上软着陆。它们发回了大量资料。但是，没有一个火星探测器找到过火星人的踪迹。
水星探测器“水手10号”于1973年11月3日发射成功。它飞行了506个日日夜夜。在飞行期间，它向地球传送了4000多幅很清晰的电视照片。根据照片，人们已给水星绘制了地貌图。水星给人们的印象是：它是多么地象月亮呵！
为了考察木星这颗外行星，美国在1972年3月3日发射了第一个木星探测器——“先锋10号”。“先锋10号”穿越火星轨道后，同年7月进入小行星带，1973年2月安全无恙地通过了这个危险区域，径直向木星飞去，开始了对木星这颗太阳系内最大的行星的观测。这位重270千克的“使者”飞行了21个月，行程10亿公里，于1973年12月5日风尘仆仆地来到木星上空。从它发回的资料来看，木星上奇异的大红斑是一个耸立在10公里高空的云团。这云团可能是一个强大的逆时针旋转的长寿命旋涡，也可能是一团激烈上升的气流。“先锋10号”被木星的巨大引力加速，终于克服了太阳引力场，成为第一艘逃离太阳系的宇宙飞船。8年之后，它将穿过最远的行星——冥王星的轨道，然后以每小时4万公里的速度向金牛座飞去。
美国载人航天发展历程
“水星”号飞船
“水星”计划是美国1958年开始实施的第一个载人航天计划。鉴于当时与前苏联竞争的紧迫形势，该计划的基本指导思想是尽可能利用已经掌握的技术和成果，以最快的速度和简单可靠的方式抢先把人送上天。
“水星”号飞船计划的主要目的是把载1名航天员的飞船送入地球轨道，绕地球飞行几圈后安全返回地面。“水星”飞船计划始于1958年10月，结束于1963年5月。“水星”号飞船由圆台形座舱和圆柱形伞舱组成，共进行了25次飞行试验，其中6次载人。在经过了17次不载人飞行试验后，美国才于1961年5月5日进行了首次载人亚轨道飞行。载人亚轨道飞行试验成功后，美国于1962年2月20日进行了首次载人轨道飞行，绕地球3圈，飞行4小时55分钟后返回地面。
美国通过“水星”计划证明人能够在空间环境中生存和有效地驾驶飞船，也取得了载人飞船设计的初步经验。但是在这一回合的载人航天竞争中输给了前苏联，突出表现为载人上天的时间落后于前苏联，航天运载能力也处于劣势。
“双子星座”号飞船
继用“水星”号飞船完成了首次载人航天发射后，美国又开发了“双子星座”飞船，作为从“水星”到“阿波罗”计划之间的过渡。其主要任务是研究、发展载人登月的技术和训练航天员长时间飞行及舱外活动的能力。该计划历时5年，完成了10次环地轨道载人飞行，每次2人，共花费12.8亿美元。“双子星座”号飞船计划是为“阿波罗”号飞船计划提供飞行经验，准备各种技术条件，提供经过训练并富有实际飞行经验的航天员。“双子星座”号飞船计划始于1961年11月，结束于1966年11月。这期间共进行了12次飞行试验，其中2次不载人，10次载人。"双子星座"号飞船由再入舱和连接舱组成，其飞行试验重点解决了轨道交会、对接、航天员出舱活动和机动飞行变轨等技术问题。
“阿波罗”号飞船
经美国航宇局和冯·布劳恩等火箭专家论证，提出美国在20世纪60年代经过努力能够达到而又刚好超出前苏联的目标是载人登月。于是，美国总统肯尼迪于1961年5月25日宣布了“阿波罗”载人登月计划。
“阿波罗”号飞船由指挥舱、服务舱和登月舱组成。1969年7月16日，美国使用“土星”5号运载火箭将载有3名航天员的“阿波罗”11号飞船送入空间，7月21日飞船抵达月球，美国航天员阿姆斯特朗实现了人类登月的梦想。
美国为实施“阿波罗”计划还研制了“徘徊者”、“勘测者”、“月球轨道环行器”无人月球探测器、土星族重型运载火箭，以及由逃逸系统、指令舱、服务舱和登月舱组成的阿波罗飞船，这些工作为1969年把人送上月球奠定了坚实的技术基础。
