太空的环境与我们现在的生活环境有着很大的不同，可以说有着天壤之别，所以，在太空中，人类会遭遇到各种在地球上不曾遇到的问题和困难，在遭遇到这些没有遭遇到的问题和困难之前，预先做一些我们所能做到的实验会对这些问题和困难的解决有一定的帮助。另外，借组太空中的一些特殊条件，也许可以解决如今我们遇到的问题，由此科学家们提出了自己的意见和办法。
太空失重环境下的生物实验
1957年10月4日，前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星以来，人类活动范围从陆地、海洋、大气层扩展到宇宙空间，宇宙空间成为人类的第四疆域。人类发展空间技术的最终目的是开发太空资源。而要开发太空资源，首先要在太空进行生命科学和宇宙医学研究，以深入了解太空环境对地球上各种生物的影响。
太空环境最显著的特点是失重。50多年来，科学家将多种生物随着航天器带入太空，进行失重生物学的实验研究，并取得了不少成果。
20世纪60年代在前苏联“宇宙110”卫星上，前苏联科学家装载了两只小狗，在太空中飞行了22个昼夜后，发现它们的水盐代谢，特别是钙的代谢功能被破坏，肌肉萎缩，血液成分改变，心血管系统功能也受到影响。但是，这些影响并没有危及小狗的生命，当它们回到地面后又进入了正常的发育状态。植物在太空中受失重的影响，改变了根向地和茎背地的习性；同时，由于航天器每天绕地球14～16圈，昼夜交替很快，破坏了原有的正常生长的机理。但是，当这些植物返回地面后，又恢复了原有的生长习性。这些太空生物实验说明失重环境对生物的影响有可逆性。
1962年8月，前苏联科学家在“东方3”号和1964年10月前苏联科学家在“上升”号宇宙飞船上搭载了紫跖草，发现紫跖草在细胞分裂时染色体的性状遭到破坏。美国科学家在太空失重的环境中辐射谷盗甲虫，发现它在发育过程中基因突变的频率增加。1987年8月中国在返回式卫星上搭载种子，返回后经地面种植，也发现了种子诱变，产量增加。
太空上的奇妙实验科学家还发现在失重环境下，有一些生物的生长速度变得缓慢。1994年9月8日，日本航天员把4条青鳟鱼和340颗青鳟鱼卵带到太空。结果是，从地面上带到太空的鱼卵经过4～5天就孵出了鱼苗，而青鳟鱼在太空产下的鱼卵过了13天才开始孵化。看来，在太空孵化养鱼没问题但在太空中鱼的繁殖却很慢。
而另外一些生物的生长速度加快。1990年12月，俄罗斯科学家曾把人参组织培养基带到空间站，进行太空培植实验，10天后发现人参在太空的生长量已相当于地面上1个月的生长量。还有，在太空单个蚕蛹孵化成幼蚕的时间比地面早两个月。许多微生物的生长速度要比地面快得多，有的生长速度甚至提高了400倍。
地面上的植物，其80％的能量用于茎的生长，而在太空空间站的温室中的植物几乎没有茎，但是叶更加茂盛，果实更加丰硕。1975年，前苏联科学家在“礼炮”号空间站种植了一批豌豆，发现豌豆的幼芽总是朝着明亮的地方生长，而新生的根和茎却朝着相反的方向生长，苗的生长期很短，不久就枯萎。
1985年4月，美国科学家在“空间实验室3”号上放置了12只出生仅56天的幼鼠，经过7天飞行后，发现幼鼠的前脚重量减少了14％，腰骨的重量减少了7％，前脚抗弯曲的强度也减弱了28％。说明失重环境下会影响到生物机体的形状和功能。
在失重和太空辐射的共同作用下，植物品种会发生变异，动物机体会发生变化。如家鼠的造血器官和淋巴组织的变化要比仅处于失重状态下的变化更加剧烈，有的家鼠的肺部出现点状出血现象。
失重对生物节律的影响很明显，1990年12月2日，日本航天员将6只2～3厘米长的雨蛙带上航天飞机。这种雨蛙背绿腹白，体侧有黑斑，趾的末端有吸盘，趾间有蹼，因而它们在太空失重状态下能平稳行走，跳动自如，既能向前跳，又能向后跳，但很少吃东西。1991年6月，美国航天员将2478只水母带上航天飞机，研究水母的生活和动物的定向能力，水母在太空很活跃，不停地搏动身体，但行为异常，在水中不停地转圆圈。1992年9月，美国航天员将12枚已受精的青蛙卵带上航天飞机，结果孵化出7只蝌蚪。这些小蝌蚪行为很怪，在水面上窜来窜去，飞快地转圈游动，不停地摇动尾巴或前后翻滚。苏联航天员在“和平”号空间站进行孵化鹌鹑蛋的试验，鹌鹑孵化出来后，不能抓住铁笼的铁丝，在笼内挤成一团，最后因营养不良而死亡。
太空生物——水熊但失重环境对动物的习性和感觉器官却无影响。前苏联航天员将两只猴子带到“宇宙1887”号生物卫星上，在经过13个昼夜飞行后对它们进行观察，发现猴子能很好地保持原有的习性和掌握原有的技能，感觉器官也没有受到不可逆的影响。
1990年12月，俄罗斯科学家在“和平”号空间站试种过一批小麦，但结果并不理想，生长期远远超过地球上的生长期，只生长却没有收获。后来在1996年12月，俄罗斯和美国科学家合作成功地在“和平”号空间站的暖棚里培育并收获了第一批太空小麦。这块麦田只有900平方厘米，收割了150多穗。这批墨西哥矮小型杂交小麦从播种到成熟只有97天。这证明生物在太空站内是可以生长发育的，为人类未来在星际旅行时解决食品问题走出了可喜的一步。
