~:~略探--外太空的航太領域~ 

航太指與研究和探索外太空有關的領域，太空載具在太空的航行活動。科學界一般把太陽系內的航行活動稱為「航太」，而把太陽系外的航行活動稱為「航宇」。

按太空載具探索、開發和利用的對象劃分，航太包括環繞地球的運行、飛往月球的航行、飛往行星及其衛星的航行、星際航行（行星際航行、恆星際航行）。按太空載具與探索、開發和利用對象的關係或位置劃分，航太飛行方式包括飛越（從天體近旁飛過）、繞飛（環繞天體飛行）、著陸（降落在天體上面）、返回（脫離天體、重返地球）。

執行軍事任務（具有軍事目的）的航太活動，稱為軍用航太；執行科學研究、經濟開發、工業生產等民用任務（具有非軍事目的）的航太活動，稱為民用航太；執行商業合同任務（以營利為目的）的航太活動，成為商業航太。有人駕駛太空載具的航太活動，稱為載人太空飛行；沒有人駕駛太空載具的航太活動，稱為不載人太空飛行。

航太的主要目的是太空探索，其商業用途主要是衛星通訊，也有近來興起的太空旅遊。其他非商用的用途包括星空觀測，間諜衛星和地球觀測。

可行的太空旅行的方案可以追溯到康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基，他最著名的作品—《利用反作用力設施探索宇宙空間》發表於1903年，他最早從理論上論證多節火箭可以克服地心引力進入太空，但當時這份理論著作沒有在蘇聯以外產生廣泛影響。

航太成為可行工程始於1919年,羅伯特·戈達德發表了論文《到達超高空的方法》;其中把拉伐爾噴嘴應用到液態火箭發動機，其足夠的動力使星際旅行成為可能。他還在實驗室中證明了火箭可以在真空空間工作，但當時沒有得到普遍認同。這篇論文對後來航太工程的關鍵人物極具影響，其中包括赫爾曼·奧伯特和沃納·馮·布勞恩。

1944年6月，德國的V-2火箭在一次飛行測試達到189 km的高度，這是第一枚到達太空的火箭。

1957年10月4日，蘇聯發射史潑尼克1號，它是第一顆進入地球軌道的人造衛星。

1961年4月12日，東方一號承載蘇聯太空人尤里·加加林進行環繞地球軌道一次,這是首次載人太空飛行。東方一號是由謝爾蓋·科羅廖夫與克里姆·阿利耶維奇·克里莫夫所設計的火箭目前依然是到達太空的唯一實際手段。超音速燃燒衝壓引擎等其他非火箭運載技術仍遠低於軌道速度。

火箭的發射通常在發射場上，場區內有整套試驗設施與設備，用以裝配、儲存、檢測和發射太空載具，測量飛行軌道，發送控制指令，接收和處理遙測信息。出於噪音和安全方面的原因，發射場選在遠離人類居住的地方。航太發射場多數由飛彈實驗靶場改造而成，他們的組成設備和功能基本相同。

發射通常受一定的發射窗口限制。這些窗口取決於天體的位置和相對於發射場的軌道。影響最大的往往是地球的自轉。一經發射，軌道通常在一個相對固定的平面上，該平面與地球軸成一固定角度，而地球在這個軌道上旋轉。

發射台是一個用於發送飛行器的固定的結構。通常包括發射塔和火焰溝槽。並由豎立，燃料，穩定運載火箭等裝置包圍。

國際航空聯合會定義在100公里的高度為卡門線，高於此線就是太空。

火箭是目前到達太空唯一的可行手段。常規飛機引擎不能達到缺乏氧氣的空間。火箭引擎排出推進劑提供前向推力，產生足夠的加速度進入軌道。針對不同應用的推進系統包括：一次性使用運載系統  單級入軌

太空飛行器按其任務的不同，需要達到這四個宇宙速度的其中一個。例如人類第一個發射成功的星際探測器月球1號就需要達到第二宇宙速度，才能擺脫地球重力。而旅行者2號則需要達到第三宇宙速度，才能離開太陽系。

對於載人發射系統通常會安裝發射逃逸系統用於在發生災難性故障的情況下讓太空人逃生。

宇宙速度是物體從地球出發，在天體的重力場中運動，四個較有代表性的初始速度的統稱。太空載具按其任務的不同，需要達到這四個宇宙速度的其中一個。

逃逸速度是指一物體的動能等於該物體的重力勢能的大小時的該物體的速率。逃逸速度一般描述為擺脫一重力場的引力束縛飛離那重力場所需的最低速率。對於「第一宇宙速度」和「第二宇宙速度」來說，「逃逸速度」這一用語可以認為是用詞不當，因為它實際上是速率，而不是速度，亦即是說，它表示該物體必須運動得多快，卻與運動方向無關，除了不是移向那重力場。更術語地說，逃逸速度是純量，而非向量。

在某一特定高度上的逃逸速度是同一高度上公轉速度的 2倍。這對應著一個事實，即物體的勢能是其動能的負2倍，例如在太陽上的勢能和動能總和必須至少是零，才能達到逃逸速度。物體要達到繞地球飛行作圓周運動的速度被稱為第一宇宙速度，而地球的逃逸速度則被稱為第二宇宙速度。

第一宇宙速度

第一宇宙速度又稱為環繞速度，是指在地球上發射的物體繞地球飛行作圓周運動所需的最小初始速度。若在150千米的飛行高度上，其環繞速度為7.8千米/秒。

第二宇宙速度

第二宇宙速度，亦即地球的逃逸速度，是指在地球上發射的物體擺脫地球引力束縛，飛離地球所需的最小初始速度。若太空載具已到達近地軌道的高度，太空載具的脫離速度約為10.9千米/秒。

此外，也可以從能量守恆的角度來解釋上式：物體恰好逃離地球時速度為0，逃離地球後最終它會到達離地球無限遠處，因此有上式的動能和勢能之和為0。換句話說，假設太空船的飛行沒有阻力，那麼只要它在初始時刻達到第二宇宙速度，那麼就能保證它能夠逃離地球並最終到達離地球無限遠處，在初始時刻之後並不需要繼續提供能量。

然而，地球表面有稠密的大氣層，太空船飛行有阻力，並且難以達到這樣高的初始速度起飛。實際上，太空船是先離開大氣層，再加速完成脫離的（例如先抵達近地軌道，再在該軌道加速）。在這高度下，太空船的脫離速度較小，約為10.9公里/秒。實際上太空船的飛行速度遠比計算值要低得多，太空船尾部的噴射器持續地給予向上的推力分力 ，而這個力只要大於地球對太空船所施加的吸引力，即Δ>0,太空船就能脫離（或者說遠離）地球的引力場。因此亦有人認為，只要向上分力持續大於太空船重量，便可以相較微小許多的初速脫離地球的引力場，然而所花時間的加長，使得這在實際情形中並不佔優勢。

第三宇宙速度

第三宇宙速度，亦即太陽的逃逸速度，是指在地球上發射的物體擺脫太陽引力束縛，飛出太陽系所需的最小初始速度。本來，在地球軌道上，要脫離太陽引力所需的初始速度為42.1千米/秒，但地球繞太陽公轉時令地面所有物體已具有29.8千米/秒的初始速度，故此若沿地球公轉方向發射，只需在脫離地球引力以外額外再加上12.3千米/秒的速度。

第四宇宙速度

第四宇宙速度是指在地球上發射的物體擺脫銀河系引力束縛，飛出銀河系所需的最小初始速度。但由於人們尚未知道銀河系的準確大小與質量，因此只能粗略估算，其數值在525千米/秒以上。而實際上，仍然沒有太空載具能夠達到這個速度。

宇宙速度的概念也可應用於在其他天體發射太空飛行器的情況。例如計算火星的環繞速度和逃逸速度，只需要把公式中的M,R,g換成火星的質量、半徑、表面重力加速度即可。

航太動力學是研究太空載具和運載器在飛行中所受的力及其在力作用下的運動的學科，其中主要是對引力和推進作用的研究。航太動力學的研究可以使太空載具不需要額外的推進劑而準時到達目的地。 非火箭軌道推進方法包括太陽帆、磁化帆，和使用重力彈弓效應。

由於在目前的技術條件下返回大氣層時太空載具的速度極高，因此非破壞性返回的過程一般需要有特殊的措施來保護太空載具避免受到氣動力加熱和震動、衝擊等損害。再入原理由Harry Julian Allen提出.而從原理中顯示，鈍形隔熱板效率最佳，因為返回式太空載具的摩擦熱與阻力係數成反比，即阻力愈大，熱負荷愈低。

太空載具下降到約15km的高空，速度已減少到次音速。為了保證安全著陸，需要採取進一步的減速措施。彈道式再入太空載具常採取降落傘作為著陸減速手段。

著陸成功後的太空載具，其乘員和貨物可以回收。在某些情況下，太空載具降落時就可以回收：當太空載具還在降落傘下降落，它可以通過特殊設計的飛機回收。這種半空回收技術用於間諜衛星的回收。

載人太空飛行是由太空人執行的太空探索，可以由單人或多人執行。載人太空飛行需使用載人太空飛行器進行。

歷史上首次載人太空飛行任務是發射於1961年4月12日的東方1號，蘇聯太空人尤里·加加林在環繞地球軌道一周後安全返回地球。1963年6月16日，蘇聯太空人瓦蓮京娜·捷列什科娃執行東方6號任務時成為了第一名進入太空的女性。1966年，美國的雙子星11號創造了最高地球軌道記錄，飛行高度達1374千米。發射和修理哈勃太空望遠鏡的兩次太空梭任務也曾達到600千米左右的飛行高度。2003年，中國的神舟五號太空人楊利偉，成功圍繞地球十四圈，中國為第三個成功進行載人太空飛行的國家。