“阿波罗”登月计划于1961年5月23日起开始实施，直至1972年12月结束。期间共进行了17次飞行试验，其中“阿波罗”1号至“阿波罗”6号为无人亚轨道与地球轨道飞行；“阿波罗”7号为载人地球轨道飞行；“阿波罗”8号和9号为载人月球轨道飞行、“阿波罗”11号至“阿波罗”17号为载人登月飞行(只有“阿波罗”13号失败)。“阿波罗”计划共花费240亿美元，先后完成6次登月飞行，把12人送上月球并安全返回地面。它不仅实现了美国赶超前苏联的政治目的，同时也带动了美国科学技术特别是推进、制导、结构材料、电子学和管理科学的发展。但是“阿波罗”计划耗资太大，几乎占用了航宇局20世纪60年代全部经费的3/5，严重影响了美国空间科学和空间应用领域的发展，迫使美国重新考虑下一步的航天目标。
“天空实验室”计划
在得知前苏联的“礼炮”1号空间站升空后，美国赶紧利用“阿波罗”计划剩余的土星运载火箭和载人飞船作为运输系统以及积累的技术成果，将“土星”5号运载火箭的末级改装成了美国第一个试验性空间站“天空实验室”。故此，“天空实验室”又称“阿波罗”应用计划。
1973年5月15日，“天空实验室”发射升空，开展试验性空间站活动，该空间站重82吨，长36米，容积316米3。该计划至1974年2月结束，耗资25亿美元，共完成3次载人活动。先后有9名航天员每批3人在此空间站上工作了18、59、84天，进行了天文观测、地球资源勘查、生物医学和材料加工等270项试验，突出显示了人在空间长期生活和从事检查、维修、排除故障和进行科研工作的能力。美国认为只是利用"阿波罗"计划的剩余材料便研制出了空间站，在技术上没有什么难度，同时也没有意识到空间站的潜在价值，加之美国认为研制兼具运载火箭和载人飞船性能的可重复使用的航天飞机更具潜力，至此美国转向了航天飞机的研制。直至20世纪80年代才重新提出研制"自由"号永久性载人空间站。
航天飞机
航天飞机是可重复使用的航天器，用于进入地球轨道，在地球与轨道航天器之间运送人员和物资，是人类首次研制的可重复使用往返于天地之间的运输系统。航天飞机还可用于在空间释放与维修人造卫星和空间探测器、地球资源勘探和环境监测、空间加工和科学试验、建造空间结构等方面。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，它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。
航天飞机由三部分组成，包括可重复使用100次的轨道器；一次性使用的外挂燃料箱；两个可回收的重复使用20次的固体火箭助推器。美国共制造了6架航天飞机，分别是“企业”号、“哥伦比亚”号、“挑战者”号、“发现”号、“阿特兰蒂斯”号和“奋进”号。其中“挑战者”号航天飞机在1986年1月28日的发射中爆炸，7名航天员全部遇难。
国际空间站
20世纪80年代初，为了迎接21世纪空间产业化和军事化的挑战，美国开始酝酿建造空间站。其主要目的是继续保持美国空间领先地位，推进空间产业开发，并为未来建立永久性月球基地和进行载人行星探索做准备。1984年1月25日，美国总统里根下令正式研制大型永久载人空间站，要求美国航宇局在10年内完成，耗资80亿美元，并邀请加拿大、西欧及日本等盟国参加空间站的建设。1988年2月，美国政府依据对国内国际形势的研究又颁发了新的空间政策，正式确定了扩大载人航天活动、实施月球和火星载人飞行长远目标。最初通过的空间站设计方案采用动力塔式双龙骨结构，由4个压力舱、4个能源舱、2个后勤舱、移动式遥控服务中心和4个自由飞行平台及轨道转移飞行器组成，电源系统由先进的太阳能发射镜提供87千瓦的功率。经过若干次改进，到1995年，国际空间站总重量为430吨，主桁架长88米，居住舱的容积为1200米3，4个太阳电池阵宽110米，能提供110千瓦的电源功率，其中用户使用功率为46千瓦。其运行高度平均为397公里。
