飞船的主要结构特点是有载人舱。它的主要结构可分为几个舱段，例如，可采用两舱式结构和三舱式结构。如有对接任务时则有对接机构，它放在飞船的最前边。前苏联第一代飞船东方号的结构很简单，是两舱式，飞船只载1个人。第二代飞船飞行时，前苏联的上升号多了一个出舱用的气闸舱且能载2～3人；而美国双子星座号飞船仍为二舱式加对接机构。第三代飞船是三舱式结构，如前苏联的联盟号飞船。这种飞船的最前端是对接机构，然后接轨道舱，再接返回舱和服务舱，最后与运载火箭相连。有的舱之间有过渡舱段相接连，有出舱任务的载人航天器都增设出舱用的气闸舱。美国阿波罗号飞船除有两舱段结构外还增设登月舱。
飞船的轨道舱是飞船重点的舱段。它前端的对接机构供飞船与其他飞船或空间站对接用，其下端通过密封舱门与返回舱相连。它是航天员在太空飞行中，进行科学实验、进餐、体育锻炼、睡觉和休息的空间，其中备有食物、水和睡袋、废物收集装置、观察仪器和通信设备等。轨道舱还可兼作航天员出舱活动的气闸舱。
返回舱也是密闭座舱，在轨道飞行时与轨道舱连在一起称为航天员居住舱。在起飞阶段和再入大气层阶段，航天员都是半躺在该舱内的座椅上，并有一定角度克服超重的压力。座椅前方是仪表板，以监控飞行情况；座椅上安装姿态控制手柄，以备自控失灵时，用手控进行调整。美国水星号飞船在返回地面时自控失灵，就是靠航天员手控使飞船返回地面的。在飞船返回地面之前，轨道舱和服务舱分别与返回舱分离，并在再入大气层过程中焚毁，只有返回舱载着航天员返回地面。
飞船的服务舱也可称“仪器设备舱”。它的前端通过过渡舱段与返回舱相连，后端与运载火箭相接。联盟号飞船的这个舱又分前后两部分，前段是密封增压的，内部装有电子设备，以及环境控制、推进系统和通讯等设备；后段是非密封性的、主要是安装变轨发动机和贮箱等物。服务舱外部装有环境控制系统的辐射散热器和太阳能电池板。
三、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，并创造了女航天员两次舱外行走的记录。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公里，远地点352公里，倾角51．6°，周期91．6分钟。
“和平”号是一种永久性载人航天站，它把人在外层空间的生活时间创下366天的最高记录。美国的载人航天站是1973年发射的“天空实验室”和1983年11月28日发射的“空间实验室”航天站。
航天站在科学研究、国民经济和军事上都有重大价值。它有下列用途：
天文观测：在航天站上进行天文观测，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；
勘测地球资源：发现矿藏、海洋资源、森林资源和水利资源等；
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；
发展新工艺、新技术：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，获得大晶体和掺杂高度均匀的半导体，进行晶体生长和材料焊接试验等。大地测量、军事侦察以及试验和发射航天武器或航天器等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。
航天站分为单一式和组合式两种。单一式航天站由运载火箭或航天飞机直接发射入轨；组合式航天站由若干枚火箭多次发射或航天飞机多次飞行，把航天站的组合件运送到轨道上组装而成。航天站通常由对接舱、气闸舱、轨道舱﹑生活舱﹑服务舱、专用设备舱和太阳电池翼等几个部分组成。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。气闸舱是航天员在轨道上出入航天站的通道。轨道舱是航天员在轨道上的主要工作场所。生活舱是供航天员进餐、睡眠和休息的地方。航天站一般设有卧室、餐厅和卫生间等。服务舱内一般装有推进系统、气源和电源等设备，为整个航天站服务。专用设备舱是根据飞行任务而设置的安装专用仪器的舱段，它也可以是不密封的构架，用以安装暴露于空间的探测雷达和天文望远镜等仪器设备。太阳电池翼通常装在航天站本体的外侧，为航天站上各个仪器设备提供电源。航天站在技术上具有和载人飞船相类似的一些特殊问题。
