现在已经知道火星大气层的密度是地球大气层密度的1%。虽然航天器可以利用火星大气减速，但减速相当慢。要在火星上着陆，还需要配备巨大的降落伞。苏联向火星发射的“火星”3号探测器，它的轨道舱和着陆舱在分离时，轨道舱绕火星轨道运行，而着陆舱则点燃离轨发动机下降，进入稀薄的火星大气层，然后利用制动火箭展开减速伞，拉出大面积主伞，稳定下降至一定高度，点燃缓冲火箭使主伞脱开，着陆舱进一步减速，触及火星表面，实现软着陆。
美国发射的“海盗”号探测器在火星上着陆大致也是这样。着陆舱在244千米高空进入火星大气，此时下降速度为250米/秒，在5.7千米高空时打开直径为16.2米的大降落伞。当着陆舱降到离火星表面1.4千米高度时，点燃缓冲火箭，使下降速度由64.7米/秒减至2.67米/秒，最后关掉缓冲火箭发动机，实现软着陆。
苏联的“火星”3号探测器在1971年12月2日实现在火星表面软着陆。美国的“海盗”1号和2号分别于1976年7月20日和9月3日实现在火星表面软着陆。
航天器在空间的对接
要使2个或2个以上航天器在轨道上预定位置和时间相会，并在结构上连接起来，这个过程就叫对接过程。
航天器在空间飞行的速度是很快的，要使它们交会并对接，当然不是件容易的事。好在这一切都可通过航天器轨道控制和航天器姿态控制加以实现，其过程主要通过航天器控制系统完成。
1965年12月15日，实现了“双子星座”7号和“双子星座”6号在空间交会，当时它们在同一轨道上运行，又是同一速度，两个航天器仅相隔10厘米，这是世界上第一次实现航天器空间交会。1968年10月26日，苏联“联盟”2号和“联盟”3号又成功地实现了空间轨道自动交会。这为实现对接积累了经验。
对接是通过专门装置使航天器与对接目标互相接触，并由对接机构把两者连接成为一个整体。对接通常都是在宇航员的指挥和操纵下进行的。例如，“双子星座号飞船和“阿金纳”号火箭的对接过程，就是这样完成的：当两者相距仅300米左右，相对速度为1.5～3米/秒时，宇航员通过手控调整飞船完成对接，随后“阿金纳”号火箭的对接环与飞船的小头紧密配合，连成一个整体。
航天器返回地面
从地面发射航天器，在完成科学考察任务之后，为什么能返回地面？
航天器返回地面就是使航天器脱离原来的运行轨道，进入地球大气层并在地面安全着落。
早在20世纪40年代末，美国和苏联就竞相利用V-2导弹改装成地球物理控测火箭，将科学探测仪器和试验生物等发射到100千米以上的高空，然后回收到地面。人造卫星发射之后，科学家便着手研究卫星返回技术问题。1960年和1961年初，美国的“发现者号”卫星和苏联的卫星式飞船先后成功地返回地面。这表明从环地轨道返回的技术基本成熟。“阿波罗”号飞船首次载3名宇航员飞向月球，在绕月球飞行后安全返回地面。
中国是世界上第三个掌握卫星返回技术的国家。1975年11月26日，我国第一颗返回型遥感卫星发射成功，在轨道上运行3天后，按预定计划顺利地返回地面。此后的1976年、1978年、1982年、1983年和1984年，我国又多次成功地发射了返回型遥感卫星。
卫星返回地面的原理是改变其运动速度，使卫星脱离原来的运行轨道，转入另一条轨道。若速度的变化使航天器转入一条飞向地球并能进入大气层的轨道，便可实现返回。
返回技术，是一项综合性技术。为使航天器安全返回和准时定点着陆，返回控制、制导、防热、回收和着陆等是返回的关键技术。