最大的宇宙航行博物馆
坐落在华盛顿市独立大街上的美国宇宙航行博物馆是目前世界上最大的宇宙航行博物馆（简称宇航博物馆）。在这座只有208米长，28米高的宇航博物馆里竟陈列着240架飞机、40个空间飞行器、50枚导弹和火箭的实物展品。既有“阿波罗”’登月飞船重返地面的指令舱和在月球表面着陆的登月舱，又有号称航天器之王的美国“天空实验室”；既有高21米的“丘辟特”火箭，又有新型“民兵了”固体洲际弹道导弹；既有莱特兄弟1903年设计制成的世界上第一架动力飞机，又有苏联第一颗人造地球卫星的复制品……。所有这些实物都给人以身临其境的特殊感觉，难怪人们都把美国的这个宇航博物馆称做人类宇航知识的一个最大宝库。
美国宇航博物馆分设23个展览厅。
架设在“飞行的里程碑”大厅里的一架单引擎灰色飞机特别引人注目。1927年，美国飞行员林伯赫驾驶这架飞机首次横渡大西洋。二层展厅所以把“梅塞施密特－09”和“马克－7”型喷火式战斗机放在非常醒目的位置上，那是因为它们在二次大战中都是有功之“臣”。在不列颠战役中，它们为英国击败德国空军立下了汗马功劳！“空中运输”大厅里还展出各式各样的民航机。现代民航机的先驱“波音－247”也在其中。参观者均可纵览全貌。看到这些，人们不禁觉得，宇航博物馆展出的是一架架飞机，却记载着一部活生生的航空发展史。
当你走进“太空”大厅时，就象进入广漠无垠、满天星斗的宇宙之中。从天花板到墙壁上挂满了五花八门的飞行器，能够给你留下深刻的真实感和立体感。矗立在大厅里的“天空实验室”招来了特别多的观众。由于参观的人络绎不绝，只好规定列队进出。参观者不管大人还是小孩，既可以看一看宇航员是如何操作使用实验室内的仪器仪表的，就连洗澡用的简单设备、锻炼身体用的模拟自行车以及测量人体功能的各种设施，也可以亲自动手试一试。此时此刻，似乎你也成为一名宇航员了。
在一块月岩切片的旁边，竖立着一块牌子，上面写着“请摸一摸月亮”的字样。噢，人们明白了，这是希望参观者“摸”的实物展品。月亮是地球的卫星，谁不想亲手摸一摸来自38万公里之远的亲“骨肉”呢！不知是因为摸的人太多还是由于这块切片本来就很平整的缘故，它光滑极了。
美国宇航博物馆自1976年7月至日开馆以来，每年都得接待大约1千万名贵客。
最大的天空实验室
1973年5月14日，美国国家宇航局把一只誉满全球的航天器——“天空实验室”送上了高435公里的近圆形地球轨道。天空实验室长36米，最大直径达6.7米，重约86吨，是迄今为止人类送上太空的最大航天器。
天空实验室主要由“土星”工作舱和“阿波罗”飞船两部分组成。土星工作舱的外面装有两组太阳能电池帆板：一组呈风扇形，专给实验室内的望远镜供电；另一组呈翼形，好似一对大翅膀，空间站所需电能主要由它供给。两组电池帆板的总面积约230平方米，比一个排球场还要大。
在天空实验室内，人们可以从事各种科学实验。因此，称它为轨道空间站，那是再合适不过的了。
非常不幸，“土星－5号”运载火箭发射后仅1分多钟，天空实验室就开始“感冒发烧”了。原来，空间站的轨道工作间在穿越大气层时受到了很大的损伤：翼形太阳能电池帆板，一个被完全扯掉，另一个被死死卡住；宇宙尘防护罩也突然脱落了。由于上述原因，空间站供电系统发生严重问题，轨道工作间的内部温度急剧上升。
在这危急之际，字航局决定，立即派出一个精干的宇航小组，奔赴天空实验室，救死扶伤。5月25日，“土星－IB”火箭把载有三名宇航员的阿波罗飞船送到天空实验室，首先承担起抢修空间站的特殊任务。两个星期后，空间站得救了，但只剩下一只“翅膀”了。宇航小组在圆满地完成了各项科学试验后，于6月22日胜利归来。
