人類要想飛向太空，必須首先征服地球引力這個攔路虎。當時，齊奧爾科夫斯基所設計的火箭，速度不超過每秒2.5千米，這個速度根本不可能擺脫地球的引力。經過嚴格的計算，齊奧爾科夫斯基得出結論，要想擺脫地球引力，必須具有每秒11.2千米的速度。這就是所謂的“逃逸速度”。
齊奧爾科夫斯基經過研究，得出了兩個結論：一是火箭的速度決定於排氣速度，而排氣速度又跟所選用的燃料和氧化劑有關，以液態氧做氧化劑，用液態氫做燃料比用汽油所得排比速度大。二是要使火箭達到較高的速度，必須提高火箭滿載燃料時的質量和火箭軀殼的質量之比。然而，用1噸的外殼要裝下30噸左右的燃料是絕對不可能的，更何況外殼的質量還要包括火箭發動機和其他設備的質量，同時還得考慮外殼的堅固性。
正是由於這些原因，1929年，已達72歲高齡的齊奧爾科夫斯基在多年研究的基礎上發表了《宇宙火箭列車》一文，提出了“火箭列車”的構想。
“火箭列車”實質上就是多級火箭，因為它是一節一節的火箭連接起來的，就象一列火車一樣，所以叫做“火箭列車”。
這種多級火箭之所以能夠取得逃逸速度，使火箭飛離地球，是由第一節火箭在完成自己的使命後便自動脫落，減輕了負荷，上麵各級火箭在下麵各級火箭已經取得速度的基礎上增加速度，所以一級比一級飛得快，客艙和科學儀器設在最頂上的一級火箭內。
科羅廖夫認真鑽研了齊奧爾科夫斯基的《宇宙火箭列車》一文，並根據這一構想，開始設計具有更大推動力的運載火箭。在研製過程中，他不斷完善“火箭列車”的設想，提出用串聯或並聯的方式組成多級火箭或捆綁式火箭。
眨眼間，兩年過去了，科羅廖夫的研製計劃迎來了最關鍵的實踐時刻。
1957年10月4日的夜晚，哈薩克大草原衛星發射基地的中央，矗立著一枚巨大的兩級火箭。世界上第一顆人造地球衛星即在這裏發射。
發射時刻到了，科羅廖夫親自點燃了導火索。“火箭列車”載著世界上第一顆人造地球衛星“斯普特尼克一號”，把這顆重83.6千克，帶有兩個無線電發射機的鋁合金小球送入了地球軌道。前蘇聯終於搶在美國之前將人造地球衛星送上了天空。從此，浩瀚的太空增加了一族新的成員——人造天體。
遨遊天空的飛行器——宇宙飛船
20世紀中葉，世界各國有誌於探求宇宙奧秘的科學家們都在試圖研製一種能載人在太空中遨遊的飛行器——宇宙飛船。
1957年11月3日，前蘇聯發射了載有實驗動物的人造地球衛星。這個實驗動物是一條名叫“萊依卡”的小狗，它被裝在密閉的艙內，內麵有生命的保障係統，給小狗以空氣、食物和水。有關狗在飛行中的狀態的信息，通過無線電遙感傳送到地麵，為科學家們提供了許多寶貴的經驗。“萊依卡”的飛行表明，航天條件對生命並不造成威脅。
此後，載人宇宙飛船的研製工作開始緊張進行。
1961年4月12日，前蘇聯用人類曆史上第一艘載人宇宙飛船“東方1號”，載著宇航員加加林，從拜科努爾航天發射場起飛，進入軌道，在空間繞地球一圈，飛行了1小時48分，安全返回地麵，開創了人類進入宇宙的新紀元。
“東方1號”是一個直徑2－3米的球形座艙，質量約為2.74噸，球形座艙是密封的，內有多種人口，宇航員的坐椅是彈射式的，如果發射時出現事故，宇航員可以自動彈射出來，座艙還連接有一個機械室，機械室呈圓筒狀，內裝有電源、操縱設備、燃料、氧氣。當飛船返回大氣層時，機械室將和座艙分離。
1961年8月6日，前蘇聯又發射了“東方2號”宇宙飛船。這艘飛船在空中飛行25小時18分鍾，飛行距離達70萬千米。宇宙員蓋爾曼·季托夫，在空中失重的狀態下，品嚐了裝在食品管中的食品，還美美地睡了一覺。
接著，前蘇聯在1962年8月11日，發射了“東方3號”、“東方4號”宇宙飛船，在1965年3月18日，發射了“上升2號”飛船，都獲得了成功。與此同時，美國也在抓緊宇宙飛船的研製工作。1962年2月20日，美國用“水星2號”飛船將宇航員約翰·格林送入地球軌道，在地球軌道上飛行近5個小時，繞地球3圈返回地麵。這是美國第一次實現太空軌道上的飛船載入飛行。
美國為了趕超前蘇聯，決心製造更好的飛船，載人飛到月球上去。經過多年的努力，耗資達240億美元，動員了40多萬人參加研製，製成了“阿波羅11號”宇宙飛船。這艘宇宙飛船長25米，重45噸，在飛船內，有3把靠椅，在靠椅的上方，安裝了各種控製飛船的儀器。用於發射“阿波羅11號”的三級火箭有85米，重達2700噸。