迄今為止，載人太空飛行飛行目標在地球軌道之外的任務只限於月球，儘管月球本身也是地球的衛星。第一次去月球的載人任務阿波羅8號中，三位太空人曾進入月球軌道。阿波羅10號第二次環繞了月球，在月球軌道進行了登月太空載具的測試。

人造衛星

人造衛星是由人類建造的太空載具的一種，也是數量最多的一種。人造衛星以太空飛行載具如運載火箭、太空梭等發射到太空中，像天然衛星一樣環繞地球或其它行星運行。

太空探索

太空探索是指以物理手段探索地球以外物體以及探索太空時涉及到的任何技術, 科學政策。人類歷史上最著名並最有影響力的一次太空探索是在冷戰美蘇太空競賽期間第一個人類成功踏上月球。

太空探索是指以物理手段探索地球以外物體以及探索太空，涉及到的連續演化和成長的航太技術。雖然太空研究主要是由天文學家用望遠鏡實施的，但是太空的物理勘探是由無人駕駛的機器人探測器和載人太空飛行兩者實施的。

太空探索經常被用作地緣政治對抗，例如冷戰時期的代理競爭。太空探索的早期時代主要是被蘇聯和美國之間的「太空競賽」驅動的。在1957年10月4日發射進入地球軌道的第一個人造物體，蘇聯的人造地球衛星史普尼克1號，和在1969年7月20日第一次登上月球的美國阿波羅11號飛船，通常被作為是這個初始階段的里程碑。

在前20年的探索之後，重點從一次性的飛行轉移到可重新使用的硬體，例如太空梭計劃，並從競爭走向合作，建立了國際太空站（ISS）。

在2000年代，中國成功地啟動了載人太空飛行計劃，而歐盟，日本和印度也在謀劃未來的載人太空飛行飛行任務。而在本世紀，中國，俄羅斯，日本和印度都規劃了至月球的載人太空飛行飛行任務，歐盟則是規劃了到月球和火星的載人太空飛行飛行任務。

從1990年代起，私人集團開始推動太空旅遊和月球私人空間探索（參見Google月球X大獎）。

水星計劃（英語：Project Mercury）是美國的第一個載人太空飛行計劃，始於1959年，終於1963年，旨在將人類送入地球軌道。1962年2月20日的水星-擎天神6號實現了這一目標。計劃包含了20次不載人發射和6次載人發射。早期計劃和研究都是由國家航空諮詢委員會完成的。而最終是由後來成立的NASA完成的。

計劃的名稱來源於羅馬神話中的速度之神墨丘利（Mercury），Mercury也是太陽系行星水星的名字，它的移動速度比其他行星都快。計劃名稱取其中速度之意，此外並沒有和水星這顆行星有聯繫。

整個計劃耗資大約3億8400萬美元。約等於2010年的29億美元。

1958年10月7日，NASA的首位領導人基思·格萊南批准了這個計劃，到12月17日，才正式對外宣布。

12月29日，北美航空工業公司被授權開發「小喬伊」火箭做測試飛行之用。1959年1月，麥克唐納飛行器公司被選為水星飛船的主承包商，到2月，飛船的數量確定為12艘。4月，7名太空人，即（水星計劃7人）被選中參加水星計劃。

1959年5月，北美航空公司交付了第一批兩枚小喬伊火箭，6月，又交付首批大喬伊火箭。7月，原定的採用PGM-19木星火箭被取消，取而代之使用擎天神火箭。 10月，奇異交付給麥克唐納燒蝕熱防護盾，安裝在第一艘水星飛船上。12月，水星-紅石1號已經安裝在陸軍彈道飛彈局的測試台準備靜態測試。

1960年1月，NASA於西電公司簽下水星追蹤系統合同，合同價值3300萬美元。同在1月，麥克唐納交付了第一批定型的水星飛船，離簽署合同不到一年。2月12日， 克里斯多福·克拉夫特上任主持水星的管理協調工作。4月，第一艘飛船被運往瓦勒普斯島的試驗基地做逃逸塔測試。5月9日，試驗圓滿完成。

由于飛船的小尺寸，許多人揶揄飛船是「穿」的，而不是「乘坐」的。1.7 m³的有效空間只是略比一名太空人的體積大。飛船內部還有120個控制器，55個電開關，30個保險絲以及35根機械槓桿。飛船由馬克西姆·費格特和NASA的太空工作組共同設計。

起初NASA並不考慮太空人的乘坐感受，認為他們是設計過程的「次要參與者」，這使得太空人與設計人員之間起了很多衝突。 然而計劃的領導者認為太空人應該掌控飛船，並把個人能力作為計劃成功的重要因素。約翰·格倫在首次軌道飛行時手動姿態調整便是所謂「掌控」的最好證據。太空人還要求一個更大的舷窗並加增手動再入控制器，都得到了滿足。

在任務的發射階段，飛船和太空人依靠發射逃逸系統來避免受發射事故的危害。逃逸系統是安裝在飛船上方的一個能產生52,000 磅力lbf (231 kN)推力的固體火箭塔。在發射事故產生時，逃逸系統在1秒內啟動，將飛船和太空人帶離失效的運載火箭，隨後依靠飛船的降落傘著陸。助推火箭熄火後，逃逸塔完成使命從飛船上脫落，由一枚能產生800磅力（3.6KN）的固體火箭工作1.5秒提供分離推力。

箭船分離時，飛船上的三枚推力為400磅力（1.8KN）的固體火箭點火1秒。這三枚火箭成為加速火箭。

飛船隻配備了姿態控制推力器，因此在軌道注入和煞車減速期間，飛船不能改變軌道。飛船高低部分各有6個噴射器，每個軸上兩個。噴射器的燃料補給來自兩個分離的燃料罐，一個自動供給，一個手動供給。太空人可以選擇控制噴射器中的任意一個。飛船還被設計為可以完全接受地面控制，以便在太空人無法控制時控制飛船。

飛船有3枚固體煞車火箭，每枚推力1000磅力 (4.5 kN) ，工作時間10秒。但一枚火箭足矣將飛船帶回地球。煞車時一枚火箭先點火，5秒後第二枚點火，5秒後第三枚點火。

飛船的頂端有個檔板，飛船再入時如果頂端在前，流過檔板的氣流會將飛船調整為防護盾在前的安全姿態。再入過程中，太空人在軌道段要承受8G的加速度，在亞軌道段要承受11-12G的加速度。

原始設計時計劃為飛船配備鈹吸熱式防護盾或者燒蝕防護盾，後續試驗確定使用後者。因為燒蝕盾更可靠（可使原設計的盾厚度降低，從而降低飛船重量），更易生產（當時美國只有一家公司生產為數不多的鈹）且更廉價。

NASA從麥克唐納公司訂購了20艘飛船，編號1到20，其中10,12,15,17和19號沒有使用。3號和4號在無人飛行測試中因事故而被毀。11號在返回地球後沉沒，直到38年後才被從大西洋底打撈上來。一部分飛船在製造後由經過了改進（發射中斷事故後回收，更新設備用於更長的任務），其命名為原編號加字母，如2B, 15B。某些飛船還被改進兩次，如15號飛船先改為15A，後改為15B。

NASA和麥克唐納還製造了許多水星飛船試驗版（包括實體模型，原型，複製品）用來測試飛船回收系統，逃逸塔和運載火箭。

水星計劃使用了三種火箭:

小喬伊火箭 - 8次亞軌道機械測試，2次運送猴子，以及若干逃逸系統測試。

紅石運載火箭 - 4次亞軌道機械測試，一次運送黑猩猩，2次載人亞軌道飛行。

擎天神運載火箭 - 4次亞軌道機械測試，2次在軌飛行，1次運送黑猩猩，4次載人軌道飛行。

小喬伊火箭搭載試驗版飛船主要用來進行逃逸塔和飛行中斷程序測試。紅石火箭主要用於亞軌道飛行，擎天神火箭用於軌道飛行。小喬伊火箭是專為水星計劃設計的固體火箭，而擎天神火箭原本是用來運送核彈頭，因運送比彈頭更重的飛船而做了必要的加固。1958年10月，水星-朱庇特飛彈也曾被考慮作為亞軌道運載工具，但在1959年又因預算原因取消了此計劃。泰坦系列飛彈也曾考慮做水星計劃的運載工具，但計劃付諸實施前水星計劃就終止了，泰坦系列飛彈用於隨後進行的雙子星座計劃。

水星計劃中，也使用了一枚偵察兵火箭，水星-偵察兵1號計劃運送一顆衛星來評估遍布全球的水星追蹤系統，但衛星隨火箭在飛行44秒後由靶場安全系統摧毀。

美國首批太空人是從110名軍隊飛行員中甄選出的，選擇他們是因為他們達到的物理標準。NASA在1959年4月9日宣布了這7名太空人。但最終只有6名太空人上天，斯雷頓由於心臟原因未能執行任務。

斯科特·卡彭特, 美國海軍 (1925–2013)

戈爾登·庫勃, 美國空軍 (1927–2004)

約翰·格倫, 美國海軍陸戰隊 (1921-2016)

維吉爾·格里森, 美國空軍 (1926–1967) 死於阿波羅1號的預發射測試

瓦爾特·施艾拉, 美國海軍 (1923–2007)

