1．了解飛行環境知識
飛行器在大氣層內飛行時所處的環境條件。包圍地球的空氣層(即大氣)是航空器的唯一飛行活動環境，也是導彈和航天器的重要飛行環境。大氣層無明顯的上限，它的各種特性在鉛垂方向上的差異非常明顯，例如空氣密度隨高度增加而很快趨於稀薄。以大氣中溫度隨高度的分布為主要依據，可將大氣層劃分為對流層、平流層、中間層、熱層和散逸層（外大氣層）等5個層次。航空器的大氣飛行環境是對流層和平流層。大氣層對飛行有很大影響，惡劣的天氣條件會危及飛行安全，大氣屬性（溫度、壓力、濕度、風向、風速等）對飛機飛行性能和飛行航跡也會產生不同程度的影響。
對流層
地球大氣中最低的一層。對流層中氣溫隨高度增加而降低，空氣的對流運動極為明顯，空氣溫度和濕度的水平分布也很不均勻。對流層的厚度隨緯度和季節變化，一般低緯度地區平均為16～18公裏;中緯度地區平均為10～12公裏；高緯度地區平均為8～9公裏。就季節而言，中國絕大部分地區一般都是夏季對流層厚，冬季對流層薄。對流層集中了全部大氣約四分之三的質量和幾乎全部的水汽，是天氣變化最複雜的層次，也是對飛行影響最重要的層次。飛行中所遇到的各種重要天氣現象幾乎都出現在這一層中，如雷暴、 濃霧、 低雲幕、雨、雪、大氣湍流、風切變等。在對流層內，按氣流和天氣現象分布的特點，又可分為下層、中層和上層3個層次。
對流層下層：又稱摩擦層。它的範圍自地麵到1～2公裏高度。但在各地的實際高度又與地表性質、季節等因素有關。一般說來，其高度在粗糙地表上高於平整地表上，夏季高於冬季（北半球），晝間高於夜間。在下層中，氣流受地麵摩擦作用很大，風速通常隨高度增加而增大。在複雜的地形和惡劣天氣條件下，常存在劇烈的氣流擾動，威脅著飛行安全。突發的下衝氣流和強烈的低空風切變常會引起飛機失事。另外，充沛的水汽和塵埃往往導致濃霧和其他惡化能見度的現象，對飛機的起飛和著陸構成嚴重的障礙。為了確保飛行安全，每個機場都規定有各類飛機的起降氣象條件。另外，對流層下層中氣溫的日變化極為明顯，晝夜溫差可達10～40°C。
對流層中層：它的底界即摩擦層頂，上界高度約為6公裏，這一層受地表的影響遠小於摩擦層。大氣中雲和降水現象大都發生在這一層內。這一層的上部，氣壓通常隻及地麵的一半，在那裏飛行時需要使用氧氣。一般輕型運輸機、直升機等常在這一層中飛行。
對流層上層:它的範圍從6公裏高度伸展到對流層的頂部。這一層的氣溫常年都在0°C以下，水汽含量很少。各種雲都由冰晶或過冷卻水滴組成。在中緯度和副熱帶地區，這一層中常有風速等於或大於30米／秒的強風帶，即所謂的高空急流。飛機在急流附近飛行時往往會遇到強烈顛簸，使乘員不適，甚至破壞飛機結構和威脅飛行安全。
此外，在對流層和平流層之間，還有一個厚度為數百米到1～2公裏的過渡層，稱為對流層頂。對流層頂對垂直氣流有很大的阻擋作用。上升的水汽、塵粒等多聚集其下，那裏的能見度往往較差。
平流層
位於對流層頂之上，頂界伸展到約50～55公裏。在平流層內，隨著高度的增加氣溫最初保持不變或微有上升，到25～30公裏以上氣溫升高較快，到了平流層頂氣溫約升至270～290K。平流層的這種氣溫分布特征同它受地麵影響小和存在大量臭氧（臭氧能直接吸收太陽輻射）有關。這一層過去常被稱為同溫層，實際上指的是平流層的下部。在平流層中，空氣的垂直運動遠比對流層弱，水汽和塵粒含量也較少，因而氣流比較平緩，能見度較佳。對於飛行來說，平流層中氣流平穩、空氣阻力小是有利的一麵，但因空氣稀薄，飛行器的穩定性和操縱性惡化，這又是不利的一麵。高性能的現代殲擊機和偵察機都能在平流層中飛行。隨著飛機飛行上限的日益增高和火箭、導彈的發展，對平流層的研究日趨重要。
