1.日行百万里的天上“宫殿”
迄今为止，各国人造卫星、载人飞船和各类宇宙探测器，由于受到外廓尺寸、起飞重量、工作空间、生活条件，以及能源供应等条件的制约，多数只能执行短期的（几天至几个月，最多几年）、单一的（诸如通信、导航、气象、侦察和星空探测等）航天任务。使得发射费用庞大、运载火箭坠毁、航天器本身被迫放弃，并造成太空垃圾骤然增多等多种损失，特别是经济损失巨大，使航天事业发展受到一定制约。航天飞机的发展，虽然已部分解决了重复使用和在轨道上执行发射任务的问题，但仍没有一个可靠的长期停靠的轨道空间站可供使用。这就需要发展一种能长期滞留在轨道上、体积空间较大、可完成多重综合任务的巨型航天器。这正是航天站产生的内在原因。
航天站比一般航天器规模宏大、容积宽阔、配置设备多、能源供应足、机动动力大，不仅可装载更多的仪器设备和更多的航天乘员，执行多种综合任务，更重要的是它的长寿命，这是一个突出的特点。航天站能在轨道上运行5年、8年（“礼炮-6”号工作了5年，“礼炮-7”号工作了8年），甚至更长的10年、20年、30年。只要能及时供应、维修、局部更新，就可以长期运行下去。而供宇航员工作、生活的必需条件尤如在地面工作一样，可较长期驻站，也可定期不定期轮换。
而且，航天站还具有七大用途，主要包括：一是进行科学实验，利用站上各种实验室和舱外平台等设施，可进行各种科学实验活动，包括生命科学、生物工程、天文观察、对地探测和空间环境考察等多种空间学科的研究实验；二是开发空间资源，利用航天站“得天独厚”的有利位置，可获得诸如超高空、超洁净、超真空、超无菌、超微重力以及超阳光辐射等地面所不可能具有的自然条件，进行多种生产、科研活动；三是发展空间产业，利用站上所获得的空间资源，进行特种材料加工和医药生产以及种种新产品生产；四是进行高新技术试验，利用站上的特殊环境条件，进行通信、太阳能、空间推进、对地遥感等多种技术领域的实验工作；五是在轨服务，可在站上对本体维修，还可对其他航天器进行维修、设备的更新换代、建造大型空间设备等服务活动；六是太空驿站，可作为飞往月球、火星等各大行星的过渡站、加油站、换乘站、供应站等；七是军事作战，这是所有航天器的共同用途，但航天站有着独特的有利条件，成为外层空间的第四战场指挥中心，可从事各种军事活动，包括侦察、照相、太空兵器发射和试验、指挥控制、协调联络等，无疑可成为“天军”作战司令部。
2.巡视宇宙的多舱风险专列
一般航天站的基本构架，由大型运载火箭发射入轨，本体可以载人入轨，也可先不载人，随后上天；或短期载人，长期自行工作。根据需要，随后发射货运飞船或航天飞机把有效载荷运送入轨与之对接，采取积木式建造逐步扩展。
航天站通常由本体即中心构架、对接舱、气闸舱、轨道舱、生活舱、服务舱、专用设备舱和太阳能电池阵列板等组成。
——对接舱。用于停靠飞船、航天飞机和各种航天器，一般有两个以上。开始的“礼炮”1-5号只有一个对接舱口，到“礼炮”6-7号增为两个，而“和平-1”号已达6个，未来的航天站将有12个～20个。
——气闸舱。用于密压舱段与真空空间之间的隔离段，为宇航员进出站内外提供必经的过渡通道，设有两道舱门，分别与密压舱和外壳舱相连，一般宇航员要在气闸舱内吸纯氧至少3.5小时才能出站活动，这叫“吸氧排氮”的“人体处理”。
——轨道舱。用于宇航员的工作场所，包括实验室、加工室、航天站控制室和修理间。舱内形成了和地球常规环境、压力、温度、湿度等地面自然条件相同的人造环境条件。
——生活舱。用于宇航员食、住和休息娱乐，一般设有卧室、餐厅、卫生间等，宇航员还能洗澡、沿“微型跑道”跑步、骑“自行车记功器”锻炼身体，以及散步、看电视，与地面通过可视电话进行聊天、联络等。其舱内自然环境条件也和轨道舱一样。