1984年，前苏联曾在仿造太空飞行条件的装置内，放入人工土壤。这种人工土壤是两种塑料的混合物，很像沙土，其中含有15种养分。在这种人工土壤中栽培植物，植物的生长周期大大缩短，产量明显提高。例如，在曾通土壤中，每平方米的面积上70天产1千克萝卜；而在人工土壤中，每平方米的面积上21天就可产10千克萝卜。这一试验基本上解决了太空农场的土壤问题。
1992年9月，日本科学家曾进行过太空动物饲养试验。他们将果蝇带到太空中，其中有1／10在太空死掉了，其余的被带回地面，后代在地面上一样生长发育。将受精的青鳟鱼卵带往太空，鱼卵照常孵化。为了能在太空养鸡，莫斯科航空学院的学生成功地设计制造了太空孵化器和饲养装置，并已收获了200只成年鸡。人们正在进一步为在太空能饲养鸟类、哺乳动物进行试验，以期在21世纪在太空中出现一个植物茂盛、鸟语花香的新世界。
太空失重下人的睡眠情况
由于失重，人的方向感丧失了，所以不管人体是横还是竖，是正还是倒，都可以飘浮着在空中睡眠。 但是，为了安全应该睡在有防火等功能的固定着的睡袋中。另外，为了提高睡眠质量，获得与在地面上睡眠相同的感受，还要给睡袋充气，或用绷带绑紧，使它向人体施加一定的压力，以模拟地球重力；带上眼罩，不让航天器上快速交替的昼夜节奏影响睡眠；带上耳塞，不让仪器设备和静电产生的噪声干扰睡眠。
太空机器人活跃太空
顾名思义，“太空机器人”可理解为活跃在地球之外太空中的机器人。最早的太空机器人当首推美国于1967年4月17日发射的“勘测者3”号。这个重达280千克的机器人根本不具备人的外形特征，它可在地球科学家的指挥下，在月面“识海”地区蹒跚而行，并用“铁臂钢手”在这亘古荒漠上掘了3个洞穴，开出一条小沟（长10多米、深02米），挖取了若干科学家们感兴趣的月岩和月土进行化验、分析，并把珍贵的资料及时发回了地球。
自此之后，各种形态的机器人开始活跃于太空中：前苏联的“月球车”8腿机器人在崎岖不平的月面上纵横几十千米；航天飞机上无脚机器人，用它有力的机械手把失效或出故障的卫星抓回机舱进行修理，每次都能挽回几千万甚至几亿美元的损失；“海盗”号上重达11吨的机器人庞然大物居然能合理安排能量，使只有3个月设计寿命的仪器在火星上工作了4年多……
平心而论，这些太空机器人只是低等的，低智商的。随着空间科学的飞速发展，科学家们非常需要有多种传感功能、会作分析判断、能自我检查维修的新型高智能太空机器人。美国登天的“太空清道夫”、“漫游者”及“海盗3”号即是其中典型代表。“太空清道夫”的全称是“太空自动处理轨道碎片系统”，专门用以消除对航天活动危害日益严重的“太空垃圾”。它进入太空后即会自动搜寻猎物——失效的或已被废弃的人造卫星（包括运载火箭）及其碎片残骸，凡其“目力”所及，小的手到擒来，大的则用激光把它们切成小块，再一一装入“肚子”——贮存箱内。专门用以修复卫星的“漫游者”有4条灵活的机械臂，装有新颖的空气动力推进系统和大功率助推火箭，可独立飞行，也可根据需要随时调整轨道和速度。而“海盗3”号实质上是用于火星探测的一辆自动车。它的外形很奇特，两个直径5米的大车轮各由8个乙烯树脂气囊构成，这辆车可自动前进、后退、拐弯，还能越过15米高的障碍，并装有自动回避危险的装置。
另一方面，由于近年来集成电路精细加工技术不断有重大突破，人们已能把电源、传感器、驱动、传动、自控装置火星漫游车“勇气”号和“机遇”号集成于绿豆大小的多晶硅片上，21世纪，微型太空机器人成为了空间探测的又一主力军。据报道，20世纪90年代初，美国麻省理工学院人工智能研究所已制成3种很小的机器人。其中，最小的一种其体积只有乒乓球大小，重量不到50克。1995年精工埃逊公司造出的“姆休”机器人外形像只小甲虫，前面两根触须似的导线用于供给电源。“姆休”不仅能循光行走，也可自己行动。
可以遐想一下，到人们建造月球基地时，必然会先派遣大量“蚂蚁”式的6足机器人去当“建筑工人”，让它们在月球上挖土、推土，做好一切准备工作。在进行火星探测时，又可让成千上万的“蚊子”型微型机器人做开路先锋。由于它们的6条腿中都安装有储存着太阳能的硅弹簧，在其不断更换落地点的同时，从与火星尘土的作用力的分析便可确定火星土壤的特性及有关该星球的地形、地貌。人类如果登上某个星球，那些“小精灵”又可为人类乘坐的大型车辆开路，它们会把越野车前面的地形特征、地貌状况及时传送过来，以避免出现各种可能的危险。
太空垃圾
太空垃圾是指在人类探索宇宙的过程中，被有意或无意遗弃在宇宙空间的各种残骸和废物。太空垃圾小到人造卫星碎片、漆片、零部件，大到整个火箭发动机。自2009年1月以来已发现有大量的太空垃圾在太空轨道中。由于这些高速运行的太空垃圾可对运转的卫星造成极大损害，因此太空垃圾的处理成为了科学家日益关注的问题。
“空间气候工程”的设想