科学家们通过天文望远镜还有手里的一纸一笔，冲破地球的层层帷幔去捕捉太空里若隐若现的点点星光，经过漫长的历程和艰苦的工作，太阳系的面纱被逐渐揭开了。然而，关于行星更多的奥秘使人们产生了前所未有的强烈的求知欲：通过肉眼我们就能看到月亮表面存在大片的深色区域，神话里说那是月宫里的桂树和嫦娥的玉兔，伽利略认为它们是大片的海洋，那么这些区域究竟是什么呢？许多天文学家从望远镜里看到了火星上有整齐规则的条纹，他们猜想那是人工运河，那么“火星人”真的存在吗？木星上像木疙瘩一般壮观的大红斑究竟是什么？土星的五彩光环又如何解释？冥王星真是太阳系的边际吗？“坐地观天”——这种古老的方法已无法令人满足了，飞出地球去看个究竟——人们迈出了向太空进军的步伐。

这回万有引力成了讨厌的绊脚石：具有近六亿亿千克质量的地球通过引力将人类及地表一切物体牢牢束缚，还在自己表面覆上了数百公里的大气层，要冲出牢笼谈何容易！不过这也没有难住聪明的人们，当牛顿注意到同受地球引力作用的苹果和月亮一个猝然下坠而另一个却亿万年逍遥天外时，他就已经找到战胜引力的法宝，那就是“运动速度”。

牛顿从月球在地球引力维系下的运动受到启发，最早提出了“人造卫星”的雏形。他在巨著《自然哲学的数学原理》中这样写道：

“如果从山顶用弹药以一定的速度把一个铅球平射出去，那么它将沿着一条曲线射到两英里以外才落到地面；如果能消除掉空气阻力，而且发射速度增加到2倍或10倍，那么铅球的射程也会增加到两倍或十倍。而且用增加发射速度的办法，我们可以随意增加其射程，并同时减少它所画的曲线的曲率，使它终于在10倍、30倍或90倍远的距离处落到地面，或者甚至可以使它在落地以前绕地球一转；或者最后，也可以把它发射到空中去，在那里继续运动以至无穷远而永远不落到地面。”

这并非天方夜谭，其实只要炮弹以足够的速度绕地球做圆周运动，那么地球的引力就只够为炮弹提供向心力罢了。设地球质量为Me，半径为Re，而炮弹的质量为m，在地表附近绕地球运转的线速度为v0，那么根据万有引力定律和圆周运动向心力公式：

f向=f引

不难发现，炮弹的这种速度与它本身的质量无关，理论上一切物体的运动速度只要达到了7.9千米/秒，它就能沿地表绕地球周转而不会掉落地面，人们把这一速度称做“第一宇宙速度”。然而发射这种“地表卫星”是极不现实的，首先地球不是光溜溜的玻璃珠，其表面高低起伏参差不齐，其次“卫星”在地表的高速运动会与大气发生剧烈的摩擦，最终的结果只能如流星般灰飞烟灭。真正的卫星运行轨道必须远在大气层之外，如果这时的轨道形状仍是圆形，那么我们很容易得到卫星在半径为R的圆轨道上的“环绕速度”。

有人比牛顿想得更远，看过《海底两万里》和《地心游记》的朋友对18世纪法国科幻小说家凡尔纳一定不会陌生。他在小说《从地球到月球》和《环绕月球》中就绘声绘色地描述了探险家们乘坐“炮弹飞船”登上月球的情景；由此我们还可以幻想人们被“一炮”轰上火星、“一炮”射出太阳系……然而这时我们乘坐的“炮弹”需要飞多快呢(相对于地球)？要彻底摆脱地球引力束缚而成为太阳系的“人造行星”，发射速度必须达到“第二宇宙速度”——11.2千米/秒。如果希望从太阳系里逃逸出去，发射速度则必须达到“第三宇宙速度”——16.4千米/秒。三个宇宙速度分别是地表声速的23.2倍、32.9倍、49.1倍，而目前最快的飞机速度不超过4倍声速(美国的高速侦察机在高空据说能达到6～8倍声速，但没有证实)，最快的子弹或炮弹的初速度也不会超过这个速度。想通过大炮将航天器发射进入太空，哪有如此威猛的火药？即使找到了“超级大炮”，“开炮”一瞬间的巨大过载(超重)也是任何人类与仪器都无法承受的，那时一切不是上了太空而是升了“西天”！发射航天器必须另辟蹊径！

人们自然想到了利用火箭出色的推进能力来实现“飞天”的梦想。14世纪末，勇敢的中国人“万户”手持大风筝，自缚于绑有47只特大火箭的座椅上，然后叫人点火。随着一声巨响，“万户”带着他的理想飞上了天堂，却在人类航天史上留下了悲壮的第一笔。真正从理论上为航天理想解决动力问题的人是“航天之父”俄国科学家齐奥尔科夫斯基。他提出了“多级火箭”克服地球引力进入太空轨道的办法，一般经过2～3级就能达到第一宇宙速度了。齐奥尔科夫斯基还肯定了液体火箭发动机是航天器最适宜的动力装置。1926年，美国人戈达德研制成功了最早的带有指挥和导航系统的液体火箭，但是他的工作并未得到人们的重视，美国人失去了一次宝贵的机会。

