宇宙速度
人類的航天活動，並不是一味地要逃離地球。特別是當前的應用航天器，需要繞地球飛行，即讓航天器做圓周運動。我們知道，必須始終有一個與離心力大小相等、方向相反的力作用在航天器上。在這裏，我們正好可以利用地球的引力。因為地球對物體的引力，正好與物體做曲線運動的離心力方向相反。經過計算，在地麵上，物體的運動速度達到7.9千米/秒時，這個速度被稱為環繞速度。這種使物體繞地球做圓周運動的速度也被稱為第一宇宙速度；當物體達到11.2千米/秒的運動速度時能擺脫地球引力的束縛，這個速度叫第二宇宙速度；當物體的運動速度達到16.7千米/秒而擺脫太陽引力束縛時，這個速度叫第三宇宙速度。
載人航天四大關鍵技術
第一大關鍵：運載火箭
眾所周知，載人航天是人類利用航天器在外層空間的飛行活動。外層空間是無氧氣的近似真空的環境，要想克服地球引力而將航天器送出大氣層，就必須依靠推力極大、載荷能力極強的運載火箭來完成。運載火箭與在空氣中飛行的飛機不同，它不是靠空氣中的氧氣作氧化劑，而是靠自身攜帶的氧化劑與燃燒劑作火箭動力來源的。火箭可以在大氣層內和大氣層之外的太空中飛行，它的飛行原理是利用火箭發動機進行化學燃燒時產生高溫高速噴射氣體的反作用力而將火箭推向前方。這種推動火箭向前飛行的力叫“推力”。在真空中，火箭的推力要比在大氣層中大15％左右。通過推進劑燃燒產生的“推力”可以使火箭獲得巨大的速度，長時間噴射氣體，火箭就會不斷加速。
實踐證明：僅靠一枚火箭的推力是無法將載人飛船或其他類型的航天器送到宇宙空間的。因為靠一枚火箭是不可能一下子就將航天器的速度增至11.2千米／秒（即第二宇宙速度），從而擺脫地球引力逃離地球的。實踐經驗告訴我們，必須使用多級火箭逐漸加速的方法才能實現載人航天。因為，要想把重達幾噸甚至幾十噸的載人飛船或航天飛機、空間站送上宇宙空間（還要考慮到火箭的自身重量），不僅需要有極大的推力，同時也要有極高的速度才能完成。此外，火箭啟動速度過高，會使人遭受到極高的加速度，它會導致航天員死亡。那麼，怎麼辦呢？為解決上述問題，既讓火箭的推力和速度達到脫離地球引力，又讓航天員不遭受過高的加速度，於是科學家想到采用多級火箭“接力”的辦法。
所謂多級火箭就是將幾枚火箭串接起來，在第一級火箭上接上第二級火箭，就稱為二級式火箭；再在二級火箭上接上第三級火箭，稱作三級式火箭。
當第一級火箭加速到4千米／秒的速度時，第二級火箭燃燒，加速到8千米／秒的速度（就是達到了環繞地球飛行而不被地球引力吸下來的7.9千米／秒的第一宇宙速度）；第三級火箭點火燃燒後，又增加了4千米／秒的速度，於是速度達到了12千米／秒（即達到了擺脫地球引力，飛向太陽係的其他星球的第二宇宙速度）。如果要飛出太陽係，那麼就要有四級式火箭，使它的速度達到16.7千米／秒的第三宇宙速度。這樣，人類就實現宇宙航行的自由了。每一級火箭的燃料用完後，那一級火箭就被甩掉，火箭重量逐漸減輕，速度不斷加快。用這種多級火箭方式，就可以發射載人飛船或其他類型的載人航天器。
那麼，多級火箭是如何設計的？它的結構如何呢？
目前，發射載人航天器的火箭，通常采用三級式火箭，三級火箭中第二級比第三級大得多，而第一級則更大。發射幾噸重的人造飛船，第一級火箭應是幾百噸甚至幾千噸重的龐然大物。
那麼，運載火箭的各級是如何安排的呢？
宇宙運載火箭的排列一般是：最底部為一級火箭，二級火箭居中，三級火箭居上。載人航天器則放在三級火箭的頂部。迄今製成的最大的宇宙運載火箭是美國的“土星5”號，共有三級，全長110米，直徑達10.1米，起飛重量2950噸，它的總推力將近4000噸，三級火箭內共裝有近5000萬升推進劑，用它可以發射126噸的巨大人造航天器。它曾經把高25米、重45噸、直徑10米的“阿波羅11”號飛船送往月球；而前蘇聯的“G—1—E”運載火箭高102米，載重量可達161噸。中國研製的“長征”係列火箭，有多級、捆綁式等結構，它使用不同推進劑，能產生不同推力，可發射高、中、低不同軌道的各類衛星和航天器。