1969年7月16日，在美國肯尼迪航天中心，發射了載有3名宇航員的宇宙飛船。“阿波羅11號”升空後，先用兩個小時繞地球一圈半，然後飛向月球，又經過73小時的飛行，宇宙飛船於1969年7月20日到達月球。到達月球後，宇航員阿姆斯特朗和奧爾德林乘坐月艙登月，而宇航員科林斯則繼續駕駛指令艙繞月飛行。
阿姆斯特朗和奧爾德林在月球上做了一係列的實地考察，並采集了22千克月球上的岩石和土壤標本。他們在月球上逗留了21小時18分鍾後，駕駛登月艙進入軌道。然後，登月艙與科林斯駕駛的指令艙對接起來，又形成了完整的飛船，飛回地球。
“阿波羅11號”宇宙飛船登月的創舉，震動了全世界，人們歡呼人類這一偉大的勝利。
從宇宙飛船的誕生到逐步完善，以至將人載到月球上“走”了一趟，是人類跨出的偉大的一步。它表明人類有足夠的智慧，創造出輝煌的業績。
在地球和太空間穿梭的飛機——航天飛機
人造衛星、宇宙飛船等各種飛行器是通過運載火箭而進入太空軌道的，運載火箭把它們送入軌道後，就算完成了任務，然後被拋棄在地球周圍的太空中，大多數最後墜入大氣層而燒毀。也就是說，運載火箭隻能使用一次。
研製一枚火箭要耗費大量的物力、財力，一枚火箭隻能使用一次，這是一件多麼痛心的事情。
科學家們對這一巨大的浪費更感到不能“容忍”。他們決心要製造出一種像火車、飛機那樣可重複使用的運載器。
1968年8月，美國宇航局有關官員宣布：美國航天技術的下一個目標，是要研製一種可重複使用，穿梭飛行於地球和太空間的飛機。這種飛機顯然與普通飛機不同，它不但可以飛行於大氣層中，而且還可以飛出大氣層，在太空中飛行，因此，人們稱它為航天飛機。
1972年，美國總統尼克鬆批準了預計耗資55億美元的航天飛機研製計劃。
1976年9月，美國製造了一架“企業號”航天飛機，科學家們在美國的一個空軍基地進行試驗。他們讓一架巨型波音747飛機將“企業號”航天飛機載到7000餘米的高空，然後將航天飛機送出。試驗獲得成功，5分鍾後，“企業號”航天飛機穩穩當當著陸。
嚴格地說“企業號”航天飛機是人類曆史上製造的第一架航天飛機，但由於它沒有在太空中飛翔，因此，人們隻是把它當作試驗品看待。
“企業號”航天飛機雖然沒能在太空中飛行，但它的飛行實驗證明航天飛機重返大氣層在機場著陸是完全可靠的，它成了通向太空的鋪路石，增強了科學家們研究的信心。
20世紀80年代未，美國科學家在研製的“企業號”航天飛機的基礎上大膽進行改進，研製出了被人們公認的第一架航天飛機“哥倫比亞號”。這架航天飛機重達2227噸，外形看起來，它像一架巨型飛機。它的尾部裝有3台推力巨大的主發動機，在它“肚子”下麵，附著一個巨大楔形的燃料外貯箱，可裝700噸燃料，供給主發動機使用；在外貯箱兩側，還附著兩個對稱細長的固體助推火箭。
1981年4月12日上午7時，美國宇航局在佛羅裏達州的肯尼迪航天中心發射了第一架航天飛機“哥倫比亞號”。在一聲巨大的轟鳴聲中，“哥倫比亞號”航天飛機衝向天空。在50千米高空，兩個固體助推火箭脫落，然後由主發動機推動它繼續爬高，又過了一會兒，外貯箱中的燃料用完，並被拋棄。“哥倫比亞號”在卸掉兩個包袱後，一下子減到110多噸。在起飛後第45分鍾，航天飛機順利地進入距地球240千米的地球軌道。
“哥倫比亞號”航天飛機在飛行36圈，曆時54小時30分後開始返航。宇航員開啟動力裝置，它開始脫離圓形軌道進入大氣層，此時它的時速是8200千米，飛機頭部因與大氣高速磨擦，外表溫度已經上升到1600℃。
美國愛德華空軍基地派出了4架殲擊機，在12000米的高空排成方陣，給這位“天外來客”導航。“哥倫比亞號”平穩地降落在愛德華空軍基地的跑道上。當德國物理學家默博爾德和美國宇航員歐文·加裏奧這兩位宇航員神采奕奕走下航天飛機時，幾十萬狂熱的觀眾不停地向他們歡呼，歡慶首航成功。
1981年11月至1982年6月，“哥倫比亞號”航天飛機又進行了三次試航，進行了多項科學研究活動，進一步完善其性能。1982年11月6日，“哥倫比亞號”進行了首次常規業務飛行，將兩顆人造地球衛星送入軌道，從此，開始了它的“商業生涯”。航天飛機開始登上了宇宙航行的曆史舞台。
“哥倫比亞號”航天飛機的試飛成功，是繼阿波羅登月計劃後航天技術的又一次重大突破，它拉開了人類大規模開發空間的序幕。