中間層
從平流層頂大約50～55公裏伸展到80～85公裏高度。這一層的特點是:氣溫隨高度增加而下降，空氣有相當強烈的垂直運動。在這一層的頂部氣溫可低至160～190K。
熱層
它的範圍是從中間層頂伸展到約800公裏高度。這一層的空氣密度很小，聲波也難以傳播。熱層的一個特征是氣溫隨高度增加而上升。另一個重要特征是空氣處於高度電離狀態。熱層又在電離層範圍內。在電離層中各高度上空氣電離的程度是不均勻的，存在著電離強度相對較強的幾個層次，如D、E、F層。有時，在極區常可見到光彩奪目的極光。電離層的變化會影響飛行器的無線電通信。
散逸層
又稱逃逸層、外大氣層，是地球大氣的最外層，位於熱層之上。那裏的空氣極其稀薄，同時又遠離地麵，受地球的引力作用較小，因而大氣分子不斷地向星際空間逃逸。航天器脫離這一層後便進入太空飛行。
2．認識天空、太空和宇宙
天空包含的空間範圍是太陽、月亮、星星，是地球以外的空間。地球是一個猶如雞蛋形狀的橢圓球體，外部包圍著一層圓環形狀的大氣層。如果把地球外圍的大氣層看做分界線的話，“天”則是指大氣層以外的空間，“空”則是指大氣層以下到地球表麵的空間。
天空
太空
宇宙
太空是指極高的天空，它仍然屬於天空的範疇。而宇宙包含的空間就要比天空大得多了，宇宙是包括地球及其他一切天體的無限空間。但在自然科學中，宇宙並不僅僅是空間的概念，它還包括時間的概念。因此，宇宙是空間和時間的總和。
從上述三者的科學含義中我們知道，所謂“航空”，就是人類在地球大氣層中的活動。它所使用的工具是飛機、直升機、飛艇和氣球等，這些飛行器統稱為“航空器”。所謂“航天”，則是人類衝出包裹地球的大氣層，到宇宙太空中去活動，即宇宙航行。它所使用的工具是航天器以及把航天器送入太空的運載火箭。
我國著名科學家錢學森認為，宇宙航行應劃分為兩個階段，第一階段是在太陽係內活動，叫航天；第二階段是到銀河係及至銀河外星係活動，叫航宇。他還指出，要實現航宇的目標，科學技術還需要多次大的飛躍。
3．發展載人航天的原因
航天飛船
對於未知世界的好奇心驅使人類進行相關活動。隨著人類知識水平的不斷提高，認識水平也逐漸向更廣泛的範圍發展，隨著科學技術的不斷提高，人類冒險運用的技術手段逐漸提高，對未知世界的了解更加渴望。宇宙空間作為地球陸海空之外的另一個無限空間，所蘊涵的無窮奧妙越來越吸引冒險者的注意力，冒險與科學結合將使探險成為人類認識未知世界的一把強有力的鑰匙。隨著對太空的不斷探索與研究，人類逐漸解開了其中一些奧秘。
1．開發利用空間資源。
人類為了社會進步和生活，總是在不斷擴大活動的領域，探索新的理論和方法，開發和利用更多的資源。這是包括空間科學和技術在內的高新技術發展的動力。外層空間（簡稱空間，又稱天或太空）是人類擴大其活動範圍的最新疆域，它廣闊無垠，擁有豐富的空間資源。它可以更好地被人類運用，改善和提高人類生活與生產水平。進入太空後，人們發現了豐富的資源，如高真空、微重力等。月球上還存在豐富的氦-3等礦產資源。利用這些獨特的資源環境，人類可以進行太空有種試驗，可以加工生產在地球上無法加工生產的工業用品和生活用品等。