艾倫·謝潑德, 美國海軍 (1923–1998)

迪克·斯雷頓, 美國空軍 (1924–1993) 1962年因心律不齊放棄飛行，1975年參加阿波羅-聯盟測試計劃

自謝潑得的「自由7號」起，之後的每名太空人都為他們的飛船起一個以「7號」結尾的名字，以彰顯他們的團隊精神。

公眾所接觸到的所謂水星計劃飛行標誌都是某些人在水星計劃結束以後很久才創作的，而水星計劃的太空人所佩帶的標誌只是NASA的標誌加個人姓名，這才是真的水星計劃飛行標誌。 

雙子星計劃是美國的第二個載人航天計劃，計劃實施於水星計劃和阿波羅計劃之間，在1965年至1966年間共有10次載人飛行。計劃的目標是為更先進的太空旅行積累技術，尤其是其後的阿波羅登月計劃，雙子星計劃中任務時長足夠前往月球並返回。任務還包括太空行走和軌道機動。所有的載人發射都使用泰坦二號GLV作為運載火箭。整個計劃耗資54億美元。

當1961年5月25日，約翰·甘迺迪宣布阿波羅計劃後，NASA方面認為應該繼水星計劃後，繼續開發一種適用於阿波羅計劃的飛船。開發計劃原名為「水星標誌二期」，1962年1月3日重命名為「雙子星計劃」。計劃的主要目標如下:[2]

考察太空人和飛船在軌的最大駐留時間，最短8天，最長兩周。

與其他太空飛行器交匯對接，並使用推進系統移動組合太空飛行器。

太空行走技術驗證，並考察太空人在太空的任務執行能力。

完美載人並在預定地點著陸。

為太空人提供阿波羅計劃需要零重力環境以及對接經驗。

「雙子星」（ "Gemini"）這個名稱源於所用飛船能容納兩人，而Gemini這個詞在拉丁語中意思是雙胞胎。

雙子星飛船與水星飛船最大的不同是，水星飛船將除制動發動機外的所有設備都放在飛船中，僅於太空人一個艙門之隔。而雙子星飛船將動力，推進，生命維持系統都放在一個獨立的設備模塊中，類似後來阿波羅飛船的命令艙服務艙分離的設計。

水星飛船只能在軌道平面做調整，而雙子星飛船可以在空間六方向上動作，並能改變軌道。雙子星飛船被設計為可以與阿金納目標飛行器對接，而後者擁有更強大的變軌能力。

最初飛船被設計為使用滑翔傘在陸地著陸，由太空人控制。為了實現這種設計，滑翔傘不只固定在飛船端部，還須固定在熱防護盾附近以維持平衡。但此項設計最終還是被降落傘海域著陸方式替換。

飛船在早期幾次短期飛行任務使用電池供電，後來的長期飛行任務換成了燃料電池，這是燃料電池在載人飛船的首次應用。

雙子星飛船是第一個引入機載計算機的美國載人飛船，雙子星引導計算機用來協助管理，控制飛船機動。飛船還借用了某些航空上的設計如彈射座椅，飛行雷達，高度儀。彈射座椅最早出現在蘇聯的東方號飛船中。

雙子星飛船由加拿大設計師吉姆·張伯倫設計，張伯倫原是加拿大阿夫羅公司的阿夫羅箭戰鬥攔截機項目的首席空氣動力學家，該項目取消後，他隨著25名高級工程師加入NASA，隨後成為美國太空工作組的工程分部的領頭人，負責雙子星。而飛船的主承包商依然是參與水星計劃的麥克唐納飛行器公司。

此外，太空人維吉爾·格里森也參與了飛船的研發過程。在他死後才出版的著作《雙子星！》一書中解釋道，是水星計劃的終結，使他將全部精力放在雙子星計劃中。

整個計劃由位於休斯敦的載人航天中心管理，由NASA總部的載人航天飛行局領導。副局長喬治·米勒擔任計劃的代理主任，威廉·施耐德擔任雙子星6號以後的任務主管。

麥克唐納的工程師岡瑟·溫特負責水星計劃的雙子星計劃的飛船發射前準備。他的團隊負責飛船發射前發射塔的最後處理工作。而他親自為發射前的飛船關上艙門。

太空人局局長迪克·斯雷頓在整個計劃中負責雙子星飛船乘員的挑選工作。雙子星飛船設有主太空人和後備太空人，後備人員在三次飛行後轉正。斯雷頓執意讓水星計劃7人中現役的4人（謝潑德，格里森，庫勃和施艾拉，格倫於1964年1月退役，卡彭特因極光7號再入大氣層時的失誤操作而備受NASA指責，當時請假參加海軍的SEALAB計劃，並且留地待命直到1964年7月，斯雷頓自己也因為心臟原因繼續留地待命）作為雙子星計劃各次飛行的指揮官。

1963年下半年，斯雷頓挑選了謝潑得和斯塔福德參加雙子星3號任務，麥克迪維特和懷特參加雙子星4號任務，施艾拉和楊參加雙子星5號任務，此次任務要和阿金納目標飛行器對接。3號的後備太空人是格里森和波爾曼，他們也將參加雙子星6號任務。康拉德和洛威爾成為4號的後備太空人。

由於阿金納目標飛行器的製造延期，施艾拉和楊的任務被推到雙子星6號，而他們也成為謝潑得組的後備。格里森組的長時間飛行任務成為雙子星5號。

第二次人員重排是因為謝潑得得了美尼爾氏症，這是一種內耳疾病。格里森替代謝潑得成為雙子星3號的指揮官。斯雷頓認為楊的性格和格里森很配，也讓他代替斯塔福德執行3號任務。最後，斯雷頓讓庫勃做5號的指揮官，同樣出於性格原因，他將康拉德從4號後備太空人提到5號任務，並指派阿母斯特朗和埃里奧特·希為5號後備。

第三次人員調整是斯雷頓發現希的身體素質標準，他讓希擔任9號的指揮官，讓查爾斯·巴塞特做9號的乘員。安排斯科特做8號的乘員。

第四次調整是因為希和巴塞特因乘坐的訓練機墜機而身亡。這架飛機剛好撞進了麥克唐納生產雙子星9號的廠房。後備太空人斯塔福德和康拉德成為重設計的雙子星9A的主太空人。洛威爾和奧爾德林成為9A的後備。

雖然格里森, 懷特, 和羅傑·查菲在阿波羅1號的火災中死去，斯雷頓的最終太空人名單已經包含後來的首批7位阿波羅太空人。有趣的是，這批參加阿波羅計劃的太空人中許多人所駕駛的飛船編號剛好比它們的雙子星飛船編號大一號：

施艾拉：雙子星6號->阿波羅7號

波爾曼和洛威爾： 雙子星7號->阿波羅8號

斯科特：雙子星8號->阿波羅9號

斯塔福德和塞爾南： 雙子星9A號->阿波羅10號

柯林斯：雙子星10號->阿波羅11號

康拉德和戈登： 雙子星11號->阿波羅12號

洛威爾：雙子星12號->阿波羅13號

而這些人例外：

麥克迪維特：雙子星4號->阿波羅9號

楊：雙子星3號、10號->阿波羅10號

阿母斯特朗：雙子星8號->阿波羅11號

包括2次無人發射，總共有12艘雙子星飛船通過泰坦二號火箭發射升空。

火星探測是指人類通過向火星發射太空探測器，對火星進行的科學探測活動。人類從1600年代開始使用望遠鏡對火星進行觀測。美國的水手4號於1964年12月28日發射升空，這是有史以來第一枚成功到達火星並發回數據的探測器。

火星是太陽系八大行星之一，按離太陽由近及遠的次序排列為第四顆。在太陽系八大行星之中，火星也是除了金星以外，距離地球最近的行星。大約每隔26個月就會發生一次火星沖日，地球與火星的距離在沖日期間會達到極近值，通常只有不足1億千米，而在火星發生大衝時，這個距離甚至不足6000萬千米。火星沖日意味著這時可以使用較小花費將探測器送往火星，火星探測通常也會利用此天文現象來運作。

到目前為止，已經有超過30枚探測器到達過火星，它們對火星進行了詳細的考察，並向地球發回了大量數據。同時火星探測也充滿了坎坷，大約三分之二的探測器，特別是早期發射的探測器，都沒有能夠成功完成它們的使命。但是火星對於人類卻有一種特殊的吸引力，因為它是太陽系中最近似地球的天體之一。火星赤道平面與公轉軌道平面的交角非常接近於地球，這使它也有類似地球的四季交替，同時，火星的自轉周期為24小時37分，這使火星上的一天幾乎和地球上的一樣長。

1960年代--前蘇聯的早期探測--火星1A號，火星1號和火星計劃

人類使用太空探測器進行火星探測的歷史幾乎貫穿整個人類航天史。幾乎就在人類剛剛有能力掙脫地球引力飛向太空的時候，第一個火星探測器也開始了它的旅程。最早期的探測器幾乎都失敗了，而火星探測也就是在一次又一次的失敗中不斷前進。