——服务舱。用于装备推进系统，即作为机动转移、调姿、加速、减速、侧滑等动力设置，气源和电源等能源保障设施，供全站使用。
——专用设备舱。根据特定任务而设置的可安装专用仪器设备的舱段，如空间探测器、天文望远镜、各种测试仪、电视摄像机以及遥控侦察照相机等。
——太阳能阵列板。是站载各种设施的用电电源。
如今这个由多种舱组成的太空专列，虽然工作条件和生活环境已有了很大改善，但仍是风险度很大的一个特殊空间。在航天站外通常都停靠着一艘载人飞船，随时准备救援。这种救援船，有人就叫它“轨道救生艇”。
此外，当今的航天站还有许多重大技术问题有待解决。
目前已上天的航天站实质上不是永久性的，所谓“永久性航天站”是指在长寿命基础上增加轨道上的替换、补给和维修能力，使航天站的寿命延长到不再需要时为止。所以，未来的航天站的发展仍需要走很长的一段路。
3.昙花一现的第一代航天站
“礼炮”号航天站从1971年4月19日发射命名为“礼炮-1”号第一座到1976年6月22日命名为“礼炮-5”号升空，划为第一代航天站。这5座航天站寿命一座比一座长，驻站宇航员工作天数越来越多，进行的科研项目和内容也逐渐增多，在这期间多次与载人飞船对接，还试验了由不载人的“联盟-20”号船给“礼炮-4”号运送燃料，从而使它在太空运行的时间延长到15个月，这对向“长寿命航天站”方向发展，具有重要意义。
第一代航天站纯属试验性飞行，但也取得许多重要成果，特别是证明了人能够在太空失重条件下长期生活，还进行了航天站与宇宙飞船的对接试验和演练，为以后的组成多元复合体积累了经验，同时在站上还开展了冶金和晶体生长等实验工作。第一代航天站存在的主要问题是只有一个对接舱口，只能与一艘飞船对接，而这艘飞船又担负“轨道救生艇”的值班任务，使后勤补给问题难以解决。加之乘员工作、生活舱容积很小，所带生活用品和实验用品有限，因而使宇航员驻站时间和实验工作都受到了很大限制。
4.升级换代的第二代航天站
第二代航天站“礼炮-6”号和“礼炮-7”号都增加一个对接舱口，这样，就可以同时与两艘飞船组成轨道复合体，一个舱口接待“联盟”号载人飞船，另一个舱口可供“进步”号货运飞船定期往返航天站对接之用，为宇航员及时运送工作生活必需品。这样，就不仅可以扩展宇航员的活动范围，还使航天站停留时间明显增长，使航天站向长寿命方向又迈进了一步。
在第二代“礼炮”号航天站上，安装了许多新型设备，其中最令人感兴趣的是供宇航员锻炼身体的“航天体育场”。在场内设置了许多奇特的体育活动器具，例如：
——“自行车记功器”。它并没有车轮，也不会前进，而是在地板滚轮上有一块轻质铝板和塑料相结合的板，人踏在板子上，身体被4根弹性安全带固定起来，手扶“车把”，两脚踩动踏板，同时通过传感器把脚踏的“功”记录下来并显示出来，规定宇航员每天要“骑行”不少于4～4.5万米。
——“微型跑道”。是一种皮带式滚道，宇航员一跑上去，就被50公斤的皮带拉力向后拉，迫使宇航员不断地“向前跑”，其实是原地不动。每天要跑不少于3～4公里。
——“负压力裤”。这是一种专用的特殊航天服，穿上这种航天服打开专用泵，把“裤子”里的空气抽出来，使血液从头部向下肢流动，给人体增加负荷，克服失重影响，使血液得以重新分配。
在第二代航天站上，同样取得不少科研成果。
30艘“联盟”号“联盟—T”号载人飞船与“进步”号货运飞船，使驻站16批33名宇航员累计载人飞行676天/人，完成了120多项科学实验计划，拍摄了一万多张照片。宇航员还在站上进行了相当复杂的安装修理工作。
5.飞到天上软着陆
