20世纪50年代后。科学技术发展非常迅速，为大地测量开辟了多种途径，高精度的微波测距，激光测距，特别是人造卫星上天，再加上电子计算机的运用和国际间的合作，使人们可以精确地测量地球的大小和形状了。通过实测和分析，终于得到确切的数据：地球的平均赤道半径为6378.14千米，极半径为6356.76千米，赤道周长和子午线方向的周长分别为40075千米和39941千米。测量还发现，北极地区约高出18.9米，南极地区则低下去24～30米。所以有人说，地球像一个倒放着的大鸭梨。其实地球确切地说，是个三轴椭球体。
在地球引力作用下，大量气体聚集在地球周围，形成数千千米的大气层。探空火箭在3000千米高空仍发现有稀薄大气，有人认为，大气层的上界可能延伸到离地面6400千米左右。据科学家估算，大气质量约6000万亿吨，差不多占地球总质量的百万分之一，其中包括：氮78%、氧21%、氩0.93%、二氧化碳0.03%、氖0.0018%，此外还有水汽和尘埃等。
地球轨道
地球轨道是地球绕太阳公转的路线，形状为一非常接近圆形的椭圆。太阳位于椭圆的两个焦点之一。公转轨道最靠近太阳的一点称近日点，距太阳约14710万千米，地球于每年7月经过该点。远日点约15210万千米。日地平均距离为14960万千米，即1个天文单位。轨道全长约为94000万千米。
第一颗人造卫星——“人造地球卫星-1”号
1957年10月4日，在前苏联哈萨克共和国威海附近的拜科努尔宇宙飞行器发射场上，矗立着一枚高大的两级液体燃料运载火箭。
这颗世上首先进入太空的卫星是沿椭圆轨道绕地球运行的。其轨道近地点为228．5千米，远地点为946．1千米；轨道倾角(轨道平面与地球赤道面的夹角)为65度；运行周期(绕地球一圈的时间)为96．17分钟。“人造地球卫星-1”呈圆球形，其直径为58厘米，星体结构材料是铝合金的。卫星周围均布四根弹簧鞭状天线伸向后方，其中一对天线长240厘米，另一对长290厘米，其无线电频率为20．005兆赫和40．002兆赫。卫星内装有两台功率为1000毫瓦的无线电发射机、化学电池、测量星内温度与压力的感应元件、磁强计和辐射计数器等，整个卫星仅有83．6千克重。
第一枚液体燃料火箭
1926年3月16日，在大雪覆盖的美国马萨诸塞州奥本郊外的沃德农场，戈达德检查了发射架，把一枚长3．04米，重5．5千克的小型液体燃料火箭安装到发射架上。他和助手特别仔细地检查了火箭顶端长0．6米的火箭发动机，又依次检查了发射架下部的两个液氧和煤油贮存箱，还有燃料阀门和输送管道。当准备工作全部就绪后，下午2点30分，正式点火发射。这是戈达德研制的液体燃料火箭，它耗费了这位注定要载入史册的科学家20多年的心血。一声巨响，火箭发动机尾部喷射出熊熊火焰，火箭离开发射架向空中飞去。火箭飞行了2．5秒，上升高度为12米，坠落后离发射架56．12米。世界上第一枚液体燃料火箭就这样发射成功。
1930年7月15日，戈达德在第一个飞越大西洋的飞行员林白的帮助下，从着名慈善家古根海姆那里筹得资金，把试验基地迁到新墨西哥州罗斯韦尔东北的梅斯卡勒罗农场。同年12月30日，又一枚戈达德火箭试验成功，发射高度610米，飞行距离300米，速度达到每小时800千米。
“德尔塔”号运载火箭
“德尔塔”号运载火箭是1959年开始研制的美国中等运载能力的运载火箭。1960年5月开始发射的第一批12枚火箭是三级火箭。第一级由“雷神”中程导弹修改而成，第二、三级沿用“先锋”号运载火箭的第二、三级。火箭全长28米，重52吨，第一级直径2．44米，运载能力为220千克（480千米高的圆轨道）。此后，又增加固体火箭助推器和助推器的数量，加大发动机推力，加长第一级推进剂贮箱，扩大第二、三级直径等，使火箭的运载能力不断提高。火箭经过13次改型，如标准型、2914型、3914型等，到1982年演变为“德尔塔”3920／PAM-D型。这个型别的火箭由4级组成。助推级（又称零级）是捆绑在箭体下部四周的9台固体火箭助推器，每台推力378．6千牛（38．6吨力），第一级用液氧和RJ-1煤油推进剂，发动机推力提高到912千牛(93吨力)。第二级用四氧化二氮和混肼推进剂，推力43．6千牛（约4．45吨力）。第三级采用固体火箭发动机，靠旋转稳定，推力82．3千牛（8．4吨力）。火箭全长35．35米，直径2．44米，起飞重量193．2吨。运载能力提高到1312千克(过渡轨道)。到1982年年底，“德尔塔”号火箭共发射155次，其中失败11次，成功率达93％。用这个火箭发射的航天器包括“先驱者”号探测器、“泰罗斯”号卫星、“雨云”号卫星、地球资源卫星、“辛康”号卫星、“国际通信卫星”Ⅱ号和Ⅲ号等。