1960年10月10日，前蘇聯向火星發射了第一枚探測器火星1A號。緊接著就在四天以後，第二枚火星探測器升空。然而這兩枚火星探測的先行者卻連地球軌道都沒能到達。

1962年10月24日，當火星又一次運行到合適的位置時，前蘇聯的第三枚火星探測器升空了，然而這次它也是僅僅到達了環繞地球的軌道而已。1962年11月1日，前蘇聯向火星發射了火星1號，這枚探測器成功進入了前往火星的軌道，並且計劃於1963年6月19日到達火星，然而當1963年3月21日它飛行到距離地球1.06億千米的距離時，卻與地面永遠失去了通信聯繫。三天以後，前蘇聯的又一枚探測器升空，這枚探測器同樣面臨著失敗的命運，僅僅到達環繞地球軌道，此後火箭未能再次成功點火，兩個月後墜入地球大氣層燒毀。 

水手號探測計劃--水手4號，水手6號和水手9號

1964年，美國也先後向火星發射了兩枚探測器水手3號和水手4號。水手3號於12月5日發射升空，是美國發射的第一枚火星探測器，然而探測器的保護外殼未能按預定計劃成功與探測器分離，導致探測器偏離軌道，最終導致失敗。水手4號於12月28日發射升空，這是有史以來第一枚成功到達火星並發回數據的探測器，水手4號於1965年7月14日在火星表面9800千米上空掠過火星，向地球發回了21張照片，此後又在環繞太陽軌道上花費三年時間對太陽風進行探測。水手4號發回的數據表明火星的大氣密度遠比此前人們認為的稀薄，也沒有發現磁場或輻射帶。這些新數據促使天文學家修改後續的火星研究設計，也顯示火星上存在生物的可能性比先前預測的還低。

前蘇聯也於1964年11月30日再次向火星發射了探測器，但是這枚探測器再次以失敗告終，它雖然最終到達了火星附近，但是卻沒有能夠向地球發回任何數據。

1969年美國向火星發射了水手6號和水手7號。前者於2月24日發射升空，7月31日抵達火星。後者於3月27日發射升空，8月5日抵達火星。這兩枚探測器攜帶有更先進的儀器和通訊設備，它們成功掠過火星，對火星大氣成分進行分析，並傳回大量照片。

前蘇聯也於1969年向火星發射了兩枚探測器，然而這次甚至比此前的情況更加糟糕，第一枚探測器在發射後7分鐘因發動機故障發生爆炸，而另一枚探測器發射後不到1分鐘就墜向了地面。

1970年代

1971年，美國向火星發射了兩枚探測器，嘗試進入火星軌道，環繞火星飛行，以獲取火星的高清晰照片。5月8日，水手8號發射升空，幾分鐘後因火箭故障墜入了大西洋。5月30日，水手9號發射升空，這是有史以來第一枚成功進入環繞火星軌道的探測器，取得了空前的成功。水手9號於1971年11月14日到達火星，在火星軌道上工作了將近一年之久，發回了7329張照片，覆蓋了火星表面超過80%的部分，同時還對火星的兩顆衛星進行了探測。

前蘇聯在1971年向火星發射了三枚探測器。第一枚探測器於5月10日發射，包括一個軌道器和一個著陸器，嘗試在火星表面著陸，但實際上它僅僅到達了環繞地球軌道，按照計劃，探測器應該在地球軌道上停留1.5小時，然後點火向火星進發，但是由於失誤，結果它的計時器要等上1.5年向火箭發出這個點火指令，這枚探測器後來被稱為宇宙419號，因為前蘇聯事後否認這枚探測器將要前往火星。火星2號和火星3號是前蘇聯當年發射的另外兩枚火星探測器，與宇宙419號的設計幾乎完全相同，分別於5月19日和5月28日發射升空，火星2號於12月27日到達火星後不久便與地球失去了聯繫，而火星3號的軌道器沒有成功，但是其著陸器卻成為了有史以來第一個成功在火星表面軟著陸的探測器，雖然它僅僅在火星上工作了14.5秒，甚至沒能發回一張完整的照片就永遠與地球失去了通信聯繫。

火星2號和3號的軌道器在從為1971年12月至1972年3月期間發回一個比較大的數據量，雖然傳輸持續至八月份。1972年8月22日發回數據和共有60張的照片之後，火星2號和3號結束了使命。這些圖像和數據使創建表面地形圖，並給出火星引力和磁場的信息。

前蘇聯在1973年連續向火星發射了四枚探測器，但是都沒有完成它們的探測任務。除了火星7號外所有任務都發回了數據，其中火星5號是最成功的。火星4號於1973年7月21日發射升空，火星5號於1973年7月25日發射升空，它們分別於1974年2月10日和1974年2月12日到達火星附近，火星4號沒能成功進入環繞火星軌道，而火星5號則在進入環繞火星軌道不久後就丟失了。火星4號在的2200公里範圍飛過行星返回一位幅圖片和無線電掩星觀測數據，這些數據構成火星上的夜側電離層的第一個檢測。在發射機外殼加壓損失結束使命之前，火星5號傳送回60幅圖像。火星6號和火星7號都攜帶有軌道器和著陸器，它們分別於1973年8月5日和1973年8月9日發射升空，然後分別於1974年3月12日和1974年3月9日到達火星附近，火星6號的著陸器成功進入了火星大氣層並打開了降落傘，然後就丟失了，而火星7號甚至還沒進入環繞火星軌道並在距離火星1300公里處就丟失了。

維京號探測計劃--維京號，維京1號和維京2號

美國國家航空暨太空總署的維京號探測計劃是有史以來最為成功的火星探測計劃之一。它們由兩部分組成，一個軌道器和一個著陸器。維京1號於1975年8月20日發射升空，軌道器於1976年6月19日進入環繞火星軌道，著陸器於1976年7月20日在火星表面成功著陸。海盜2號於1975年9月9日發射升空，軌道器於1976年8月7日進入環繞火星軌道，著陸器於1976年9月3日在火星表面成功著陸。維京1號成為第一枚在火星上著陸，並且成功向地球發回照片的探測器。海盜1號的軌道器在軌道上一直工作到1980年8月17日，而著陸器使用核能作為電力來源，在火星表面正常工作超過六年，直到1982年11月13日錯誤指令導致失去通信聯繫為止。維京2號的軌道器在軌道上一直工作到1978年7月25日，而著陸器在火星表面正常工作了三年多的時間，直到1980年4月11日電池故障導致通訊聯繫中斷。海盜號火星探測計劃總共向地球發回了數萬張高清晰照片。在很長一段時間內，海盜1號都是在火星表面存活時間最長的紀錄保持者，直到2010年5月19日才由機遇號以2246個任務日的運轉打破了海盜1號2245個任務日的紀錄。

 

太空殖民（又稱地外殖民、太空移民、太空定居）是指在地球以外建立永久的人類居住地，以及對太空中的資源取得控制權。

人類天生是具有開拓探索精神的，太空殖民一直是人類的夢想。寫於一九零四年，徐念慈的《月球殖民地小說》，是近代中國第一部科幻小說。寫道：「...中國雖大，已非容身之地。中、日有志探險之士，都打算乘氣球奔赴月球。」，是中國最早有關太空殖民的描述。

太空殖民是富有爭議性的，支持對太空進行殖民的，有兩個最常見的論點，其一是為了確保文明能夠在行星級自然災害或核戰爭中存活下來，以及獲取太空中的龐大資源。非實用主義的觀點認為，文明是美麗的，應在整個宇宙中傳播開去。而最常見的反對論點包括：太空的商品化令敵人更強大，這裏包括了主要的經濟和軍事機構的利益，以及加劇預先存在的威構，例如戰爭，恐怖活動向太空蔓延等等。

到目前為止，還沒有任何一個太空殖民地被建立起來。況且建立太空殖民要面對一系列巨大的技術和經濟挑戰。太空定居點必須能夠在，對人類生活非常不利的環境中，提供幾百或幾千人的物質需要。涉及一些從未曾被開發的技術領域，例如受控的生態生命支持系統。他們還必須處理關於如何使人類在這些地方永久生存和社會繁榮等領域的未知問題。以目前地球的太空物流成本（每千克二千五百美元，未來可望會變得廉價）推測，太空殖民地會是一個非常昂貴的項目。

目前還沒有任何計劃，或任何大型組織（無論是政府還是私人）要組織太空殖民地。然而，多年以來，人們已經提出了許多關於太空定居點的建議，猜測和設計，有相當多的太空殖民倡導者和團體積極參與。其中有幾個著名的科學家，如美籍英裔數學物理學家弗里曼·戴森，已經出來支持太空定居。目前持續的技​​術創新，包括獲得廉價的太空物流系統（可重複使用的發射系統可以達到每軌道十美元），以及在自動化製造和施工技術等方面技​​術進展，令太空殖民在不遠的將來變得可能。

確保文明的安全

要求對太空進行殖民的主要論點，是為了確保文明的安全。通過在地球以外，開發居住地及遷移地球上的物種，包括人類，可以在確保文明在行星級的自然災害或人為災害的情況下存活。

英國理論物理學家和宇宙學家史蒂芬·霍金曾兩次表示，太空殖民是拯救文明的唯一方法。在二零零一年，霍金預測，人類將在未來一千年內滅絕，除非在太空建立殖民地；二零零六年，他說，人類面臨兩個選擇：要不我們在未來兩百年內殖民太空，在其他行星上建造定居點，或者面臨滅絕。

英國物理學家保羅·戴維斯也支持這樣的觀點，如果一個星球災難滅絕地球上的人類文明，一個自給自足的地外殖民地可以對地球重新殖民，恢復人類文明。美國作家威廉·B·布羅斯和美國生物化學家羅伯特·夏皮羅提出了一個私人項目――拯救文明聯盟，目的是建立文明的地外「備份」。