尔后，天空实验室又接待过两批“客人”，每批都是3名宇航员。前一批在空间站生活了59天，后一批住了84天，全由阿波罗飞船接送。1974年2月，最后一批宇航员返回地面以后，空间站不再接待客人，直到1979年7月11日，终于坠落在印度洋。跟所有的人造地球卫星一样，天空实验室在它“寿终正寝”的时候，也是要回到“娘家”——地球上来的。不过，它在回“娘家”的路上，要经过稠密的大气层，自然会落得个粉身碎骨的下场。据报道，最大的1块碎“尸”竟有2270千克重，坠落在离澳大利亚不远的洋面上。
在空间站里工作的三批宇航员拍摄了17万5千多张太阳照片、3万多张地面目标照片，录制了72公里长的磁带，还进行了30多项包括空间生物医学、空间材料加工在内的科学实验。宇航员还对周期长达7500年的科霍特克警星进行了详细的观察……。
第一颗人造地球卫星的总设计师
1957年10月4日世界上第一颗人造地球卫星发射成功！这在空间技术发展史上是划时代的大事。可是谁曾料到，为这次飞行作出杰出贡献的第一个总设计师，竟是一个被判死罪的苦役犯，他的真名叫科罗廖夫！
科罗廖夫是一个天资聪明而又勤奋好学的人，很早就显露出超群的才干。他25岁时就编写出版了专著《火箭发动机》，26岁时成功地参与设计了苏联第一枚液体火箭，27岁那年又写出另一本专著《火箭飞行》，29岁时和同事们一起成功地设计了苏联第一代喷气式飞机。
在1937年，他遭到了厄运。当时的陆军参谋长屠哈切夫斯基因里通外国嫌疑而被立即处决。受他的牵连，著名的飞机设计师图波列夫被捕，因国家需要飞机而未被处死，囚禁在监狱工厂进行飞机设计。身为火箭主设计师的科罗廖夫则判为死罪，押赴西伯利亚一个荒无人烟的小岛挖掘金矿。
由于图波列夫的多次请求，科罗廖夫才脱离死牢，转到第4号特种监狱工厂研制火箭。虽然他们从事的是科研设计工作，但身份是囚犯，每天工作12小时，警卫森严，不得随便聊天，毫无行动自由。就在这种条件下，他先后成功地设计了苏联第一代导弹和中程导弹。
1957年8月3日科罗廖夫设计的洲际导弹试验成功。10月4日，第一颗人造地球卫星上天，世界各国赞扬科学上这一巨大成就。科罗廖夫为苏联赢得了极大的声誉，可是苏联政府仍不准他公开露面。具有讽刺意味的是，虽然这时他已拥有私人别墅，可是别墅的保卫人员就是当年监狱工厂的警卫！
在这以后，科罗廖夫又为第一艘载人飞船设计了火箭。科罗廖夫的科研态度是严肃而认真的，但他的科研工作随着苏联领导人的意图而转。当时，他虽已从被关押的劳改犯变成被“保护”的“要人”，但睡梦中时常发出“混蛋，快起来！马上出发”的咆哮声，那苦难岁月的阴影还笼罩着他。1966年1月，他终因劳累过度、心力衰竭而死，终年59岁。
科罗廖夫一生的成就是卓越的，但他一生的遭遇却是悲惨的。
最贵重的衣服
乘坐阿波罗飞船奔向月球的宇航员，临行之前必须穿上一套特殊的宇宙服。
到月球上去探险和考察，宇航员要经历各种各样的风险。为了保证宇航员的生命安全，完成考察任务，宇宙服内装有各种精密的仪器，而且安排得十分巧妙。宇宙服主要由三部分组成。第一部分是保护性宇宙服，是由十几层能防微流星、能保暖的织物制成的连衣裤。第二部分是一个轻便型生命保证系统，外形是个背包。背包的内部结构非常复杂，可以供给宇航员呼吸用的氧气，可以进行压力通风，可以为宇宙服换气，可以过滤掉循环中产生的杂质和臭气。包中还有电源以及无线电通讯设备，供宇航员通话和将各种遥测数据传给地面。第三部分是紧急供氧设备，当背包内的仪器一旦发生故障，它可以提供30分钟的氧气，以应急用，让宇航员有时间去排除故障。
这套宇宙服总重83千克，在月面上重14千克。由于精致复杂，造价很高，一套宇宙服价值30万美元，可算是最贵重的衣服了。