四、天地往返穿梭器——航天飞机
1969年4月，美国宇航局提出建造一种可重复使用的航天运载工具的计划。1972年1月，美国正式把研制航天飞机空间运输系统列入计划，确定了航天飞机的设计方案，即由可回收重复使用的固体火箭助推器，不回收的两个外挂燃料贮箱和可多次使用的轨道器三个部分组成。经过5年时间，1977年2月研制出一架创业号航天飞机轨道器，由波音747飞机驮着进行了机载试验。1977年6月18日，首次载人用飞机背上天空试飞，参加试飞的是宇航员海斯（C·F·Haise）和富勒顿（G·Fullerton）两人。8月12日，载人在飞机上飞行试验圆满完成。又经过4年，第一架载人航天飞机终于出现在太空舞台，这是航天技术发展史上的又一个里程碑。
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。它的轨道器、固体燃料助推火箭和外储箱三大部分组成。固体燃料助推火箭共两枚，发射时它们与轨道器的三台主发动机同时点火，当航天飞机上升到50千米高空时，两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惟一不能回收的部分。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公里的卡门线）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。
虽然世界上有许多国家都陆续进行过航天飞机的开发，但只有美国与前苏联实际成功发射并回收过这种交通工具。但由于苏联解体，相关的设备由哈萨克接收后，受限于没有足够经费维持运作使得整个太空计划停摆，因此目前全世界仅有美国的航天飞机机队可以实际使用并执行任务。
航天飞机除可在天地间运载人员和货物之外，凭着它本身的容积大、可多人乘载和有效载荷量大的特点，还能在太空进行大量的科学实验和空间研究工作。它可以把人造卫星从地面带到太空去释放，或把在太空失效的或毁坏的无人航天器，如低轨道卫星等人造天体修好，再投入使用，甚至可以把欧空局研制的“空间实验室”装进舱内，进行各项科研工作。
美国航天飞机创造了许多航天新纪录。航天飞机首航指令长约翰·杨六次飞上太空，是世界上参加航天次数最多的宇航员。1983年6月18日女宇航员莎丽·赖德（SallyK·Ride）乘挑战者号上天飞行，名列美国妇女航天的榜首。1983年8月30日，挑战者号把美国第一个黑人宇航员布鲁福德（GuionS·Bluford）送上太空飞行。1984年2月3日乘挑战者号上天的麦坎德利斯（B·McCandless），成为世界上第一位不系安全带到太空行走的宇航员。1984年4月6日挑战者号上天后，宇航员首次抓获和修理轨道上的卫星成功。1984年10月5日参加挑战者号飞行的莎丽文（KathrynD·Sullivan）成为美国第一位到太空行走的女宇航员。1985年1月24日发现号升空，首次执行秘密的军事任务。1985年4月29日，第一位华裔宇航员王赣骏（TaylerWang）乘挑战者号上天参加科学实验活动。1985年11月26日，亚特兰蒂斯载宇航员上天第一次进行搭载空间站试验。1992年5月7日奋进号首次飞行，宇航员在太空第一次用手工操作抢救回收卫星成功。7月31日亚特兰蒂斯号上天，首次进行绳系卫得发电试验。9月12日奋进号将第一位黑人女宇航员，第一位日本记者和第一对宇航员夫妇载入太空飞行。