控制太空資源

太空中的資源，包括材料和能源，都是巨大的。根據不同的估計，單單是太陽系中的物質和能量，就足以支持當前地球人口的數千至十億倍。在太陽系外，在可觀測的宇宙中有數千億顆其他恆星，提供了龐大的殖民化和資源採集的機會，儘管在不使用世代飛船或其他革命性的恆星際旅行方法，例如超光速引擎，的情況下，是不可能旅行到任何一個恆星系。

所有這些行星和其他物體提供幾乎無限的資源供應，伴隨著無限的增長潛力。如果能夠有效利用這些資源，將帶來極大的經濟發展。

新科學、技術的持續進步

與太空相關的技術，已經從多方面改善了人類的生活，這裏包括了通信衛星的使用、地球觀測衛星在氣象學的應用、全球定位系統，和其他許多被用於工業和商業部門的技術，如航空、可再生能源、塑料、陶瓷等。太空殖民化將對經濟、技術，以至整個社會，有更大的正面影響。

從月球發射的物質的重量比地球小六倍，殖民太空將允許建造和發射更大的太空棲息地。研究表明，在月球上組裝宇宙觀測望遠鏡，會有比地球上的太空望遠鏡更好的觀測條件。

較少負面影響的擴張主義

人類的擴張和技術進步通常導致某種形式的環境、生態系統的破壞，及其伴隨的野生動物的減絕。過往西班牙、葡萄牙等殖民帝國的擴張，往往是要犧牲許多土著為代價的，無論是最初的入侵戰爭，到後來的種族滅絕，都會帶來極壞的惡名。因為太空中沒有已知的生命，太空殖民沒有這種負面影響。

緩解人口過多和資源需求問題

支持太空殖民的另一個論點，是減輕人口過剩的負面影響。如果控制了太空資源，建立地外生物棲息地，地球將不再有增長的限制。雖然地球的許多資源是不可再生的，但是地外殖民地可以滿足地球上大部分的資源需求。隨著對太空資源的取用，對地球資源的需求將下降。

其他論點//在整個宇宙中傳播生命和美麗//保障文明的持續進步和繁榮//在太空商業化中創造財富//通過將工業活動轉移到太空，保護地球的生態環境...

地球化

由於進入太空的高成本，對太空殖民地和任何其他永久性太空基礎設施，將有高昂的初始投資成本。然而，支持者認為，發展太空基礎設施帶來的長遠利益，將遠遠超過初始的啟動成本。

由於目前的發射成本如此之高（每公斤4 000美元至40 000美元），任何太空殖民計劃必須包括發展低成本的太空物流，然後發展原位資源利用。因此，必須在開發低成本太空開發方面，進行初始投資，然後擁有這些必需品的基本技術能力：材料，能源，推進劑，通信，生命支持，輻射防護，自我複制和人口。

上述基礎設施要求的一些資源，已經可以輕易地在地球上生產，因此這些資源（氧氣，水，賤金屬礦石，矽酸鹽等）作為貿易物品而言，並不是非常有價值的。然而有些更高質量的資源，只能或更容易在太空中生產，是極具價值的。這長遠而言，會對太空基礎設施的初始投資提供非常高的回報。

其中一些高價值的貿易產品包括貴金屬、寶石、能量、太陽能電池、滾珠軸承、半導體，及藥品。

... 最小的越地小行星 3554 Amun 是一塊兩公里寬的，含有鐵、鎳、鈷、鉑和其他金屬的金屬塊；它含有的金屬是人類歷史上挖掘的金屬的三十倍，雖然它只是僅有的幾十個已知的金屬小行星中最小的，但如果把它開採起來，以滿足二零零一年金屬市場，它的價值會高達二十萬億美元。

太空殖民是一些國家的太空方案的長期目標。自二十一世紀商業化太空出現以來，美國國家航空暨太空總署和私營部門之間的合作越來越多，一些私營公司已經宣布了火星殖民化的計劃。在領導太空殖民化的企業家中，有美國富商伊隆·馬斯克，丹尼斯·蒂托和荷蘭富商巴斯·蘭斯多普。

太空殖民地的潛在地點，包括月球、火星、小行星和一些在太空自由浮動的棲息地。所有必要的材料，如太陽能和水，可以從月球、火星、近地小行星或其他行星體獲得充足的數量。這些資源的商業開發的障礙，主要是初期投資的成本非常高，這些投資的預期回報需要很長時間（愛神項目計劃五十年的發展），由於是高風險的投資，該計劃一直未進行。主要政府和資金充足的公司，開始了其他新的太空活動，例如：太空旅遊和酒店、太空太陽能生產衛星的原型、重型起重機和小行星採礦（行星資源公司），為人類奔赴太空創造需求和能力。

各類型的太空殖民地，有兩種主要類型的太空殖民地：位於行星、衛星等星體的表層。太空棲息地 - 自由浮動的太空站，它將處於圍繞行星、月球或太陽的軌道上。太空定居倡導者，對於哪種類型的太空殖民地是更好選擇，存在相當大的爭論。

各種太空棲息地

太空中的這些地點將建立一個太空棲息地，也稱為太空殖民地、軌道殖民地，或者一個太空站，將作為一個永久定居點，而不是一個簡單的分流站或其他專門設施。他們將是太空中的「城市」，人們將在那裡生活和工作，並撫養家庭。科幻作家和科學家都提出了許多不同程度的現實主義的設計。太空棲息地可以先與人類的其他地方隔離，只能在緊急情況下，取得地球的援助。這可以在成千上萬的人完全脫離地球前，測試他們可否自給自足。

需要的資源和技術與各種材料

月球、火星或小行星上的殖民地可以提取當地的材料。月球的揮發成分，如氬、氦，以及結合了碳、氫和氮的化合物，是不足的。 美國國家航空暨太空總署的月球坑觀測和傳感衛星曾對月球上的卡比厄斯環形山進行實驗性的撞擎（卡比厄斯環形山被認為具有高濃度的水份）。撞擎後噴出的材料中，檢測到一些水份。任務首席科學家卡拉普瑞特(Anthony Colaprete)估計，卡比厄斯環形山含有一個百份比的水份或更多。月球背面極點附近的坑應該還存在著水份結成的冰。雖然月球表面上只存在低濃度的氦，因為它已被太陽風沉積到地殼中，然而地殼中的氦估計有百萬噸。月球上還存在其他具有工業價值的材料：氧、矽和金屬，例如鐵、鋁和鈦。

從地球發射材料是昂貴的，因此殖民地的散裝材料可能要取自月球、近地天體、火衛一或火衛二。使用這些地方的材料的好處包括：其較低的重力、貨船不用應付大氣阻力、並且對生態不會造成損壞。許多近地天體含有大量的金屬。在一些近地天體乾燥的外殼（非常類似於油頁岩）下，包含了數十億噸的冰和油母質碳氫化合物，以及一些氮化合物。更遠的木星的特洛伊小行星群被認為是含有大量的冰和其他揮發物。

回收一些原料幾乎肯定是必要的。太陽能可能作為主要能源，在太空中沒有夜晚，日照充分。

在太空失重條件下生活

肌肉萎縮症：在無重狀態下，人體失去重量，支持人體的肌肉處於鬆弛狀態，於是漸漸萎縮，尤其是背部的抗重肌肉。

航天運動症：在失重的最初幾天，會出現頭暈，噁心，嘔吐，食慾下降和嗜睡。通常數天後會恢復正常。

接近地球的太空  近地天體

就目前來說，太陽系內的移民計劃聚焦於地球附近的區域。一方面距離近風險小、費用低；另一方面，日照條件相似，能源等人工設備需求大大減少。太空站、月球基地、火星基地是三個優先的方案。金星條件太惡劣，不在考慮範圍內。

地球軌道太空站：在一條適合的地球引力範圍內建造巨大的太空站即太空居民點，比找一個行星地球化容易，所以一般認為地球軌道太空站是太空殖民的第一站。更長遠來說可以在太陽系內外的不同軌道上建立或搬動太空居民點，甚至人造行星。

火星殖民：火星環境和地球相似，即使是最惡劣的環境，也只不過是類似於地球上的沙漠環境。火星殖民主要是把地球的開拓歷史重演，但首先要把火星地球化。

火衛一和火衛二：可建在一些衛星 (天體)或小行星上如月球，使用封閉式的居住區，如果天體重力極小的話，可以建立內部有人造重力的太空居民點。

主小行星帶外側的區域有較大的固態星球。這裡較大的固態星球包括十五個大中型衛星和一些矮行星，可以作為登陸建設的目的地。另外，這一範圍的微型天體數量巨大，可以為太空站的工業活動提供原材料來源。

海王星外區域 其他系內地點

在一些不像太空惡劣到沒有空氣和重力，但又比現實中地球最困難的定居地差的場合，例如:在沒有陸地的行星上，建立人工島和海底城市。在氣壓過高的行星上，建立空架的雲中城市。在空氣性質和氣壓可以接受，氣溫不適合人的環境，仿效現代極地的基地，建立空氣可以交流的但不露天的居住區。

恆星際旅行

與太陽最近的恆星比鄰星，距離地球遠達四光年。假設太陽系只有硬幣大小，那麼比鄰星的位置就是在這個硬幣一百米半徑以外。

正是因為系外星體距離如此遠，現時我們基本上是沒有能力抵達任何一顆系外星體：我們最快的飛行器不僅要依靠火箭引擎，還要加上星體重力助推，才能達到上百馬赫。而火箭助推加太陽系內星體重力助推的極限應該在一千馬赫以內（一千馬赫的速度可以花兩分鐘繞地球半徑一圈，或五個月出行星圈）。按這個極限速度走一光年的距離要八百八十一年。以目前飛行最遠的人造物體——旅行者1號的速度，將要花上七萬三千六百年的時間到達比鄰星。