“大力神”号运载火箭
美国以“大力神”2型洲际导弹为基础研制的大型运载火箭，有3A、3B、3C、3D、3E、34D等多种型别，主要用于发射各种军用有效载荷。“大力神”3A和3B都是三级液体火箭，用“大力神”2型导弹的第一、二级作为前两级，起飞推力约1913千牛（195吨力）。3A的第三级叫过渡级，长4．9米，直径和前两级一样，都是3．05米，重约13吨。过渡级装2台推力各为35．6千牛（约3．63吨力）的发动机，工作时间约480秒。发动机可以多次起动，能使火箭在较大范围内机动变轨，将有效载荷送入不同的轨道。3级都用四氧化二氮和混肼50推进剂。制导系统利用“大力神”2型导弹的惯性制导系统。
3A于1964年开始发射军用卫星。1966年开始使用的3B用“阿金纳”火箭作为第三级，用无线电指令制导系统取代惯性系统。
3B主要用于发射军用侦察卫星。3C是在3A火箭的两侧各捆绑一台大型固体火箭助推器组成的。每个助推器长25．9米，直径3．05米，重200吨，通过由助推器旁侧的贮箱喷注四氧化二氮的方法来控制推力方向。3A和3B火箭重160～180吨，可将3．6～4．5吨重的载荷送入低地球轨道。
3C于1965年开始使用，主要用来发射军用通信卫星。火箭重635吨，起飞推力约10498千牛（1070吨力），能把13．4吨重的载荷送入低地球轨道或把1．6吨重的载荷送入地球静止卫星轨道。3C火箭去掉过渡级就变成3D火箭，用“半人马座”火箭取代3C的过渡级就变成3E火箭。3D重590吨，从1971年开始用来发射重型侦察卫星。3E重640吨，从1974年开始用来发射“太阳神”号探测器、“海盗”号探测器、“旅行者”号探测器等行星和行星际探测器，可把3．8吨重的载荷送往金星或火星。3C火箭通过增大芯级和固体火箭助推器的长度，并用惯性上面级取代过渡级，又演变为34D火箭。34D重780吨，从1982年开始用来发射重型军用卫星。“大力神”号运载火箭在118次成功的发射中已将150多颗卫星送入不同的轨道。
对接装置
对接装置是用于两个航天器在轨道上固定连接的装置。对接装置一般采用“销钉-锥孔”结构方式。
在空间交会中，一航天器主动靠近另一航天器进行对接，前者在对接中是主动的，它的对接装置采取“销钉”形式，中央有一导引杆；后者在对接中是被动的，它的对接装置采取“锥孔”形式。对接时导引杆使两航天器的对接装置精确对准，“销钉”插入“锥孔”，锁紧机构自动锁紧，完成对接。前苏联“联盟”号飞船与“礼炮”号航天站的对接和美国“阿波罗”计划中飞船的对接都采用这种对接装置。另一种方式是采用周向排列的导向装置和对接装置，可用于两个都能主动对接的航天器。在“阿波罗-联盟”号飞船联合飞行中首次采用这种对接装置。
“东方”号飞船
“东方”号飞船为前苏联最早的载人飞船系列，从1961年4月～1963年6月共发射6艘。“东方1号”飞船是世界上第一个载人进入外层空间的航天器。“东方”号飞船用于单艘和编队载人飞行。
飞船由球形密封座舱和圆柱形仪器舱组成，重约4．73吨。在轨道上飞行时与圆柱形的末级运载火箭连在一起，总长7．35米。“东方”号飞船由密封座舱（2400千克）和工作舱组成，质量约4730千克。球形座舱直径2．3米，能乘坐1名航天员，舱壁上有3个舷窗。舱外表面覆盖一层防热材料。座舱内有可供飞行10昼夜的生命保障系统、弹射座椅和无线电、光学、导航等仪器设备。“东方”号飞船在返回前抛掉末级运载火箭和仪器舱，座舱单独再入大气层。当座舱下降到离地面约7千米高度时，航天员弹出飞船座舱，然后用降落伞单独着陆。仪器舱位于座舱后面，舱内装有化学电池、返回反推火箭和其他辅助设备。“东方”号飞船既可自动控制，也可由航天员手控。飞船飞行轨道的近地点约为180千米，远地点为222～327千米，倾角约65°，周期约89分钟。
1961年4月12日，前苏联航天员Ⅰ．A．加加林乘坐“东方1号”飞船，绕地球飞行108分钟后，安全返回地面，开始了人类载人航天的新时代。1963年6月16日，世界第一个女航天员V．V．尼古拉耶娃-捷列什科娃乘坐“东方6号”进入太空。“东方”号飞船系列在空间进行了科学、医学和生物学研究以及技术试验后，都安全返回地面。