航天飞机所有的使命即将结束，美国宣布将在2010前将其所有的航天飞机退役。仍在研制中的航天飞机的下一代将是空天飞机，它将不再使用液氧或液氢作为燃料，不再像航天飞机一样使用火箭垂直起飞，而是像普通飞机一样从跑道上水平起飞，它以液氟做燃料，能自由出入大气层。
五、登月计划
登月计划又称阿波罗工程，是美国从1961年到1972年从事的一系列载人登月飞行任务。
1969年7月16日，巨大的“土星5号”火箭载着“阿波罗11号”飞船从美国肯尼迪角发射场点火升空，开始了人类首次登月的太空征程。美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗、埃德温·奥尔德林、迈克尔·科林斯驾驶着阿波罗11号宇宙飞船跨过38万公里的征程，承载这全人类的梦想踏上了月球表面。这确实是一个人的小小一步，整个人类的伟大一步。他们见证了从地球到月球梦想的实现，这一步跨过了5000年的时光。
人类对月球的探测研究开始于20世纪50年代，美国和前苏联两国在冷战的背景下进行了激烈的太空竞赛。
1957年，前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星。
1961年4月12日，前苏联的“东方”号宇宙飞船进入太空，尤里·加加林身穿90公斤重的太空服，成为世界上第一个进入宇宙空间并从宇宙中看到地球全貌的航空勇士。加加林的名字，连同他那迷人的微笑，传遍了世界每个角落，记下了载人航天这篇史诗画卷的浓重一笔。
从此载人航天科学突飞猛进。当时间定格在1969年7月16日，美国率先登陆月球完成了人类的这一梦想。到1972年12月阿波罗计划的最后一次飞行——阿波罗17号登月为止，先后有12名宇航员登上月球表面。
人类对于月球有了越来越理性的认识。各次阿波罗飞行都对月球表面进行广泛考察，搜集了大量月球岩石、土壤标本，其中从月球上带回地球的月岩样品就达440公斤。阿波罗飞行同时把许多仪器安装在了月球上，进行科学研究，如太阳风实验和月震测量等，月球不再神秘。
月球并不像我们在地球上仰望她时那般晶莹。她的表面凹凸不平，布满大大小小的环形山，甚至有些阴森可怕。作为地球的永久卫星，她始终忠实地围绕着地球旋转。月球的直径为3476公里，约为地球直径的3/11。月球表面面积大约是地球表面面积的1/14，比亚洲面积稍小。而月球的体积只相当于地球体积的1/49。
月球表面具有高真空、无磁场、地质构造稳定、弱重力和高洁净的环境，月球背面不受地球无线电波干扰，建立月球天文观测基地、生物制品和新材料实验室，对地观测站和深空探测前哨站均具有重大的政治和科学意义。月球是研究月球科学、天体化学、空间物理、生命科学、对地观测科学与材料科学的理想场所。
在月球上建立天文观测台站可以不受地球大气层的限制，波段可从伽马射线一直到长无线电波段上进行观测。在月球上可以设置一个任何波段的干涉仪阵列，月面上宁静的环境可以保证其测量精度。一些天文物理现象如超新星爆炸和伽马射线爆裂可以用不同波段进行观测研究。
虽然月球只是亿万星辰中的小小一员，但却并不是一个普普通通永远围绕地球旋转不停的卫星。对人类而言，月球不仅是人类踏足浩瀚宇宙的前哨站，更是人类赖以生存的资源存储仓库。月球上的资源对人类来说价值惊人。月球上的玄武岩里钛铁矿的体积占25％，钛大概有100万亿吨以上。将来人类能直接用这种石头生产水、液氧燃料等资源。地球上稀缺的铀、稀土等，在月球上也相当充足。月球上丰富的氦、硅、铝、铁等金属资源同样是未来地球矿产资源的巨大储存库。
时至今日，月球对人类太空科技的发展已经越来越重要。开发和利用月球资源成为了21世纪的重要课题。
六、月球的未来
早在50年前出版的《星际飞行》一书中，阿瑟C·克拉克曾预言道：“建立能自给自足的月球殖民地或前哨站是一个迷人的技术话题，但在我们对这颗卫星的资源情况有更深入的了解之前，谈论这一话题还为时尚早。”