其他恆星際旅行方法，有「反物質引擎」，和其他想像性的方法∶「時空傳遞」、「超光速飛行」、「蟲洞」、「反物質引擎」、「曲速引擎」，「三維複製」等。（某些方案存在著理論性的缺陷）

如果採用承受遠距離漫長飛行的方案，如：世代飛船

冬眠飛船：將人體冷凍起來暫停生命，到達目的地後解凍。由幾個亞當夏娃式的人物創建殖民地，也可以採用冷凍細胞或胚胎到目的地複製人的方法。但後續步驟極端複雜，仍有極大風險。首先，和登陸新大陸不同，地球任何地點可以提供的氧氣和食物在地球外都必須自己攜帶或生產，溫度和氣壓也需要堅固保溫且高度密封的建築和自帶的設備維持，這就意味著必須是高科技拓荒，而獨立的可持續的高科技拓荒就需要全套工業生產裝備。

地球Ⅱ號：這是相對可行的一個方案，建立一個巨大而自給自足的太空站，太空站擁有自己的政府、醫院、工農業等等。該太空站擁有數萬人；利用核能獲得太空站的一切能源（包括農業能源）；人們可以製造太空站的一切設備，因此太空站可自我修復、自我更新。因此，此太空站建成之後，可以離開太陽系，作為太陽系外移民的「種子」。

在試圖建立一個模擬一個自給自足的殖民地中最有名的是生物圈二號，它試圖複製地球的生物圈。 另一個封閉生態系統BIOS-3是在西伯利亞的克拉斯諾亞爾斯克，在1972年完成。

太空旅遊

太空旅遊指非以執行任務（例如進行實驗或工作）為目的，而搭乘太空載具參與太空飛行。在蘇聯解體後，由於太空載具的操作成本極大，同時要付給哈薩克拜科努爾太空中心地租與使用場地費，俄國為籌措經費，開放了民間金錢贊助，報酬即為可讓贊助者搭乘太空載具進入太空，因此大多數太空遊客為支付大筆費用的億萬富翁。由於NASA的太空任務僅供國際專門科研之用，故現今太空旅遊仍以俄國為主。

國際太空站的乘客主要是執行任務的太空人，但從2001年開始，出現了自費太空旅行者，目前已有7名太空遊客。

第一位太空遊客：來自美國加州的商人丹尼斯·蒂托，2001年4月28日，乘坐俄「聯盟TM-32」載人飛船前往國際太空站，時年60歲。蒂托曾任美國國家航空暨太空總署噴氣推動實驗室工程師，參與了火星和水星探測飛船飛行軌道的設計。

第二位太空遊客：南非商人馬克·沙特爾沃思，2002年4月25日乘坐俄「聯盟TM-34」號飛船進入國際太空站，時年29歲。沙特爾沃思曾是Debian的早期開發者，Ubuntu的創始人。

2002年4月27日，馬克·沙特爾沃思到達國際太空站

第三位太空遊客：美國商人格雷戈里·奧爾森（Gregory Olsen）。2005年10月1日—10月11日

第四位太空遊客：伊朗裔美國企業家阿努什·安薩里（Anousheh Ansari），女，2006年9月18日，搭載俄羅斯「聯盟TMA-9」載人飛船前往國際太空站，時年40歲。安薩里也是第一位太空女遊客。

第五位太空遊客：美國軟體工程師查爾斯·西尼，2007年4月7日，乘坐俄「聯盟TMA-10」載人飛船前往國際太空站，時年58歲。西蒙尼曾任職於微軟公司，領導開發辦公自動化軟體Word和Excel。

第六位太空遊客：太空人之子、美國電子遊戲大亨理查·蓋瑞特（Richard Garriott），2008年10月12日，花費3000萬美元，乘坐著俄羅斯「聯合號」TMA-13型火箭，飛往國際太空站，時年47歲，可謂子承父志。行程還有兩名分別來自美國和俄羅斯的太空人同行。

自費太空旅行的創意最早源於工程師丹尼斯·蒂托（Dennis Tito）對俄羅斯的「和平」號太空站贊助的交換條件，後被俄羅斯航空部門開發為一個「太空旅遊」商業項目。每位遊客必須經過嚴格的體檢、訓練才能有幸成為太空遊客。太空旅程大約十天，「門票」價格以俄羅斯盧布計算，約合2000萬美元。

太空載具--太空載具是指在地球大氣層以外的宇宙空間中，基本按照天體力學的規律運動的各種飛行器。太空載具與自然天體的不同之處在於其可以受控改變其運行軌道或進行回收。常見的太空載具包括人造衛星、太空探測器、太空梭和各種太空站等。太空載具要完成其任務必須具備發射場、運載器、航太測控系統、數據採集系統、用戶站台以及回收設施等的配合。

太空載具推進--太空飛行器推進是任何加速太空飛行器和人造衛星的方法，目前已知具有許多方式，每一種方式都有弱點與優點。目前許多推進方式是採用火箭。

一次性使用運載系統

一次性使用運載系統使用一次性的運載火箭把載荷發射入太空。顧名思義，一次性的運載火箭火箭只使用一次，火箭的各部件發射後不會被回收並用於其他的發射。由於現今的運載火箭都是一次性的，所以一次性的運載火箭也可以簡稱為運載火箭。運載火箭一般由多節火箭串聯而成，在火箭飛行逐級使用並逐級拋棄。

與運載火箭不同，可重複使用的發射系統（如太空梭）在設計上力圖讓系統各部件可以重複使用。重複使用的主要目的是為了減少發射的費用。但是在實際使用上，太空梭的發射費用要高於一次性的運載火箭。

許多運載火箭都是由1950年代的彈道火箭發展而來，由於價格並不是這些運載火箭設計的首要考慮，許多運載火箭的發射費用非常高昂。例如泰坦四號運載火箭，就是歷史上單次發射費用最高的運載火箭。其單次發射費用高達4.32億美元（1999年）。

但是同時，可重複使用的發射系統例如太空梭，也有自身的問題。太空梭需要較大的結構自重和再入系統（如機翼，防熱瓦，輪胎等）以保證可重複使用性。這同時消減了太空梭的酬載能力。

太空載具災難

為了讓太空載具進入軌道，所有的運載火箭都包含了大量的燃料，因此存在能量突然大量釋放的風險，而且可能會造成災難性的影響。像三角洲-2運載火箭在1997年1月17日在起飛後13秒爆炸，當時16公里外的商店櫥窗有因爆炸影響而破裂。

太空載具內是個較可以預期的環境，但仍然有意外的卸壓或設備（尤其是新開發導入的設備）失效的可能性。

2004年時國際太空安全促進協會在荷蘭成立，目的在促進在航太系統安全上的跨國合作及科學研究。

微重力的環境中（例如在地球軌道的太空載具中），太空人會體驗到失重的情形。短暫的失重會造成航太微重力症候群，是因為前庭系統的紊亂引起的噁心症狀。長時的失重會造成一些健康上的問題，最明顯的是骨質流失，而且可能有部份是永久性的，微重力也會造成肌肉及心血管組織的顯著機能失調。

物體對支持物的壓力（或對懸掛物的拉力）小於物體所受重力的情況稱為失重現象。

違反直覺的是，一個不變的引力場自身是不會產生壓力或拉力的。一個在這樣環境中的自由落體的物體所受的重力加速度為0，並且處於失重狀態。這也可被稱為受0個G。

當一個引力場是不斷變化的時候，自由落體的物體就會受變化的力的作用，會感受到壓力。當在黑洞附近的時候，這樣的力的作用十分明顯。但到了地球，這些力的作用就比較小了，特別是對人體、航天飛船這些相對尺寸較少的物體來說，完全失重的感覺是依然存在的。這種情況被叫做微重力，這在繞軌飛行的太空飛行器上十分常見。

人感受到重力是由於萬有引力給人一個向下的重力加速度。假如一個人站在電梯裡，電梯以9m·s−2的加速度向下運動，當地的重力加速度是10m·s−2。那麼，人與電梯的相對加速度就是1m·s−2。這樣，人對電梯之間的壓力相當於人站在地面上的1/10，人會有一種身體變輕的感覺，就是所謂的「失重」了。

當電梯以重力加速度g向下加速時，人對電梯壓力等於零，人會在電梯裡漂浮起來。人對支持物的壓力等於零，便是所謂的「完全失重」。太空人在太空站裡便是「完全失重」的狀態。

應當注意的是，人處於失重狀態時，人的重力沒有變化(同一地點)，始終存在，只是人對支持物體的壓力變化了而已，其實是人的一種錯覺。

完全失重下會產生一些有趣的現象，所有物體都會飄浮在空中，液體呈完全球形，氣泡在液體中不上浮。太空人在空氣中「游泳」實現移動。

失重對人體有不好的影響。由於在地球上的人類經過演化，已經適應了重力條件下的生活，所以失重條件下會產生骨質疏鬆等病症。食物要做成牙膏狀，吸入口中，以免食物殘渣到處漂浮，殘渣吸入鼻中或落在儀器上都會產生不良影響。

