实际上早在齐奥科夫斯基的论文中就已经在为人类进入太空设计维持生命的飞行器，早期的这种飞行器一般叫做宇宙飞船，目标是要把人送入太空并且安全返回。或许与这位“航天之父”的先见有关，在载人空间飞行技术方面，也是苏联起步较早。1961年4月12日苏联宇航员加加林（Yuri Gagarin，1934－1968）乘坐东方一号（Vostok 1）宇宙飞船升空，绕地球飞行一周，历时108分钟，然后安全返回地面，由此实现了人类的第一次太空飞行。东方号宇宙飞船是由科罗廖夫设计的，共发射了6只。东方6号于1963年6月16日发射升空，首次把一位女性宇航员瓦莲京娜·捷列什科娃（Valentina Tereshkova，1937－ ）送入太空。
苏联的上升号（Voskhod）飞船是东方号的改进型。1965年3月18日世界时8点30分，宇航员列昂诺夫（Alexey Leonov，1934－ ）离开上升2号，实现了人类的第一次太空漫步。
苏联联盟号（Soyuz）飞船是使用得最多的飞船，联盟1号于1967年4月23日发射升空，在返回时降落伞发生故障，宇航员科马洛夫（Vladimir Mikhaylovich Komarov，1927－1967）牺牲。1971年4月19日苏联第一个空间站礼炮1号（Salyut 1）发射升空，6月6日发射的联盟11号与礼炮号实现了对接，但在30日返回地球时3名宇航员因坐舱突然减压而死亡。经过几次改进，联盟号飞船直到现在还在使用中。
图12.18 1961年5月25日美国总统肯尼迪在国会提出登月计划
1961年5月5日美国宇航员谢帕德（Alan Shepard，1923－1998）乘坐自由7号（Freedom7）飞船进入太空，成为第一个进入太空的美国人。但不像加加林，谢帕德只是进入亚轨道飞行，高度为186千米，着陆点远486千米。真正进入绕地轨道的美国人是约翰·格伦（John Glenn，1921－ ），他乘坐友谊7号（Friendship 7）飞船于1962年2月20日发射升空，在太空停留4小时55分钟。美国的这两次早期载人空间飞行都属于水星（Mercury）计划，该计划于1963年5月15日发射了最后一艘飞船信念7号（Faith 7）后就终止了。
在太空竞赛中，苏联发射了第一颗人造卫星，又把第一位宇航员送上太空。面对苏联的领先，美国不甘落后。美国总统肯尼迪（John F.Kennedy，1917－1963）于1961年5月25日在美国国会提出“在10年内把一个人送上月球，并安全返回”的任务，由此启动了“阿波罗”登月计划。
作为阿波罗计划的前期准备，美国发射了三个系列的探测器到月球，包括月球测距者（1961—1965年）、月球勘测者（1966—1968年）和月球轨道器（1966—1967年），传回了大量的月面勘测资料和清晰的月面照片，据此选出了约10个预计登月点。另外又启动了双子星座号飞船计划（1965—1966年），先后发射了10艘飞船，每艘各载2名宇航员，进行医学－生物学研究和操纵飞船机动飞行、对接和进行舱外活动的训练。
为了完成登月任务，需要设计出专门的登月飞船。阿波罗飞船是当时世界上最大的飞船，可乘坐3名宇航员。飞船分为3部分：①指令舱，是3名宇航员在往返月球飞行中生活和工作的座舱，也是全飞船的控制中心。指令舱为圆锥形，高3.2米，重约6吨，分前舱、宇航员舱和后舱3部分。前舱内放置着陆部件、回收设备和姿态控制发动机等。宇航员舱为密封舱，存有供宇航员生活14天的必需品和救生设备。后舱内装有10台姿态控制发动机，各种仪器和贮箱，还有姿态控制、制导导航系统以及船载计算机和无线电分系统等。②服务舱，装载飞行所需的各种动力系统、推进系统和环境系统，前端与指令舱对接，后端有推进系统主发动机喷管。舱体为圆筒形，高6.7米，直径4米，重约25吨。主发动机用于轨道转移和变轨机动。姿态控制系统由16台火箭发动机组成，它们还用于飞船与第三级火箭分离、登月舱与指挥舱对接和指令舱与服务舱分离等。③登月舱，用于将2名宇航员降落到月球上。由下降级和上升级组成，地面起飞时重14.7吨，宽4.3米，最大高度约7米。下降级由着陆发动机、4条着陆腿和4个仪器舱组成。上升级为登月舱主体。宇航员完成月面活动后驾驶上升级返回环月轨道与指挥舱会合。上升级由宇航员座舱、返回发动机、推进剂贮箱、仪器舱和控制系统组成。宇航员座舱可容纳2名宇航员，无座椅，有导航、控制、通信、生命保障和电源等设备。
图12.19 阿波罗飞船在轨道上的指令－服务舱（上左）和在月面的登月舱（上右）
图12.20 土星5号举着阿波罗11号点火数秒钟之后
图12.21 阿波罗11号宇航员，左起：阿姆斯特朗、柯林斯和奥尔德林
图12.22 奥尔德林留在月面上的脚印，月面实验的一部分，为了测试月面土壤的特性
1967年1月7日，阿波罗1号飞船在进行地面试验时失火，3名宇航员（Virgil Grissom，1926－1967；Edward White，1930－1967；Roger Chaffee，1935－1967）被烧死。经过一系列测试飞行后，先是绕地球飞行（4、5、6号不载人，7号载人）；再试验载人绕月飞行（8、9、10号）；然后才是登月。
图12.23 阿波罗11号宇航员返回地球处于为期21天的隔离检疫中，与太太们隔窗相望