1982年4月19日，“礼炮-7”号航天站发射上天。它先后共接待11批28名宇航员，驻站机组人员中有第一个包括女宇航员萨维茨卡娅的混合乘员组，还创造了三名宇航员1984年太空连续飞行237天的最高记录。新型航天站的基本构造与“礼炮-6”号大同小异，还为宇航员准备了新型航天服和专用修理工具，使宇航员可在站上任何部位进行维修，更换部件。例如，两名宇航员修复了出了故障的站载机动发动机，使它能继续正常运行，延长了它的寿命；更有意义的是两名宇航员操纵的载人飞船成功地与已不能工作的“礼炮-7”号对接，然后进入航天站内排除了故障，使它又重新开始工作。当时这件事引起世界航天界的极大震动，认为就其操作复杂程度和风险程度来说，都是航天史上没有先例的壮举。
1982年4月“礼炮-7”号发射上天后，到1983年3月又发射了新型无人货运飞船“宇宙-1443”号。上天后不久，这个大型航天器自动对接成功，这在当时已算“常规动作”了。随后不久，同年6月27日，载人宇宙飞船“联盟-T-9”号也发射入轨，这次要进行一次史无前例的“三位一体”太空对接。经过绕地飞行一天的对接准备工作，在最后一圈时要完成与“礼炮-7——宇宙-1443”的对接。
对接最重要的动作是首先保证使之运行轨道完全一致，然后就是要求极高的准确性。“联盟-T-9”号宇航员使之追赶到与航天站还有110米的距离时，就完全靠自动驾驶仪以每秒90厘米的速度自动接近。到完全靠在一起时，地面指挥中心发出指令：“对接！”两个航天器开始缓缓地“软接触”。首先是定向杆轻轻地插入对接框的槽内，减震器开始工作，确保两个庞然大物避免互相猛力碰撞，样子就好像地面火车站上机车与车厢对接挂钩的“詹天佑”连接钩工作似的，使在车厢里的旅客毫无感觉，才是司机的高超驾驶术的反映。当然，这次对接是全自动的，完全达到了完美的程度，经过20秒钟后电网接头等也对接连好。“对接成功！”仅用了15分钟就在太空完成了如此复杂高超的工作，不能不令人叹为观止。当时，就引起了世人的极大振奋，传为佳话，这为以后的多元复合体的组成提供了重要经验。
6.蔚为壮观的“和平列车”
在“礼炮7”号航天站结束载人飞行之前，1986年2月20日，前苏联又发射新一代航天站“和平”号进入太空运行，它是当今世界上最大的、最完善的轨道联合体，第一座举世无双的“太空列车”，也是航天技术高度综合利用的最高的集中表现，前苏联的航天技术在空间轨道站领域显然居于世界领先地位。
目前在轨运行的这座“太空列车”的主要情况，简介如下：
——“和平”号航天站。这是组合式航天站的核心舱，它总重21吨，长13.13米，最大直径4.2米，站内最多可容纳12名宇航员。由工作舱、过渡舱和非密封舱三部分组成。
——“联盟-TM”号载人飞船。它们是往返运送宇航员的工具，是系列飞船，被称为“太空客车”。飞船全长7.5米，最大直径为2.2米，重约7吨，由返回舱、轨道舱和服务舱组成，可搭载2～3人。
——“进步”号货运飞船。这是专为航天站运送物资的一次性使用的无人货船，人称其为“太空卡车”，是用“联盟”号飞船改装成的。重约7吨，由对接装置、货舱、燃料加注舱和仪器机组舱组成，其有效载荷为2.3吨，其中1.3吨货物装在货舱内，1吨燃料装在加注舱内。可自主飞行4天，与航天站对接飞行可达两个月。
——“量子”号天文物理实验专业舱。这是当时前苏联和西欧几个国家联合研制的天文观测设施，主要用于对大气层外的天文领域进行广泛考察和其他一系列科学实验工作。它由服务推进舱和天文观测舱两部分组成，总重20.6吨、长13.1米。推进舱用于“量子”号的机动，向“和平”号靠拢、对接后再脱离，这时的天文观测舱只有11吨重，5.8米长，最长直径4.15米。
——“量子-2”号实验专业舱。它使“和平”号有了更先进的观测和实验基地。它由仪器一载荷舱、仪器—科学舱和闸门舱组成，总长12米多，舱内容积65立方米。舱中心还留有自由通行区。该专业舱有两台主发动机，可供校准轨道用，每台推力为400公斤；还有两组各为40公斤的小型发动机，用以控制对接定向和控制转移对接位置用。
