未来的航天飞机
航天飞机是可以重复使用、往返于地球和太空近地轨道之间，运送人员和货物的飞行器。它可以把维修太空望远镜的工作人员运送到太空上去，还可以顺便为在月球上辛勤劳动的宇航员送点慰问品等等。
正在设计中的未来航天飞机航天飞机通常设计成火箭推进的飞机，返回地面时能像飞机那样下滑和着陆。航天飞机的出现为人类自由进出太空提供了很好的工具，是航天史上的一个重要里程碑。但是，从航天飞机的历次飞行表现来看，目前使用过的航天飞机也有许多不足之处，其中安全问题尤为突出。
1986年，就在“挑战者”号航天飞机爆炸事故发生数周之后，当时的美国总统里根就宣布了要开发新型航天器的计划。这种尚在开发中的新式航天飞机将在大气层边缘处飞行，估计它从美国华盛顿飞到日本东京只需要2个小时。它的飞行速度将是声速的25倍，能够十分轻易地进入或离开飞行轨道。它不再需要像以前那样携带庞大的外部燃料箱和助推器，安全系数将得到大大的提高。
改进中的航天飞机
2002年9月，新一届美国政府又宣布了一项取代航天飞机的计划。一方面是在10年之内开发出一种“轨道太空飞机”——与前美国总统里根的“国家航天飞机”计划不同的是，它将使用常规的运载技术；另外一个方面就是进行全新的系统设计研究，但并没有对何时能研制出这样一套新系统设定严格的时间限制。
但在2003年2月1日美国“哥伦比亚”号航天飞机再次失事坠毁之后，这些计划再一次发生了变化。人们期待未来的航天飞机更像普通飞机。
由于有了“哥伦比亚”号航天飞机的失败教训，航天飞机在大气层中的可操纵性以及它重新进入大气层时能否忍受高温就理所当然成了关键性的问题。
从实用的角度来分析，30年后，航天飞机的外形更会像是一个长了翅膀的砖块。它生硬的外形会在重返大气层时产生强大的冲击波，从而有助于机身免受周围大气层摩擦的破坏。而如果它们的外形和飞行方式类似于高性能喷气式飞机，那么其机翼前沿的温度将远远高于目前大约1 600℃的水平。针对这些，科学家们正在研究一种新型的复合陶瓷材料，这种材料可以忍受将近28 000℃的高温。但从目前来看，这种材料还比较脆弱，而且很笨重，要想真正将它们用到外形圆滑的航天飞机上，还有很多的研发工作要做。
给航天飞机“减肥”
科学家们遇到的技术障碍远远不止以上这些，如何让航天飞机安全进入轨道才是首要的难题。
为了克服地球引力的作用，航天飞机必须加速到每小时4万千米以上的速度。
要想使航天飞机快速飞行，就要尽可能减轻飞行时的重量。数十年来，工程人员们绞尽脑汁，力图解决飞行器的重量问题。由于燃料占了助动火箭重量的绝大部分，因此最好的解决方法就是使用一种重量轻、效率超高的推进剂。
新一代的航天飞机不会再携带大量的液态氧，而是在超音速状态下在大气层中随时吸收氧气，再进行压缩，然后使用一个特殊的气缸，使氧气与航天飞机自身携带的液态氢产生燃烧。在加速到声速的若干倍之后，飞机将会竖直向上升入轨道。这种新颖的发动机设计称为“超音速冲压式喷气发动机”。
除了减轻燃料携带量以外，减轻航天飞机自身的重量也是一个可行的途径。20世纪末期，美国科学家们就设计出了能够以“单级推进方式”进入轨道的轻型航天飞机。
这种航天飞机是用石墨和环氧树脂复合材料做成的，重量不到常规航天飞机的一半。但是，在1999年进行的试验中，用这种材料做成的氢燃料箱壁发生了破裂。在已经花费了10多亿美元的经费以后，人们只能被迫放弃了这一计划。
轨道太空飞机的研究
现在，美国宇航局的航天飞机替代计划比以前要保守得多。它不再将全部的资金和时间都押在先进的引擎或轻型复合材料上，而是计划建造一个小型航天飞机，命名为“轨道太空飞机”。这种轨道太空飞机将被捆绑到常规的一次性火箭助推器顶部，发射到太空中。该计划的目的是要让它先作为国际空间站的“救生艇”，过一段时间以后，再作为空间站人员轮换使用的常规运载工具。