载人航天器中的生命保障系统人类进行航天活动，最终都得乘坐载人航天器进入太空。在航天器内为了使宇航员一切正常，必须有生命保障系统。维持载人航天器密闭舱内的大气环境，保障宇航员的生命安全，进行正常的生活和工作，这就是生命保障系统的目的。
生命保障系统一般分为固定式和便携式2种。装在座舱内并有调温、调湿、调压、供氧、供食、大气净化等设施的为固定式，供宇航员在舱内生活和工作使用。
当然，宇航员不能一直呆在舱内，为了研究和工作，有时要到舱外去，这时则需使用便携式的生命保障系统。
需要说明的是，载人航天器生命保障系统是在飞机环境控制系统的基础上发展起来的，它更先进，更完善。它除包括压力、温度、湿度、供氧和空气分配等控制系统外，还设有宇航员系统，即宇航员的饮食、休息、睡眠、排泄等日常生活保障系统。由于飞机舱内和航天器的舱外环境不同，所以环境控制系统也不相同。
自从1961年宇航员尤·爱·加加林进入太空以后，宇航员在太空里呆的时间越来越长，航天任务也越来越多。这样，生命保障系统也日趋复杂和可靠。
航天器要防范太空垃圾的袭击在人类经常出没的航天轨道上，已布满了大大小小的太空垃圾，它们全都是速度超过子弹10多倍的不速之客，对航天器，尤其是永久性航天站构成极大的潜在威胁。防范太空垃圾的袭击成了保障航天安全的当务之急。目前，已设想了三大对策。
首先是“避”。这当然要建立在对轨道垃圾探测、跟踪、预报的基础上。地面雷达可当此重任。还可以进一步在空间设置专门的“轨道垃圾探测器”，通过可见光及红外线扫描仪等进行探测，对可能产生灾难性的垃圾碰撞及时报警。假如时间充裕的话，航天器就可以临时改变航向；要是时间紧迫，那么就让宇航员进入有专门防护装置的房间里暂避。当然还可让一辆“清道夫”式的“垃圾识别拦截器”在前面保驾护航。
第二是“抗”。也就是来个针锋相对，把航天站修得固若金汤，任凭太空垃圾的袭击。采用这种办法的一个原因，是因为它的“双层铝制防护层”设施堪称物美价廉，足以吸收体积2立方厘米以下的垃圾。这类垃圾已占1～10厘米的35000块垃圾中的78％。如果想要获得更好的效果，就要采用多层铝制的蜂窝夹层结构，附以高强度纤维或新型陶瓷材料制成的内层，但其结构复杂，造价昂贵。
第三是控制太空垃圾的产生。主要的办法是将末级运载火箭“受控再入大气”，让其焚毁。
“尤里希斯”号探测器由于太阳与地球的自转轴只有十几度的夹角，因此它们俩几乎是“面对面”地站立着，这就使地球上的观测者无法看清太阳的“头顶和脚跟”——它的两极。为了弥补这一缺憾，欧美宇航机构联手于20世纪90年代初，通过“发现者号”航天飞机发射了一颗专门的探测器——“尤里希斯”号。
“尤里希斯”号的首要考察任务是详细研究太阳风。太阳风是由太阳发出的以质子、电子为主的高速粒子流，其最大速度高达700千米／秒。现已查明，太阳风的风源在冕洞，而大部分冕洞又分布在太阳极地。有趣的是，太阳黑子极盛时，太阳风减弱，冕洞甚至消失。太阳黑于极小时，又作相反的变化。当“尤里希斯”号飞越太阳极地时，正值太阳黑子的极小期，因而可能遇到最大的冕洞和最强劲的太阳风。
此外，“尤里希斯”号还可精确测定太阳两极的磁场强度和方向，这对了解太阳高能粒子的分布、太阳和银河系的起源都有帮助。宇宙射线可能是从太阳两极方向进入太阳系的，“尤里希斯”号的考察有助于查明它的来龙去脉。而捕捉引力波也是这艘太阳极地飞船的又一使命。
第一宇宙速度和第二宇宙速度不论用多大的推力将炮弹射出去，最后还是要落到地面。高射炮不能把炮弹打到月球上去，这是因为炮弹的飞行速度克服不了地球引力的缘故。