——“晶体”号实验专业舱。它主要用来在太空失重条件下进行生产电子工业所需要的优质半导体材料，进行生物和生物工艺实验等。
7.群雄争霸，逐鹿太空
（1）余物拼凑的“三人实验室”
60年代开始，美国集中力量从发展载人飞船到积极进行载人登月活动，并于60年代末，发射“阿波罗-11”号终于登月成功。随后把登月计划中剩余的物资，拼凑了一个名叫“天空实验室”（Sky Laboratory）的航天站，于1973年5月14日用“土星-5”型火箭发射上了天，进入近地轨道运行。
“天空实验室”号总长36.12米、直径5.68米、重约90吨、工作空间为361.4立方米，由“土星”工场和“阿波罗”指令服务舱两大部分组成。“土星”工场包括轨道工场、气闸舱、仪器舱、多用途对接舱和太阳望远镜。
（2）欧洲培育的“腹中胎儿”
欧洲人一直没有掌握返回卫星的技术，也没有载人飞船。但是，欧洲人很早就看到了航天站的广泛用途和发展前景，在80年代初就研制出了一种小型的航天站，命名为“空间实验室”。但是这种实验室的确也仅仅是个实验室，是个圆柱形舱段，它自己本身没有动力系统，也不能独立自主地在太空活动，只能在航天飞机的货舱里静卧着，其电源、气源和通信系统都要依靠“母体”来供应，真是不折不扣的一个“腹中胎儿”。
这座实验室由密封舱、平台两部分组成。密封舱有生命保障系统和工作间、调试仪器设备；平台是非密封舱，其中安装着各种试验仪器设备，它的实验项目、设备包括：太阳光谱、合成孔径雷达、X射线天文学、太阳常数、带电粒子射线、生物静力、雷曼α射线和生物、微波等。
1983年11月28日至12月8日，由美国“哥伦比亚”号航天飞机第一次装载进入太空，共进行了73个基本项目的数百次实验。以后又由“挑战者”号航天飞机三次带入太空，进行了特种材料加工、晶体生长、流体力学、生命科学、大气物理和天文方面的许多实验。
（3）偎依襁褓的“哥伦布舱”
欧洲人并不满足于已试制出来的“空间实验室”，决心要拥有自己的真正航天站。1985年1月，欧洲空间局在意大利首都罗马举行成员国部长级会议，讨论并决定了2000年前欧洲要研制出三种航天系统，即“竞技神”号小型航天飞机、“阿丽亚娜-5”型运载火箭和“哥伦布”（Columbus）航天站。这个航天站的总体设计方案是：
——增压舱。这是航天站的主体部分，有4个房间，至少能供8个宇航员居住，总长12米、高13米、直径4米多、自重18.2吨。这是宇航员的实验室、工作间和休息室，它是由“空间实验室”发展而来的，尽量使用原有的硬件和技术经验。
——微型同轨站。长11米，将在主舱旁边飞行，内装自动生产产品的设备。
——极轨平台。这是运行在极地轨道上的不载人实验平台，主要用于执行对地观测任务。
——尤里卡平台。（即“自由飞行器，MTFF）作为太空科研实验平台，可在飞行状态下连续工作6～9个月，然后由航天飞机回收运回地面，也可挂载在“自由”号航天站上。
——服务舱。这是为航天站提供动力、温控、通信和其他服务系统，可为增压住室舱服务，也可为极地平台服务。
“哥伦布”航天器计划全部建成已于1998年发射。
（4）寄人篱下的“日本人舱”
日本在经济急剧增长，科技飞速发展的大趋势下，决定进一步发展航天技术。日本和美国达成协议：在美国“自由”号永久性航天站上挂载日本的一个专业舱。日本提出的这个空间试验舱（JEM）计划由一个压力舱、一个后勤舱和一个空间暴露平台三部分组成，总重17吨，总长18米。这个实验舱叫日本航天站，实际上只是美国航天站的一个专业舱段，根本构不成一个独立的航天站，不过，对雄心勃勃的日本来说，这也仅是它的长远航天计划中的一部分。它的构成为：