失重也使胎生動物包括人類無法正確地受孕。以人類為例，交配時血液無法順暢地使陰莖勃起，而交配後精液也無法正確地流入子宮來觸發受孕。

輻射--只要離開大氣層後，就會有來自范艾倫輻射帶、太陽光及宇宙線的輻射。在遠離地球之後，太陽的閃焰會在數分鐘達到致命的輻射劑量，而且在暴露在宇宙線十年或更長時間下，癌症的可能性會顯著的增加。

生命保障系統

在載人航太飛行器中，生命保障系統是指一組可以讓人在外太空可以生存的設備。NASA會用「環境控制及生命保障系統」的詞語，或是其簡稱ECLSS來描述載人航太飛行器中的生命保障系統。生命保障系統會提供：水、空氣及食物，也會讓體溫維持在正常的溫度，讓身體的壓強在可承受的範圍內，並且處理人體的排泄物。生命保障系統也可能要隔絕像輻射及隕石微粒等外來影響。生命保障系統中的設備都屬於生命攸關系統，需依照安全工程的技術來設計及構建。

生命保障系統是載人航天中使用的，為使人能夠在外太空生存的一系列設備的總稱。美國國家航空暨太空總署的載人航天飛行中也常稱之為環境控制與生命保障系統（ECLSS）。生命保障系統可以提供生存所需的空氣、水和食物，並可以維持合適的身體溫度與壓力，同時可以收集或處理代謝中產生的廢物。生命保障系統也必須能夠屏蔽來自外部的有害影響，例如：射線和微星體。生命保障系統中的所有組件都是關乎生命，所以都是基於安全工程學進行設計。

人的生理與代謝需求

一個正常體形的乘員每天需要消耗總重約5公斤的氧氣、水和食物，才可以完成標準太空飛行任務一天所需工作；與此同時，他也將排泄出多種代謝終產物。大致消耗拆分如下：0.84公斤的氧氣、0.62公斤的食物和3.52公斤的水；並經過身體處理轉化成0.11公斤固體排泄物、3.87公斤液體排泄物和1.00公斤二氧化碳。雖根據每天活動內容不同，上述指標也不盡相同，但都將按照消耗品儲備狀況進行安排。一般來說，一次太空飛行中所需水量為額定值的兩倍以考慮非生理用水（比如個人清潔）。而且根據任務持續時間的不同，產生廢物的數量和種類也有不同，如果任務時間超過一周，一般會包含毛髮、指甲、皮膚碎屑和其他生理廢物。儘管不像代謝參數變化對人產生反應那樣迅速，太空中的其他環境因素，比如輻射、重力、噪音、震動和照明，也都會影響人的生理反應。

空氣

生命保障系統所提供的環境空氣主要包含：氧氣、氮氣、水、二氧化碳和其他微量氣體，各組份氣體氣壓的代數和為空氣氣壓值，這個值一般為101.3千帕，即海平面標準大氣壓。但如果相應增加氧氣的組份氣壓值，空氣氣壓值也可進行顯著降低（比如在艙外活動時降低25~26千帕），較低的空氣氣壓可以簡化飛船的結構設計，並減少氣氛損失。一般降低空氣氣壓有兩種方法：一種是保持氧氣比率不變減少空氣氣壓；另一種是允許氧氣濃縮並減少空氣氣壓。

水

水的用途是用於乘員飲用、清潔、艙外活動時溫控和其他緊急使用。因為水在太空探索中是不可原位取得的資源，所以必須對水進行高效的儲存、使用和回收（包含廢水）。

食物

生命保障系統通常包括了室內植物培育系統，即可以在室內與容器中栽培食物。通常此系統的設計目的是重複利用所有可重複利用的營養物質。這個系統的現實例子有：降解廁所，使用降解廁所可以降解廢物（排泄物）並將其中可利用的營養物質通過食物作物的處理，製造食物並再次利用。之後按上述過程一直循環以最大限度節約物資。

微生物的檢測與控制

美國國家航空暨太空總署的LOCAD（晶片實驗室應用開發）計劃現在正在開發在長時間太空飛行中使用的細菌和真菌檢測系統。

太空梭上的生命保障系統

美國國家航空暨太空總署在太空梭使用了環境控制與生命保障系統，以同時提供對乘員的生命保障和對載荷物的環境控制。太空梭參考手冊給出了以下帶有環境控制與生命保障系統的部分：乘員艙加壓、客艙空氣再生、水冷循環系統、主動溫控系統、上下水系統、廢物收集系統、廢水罐、氣閘、艙外行動單元、乘員高空防護系統、同位素熱發電機冷卻系統和氣態氮載荷清潔系統。

國際太空站上的生命保障系統

1996年的5月，美國國家航空暨太空總署發布了技術備忘錄108508《國際太空站環境控制與生命保障系統技術任務協議匯總報告》。這份報告描述了國際太空站使用的開發水回收系統與空氣新生系統所做的工作。下圖為國際太空站上的生命保障系統的主要功能。

現在主要使用的兩種太空衣（美國的EMU和俄羅斯的海鷹太空衣）都包含了基本生命保障系統（PLSS）背包，該系統能使用戶進行獨立的不系帶艙外工作。

太空天氣

太空天氣在一些領域對太空探索和發展有深遠的影響。不斷變化的地磁條件可以造成大氣密度的急劇改變，造成低地球軌道上太空載具高度的墮落。由於太陽活動增強產生的地磁風暴可能導致航太飛行器上的感應器暫時失常，或是干擾到飛行器上的電子儀器。此外，磁暴也會影響到在高緯度上常態飛行的飛機，使受到的輻射總量增加。很好的了解太空環境狀況對設計太空載具的遮罩和載人太空載具的生命支援系統也是很重要的。

太空天氣是在地球週圍的太空環境條件改變的觀念。它與行星大氣內的天氣觀念不同，涉及太空中的電漿、磁場、輻射和其他物質。"空間氣象"經常隱藏性的意味著在地球附近的磁層，但是它也是在 星際間（並且經常是星際空間）的研究

在我們自己的太陽系內，太空天氣受到太陽風的密度和速度，還有太陽風攜帶的電漿造成的行星際磁場（IMF）很大的影響。不同的物理現象與太空天氣有關，包括地磁風暴和次風暴、范艾倫輻射帶的活動、電離層的擾動和閃爍、極光和在地球表面的地磁的誘導電流。日冕物質拋射和它們關聯的衝激波經由壓縮磁層和觸發地磁風暴也是導引空間氣象的重要驅動力。

被日冕物質拋射或閃焰加速的太陽高能粒子，也是太空天氣的重要駕御者，它能經由感應電流危害到太空船上的電子設備，和威脅到太空人的生命。

太空天氣在幾個相關的地區對太空探索和發展發揮了深遠的影響。不斷變化的地磁條件可以造成大氣密度的急劇改變，造成低地球軌道上太空船高度的墮落。由於太陽活動增強產生的地磁風暴會導致太空船上的檢測器暫時失明，或是干擾到船上的電子儀器，或是太空環境的條件對設計太空船的遮罩和載人太空船的生命支援系統也是很重要的。此外，磁暴也會影響到在高緯度上常態飛行的飛機，使受到的輻射總量增加。

從1995年起，美國國家航空暨太空總署（NASA）和歐洲太空總署（ESA）合作的太陽和太陽風層探測器（SOHO）太空船接近即時太陽資料成為對太空天氣預測的主要來源。在1998年，NASA的高新化學組成探測器（ACE）加入，它攜帶了可以連續傳輸有關原來位置的太空天氣信標。SOHO和ACE都位於L1拉格朗日點，距離地球1%天文單位的地球上游位置，它測量到的太陽風和電將大約在1小時後就會抵達地球。NASA和ESA最新發射的日地關係天文台（STEREO）增加了一個額外的太空天氣資料流程，以立體的影像涵蓋了地球與太陽之間的空間。兩艘STEREO太空船，一艘超越在地球的前方，另一艘尾隨在地球的後方，每年漂移遠離地球約22度。

自1990年代以來，從太陽到地球以及周遭太空環境的主要模型，就使用三度空間的磁流體動力學架構模擬。在美國，兩個主要的中心是密西根太空環境模擬中心(CSEM)和綜合太空天氣中心(CISM)。

所知空間氣象和地面層最重大的影響是地磁感應電流(geomagnetically induced current，GIC)。這些可以造成電流在電網、管線和其他傳導網路中流動並且產生損害。在地面上快速的磁場變化 － 在發生磁暴的過程和太空天氣的結合 － 也可以是重要的活動，像是地球物理映射和碳氫化合物的產生。

地球物理的探勘

飛機和船舶承擔的地磁測量在磁暴期間可以快速的受到磁場改變影響。磁暴可能導致資料解釋上的問題，因為在調查地區下的地殼磁場也會受到太空天氣影響產生相似的變化。一個實用的測量設備能夠準確的提出磁暴警告，包括嚴重程度的評估和磁暴持續的時間。

地球物理學和碳氫化合物的生成

由於經濟和其它的原因，石油和天然氣的生產往往涉及定向鑽井，井的路徑從一個單一的井口在水平和垂直方向上都延伸好幾公里。由於附近還有其它的鑽孔，也由於目標的大小－儲藏層可能只有數十到數百米寬－和安全上的理由，在精度上的要求很嚴格。使用陀螺儀的測量方法是最精確也是最昂貴的，因為它可能需要停止鑽井數小時。一個替代的方法是使用磁性的測量，它可以進行鑽井中測量。幾近即時的磁性資料可以用來更正鑽井的方向，並且鄰近的磁場觀測台是不可或缺的(Clark and Clarke, 2001; Reay et al., 2006)。磁性資料和風暴預測還有助於在持續的基礎上弄清楚未知來源的操作錯誤。

