航天器在大多数阶段都是靠地面导航设备来导航的，美国宇航局主要依靠地面雷达进行跟踪测试，然后再根据信号计算航天器飞行的距离，其精确度可达到几米。
20世纪70年代，美国载人飞船在执行任务期间，主要依靠地面的跟踪测量船，多艘跟踪测量船可以构成一个太空跟踪网。另外还有3个地面测量站，主要分布在加利福尼亚州、澳大利亚和西班牙，基本上覆盖了全球。地面跟踪站从无线电信号提取多普勒速度和距离信息，并通过跟踪站传送到设在加利福尼亚的喷气推力中心实验室的中央计算机，然后对数据进行处理，以及时调整航天器的速度及飞行姿态。
载人航天器上的导航设备主要有惯性测量装置、空间六分仪和光学定位系统。
惯性测量装置最早应用于飞机导航，后经过改进又用到了火箭上，尔后又经过适当改进被用在了载人航天器上，用于测量航天器的飞行姿态、所在位置和飞行速度。美国为“阿波罗号”研制的惯性测量装置是一种典型的导航设备。它由3个常规陀螺仪和3个安装在稳定平台上的加速度表组成。
空间六分仪用于测量瞄准线与各种星体间的角度，用此来测定飞行器的飞行方向。当恒星偏离六分仪的瞄准线时，表明惯性测量仪需要重新对准。
光学定位系统利用目标周围的恒星背景作为确定载人航天器接近目标体的方向。同样载人航天器上也装有目标测距装置和多普勒雷达，在飞行过程中，载人航天器上和地面上的测量系统自始至终共同工作，以达到最高的导航精度。
空间导航与地面导航不同，飞行器的飞行轨道是预先设定好的，在飞行器飞行过程中通过各种仪器描绘出其实际的飞行轨道，然后对比其预先测定的轨道模型，及时修正飞行器的飞行姿态，以完成预定的任务。
航天交通规则
航天技术是现代高科技的前沿，各国都竞相开发太空，进入太空活动的国家越来越多。
太空是全人类共同拥有的资源，开发宇宙的活动从一开始就超越了一国范围而带有国际性。
但是少数航天大国为了本国的利益，不断扩大太空的军事活动，不但在太空布置大量的军事侦察卫星，而且还加紧研制航天武器，把太空变成潜在的战场，威胁世界和平与安全。因此需要建立和健全太空法规，规范各国的航天行为加强太空管理，维护太空秩序。
20世纪50年代末，当时的美国总统艾森豪威尔首先提出了制定外层空间国际法问题。1959年，联合国成立了常设机构——“和平利用外层空间委员会”，具体研究和协调太空管理的技术和立法问题。1963年12月13日，联合国大会通过了“各国探索和利用外层空间活动的法律原则宣言”，为太空立法订立了原则基础。1967年1月27日签订了“关于各国探索和利用包括月球和其他天体在内的外层空间活动的原则条约”，共17条。是管理太空的根本法规。
该法规定了开发利用外层空间的目的必须是为全人类谋福利。各国在开发利用太空上，相互平等，相互合作，保持国际的和平与安全，增进国际间的合作与了解，抑制航天军事化趋势。
但是随着航天事业的不断发展，新的矛盾和问题不断出现，国际空间法有待于进一步完善。如由于航天活动日趋频繁，太空中的碎片逐渐增多，大量的火箭壳体、报废的航天器及航天员生活废弃物等对太空环境造成污染，对航天活动构成威胁。许多空间科学家和法学家呼吁尽快制定相关法律，对太空垃圾严加管理，有效处理。
航天活动还会对地面、海洋及大气层等环境造成污染。例如，运载火箭和航天飞机发射时喷射的燃气含有大量有害化合物。某些化合物升到高空还会破坏臭氧层。研究分析表明，诸如像航天飞机那样的运载器，每发射60次就会使臭氧减少0.5％。航天活动中释放的粒子和水蒸气，会改变电离层的状态，影响无线电波的正常传播。因此应制定有关的管理法规。
此外，对现有法规的执行还有一个监督的问题，以保障法规的实施。
为了积极参与航天合作促进航天事业的发展，我国于1980年加入了联合国“和平利用外层空间委员会”，1983年12月正式加入了“关于各国探索和利用包括月球和其他天体在内的外层空间活动的原则条约”。这对于我国进入国际航天市场、积极从事航天活动，提供了可靠的法律依据和法律保障。
