天宫，一个陌生、威严而又诱人的地方。千百年来，天宫之门始终紧闭着，人类没有能力推开这扇大门，只能站在地面仰望它的庄严，猜测它的奥秘；只好把对它的向往，化作思想的幽灵，去漫游遥远的云宵宝殿。

美国著名的航天员阿姆斯特朗，这个人类第一个登上月球的人，在踏上月球的一刻，由衷地慨叹：“对于一个人来说，这是一小步；但是对于人类来说，这是一大步。”1988年初夏，阿姆斯特朗访问中国，北京航天医学工程研究所邀请他作报告，他的开场白是这样的：“人类第一个产生登月梦想的是一位美丽的中国姑娘，而第一个登上月球的是一位美国人。这位美丽的中国姑娘就是嫦娥，这个美国人就是我。”当我们的“神舟”五号成功升天的时候，当我们的航天员成功遨游太空的时候，这何尝不是我们所有炎黄子孙的一大步呢？

载人航天是人类整个航天活动的重要组成部分，它的最终目的是将人类的活动范围从陆地、海洋、大气层扩展到太空，让人自如地进出广阔的宇宙空间。发展载人航天，在政治、经济、科技和国防上均具有重大意义。

宇宙无垠，天外有天，蕴藏着无穷的奥秘。古代人类在艰难的生活、生产和与大自然搏斗中萌生飞行的渴望，幻想像鸟一样在蓝天白云中自由飞翔。由此产生了种种美丽的飞行神话传说。在中国、古希腊、埃及、印度等的古籍中，有许多与飞天有关的神话、传说和绘画的记载。而中华民族是一个创造神话的国度，诸如盘古开天，女娲升天，羿射十日，夸父逐日，嫦娥奔月等神话传说更是源远流长，脍炙人口。

幻想是人类的天性，能启迪思维，也是前进的动力。正因为如此，人类才有所发明，有所创造，有所前进。早在14世纪末，我国明朝的学者万户，为了探索宇宙的奥秘，在一把椅子后面捆绑上47支当时最大的火箭，手持风筝，坐在椅子上，期盼借助火箭推力进入天空，再利用风筝的浮力返回地面。然而这次尝试并没有成功，万户也不幸身亡。为了纪念这位被世界公认为是“真正航天始祖”的中国人，美国科学家在1959年还将月球上的一座环行火山命名为“万户山”。

地球是太阳系的9大行星之一，既渺小又巨大。说它渺小，是因为太阳系在银河系中只是沧海一粟，银河系之外更是天外有天。说它巨大，是因为它自身质量有60万亿亿吨，对地球上的一切东西，包括大气和在大气中运动的所有物体都具有巨大的吸引力。想要离开它远走高飞，去外空领略无限风光，谈何容易。唐朝著名的大诗人李白有“蜀道之难，难于上青天”的名句，描绘蜀道的高危奇险，这是一种夸张的比喻，而人类的太空飞行才是真正意义的“上青天”，又不知比“蜀道”难几万重。但人类是地球上的精灵，其活动范围不断扩展，从陆地到海洋、大气层，再到外层空间。外层空间简称空间或外空，是地球稠密大气层以外的空域，又称为宇宙空间或太空。在1981年召开的国际宇航联合会第32届大会上，陆地、海洋、大气层和外层空间分别被称为人类的第一环境、第二环境、第三环境和第四环境。实际上，人类进入第四环境，比进入第二、第三环境要困难得多，蜀道再难也难不过上青天。这是第四环境的独有特点决定的。在这种空间环境中飞行，人类要面临许许多多的挑战，主要有：

地球引力的束缚　地球的引力是巨大的，在160公里的高度才减小1%，到2700公里的高度减少一半。如前所述，在地球表面的物体，只有达到第一宇宙速度，才能成为地球的卫星；达到第二宇宙速度，才能像地球、金星、火星等星体那样，成为太阳的一颗新行星；达到第三宇宙速度时，方可飞出太阳系。虽然速度可以战胜引力，可是要研制出达到如此高宇宙速度的动力能源却是很难很难的。

高真空的影响　大气密度和大气压力随距地面高度的增加而成指数规律迅速减少。在高度为200公里的高空，大气密度和大气压力只有海平面大气密度和大气压力的1/10～1/9，高度越高，大气密度和大气压力越低。在1500公里高空，每立方厘米体积内约含32 000个分子，相当于在地面上很不容易能抽到的10～12毫米汞柱真空度，而行星际空间每立方厘米含有的分子或原子数平均不到100个，恒星际空间则平均只有10个。航天器长期运行在高真空环境中，它的某些材料或部件会发生一些特殊的物理和化学变化，如材料的重量会逐渐减少，出现真空放电现象，固体表面相互接触时会发生不同程度的粘合现象，等等。

温度变化剧烈　地球上最热的地方为40多摄氏度，最冷的地方也不过零下40多摄氏度。而在地球附近的空间，向阳面的温度可高达200摄氏度，背阳面则冷到零下100多摄氏度。在远离恒星的深空，环境温度接近于绝对零度，而在恒星附近，温度则会高达几百至几千摄氏度。

