卫星在轨道上运行，太阳光的热辐射、地球反射太阳光的热、仪器设备工作时产生的热可能使卫星的温度达到100℃以上，而当卫星进入地球阴影区时，温度又会低达—100℃，因此需要温度控制设备，把温度控制在适当的范围内，以保证各种仪器设备的正常工作。这就是卫星的温度控制系统。
卫星在轨道上运行，必须保证一定的姿态，如地球资源卫星的遥感器，必须始终对着地面，对地静止通信卫星的天线，必须始终对准地球的一个区域，探测太阳的望远镜，必须始终对准太阳等等。但是，在空气阻力、地球重力变化和卫星内部的运动机构产生的力的作用下，姿态会发生变化。因此需要控制姿态的设备，以便使卫星保持一定的姿态。这就是卫星的姿态控制系统。
卫星上的各种仪器设备，需要电源才能工作，而且，有的需要直流电，有的需要交流电，有的需要脉冲电流。因此，除了各种产生电流的电池外，还需要有各种电源交换器。这些就是卫星的电源系统。
卫星需要保持与地面上的联系，因此，还需要有遥测、遥控和跟踪系统。
对返回式卫星来说，还需要有制动、分离、防热和安全着陆设备，这就是回收系统。
为了使卫星有一定的容积，装载以上各个系统和完成任务的各种仪器设备，并把它们有机地连成一个整体，具有一定的外形，保证一定的强度和刚度，保护各种仪器设备和系统不受太空环境的损坏，卫星还需要有结构系统，这主要包括隔柜、桁条、横梁和蒙皮等。
模拟太空旅行
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。
“哥伦比亚号”航天飞机在美国，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。