神奇的天梯——火箭
火箭应具备这样两个基本特点：第一，有强劲的推动力，可以达到宇宙速度，挣脱地球、太阳的引力；第二，在没有空气的太空，它的发动机可以照常工作。
为了寻找这一登天的“天梯”，现代火箭的先驱们进行了不屈不挠的探索。到20世纪40年代火箭终于诞生了。现代火箭技术是直接受我国古代火箭启发制成的。
举世公认，火箭的发源地是中国。一千多年以前的中国人就发明了一种武器，将装有火药的竹筒绑在箭杆中部，当点燃导火索以后，火药急剧地燃烧，猛烈地向后喷出烟雾，箭体受到一个向前的推力，冒着烟向敌方阵地飞去。人们称这种武器为“火箭”。火箭比其他箭飞得更快、更远，杀伤力更大。我国明朝时期是古代火箭发展的鼎盛时期。
当时的火箭已经发展到十几种，而且还研制成多级火箭，这是火箭发展史上意义重大的突破。
在火箭发展史上，我国做出过杰出的贡献。但是在漫长的封建社会中，火箭技术没有得到发展，那些闪光的思想便被埋没了。西方国家在掌握了原始的火箭技术后，却走在了现代火箭发展的前列。
现代火箭理论的奠基人是俄国的齐奥尔科夫斯基。他出生于俄罗斯的一个小镇，10岁的时候不幸得了严重的猩红热，病愈后失去了听觉。他不得不呆在家里自学，后来当上了中学教师。在39岁时他开始系统地研究火箭。1903年，他发表了名为《乘火箭飞船探索宇宙》的著名论文，文中提出了液体火箭的理论。
他认为以往的火箭都是使用固体燃料的，这种燃料一旦点燃就无法控制。在星际航行中火箭的推力应该像油门一样可以调节，于是他大胆地设想用液氧做氧化剂，和燃料煤油一起作为推进剂，由一个泵调节进入燃烧室推进剂的分量。
这篇论文指出了人类的宇航之路，因此俄国人称他为“火箭之父”。由于当时的技术条件和时代背景的制约，这些理论成果并没有在试验方面得到支持，在他的有生之年也未能造出一枚具有现代特征的火箭。
20年后，才有一个名叫哥达的美国人开始试制齐奥尔科夫斯基的液体火箭。1919年哥达发表了论文《到达真空的方法》，论述火箭可以在没有空气的宇宙间飞行。1920年开始试制液体火箭，这件工作难度极大，他费尽了心血。1926年3月16日他成功地发射了世界上第一枚液体火箭，这支火箭在25秒内升高了12米，飞行了56米。
在第二次世界大战中，由于战争对武器的需要，促进了火箭的发展。第二次世界大战中，法西斯德国首先研制了液体火箭，命名为V-2，火箭全长14米，直径1.65米，总重量为5.4吨。火箭的最前端是重达1吨的装着炸药的弹头，射程是330千米，飞行速度是6倍音速。
1944年9月的一个夜晚，德军从被占领的荷兰向英国伦敦发射了这种V-2火箭，不久伦敦市区警报声四起，火光冲天，巨大的爆炸声震耳欲聋。伦敦的防空部队打开了所有的探照灯，把黑夜照得如同白昼一样。奇怪的是空中没有一架敌机。后来才查明，这次袭击伦敦的不是德国的飞机，而是一种叫做V-2导弹的新式武器。它在荷兰海岸发射，几分钟就可以飞越英吉利海峡击中伦敦。
1945年5月7日，德国宣布无条件投降，德国被盟军和苏军占领。美军捷足先登，将德国的150名高级研究人员，以及整批V-2零件，迅速运回美国。前苏联也不甘示弱，但他们毕竟晚了一步，只带走了一些一般工作人员，不过他们带走了所有的设备。相当于搬走了一个完整的V-2工厂。后来美国和前苏联的巨型火箭，与V-2都有着密切的关系，也可以说得自V-2的真传。人们开玩笑说，“美国和前苏联的火箭在空中相遇时都用德语打招呼”，正形象地说明了这一历史。
自此之后，苏美两国展开了激烈的太空争夺战，这场战争的核心部分就是火箭的竞争。
1955年前苏联制造了一种可以携带核武器的导弹，具有很大威力。这时前苏联的火箭技术已领先于美国。1957年10月4日，前苏联在科努尔发射场上，用一枚代号“T3A”的运载火箭成功地将一颗人造地球卫星送入轨道。