——压力舱。用于安装实验设备、各分系统和储存物资。舱长10米、直径4.2米，装有17个双层支架，作为设备安装架。
——暴露平台。是将需要直接暴露给空间环境的用于天文学和其他空间科学实验设备和敏感器，还包括一些先进的通信试验设备安置的平台。舱长4米，直径4米。
——后勤舱。这是用于向空间试验舱运输试验设备和补给品，以及把试验产品送回地面的舱段，长4米，直径4.2米，呈圆柱形。舱内还装有一只为日本设备服务的机械手。
8.幻梦中的“天床”：“自由号”
在美国的国家航天总体规划中，航天站占有重要一席之地。1984年1月24日，美国总统里根批准NASA提出的发展永久性航天站的建设，准备用10年时间建造构件，最后用多架次航天飞机运载，由宇航员在轨道上进行组装建成。这座航天站将采用先进的桁架挂舱式结构，它较前苏联那类无须宇航员在舱外组装的航天站技术复杂、难度大。但它具有很大的灵活性，可根据不同任务的需要，组装成各种不同的形式，且能减少轨道运行中的气动阻力，提高太阳能利用效率，最后要为飞往月球、火星等行星际航行提供“过渡摆渡”的休息“天床”。
在这项计划中，美国将与欧洲、日本和加拿大合资建造，所以，又称其为“国际永久性航天站”，并命名为“自由”号，建成后将为美国和世界各国服务。
目前，这项计划正处于关键时刻：由于美国对此计划项目投资问题存在着不同的看法，国会几次辩论几度风云，时而肯定，时而否定。因为，当初提出计划时预计只需80亿美元，但随着计划的深入发展，“水涨船高”，筹码逐步升级：120亿美元、370亿美元、700～800亿美元；到1992年初最新估计又达到1120亿美元！到底需要多少？到底效益比多高为最佳可行方案，还在论证之中。不过，美国有关部门和企业仍在继续进行构架研制，答应协作的欧、日、加等国也仍在继续执行计划规定的项目。看来国际永久性航天站的发展是大势所趋，必将继续进行下去。
（1）合资经营的“国际产物”
这座航天站的用途主要是作为永久性的轨道研究设施和工作设施，从事各项太空研究和太空生产，当然，还有更重要的军事用途。它将成为一个轨道实验、组装和修理中心，同时又是空间加工厂、观测台和太空驿站。它是由以美国为首，西欧、日本、加拿大等国参加合资营造的，将首先为这些国家服务。
（2）别具一格的“双骨架”
这座航天站的基本结构长约110米，总重227吨，可供8名宇航员长期居住。所谓“双骨架”就是有两根竖向骨架用一根横向骨架相穿通而连接起来的结构。
初步设计，竖向骨架各长91.5米，两者的间距38.4米；横向骨架长154米，宽5米，置于竖架中间略偏上一点儿连接起来。竖架两端头，再用长短不一的两根骨架连起来，形成两个箱状结构，就好像中国汉字“开”字。这种结构形式的主要优点就是可以为科学实验和工业生产以及军事应用提供更多的结构和使用空间。
（3）一再拖延变成“跨世纪工程”
这项耗资巨大、技术复杂的系统工程，原计划要在90年代实现，现在看来可能成为跨世纪的项目了。1990年10月22日，美国《航空周刊与航天技术》杂志报道：美国副总统奎尔说，美国准备对这项耗资370亿美元的国际航天工程作出重大修改。第一次发射可能要推迟到2000年，因为要用新研制的不载人重型助推器发射航天站部件，而不是完全依赖航天飞机。
按照经过10多次重大评审确定的设计方案，到2000年前的日程安排是：1990年12月航天站初步设计评审；1992年5月关键设计评审：1995年3月航天站第一个大型构件发射，开始组装；1996年6月美国实验室发射；1997年2月美国的居住舱发射；1997年7月宇航员进驻航天站工作；1998年2月日本实验舱发射；1998年6月欧空局实验舱发射；1998年8月航天站组成完毕，正式投入使用。