人造卫星为什么能环绕地球运行，并在轨道上面不落到地面？这是因为人造卫星的飞行速度达到了第一宇宙速度，它能克服地球的引力。这个速度就是环绕速度。要人造卫星或火箭飞离地球，还必须获得逃逸速度。逃逸速度就是第二宇宙速度，即可以进入宇宙空间的速度。环绕不同的天体运行，需有不同的环绕速度。这与天体的质量以及航天器与天体质心的距离有关。
环绕地球运行的速度，必须达到7.9千米／秒。而离开地球的逃逸速度需要达到11.2千米／秒。因为火星的质量比地球小，所以环绕火星运行的速度只需3.5千米／秒，逃逸火星的速度为5.1千米／秒。月球比地球质量更小，环绕月球轨道运行的速度是1.68千米／秒，逃逸月球的速度为2.37千米／秒。在太阳系内，太阳的质量最大，环绕太阳运行的速度为436.8千米／秒，而逃逸太阳的速度是617.7千米／秒。
能通天的通天塔
古巴比伦有一则美丽的神话：沿着高耸于地面的宝塔攀登，人们即可升登天界。这就是最早的通天塔。以科学昌明的现代人的眼光，通天塔的设想并不是无稽之谈。因为，从理论上讲，只要在赤道上将塔造到35800千米的高度，那么从塔顶上释放的任何物体都会成为“停在空中不动”的地球同步卫星。谁到了那儿，都会尝到完全失重、真正飘飘欲仙的滋味。
通天塔为什么能通天呢？那先要回答：为什么我们跺脚一跳不能登天？谁都知道，这是地球的引力将你又拉回了地面。为了助你一“跳”，当用火箭将你加速到8千米／秒左右的速度时，你就能在通常的环绕轨道上绕地球运转，高度大致为几十万至几百万米。但是，火箭的发射是“一步登天”的。而今，当你沿着通天塔一步步攀登（当然也可乘坐特殊的电梯）时，一方面，你离地面的距离越来越大，地球的引力越来越小；另一方面，你随塔绕地心旋转的速度则越来越大。而当你达到同步高度时，地球的微小引力刚好用来维持你在那个高度绕地球作同步运转，你就处于“完全失重”状态，那时，不论你是“站”在塔顶上还是从塔顶上“跳下”，你都是一颗“地球同步卫星”。
建造通天塔，目前在技术上尚无法实现，但它的理论却是十分可靠的。
火箭是实现航天飞行的运载工具火箭自身携带全部推进剂，不仅可以在大气层内飞行，也可以在大气层外飞行。因此，它是实现航天飞行的运载工具。
火箭的用途很广泛，不仅民用，也可军用，如节日焰火用的小火箭和把人类送上月球的巨型运载火箭。在军事上，火箭可用于攻击敌方军事目标和侦察敌方军事设施。
作为运载工具，火箭可以把人造地球卫星、载人飞船、空间探测器以及其他航天器送上预定轨道。现代最大的运载火箭是美国的“土星”号运载火箭，总长约110米，飞行推力在3400吨。
火箭的种类不少，根据能源不同可分为化学火箭、核火箭和电火箭。化学火箭又分为固体火箭、液体火箭和混合推进剂火箭。不论哪一种火箭，它们的原理基本相似。火箭发动机在工作时喷出高速气体，产生反作用力推动火箭前进。在飞行过程中，随着推进剂的消耗，火箭的质量不断减小，而速度不断增大。随着火箭技术的进步，它的运载能力越来越大，由最初的几千克、几十千克提高到120多吨。
没有火箭作运载工具，就无法实现航天，更谈不上登月了。
探空火箭
发射探空火箭的目的是在近地空间进行探测和科学试验。探空火箭能探测大气各层结构、成分和参数，研究电离层、地磁场、宇宙线、太阳紫外线和X射线、陨尘等多种日地物理现象。
探空火箭所获得的资料可以用于天气预报、地球和天文物理研究，为弹道导弹、运载火箭、人造卫星、载人飞船等飞行器的研制提供必要的环境参数。其次，探空火箭还可以用于某些特殊研究，如利用探空火箭进行生物机体在失重状态下的生理变化和适应性研究，或者用探空火箭进行新技术和仪器设备的验证性试验。