目前，美国已终止了航天飞机的所有飞行，航天飞机暂时告别了太空舞台。但专家们可以肯定的是，新一代航天飞机一定会重返太空，在研制新式重复使用式航天飞机的过程中，所遇到的技术障碍是能够解决的。同时他们也指出，只有当计划的倡导者以一种审慎的目光看待目标时，他们才有可能获得成功。
让宇航员成为超人
看过电影《超人》的朋友都会记得影片中经典的画面：红色的披风配上蓝色的紧身衣裤，“超人”飞翔在蓝天中为世界和平努力奋斗着……这套衣服是“超人”最显著的标志，就连我们未来宇航员的衣服都要向它看齐了。
一提到宇航员，我们的眼前就会出现这样的形象：一个带着透明大头盔，穿着厚重宇航服，在月球上缓慢行走的人……不过，现在科学家正在试图改变宇航员的这种形象。30年后，我们在电视上看到的宇航员，将身着一种类似紧身衣的轻薄高科技防护服，而且这种太空服还能根据周围环境的不同来改变颜色。
给宇航服“瘦身”
美国研究人员目前正在研发一套“生物服装”。这种类似于“人类第二层皮肤”的衣服，表面上喷有一层可被有机生物分解的涂层，该涂层能够在布满灰尘的行星环境中保护宇航员。而且，在这种所谓的“第二层皮肤”中，还能嵌入由电力驱动的人工肌肉纤维，以增强宇航员的力量和耐力。这样的话，宇航员就能轻而易举地完成许多现在靠机器才能完成的吊装工作。
此外，“生物服装系统”中还能内置有通信设备、生物传感器、电脑以及用于太空漫步等舱外活动的攀登工具等。
对于这种设计，科学家给出了一种新型的设计理念：“我们去月球和火星，并不是为了待在太空舱里，进行舱外活动才是我们的主要目的。我们需要给宇航服瘦身，让它变得就像是人身上的第二层皮肤一样，从而让宇航员行动自如。”
轻巧灵活的“超人服”
未来宇航服示意图“生物服装系统”和传统的宇航服一样，也是由一套宇航服和一个增压头盔两部分组成，但头盔和衣服的结构却和现在的大不相同。
宇航员穿上量身定制的、具有弹性的“生物服装”后，还会再套上一件“硬壳背心”。这种背心上装有一个便携式生命支持系统，给身体提供气体反压力。气压能够自由流入头盔，以及通过置于“生物服装”的气管进入手套和靴子内部。
与设想中的新宇航服相比，今天的宇航服实在是过于臃肿和沉重了，对宇航员的活动有很大的限制。虽然在重力较小的环境中，那些限制不能算是大的障碍，但是对于一套先进的、用于月球和火星探索的宇航服来说，灵活性和重量小是极为重要的。所以，让宇航服变成轻巧灵活的“超人服”是大势所趋，具有重大的意义。
从事这一项目研究的科学家们认为，把研究成果转化成能够实际运用的宇航服，关键在于一些技术进展。而制作“生物服装系统”所需的开放式泡沫材料、记忆合金等智能材料以及电子编织技术在过去几年里都获得了迅速发展。这为新型宇航服的诞生创造了良好的条件。
让二氧化碳自动转为氧气
现在的宇航员如果进行太空行走或到太空舱外进行维修等作业，要么需要背上一个重重的氧气瓶，要么需要通过一条呼吸导管与太空舱相连，由太空舱向宇航员提供所需的氧气。这样一来，宇航员的行动就受到了很大的制约；舱外作业也充满了各种危险，万一呼吸管道裂开一个小小的口子，宇航员的生命就会处在极度危险之中。
科学家们最终希望，让宇航员与宇航服之间能够实现像人与地球植物那样的共生交互作用——宇航员呼出的二氧化碳和水蒸气，在宇航服内能被很容易地重新转化成为可呼吸的氧气。
到那时，宇航员们才能真正发挥他们全部的神奇本领，在广阔无垠的宇宙里为科学探索努力工作。
接过哈勃望远镜的班
太空中的哈勃望远镜人们都有这样的感觉：越远的人和物体，看起来越小。比如：从高楼往下看，人似乎变成了“小蚂蚁”，汽车也似乎变成了“小甲壳虫”。如果这时有一个望远镜，一切就大不相同，远的地方一切仿佛就在眼前。在望远镜里，有一种专门用来进行天文研究的种类，也就是天文望远镜。在天文望远镜中最神奇的可能要算是太空望远镜了！
开天辟地的“哈勃”
