航天飛行是由航天係統完成的經過外層空間的飛行過程。這一過程一般是由三個階段組成的，即發射階段、航天機動飛行階段和返回階段。
（一）發射階段的原理
1.宇宙速度宇宙速度是指從地球表麵發射的飛行器在環繞地球、脫離地球和飛出太陽係時所需要的最小速度，分別稱為第一、第二和第三宇宙速度。早期，人們在探索航天途徑時，為了估計克服地球引力、太陽引力所需的最小能量，引入了三個宇宙速度的概念。假設地球是一個圓環，周圍也沒有大氣，物體能環繞地球運動的最低的軌道就是半徑與地球半徑相同的圓軌道。這時物體具有的速度是第一宇宙速度，大約為7.9公裏/秒。物體在獲得這一水平方向的速度以後，不需要再加動力就可以環繞地球運動。地球上的物體要脫離地球引力成為環繞太陽運動的人造行星，需要的最小速度是第二宇宙速度。第二宇宙速度為11.2公裏/秒。地麵物體獲得這樣的速度即能沿一條拋物線脫離地球。地球上物體飛出太陽係相對地心的最小速度稱為第三宇宙速度，它的大小為16.6公裏/秒。地麵上的物體在充分利用地球公轉速度情況下再獲得這一速度後可沿雙曲線軌道飛離地球。當它到達距地心93萬公裏處，便被認為已經脫離地球引力，以後就在太陽引力作用下運動。這個物體相對太陽的軌道是一條拋物線，最後會脫離太陽引力場飛出太陽係。第一、第二和第三宇宙速度也分別被稱為環繞速度、脫離速度和逃逸速度。
2.運載火箭運載火箭是能夠把人造衛星、載人飛船、空間站或其他空間探測器送入軌道的單級或多級火箭。作為航天運輸係統，運載火箭是單向運輸係統，它隻能將有效載荷從地麵送往軌道，而不能將軌道上的有效載荷送回地麵。運載火箭多數為兩級以上的多級火箭。每一級都有推進劑箱、火箭發動機和飛行控製係統，末級有儀器艙和有效載荷，級與級之間有級間段連接。有效載荷裝在儀器艙上麵，外麵有整流罩，在火箭飛出大氣層後，整流罩即拋掉。火箭的起飛質量與推進劑消耗完後的火箭質量之比稱為火箭的質量比。對於火箭推進係統，受材料和結構的限製，質量比的大幅度提高也有困難。就目前的技術水平，還無法用一級火箭達到地球低軌道的速度增量。為了提高火箭的速度增量，一般采用多級火箭。當前麵一級火箭的推進劑消耗完後，拋掉前麵一級的結構質量，則後麵級的火箭具有更高的質量比，可使火箭的總體速度增量提高。現階段多級運載火箭的有效載荷與起飛質量之比非常小。以“長征3A”火箭為例，其起飛質量為241噸，地球同步轉移軌道的運載能力為2.6噸，有效載荷與起飛質量之比僅為約1%。
實現進入空間軌道的關鍵在於給航天器足夠大的能量，使物體具有在空間軌道上運行所要求的能量，包括具有高速度和占有高位置。必須創造出一種不依靠空氣，又能提供強大動力的發動機，這就是火箭發動機。火箭發動機自身攜帶燃料與氧化劑，不需要空氣就能燃燒，產生推力。燃料和氧化劑合稱為推進劑。用於空間飛行的火箭推進係統，利用推進劑燃燒後釋放的高溫高壓燃氣噴流所產生的反作用力來產生推力。火箭發動機根據使用燃料的不同可分為液體火箭發動機和固體火箭發動機兩大類：1 液體火箭發動機。液體火箭發動機一般由推力室、推進劑供應係統和發動機控製係統組成，有時還包括推進劑貯箱。推力室是將液體推進劑的化學能轉化為推進動力的重要組件，由噴注器、燃燒室和噴管組成。推進劑供應係統的作用是按要求的流量和壓力供應推進劑。發動機控製係統是對發動機的工作程序和工作參數進行調節和控製。液體火箭發動機具有工作時間長、可重複起動和使用等優點，但推進劑平時不能貯存在燃燒室內，發射準備的時間相對較長。2 固體火箭發動機。使用固體推進劑的化學火箭發動機，又稱固體推進劑火箭發動機。固體推進劑點燃後在燃燒室中燃燒，化學能轉換為熱能，生成高溫高壓的燃燒產物。燃燒產物流經噴管，在其中膨脹加速，熱能轉變為動能，以極高的速度從噴管排出而產生推力。固體燃料可長期放於火箭內，因此發射準備時間很短。