“东方红一号”卫星
“东方红一号”卫星是我国于1970年4月24日发射的第一颗人造地球卫星。按当时时间先后，中国是继前苏联、美国、法国、日本之后，世界上第五个用自制火箭发射国产卫星的国家。
“东方红一号”卫星是中国的第一颗人造卫星，由以钱学森为首任院长的中国空间技术研究院研制，当时共做了五颗样星，结果第一颗卫星就发射成功。该院制定了“三星规划”：即东方红一号、返回式卫星和同步轨道通信卫星，而孙家栋则是当时“东方红一号”卫星的技术负责人。1967年，党鸿辛等人选择了一种以铜为基础的天线干膜，成功解决了在100℃~-100℃下超短波天线信号传递困难问题。“东方红一号”卫星因工程师在其上安装一台模拟演奏《东方红》乐曲的音乐仪器，并让地球上从电波中接收到这段音乐而命名。
东方快车
美国的下一步载人航天目标，是建造“东方快车”空天飞机和“自由”号永久空间站。目前正在研制一种叫X30的试验型样机，差不多像今天的DC9客机大小，是“东方快车”的1／3。最关键的技术是要解决制造大型组合式推进装置、轻型高强度耐高温材料、高超音速飞动结构外形和先进的控制系统。航天飞机能像普通飞机那样从地面水平起飞，以高超音速在大气层内飞行，并直接加速进入地球轨道飞行，完成任务后返回大气层，又像飞机那样水平着陆，完全达到能重复使用的目的。预计21世纪初能够进入轨道飞行。
地球静止环境业务卫星
美国第一代地球静止轨道气象卫星系列，英文缩写为GOES。这个卫星系列的第一颗卫星GOES-1在1975年10月16日发射，到1982年发射了6颗。地球静止环境业务卫星系列是世界气象组织从1978年开始的全球大气研究计划第一期全球试验的重要气象观测工具。卫星外形是一个圆柱体，高2．6米，直径1．9米，重294千克，工作寿命3年。卫星采用地球静止卫星轨道，位置保持精度：南北向优于1°，东西向优于0．5°。卫星靠自旋稳定，自旋速率为100转／分。卫星携带的气象遥感器是可见光、红外自旋扫描辐射计（VISSR）。仪器的望远镜口径为0．4米，两个波段为0．55～0．75微米（可见光）和10．5～12．5微米（红外），星下点分辨率分别为0．9和9千米。它拍摄的云图一帧有1820条扫描线，每帧的扫描时间为20分钟。对连续观测4帧以上的云图进行数据处理可获得风速和风向。测风速的精度优于3米／秒，这是地球静止轨道气象卫星的一个重要特点。仪器获得的原始云图数据以28兆比特／秒的速率传送到地面，经数据处理后每3小时通过卫星用1700兆赫频率向各地广播一次适用的云图资料。
这颗卫星还携有数据收集系统(DCS)，可以收集1万个地面气象站、海洋自动浮标和无人值守地区的自动气象站所获得的温度、压力、湿度等环境资料，它的工作频率是401兆赫和468兆赫。卫星还携带有测量太阳粒子（质子、α粒子和电子）的空间环境监测器(SEM)。
从此系列的第四颗卫星开始，携带的气象遥感器改为可见光、红外自旋扫描辐射计的大气探测仪（VAS）。这种仪器有1个可见光通道和12个红外通道，除能拍摄云图外，还通过15微米（CO2）波段探测大气垂直温度分布和3．7微米（H2O）波段探测不同高度的水汽含量分布，从而获得大气三维结构的气象资料。探测大气垂直温度和水汽分布的星下点分辨率：晴朗地区为30千米，有云覆盖的地区为60～100千米。这样的分辨率已足以了解风暴的形成、发展和移动。
地球静止轨道气象卫星
地球静止轨道气象卫星是美国第一代地球静止轨道气象卫星，第一颗是1957年10月16日发射的。卫星外形是一个圆柱体，高2．6米，直径1．9米，重294千克；工作寿命3年。卫星携带的气象遥感器是可见光和红外扫描辐射计，星下点分辨率：可见光为900米，红外为8千米。它拍摄的云图一帧有1280条扫描线，对连续观测四帧以上的云图进行数据处理，可获得风速和风向，风速的精度约3米／秒。卫星观测的原始云图数据可及时传送到地面，经数据处理后，再通过卫星每隔3小时向各地广播一次适用的云图资料，各地接收后便可以进行气象预报。这类卫星还携带数据收集系统，可以收集一万个地面气象站、海洋自动浮标和无人看守的自动气象站所获处的温度、压力、湿度等环境资料。它每半小时提供一张云图，每天由计算机处理出1200个以上风速和风向数据，广播400多种传真气象图。在美国，除海洋大气局外，还有200多个用户接收它的云图。它还为世界服务，从西起澳大利亚，东至西欧和非洲，有1200多个站接收它的资料。
地球资源卫星