二战期间，纳粹德国拿过了戈达德手中的接力棒，他们研制的V-2火箭给盟国人民带来了巨大灾难，但毕竟让火箭技术得以发展，并逐渐走向成熟。德国战败后，苏美两国瓜分了德国的火箭技术并加以研究。1957年前苏联第一颗人造卫星发射成功，开创了人类的航天新纪元；1961年4月12日，前苏联宇航员尤里·加加林乘坐“东方号”飞船进入太空轨道，揭开了人类走进太空的序幕。

也在1961年，美国开始实施“阿波罗登月计划”。1969年7月16日，搭载着“阿波罗11号”飞船的“土星5号”在美国卡纳维尔角发射升空。经过四天旅程，阿波罗飞船进入月球轨道，环绕月球13圈之后载人登月舱与母船分离，向月面降落。当距离月面只有150米时，宇航员发现预定着陆点竟在一个布满巨大岩块的火山口中，瞬间地面仪器显示舱内指挥长阿姆斯特朗的心跳增至156次/分钟！不过在宇航员们的努力下，飞船越过了火山口安全着陆。21日11点56分，月球上传来了阿姆斯特朗的声音：“对于我个人，这仅是一小步，但对于人类，这是跨出了伟大的一步。”还有怎样的言语更能总结人类登月“圆梦”的伟大意义呢？这以后，“阿波罗”12、14、15、16、17号相继登月成功，并且对月球进行了广泛的考察。整个登月计划先后动员了120所大学、2万家企业。400万人参加，耗资300亿美元，充分体现了美国强大的科技与经济实力。1999年11月20日，我国自行设计研究的“神舟”号宇宙载人试验飞船顺利升空，这标志着中国成为了继美国、俄罗斯之后第三个拥有载人航天能力的太空大国，而英语当中又新添“Taikongnaut”，仔细一拼发现就是“太空船”的汉语音译。

与载人登临考察并行的是无人空间探测器对太阳系的全面探索。迄今为止，前苏联与美国已经向太阳系内除天王星、海王星和冥王星之外所有行星甚至彗星都发射了探测器，这些探测器通过无线电波向地球发回了大量天外世界的第一手资料。现在我们知道：火星上并无智慧生命，望远镜里看到的“河渠”只不过是地球大气不均匀造成的假象，但火星上确有生命存在的必要条件--适宜的温度、空气和少量的水，低等生物是否存在还有待进一步探索。金星活像一个大蒸笼，稠密的二氧化碳大气将这个星球严实包裹，使其表面温度高达400摄氏度。水星更是一个严酷的世界，没有大气没有水，昼夜温差高达600摄氏度以上。木星是一个自转得飞快的液态“巨人”(它不到10小时便自转一周，直径约是地球的11倍)，它的神奇的大红斑原来是可以容纳两个地球的大气旋；五彩缤纷的土星环是由大大小小的冰块组成，它们绕着土星飞快的旋转，在太阳光的照耀下便像彩虹般光彩夺目……目前飞得最远的探测器“旅行者”号已经离开太阳系进入了宇宙深处，虽然已无法再向地球联络，但其上载有关于地球和人类的全部信息，科学家们期望有朝一日被智慧外星生命捕获并与我们取得联系，那将是怎样的一种惊喜？

1981年4月12日，世界上第一架航天飞机“哥伦比亚号”如利剑刺破太空，人类航天史翻开了新的一页，由单纯的宇宙探索进入到对太空环境加以利用的实用阶段。航天飞机借助火箭垂直起飞，完成任务后像普通飞机那样水平着陆，可以重复使用。利用航天飞机发射卫星，可以简化发射程序，降低发射成本。正在工作的卫星或飞船出了毛病，宇航员可将它们“抓”进货舱，修好后再放回原轨道让其工作，著名的轨道式“哈勃”望远镜就曾经历此番周折。如果装上各种科学仪器和设备，那么航天飞机货舱就成了太空实验室，可充分利用太空高洁净、高真空、全失重、强辐射等特殊条件完成地面难以或无法进行的科学实验。相信不久的将来，人们就会把一些工厂“搬”到太空轨道或月球上，进行大规模的生产作业。

人类已经勇敢地跨进了宇宙大门，但是“畅游太空”的理想似乎依然遥不可及。我们的飞船速度与星际间动辄数亿万光年计的迢迢路程相比实在只算是“蜗牛”。怎样大幅度提高航天器的速度？有人提出了“光子火箭”的设想，与化学火箭相似的是，这种火箭依然根据动量守恒原理来获得前进动力，只是向后喷出的不是燃气而是正反物质湮灭产生的光子，光子的运动速度是光速，因而“光子火箭”的速度可以接近光速，再加上相对论效应，有朝一日我们造访一次16.5光年外的牛郎星就只要数小时了。还有人提出了“时空隧道”，飞船的发射与抵达就像我们现在发射与接收无线电广播，只要调准“频率”，宇宙中两个遥相呼应的时空点就迅速贯通了，从而可以跨越时空障碍实现“瞬间转移”。当然这些都还是理论物理学家们笔头的猜想，不过我们至少可以看到人类征服宇宙的美好前景，并深切地感受到自己肩膀上的神圣使命。