阿波罗11号飞船在1969年7月16日点火升空，19日飞船进入月球轨道，20日登月舱与指令舱分离，世界时20日8点17分登月舱在月球静海软着陆。世界时21日2点39分（美国东部时间20日晚上10点39分）指令长阿姆斯特朗（Neil Armstrong，1930－ ）打开舱门，2点51分开始沿着9级梯子向下，2点56分他的左脚踩到月球表面。随后登月舱驾驶员奥尔德林（Buzz Aldrin，1930－ ）也登陆到月面。指令舱驾驶员柯林斯（Michael Collins，1930－ ）驾驶着指令舱留在轨道上。两名宇航员在月球表面工作了两个半小时，包括展开一面美国国旗，安装了一些科学仪器，采集了21.55公斤月球岩石，然后乘上登月舱离开月面，返回指令舱。经过两天半的飞行，进入地球大气层，溅落在太平洋，成功地完成了人类登月的壮举。
阿波罗11号以后又有5艘阿波罗飞船登上月球，分别是阿波罗12、14、15、16和17号。阿波罗13号在快到达月球时，服务舱氧气罐发生爆炸，三名宇航员在地面控制中心的协助下利用登月舱作为逃生舱，惊险地返回地球。
阿波罗17号之后，美国的登月计划截止，取消了原定的18、19、20号登月计划。该计划共耗资255亿美元，历时约11年。在工程高峰时期，参加工程的有2万家企业、200多所大学和80多个科研机构，总人数超过40万人。
对于阿波罗计划的重要意义，首要的一条是有人离开了地球——不管去哪儿。在以后的五百年里，人类如果不消灭自己，也许会去任何地方。外面有整个宇宙在等待。但是登月是人类第一次离开地球。从历史的观点来看，将来人们回顾这些飞行时，注重的不是他们登上了月球，而是他们第一次离开了地球。探测尽可能达到的地方，这是生命进化的本质。所有的生命形式都尽可能地扩张他们的地域，人类是第一种有能力去任何地方的地球生命形式。
阿波罗计划毫无疑问为技术的进步奠定了基础。美国20世纪70年代在技术上取得了世界领先的地位，这些领先依赖于在60年代的发展。通讯卫星、计算机、新材料等等，所有的这一切都在太空计划的核心技术中首先使用。
阿波罗计划所做的把人类从它进化过来的环境中带走，放到一个与任何一个有生命的环境都不一样的环境中去，这是前所未有的。这必须被认作是生命进化史上的一步。人类将继续这一进化，将继续探险，挑战地球对他们自身的限制。
除了苏联和美国之外，第三个有能力进行载人空间飞行的国家是中国。1992年9月21日，中国政府最后批准了载人空间飞行计划，一般称921计划。第一阶段的计划为921－I计划，其主要目标是要掌握载人空间飞行技术，发展出一种空间—地球运载工具，为将来的永久空间站积累经验。
图12.24 杨利伟走出神舟5号返回舱
北京时间1999年11月20日中国发射了第一艘无人操纵宇宙飞船，这就是神舟1号测试飞船。神舟1号在21小时11分钟内绕地球14圈，然后成功地返回到预定的内蒙古降落地点。2001年1月10日中国发射了神舟2号飞船，这是中国第一艘正样无人航天飞船。神舟2号飞船在轨运行7天后成功返回地面，在轨期间开展了植物、动物、水生生物、微生物及离体细胞和细胞组织的空间环境效应实验。北京时间2002年3月25日神舟3号发射升空，神舟3号由推进舱、返回舱和轨道舱组成，搭载了一个模拟航天员，该装置可以模拟人体代谢、模拟人生理信号、能够定量模拟航天员在太空中的重要生理活动参数。神舟3号在太空绕地球飞行107圈后，于2002年4月1日准确降落在内蒙古中部的着陆场。2002年12月30日神舟4号飞船发射升空，在神舟1号、2号和3号飞行试验成功的基础上，神舟4号经过进一步完善研制而成，其配置、功能及技术状态与载人飞船基本相同。飞船搭载了一个模拟航天员，并进行了一系列科学实验，于2003年1月5日返回预定地点。
图12.25 神舟6号航天员费俊龙（右）和聂海胜（左）准备出发
北京时间2003年10月15日中国发射的神舟5号是第一艘载人飞船，把航天员杨利伟送上太空，绕地14圈，共21小时，然后安全返回。2005年10月12日上午9点神舟6号飞船在酒泉卫星发射中心发射升空，费俊龙和聂海胜两名中国航天员被送入太空。神舟6号在轨时间近5天，于2005年10月17日4点33分返回地面。
神舟6号飞行任务的顺利完成，标志着921－I计划画上了圆满的句号。921计划第二阶段921－II随即启动，计划从2006年到2015年间完成太空行走，并实施飞船交会和对接等测试。神舟7号飞船于2008年9月25日21点10分在中国酒泉卫星发射中心载人航天发射场用长征2号F火箭发射升空。神舟7号上搭载了三名宇航员，分别为翟志刚（指令长）、刘伯明和景海鹏。神舟7号飞船共计飞行2天20小时27分钟，在轨期间翟志刚出舱作业，刘伯明在轨道舱内协助——头部和手部部分出舱，实现了中国航天史上的第一次太空漫步。神舟7号于北京时间2008年9月28日17点37分成功着陆于中国内蒙古四子王旗。
921－II计划跨出了第一步。921－III计划的主要内容为在2020年前建造完成一个约30吨级的永久空间站。
图12.26 神舟7号的3位航天员翟志刚（左）、刘伯明（中）和景海鹏（右）
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