这些消息使美国震惊，也使美国最终批准了卫星计划。从那时起美国科学家迅速地研制出了一系列火箭。1969年7月登月计划成功实现。这无疑显示了美国火箭在飞行准确和安全方面的领先水平，也说明了美国在太空领域取得了优势。1971年，美国又成功地发射了绕火星飞行的人造卫星，此时人类已达到并能够准确地把握第二宇宙速度。1987年，“先锋者10号”成为第一颗飞离太阳系的人造天体，火箭对速度的超越才告一段落。
火箭要能在空中飞行，必须解决两个问题：燃烧时所需要的氧气何来？前进的推力由何而来？
燃烧是一种化学反应过程，必须有燃料和助燃剂。由于人们所熟悉的燃烧都是在空气中进行，无需提供特别助燃的氧气，于是便想当然地认为，只要有燃料就可以燃烧了，忽视了助燃剂的作用。飞机的喷气发动机只需携带汽油，发动机工作时从空气中获取助燃剂——氧气。那么要使这种发动机在真空中工作，必须自己携带氧气。
火箭的发动机既携带有燃料，又携带有助燃剂。两剂合在一起称作推进剂。火箭只有携带自己全部的“口粮”才能在太空中飞行。当然它也可以在大气层中飞行。
第二个问题是如何获得“推力”。牛顿第三定律告诉人们：当甲物体对乙物体施加一个作用力时，乙物体也必然同时对甲物体施加一个反作用力，这两个力大小相等，方向相反。
自然界中最形象的例子是章鱼，当它遇到危险逃跑时，就急剧收缩自己身体内一个盛满液体的内套，液体受到挤压后，由身体后面的一个喷口射出，与此同时喷出的液体也给章鱼一个向前的推力，章鱼便像箭一样向前逃跑了。
火箭发动机的原理与此类似。推进剂在火箭发动机的燃烧室内燃烧生成高温高压的气体，气体由喷口高速向后喷出，与此同时，火箭受到一个向前的推力。燃烧持续进行，连续向后喷气，火箭便受到连续不断的推力，在此推力的作用下，火箭速度不断增大，竖直升空，冲出大气层。
射向太空的道路
要使火箭飞得快，升得高，则需要使其推进剂占火箭总重量的比重提高，例如，若使推进剂的比重从0.8升高到0.9升，那么火箭的速度就可以提高43％以上。另外火箭的速度与喷气速度也有一定关系，喷气速度越大，火箭前进的速度也就越大。要有大的喷气速度则要求燃料有高的燃烧值。因此，选择高燃烧值的推进剂，对提高火箭的速度也很有利。
除了对速度的要求以外，还要将卫星运送到大气层以外的太空，并按预定的水平方向将卫星送入轨道。要完成这些任务，在目前所使用的推进剂限制之下，单级火箭显然没有足够的力量。因此发射人造卫星用的火箭，目前都是多级式。
多级火箭的级数不能太少，否则推力不足；也不宜太多，否则构造太复杂，容易出毛病。照目前的情形来看，似乎这种火箭应在三四级为好。其中第一级大体用固体推进剂，末级用液体推进剂，至于中间各级可用固体也可用液体推进剂。由于发射卫星需要高速度和长射程，即使发射一颗很小的卫星，它的发射火箭一般也庞大得惊人。
发射火箭所应具备的条件已如上所述。即使满足了以上条件，火箭仍有许多困难和危险待克服，其中最主要的技术有以下几方面：
（1）火箭的可靠性
多级火箭间的配合，每级与次级之间的自动分离，各级火箭的适时启动，都需要极复杂的机构和极缜密的设计，这是一个棘手的问题。火箭是由几十万个零部件组成的，即使只有一个零件不可靠，整个火箭就有危险。1960年10月23日，前苏联的火箭在发射台上爆炸，使包括导弹部队司令在内的几百名军人和科学家丧生。
即使火箭本身可靠，工作人员也马虎不得，否则就有可能发生意外事故。1976年美国一火箭操作人员因将一螺母少拧了半圈，使输入电流不连续从而导致发射失败。1990年2月，“阿里亚娜”火箭第36次发射时，因为第一级发动机中遗留一小块抹布而发生爆炸。
（2）长程火箭飞行的稳定性
长程火箭所经历的区域，从接近地面的浓密大气层直到近于真空状态的极稀薄空气层，其间客观环境的变化非常剧烈。外界大气的变化，以及各级火箭在空中的分离启动，往往使火箭发生剧烈的摇摆、扭动、震颤等种种不良现象，甚至破裂而致火箭于死地。因此如何使火箭在各种不同的环境和情况之下均能保持其相当稳定的飞行，是一项关系到火箭成败的关键问题之一。