辐射的威胁　在空间环境中，存在着太阳电磁辐射、太阳宇宙线、银河宇宙线等。由于没有了地球大气层的保护，太阳发射出的强大的紫外辐射和X射线，无论对航天员还是航天设备都是个严重的威胁。比如，地球辐射带、太阳宇宙线、银河宇宙线的高能粒子会使航天器的某些材料和器件的性能下降，甚至造成永久性辐射损伤等。航天器在空间运行过程中，受到周围等离子体、高能带电粒子以太阳电磁辐射的影响，有时会在其表面上发生放电现象，一些部件有可能被击穿，甚至严重破坏航天器的正常工作。辐射环境对高轨道航天器影响较大，尤其在发生太阳风时，辐射会使航天器背向和面向地球的表面产生电势差，由此会引发一系列故障，如电子开关出错，光传感器、计算机失灵等。

空间碎片的困扰　空间碎片是指宇宙空间中除正在工作着的航天器以外的人造物体，又称轨道碎片或太空垃圾。它们的来源主要有四个：运载火箭和航天器在发射过程中产生的碎片，比如废弃了的火箭、航天器上的整流罩、推进剂储箱；航天器表面材料的脱落，表面涂层老化掉下来的油漆斑块；逸漏出的固体、液体材料，如火箭的剩余燃料、核动力源的冷却液、载人航天活动中宇航员掉落的工具，扔出飞船舱外的垃圾；火箭和航天器爆炸、碰撞过程中产生的碎片，如被抛弃的火箭末级、剩余推进剂发生的爆炸。

空间碎片的密集区是在低地球轨道（距地面2 000公里以下）和地球静止转道（36 800公里）。低地球轨道上的空间碎片受高层大气阻力作用，其轨道不断衰减，最终再入大气层陨毁。而较高轨道上的空间碎片会长时间地留在太空中，日夜不停地围绕地球运行。据有关资料统计，迄今人类已向太空发射了5530多颗各类航天器，其中仍在轨道上工作的约有600～800颗，其余的几千颗成为太空垃圾在轨道上遨游。目前，地面能观测到并记录在案的低地轨道上尺寸大于10厘米、地球静止轨道上大于1米的碎片约有9100多个，包括更小的碎片再内，目前在太空中碎片约有4000多万个，形成约3000吨太空垃圾。空间碎片是航天的大敌，由于它们和航天器之间的相对速度很大，一般为每秒几千米至几十千米，因此，即使轻微碰撞，也会造成航天器的重大损坏。

从空间返回更艰难　常言道，“上山容易，下山难”。从某种程度上讲，登天和从天上返回相比也是如此。返回型航天器在空间完成预定飞行任务后，需将航天员、生物试样、科研成果等送回地面。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关键。航天器的返回是一个减速、下降的过程，即航天器耗散巨大能量——动能和位能的过程。这个过程包括离轨、过渡、再入和着陆等阶段，在每个阶段都需要进行精心地控制，或由地面站直接遥控，或按预先编制的程序直接控制，或采用手动（对于载人航天器）方式进行控制。不管采取哪种控制方式，都必须做到准确无误，丝毫的差错都会造成不堪设想的后果。比如，在近地轨道上反推火箭的点火时间相差1秒钟就会使返回舱的落点相差约9公里。因此，为确保航天器安全返回和准时定点着陆，需要掌握许多关键技术，包括控制制导、再入防热、回收和着陆等关键技术。迄今世界上能用自行研制运载火箭发射航天器的国家或组织已有十来个，但成功实践了航天器返回的国家只有苏联/俄罗斯、美国和中国等少数国家。之所以如此，一个重要原因是受航天器返回技术发展水平的制约。

我国著名科学家钱学森提出，人类进入宇宙空间的活动，即宇宙航行（简称航宇）可分为两个阶段。第一阶段为航天，即在大气层以外、太阳系范围之内的航行及有关活动；第二阶段为航宇，即在太阳系以外的航行及有关活动。目前人类的航宇处在第一阶段，主要是在地球空间环境内开展航天活动。所谓地球空间环境，是指地球引力的作用范围，或者地球磁层、大气层所及范围。若按地球引力作用范围来确定，其半径距地心约93万公里；若按地球磁层所及范围来确定，其半径距地心约65万公里。

幻想的梦是无止境的，求知创新的梦想更是无边无际！当人类的认识已经不再满足于我们自身所生活的地球时，“登天入地”的追求便是再自然不过的事情！求知、创新是人类的一种天性。在不断认识自然和改造自然的过程中，逐渐扩展自己的生存空间，从陆地到浩瀚的海洋，到稠密的大气层，再到浩淼的宇宙空间。人类探索宇宙的脚步永远不会停止。在技术的推动下，一定会从现阶段的无人和载人航天，发展到无人和载人航宇，实现使人自由进出宇宙空间的远大理想。

人类渴望进入宇宙空间，主要有两个目的。一是满足人类求知的欲望。宇宙空间是陆海空之外的第四环境，广袤无垠，蕴藏着无穷的奥秘。人类对宇宙的探索已经持续了几千年，揭开并解读了其中的一些奥秘，还有更多的奥秘值得人类去探索，去认识。比如，是否存在外星人或其他宇宙生物，是否存在全新的未知粒子以及其他未知物质，等等。二是开发利用空间资源。有人认为，在21世纪，国家对航天能力的依赖可与19、20世纪国家对电力和石油的依赖相比。可见开发利用空间的重要性，这不无道理。因为宇宙空间蕴藏着丰富的资源，主要包括：高远位置资源，高真空环境资源，空间能源，月球资源，空间环境物理特性诱发的失重和微重力环境资源等。

俗话说，“不入虎穴，焉得虎子”。人类亲自步入第四环境开展活动仅仅是刚开始，相信人类将来一定会像进入海洋、大气层一样，自由地驰骋在广阔的宇宙空间。