1990年，美国研制出了世界上第一台太空望远镜，设计者们用美国天文学家埃德温·哈勃（1889-1953）的名字为其命名，这就是著名的哈勃太空望远镜。它可以在距离地面500千米的太空上进行观测，不仅不会受到恶劣气候的影响，而且还摆脱了地球大气的干扰，能够达到地面上任何望远镜都达不到的高灵敏度和高分辨力。这也是当今世界上最先进的太空望远镜。它于同年4月25日成功进入太空。
从1990年4月25日开始，“哈勃”至少环绕了地球轨道8.8万圈，拍摄了75万张珍贵的外层空间和地球的照片。
人到了一定的年龄就要退休，太空望远镜也不例外。一般情况下，它们的寿命，按设计要求至少是15年。哈勃望远镜现在也快要到退休的年龄了。宇航员已经对哈勃望远镜进行了4次维修，每次都耗资无数。而且随着望远镜技术的迅速发展，要求哈勃退休的呼声也越来越高。据工程师们分析，“哈勃”逐日老化的太阳能电池能让它支撑到2007年，届时必须更换新电池和陀螺仪；否则，“哈勃”将无法继续工作。除了使用寿命之外，由于制造上的误差，哈勃太空望远镜不能辨别140亿光年以外的物体，而只能看清140亿光年以内的物体。另外，它的太阳能电池板因热胀冷缩还存在颤抖问题。
为了解决“哈勃”面临的一系列问题，科学家决定在30年内使用一台新式太空望远镜来接过“哈勃”的班。那么，新的“继承人”究竟会是什么样子呢？
更好的“詹姆斯·韦伯”
事实上，从1996年开始，美国宇航局就已经向全球招标，这次竞标的激烈程度丝毫不逊色于美国总统竞选。经过多轮激烈的讨论、对比，制造新的太空望远镜的计划新鲜出炉。这就是研制“詹姆斯·韦伯”太空望远镜，从2030年开始，它将代替哈勃望远镜，去漫游太空，探索深邃的宇宙洪荒。
同“哈勃”相比，“詹姆斯·韦伯”更大、更精密，能勘测到更远的宇宙领域。而其质量却只有“哈勃”的三分之一。有趣的是，它还是一架没有镜筒的望远镜。
在外形上看，“詹姆斯·韦伯”与“哈勃”实在是差别巨大。它主镜片的直径约为6米，比“哈勃”的主镜片宽2.5倍。如此巨大的镜片，使得它能够探测到光亮度很低的星体，这一点比“哈勃”要强上400倍！由于没有哪个运载火箭的容量可以大到有效容纳如此大的镜片，因此，“詹姆斯·韦伯”的镜片将会被做成一系列六边形分镜片，发射时分镜片将被折叠起来。而在发射之后，一个大约有网球场大小的遮光罩将在太空中缓缓展开，这样就可以遮挡住来自太阳的热量了。
按计划，“詹姆斯·韦伯”将在2031年由“阿丽亚娜5型”运载火箭发射升空；升空后，它将在距地球150万千米的空间位置飞行——这个距离远远超过了地球和月亮之间的距离。
和“哈勃”最大的差别是，“詹姆斯·韦伯”由于距离地球太遥远，无法派宇航员进行维修保养，因此它的设计制造必须完美无缺，否则将功亏一篑！
尽管现在它还躺在实验室里，天文学家们却已经开始为它的任务作出了美好的设想：升空以后，根据“詹姆斯·韦伯”拍摄回来的数据和照片，人们将对星系的起源和演化、行星及恒星的各种情况进行更深入的了解，开创探索银河系和附近星系的新历史。“詹姆斯·韦伯”也许会告诉我们：在宇宙中，地球从不孤独，有那么多颗星球在陪伴着它，而在银河系之外，还有更浩瀚的宇宙等待着人类去探求发现！
宇航员的健身房
在许多公园的游乐场内，人们会看到一种惊险刺激的游乐项目——过山车。那种风驰电掣、有惊无险的快感令不少人着迷。那么，为什么过山车在运行过程中，即使倒挂在轨道上也不会掉下来呢？这是因为，人们在设计过山车时巧妙地运用了一些理学原理，其中最重要的就是引力。
坐在过山车最后一节车厢里的游客在参加这一项目时将获得最为刺激的一份礼物——事实上，体验过山车下降的感受在其尾部最为强烈，因为当过山车从轨道上俯冲下来时，车尾通过最高点的速度比车头要快，这是由于引力是作用于过山车中部的，这样，坐在最后一节车厢的人就能够快速地达到和跨越最高点，从而产生一种好像被抛出车外的感觉。
目前，宇航科学家们正打算把过山车的这种特性利用到宇航员平时的身体训练当中去。
太空生活对宇航员的影响