人類太空人在探索太空的旅程中，將會遭遇各種可怕的死亡危險。

在好萊塢科幻影片中，那些探索外太空的太空人們面臨的最可怕死法，或是被外星細菌感染，或是死於可怕的外星「異形」之口。然而，好萊塢電影中的「太空死法」往往太過於戲劇性，缺少真實的科學基礎。

英國太空生物學家劉易斯·達特奈爾博士以真實的太空科學為依據，盤點了10種最離奇也最可怕的「太空死法」，其中包括「被其他太空人謀殺」、「被零重力下的奇特火焰活活燒死」、等各種離奇古怪的太空災禍，這些最離奇也最糟糕的「太空死法」顯示，探索太空的太空人為了人類的崇高目標和對真理與知識的追尋，需要冒著各種常人難以想像的風險，他們在進入太空前，其實早就做好了迎接各種不可測「死亡」的心理準備。

1、最不必擔心的太空死法：在太空中被「凍成冰棍」

在一些科幻小說中，太空船毀壞破裂導致太空人在冰冷的太空中被凍成「冰棍」，一直是個頗為流行的藝術想像。然而事實上，人體在太空中被「凍成冰棍」而死，其實並沒有多少科學依據。雖然太空的溫度相當低，但在太空中被「活活凍死」仍是太空人最不需要擔心的死法。

因為太空是缺乏氣體粒子的真空狀態，一旦太空人的身體暴露在太空環境中，由於人體周圍沒有任何物質傳導熱量，也沒有冷風對流，所以人體只能通過「熱輻射」緩慢地散失熱量。太空環境對於人體堪稱是個良好的熱絕緣體，它會以熱水瓶保溫熱水的方式使人體保持溫暖。

2、最世俗的太空死法：被其他太空人謀殺而死

在長期的太空旅行中，一個太空人被其他太空人同事謀殺並非完全不可能的事。科學研究發現，太空船是個地方狹小、缺少私人空間、且令人充滿心理壓力的環境。在一個長期密閉的環境中，太空人之間的關係很可能會惡化，從而引發明顯的太空危機，畢竟，當太空人心情煩悶時，他們無法像在地球上一樣走出家門呼吸一下新鮮空氣。

3、最離奇的太空死法：被零重力下的奇特火焰活活燒死

在沒有重力的太空環境中，火焰的燃燒特徵將和地球上完全不同。因為熱空氣不會上升，同時由於缺少對流，新鮮氧氣也不會立即被吸引補充過來。所以你在太空中一旦遭遇火災，絕不會看到地球上常見的火舌般燃燒的火焰，而只會看到悶燒的、充滿迷惑性的「靜止」火焰，但它們同樣會迅速擴散到許多可燃設備上「靜靜燃燒」，使太空艙中迅速充滿有毒空氣，一旦遇上太空火災，無路可逃的太空人可能會被毒氣熏死，或者會被這種零重力下的奇特火焰活活燒死。

4、最絕望的太空死法：在其他星體上「拋錨」餓死

如果你駕駛汽車在馬路上行駛時突然拋錨，你只需簡單地向汽車修理公司打個電話，然後耐心等待別人來給你修車就行。然而，如果一名太空人駕駛太空船降落在另一個星球上，而此時太空船引擎突然熄火「拋錨」的話，那麼你將永遠被困在這個星體上，再也無法返回地球。

據悉，在「阿波羅11號」飛船載著尼爾·阿姆斯特朗和布茲·阿爾德林登上月球之前，當時的美國總統尼克森就已經為他們準備好了一份「登月悼詞」，以防登月艙萬一發生故障，登月太空人們被困在月球上無法返回時，尼克森好根據這份「應急悼詞」發表哀悼性講話。事實上，尼克森的擔心絕非空穴來風，如果登月艙引擎失靈，那麼阿姆斯特朗和阿爾德林將被永遠留在月球上，位於月球軌道指令艙中的麥可·科林斯將別無選擇，只能獨自返回地球。

5、最不可能的太空死法：被外星人用雷射槍殺死

宇宙中是否存在外星生命一直是現代科學最大的疑問之一。，如果我們的銀河系中真的存在外星文明，那麼該文明的科技將可能遠遠超過地球，並且很久之前就已發現地球是個擁有生命的星體。一種觀點認為，任何先進到能夠進行星際旅行的文明，絕不可能好戰和充滿攻擊性，否則他們早就已經在一場核戰中自我毀滅了。不過，人類迄今已經花費50年時間搜索外星生命，卻沒發現任何痕跡，所以未來太空人被另一個人類開槍打死的機率，要遠遠高於被一個生氣的外星人開槍打死的機率。

6、最恐怖的太空死法：感染外星細菌「病變」而死

星際探險者抵達外星世界後被一種神秘的外星病毒感染，或者人類太空船將一種可怕的外星細菌帶回地球，導致人類面臨滅頂之災，常是好萊塢科幻電影中永恆的主題之一。科學家認為，太陽系中的一些其他星體完全適合孕育外星微生物，譬如火星表面或木衛二的海洋，由於人類的免疫系統從來沒有遭遇過這樣的細菌，所以將對它們沒有任何天生免疫力。

科學家認為，外星細菌可能會感染人體的傷口，但不太可能通過接觸傳染感染人體。譬如火星上的細菌已經適應了火星上乾燥寒冷的氣候，它可能無法適應人體潮濕而悶熱的環境。所以太空人像好萊塢科幻電影中描述的那樣感染外星病毒的前景雖然非常恐怖，但可能性卻非常之低。

7、最孤獨的太空死法：永遠漂浮在太空中

對於任何太空人來說，「太空行走」都是一件相當危險的任務，如果太空人的雙手突然對太空船船身失去「控制」，或者「磁靴」失靈，導致太空人的身體不由自主飄向太空，那麼太空人只能希望自己的身上還繫著安全繩索。如果身上沒系安全繩，由於太空中沒有空氣阻力或重力將太空人重新拉回太空船上，太空人的身體將會以不變的速率不斷向浩淼的太空中飄移，他無法拯救自己，只能等待太空衣上攜帶的氧氣逐漸耗盡以及死亡到來。

8、最危險的太空死法：被宇宙射線緩慢而痛苦地殺死

在沒有地球大氣層和磁場保護的外太空，宇宙射線是對人體最危險的威脅之一。宇宙射線是由太陽粒子爆發或銀河系恆星爆炸後產生的高能亞原子粒子，這些宇宙射線對人體細胞具有極大的殺傷力，太空人如果暴露在宇宙射線中，將會引發癌症到急性輻射病在內的各種疾病。「阿波羅」太空人當年登月時，身上僅穿有一層薄薄的金屬太空衣，他們可說非常幸運，因為那段時間正好沒有出現太陽粒子爆發事件，如果他們登月時遭遇致命的宇宙射線侵襲，他們將會在幾天後出現無法控制的嘔吐、腹瀉等症狀，並在狹小的太空船中慢慢迎來死亡。

9、最難以見證的太空死法：被黑洞扯成「義大利細麵條」

太空人在太空中遭遇黑洞的機率雖然很小，但並非絕無可能。如果太空人不慎遇上黑洞，將會遭遇一種最離奇的死亡方式——太空人的身體會被黑洞的牽引力扯成「義大利細麵條」。當人體掉進一個黑洞時，由於腳趾比腦袋距離黑洞更近一些，所以腳部將比頭部承受更大的牽引力，從而使人的身體變得更長更瘦。

對於特大質量的黑洞來說，將物體扯成「細麵條」的臨界點位於「黑洞邊界」，一旦物體進入黑洞邊界，任何光或信息都無法再從那兒逃逸，所以太空人被黑洞殺死的場景也不可能被任何其他人親眼看到。此外，太空人也不會感到撕心裂肺的痛苦，因為在被黑洞拉扯成「細麵條」前，他已經先被黑洞周圍的強大輻射圈烤焦了。

10、最可能的太空死法：在太空中突然遭遇「失壓」

對於每個太空遊客來說，太空船或太空衣突然破裂造成迅速「失壓」，將是他們可能面臨的最大危險之一。我們的身體已經適應地球大氣層的壓力，所以突然暴露於真空環境下，將會導致眼睛和舌頭上的液體迅速「蒸發」。而缺氧將會使人體在10秒鐘內失去意識，並在一到兩分鐘後死亡。但如果你能被及時救回增壓艙中，你的倖存機率仍然很高。事實上，在太空突然遭遇「失壓」時最大的敵人，就是你肺中的氣體，它們會在你體內爆炸性地爆裂，所以突然面臨失壓時，最好的保護方法就是大聲尖叫排空肺中的氣體。而人體皮膚是最好的自然增壓服，儘管人體遭遇太空失壓後會腫脹到平時的兩倍大，但你並不會因此爆炸，而你的血液也不會沸騰，因為血管的彈性會確保血液獲得足夠壓力，防止在體溫狀態下「沸騰」，儘管人體表面的一些毛細血管會破裂，同時雙眼也會充滿血絲。

事實上迄今為止，總共僅有3名太空人死在太空環境中，並且他們都是在前蘇聯「聯盟11號」飛船上因為突然遭遇失壓事故而遇難的。所以不管是因為設備故障還是因為遭遇迷你流星體的撞擊，太空失壓都將是太空人面臨的最嚴重危險之一。