在21世紀，航天技術將更加受到人類的青睞。有人說，人類在新世紀對航天能力的依賴就像19世紀和20世紀對電和石油的依賴一樣。目前，人類有三大全球性問題亟待解決，即資源枯竭、環境惡化、人口劇增，從當今技術水平和可以預見的未來來看，航天技術將是一种不可替代的重要解決手段。開發空間太陽能和月球上的氦—3，可使能源危机大大緩解；建立全球衛星觀測系統，能真正認識全球環境變化的規律，從而找到切實可行的對策；地球能容納的人口是有限的（80億—110億），因此人類遲早會提出向太空擴展生存空間的議題。(圖片來源：大洋网)
航天運輸挑戰低成本
在航天運輸領域，21世紀初仍將以提高運載能力和可靠性、簡化操作程序和降低發射成本為目標，進一步改進現有的一次性運載火箭。最典型的就是美國現正研制的“改進型一次運載火箭”（EELV）。該系列火箭的運載能力為1.1吨—2.1吨，發射成本比現有火箭低50％。如能按計划研制成功，則將于2001年后開始陸續投入使用（中型先發射，重型2005年發射），屆時EELV可取代美國“大力神”、“宇宙神”和“德爾他”等多個系列火箭。
美國還在研制可重复使用的運載器，旨在降低天地往返成本。在眾多方案中，最有名的當屬X—33∕冒險星，該計划已在實施，定于2003年開始試驗。它采用“線性气塞式發動机”、全复合材料、防熱金屬瓦等新技術，因而可以單級入軌，從而能大大降低發射費用的成本，其發射費用僅為目前的1∕10。“線性气塞式發動机”的优點是可自動适應飛行過程中不斷變化的大气壓力，所以效率极高。不過其研制風險也极大，是名副其實的“冒險星”。若能獲得成功，將成為新一代航天飛机。
目前，美國旋轉火箭公司正研制一种名叫“羅坦”的全重复使用單級入軌火箭。据說它可載兩人，也能把近地軌道有效載荷的發射价格降至現在的1∕10，并定于2002年開始發射。“羅坦”火箭設計十分獨特，它垂直起飛，在把有效載荷送入近地軌道后，調頭返回，并打開直升机式的螺旋槳葉減速著陸。
小衛星构建信息高速路
21世紀的人造地球衛星將向越來越大和越來越小兩個方面發展，即一方面研制綜合型高功率大型衛星平台，最終演變成一种新型航天器———空間平台；另一方面研制小衛星（500千克—1000千克，造价2000万—5000万美元）、超小型衛星（100千克—500千克，造价500万美元）、微型衛星（10千克—100千克，造价100万—400万美元），甚至納米衛星（小于10千克，造价不到100万美元）。
空間平台与人造地球衛星的不同點是有人照料，可定期在軌維修和更換儀器、加注燃料和補給品，具有壽命長、設備新、用途廣的优點。換句話講，它是一种介于人造衛星和空間站之間的大型綜合系統。
現代小型衛星的优點是研制周期短、体積小、性能好、可靠性高、發射靈活和不易被摧毀等，尤其是由小衛星組成的星座，其功能使不少大型衛星也甘拜下風。發展高頻段的高速率寬帶的低高軌道星座系統，构筑太空信息高速公路，定將成為21世紀的熱點，因為它比光纖通信成本低，建造容易，是信息時代的主力軍。
特別要指出的是，在21世紀，衛星應用的商業化和軍事化趨勢會進一步加強。比如，軍事航天的任務將由目前的空間支援（發射和部署航天器）、力量增強（偵察、通信、導航等），轉為空間控制（保護己方航天系統，破坏敵方航天系統）和力量運用（從空中攻擊地球），使空間從支援地球上陸、海、空部隊作戰的輔助戰場，變成由地球上陸、海、空部隊支援的主戰場。21世紀初，美國將部署可預警戰略和戰術導彈的SBIRS導彈預警衛星、8X偵察衛星、EHF通信衛星等一系列新型軍用衛星。有報告認為，到2025年，大部分戰爭可能不是攻占領土，甚至不發生在地球表面，而是發生在太空或信息空間。到那時，誰能控制太空或信息，誰就能取得优勢。
載人航天四步走未來的載人航天分四步走。第一步就是在2005—2006年建造成“阿爾法”國際空間站，使7名宇航員在上面長期工作。此后第二代國際空間站“貝塔”計划將起動，它建成后將作為更長期的宇宙飛行的中轉站。
第二步是建立空間基地，即在空間站的基礎上發展和擴大。除具有空間站的全部功能外，空間基地還能對其它航天器進行加注燃料、維修更換儀器等在軌服務。空間基地上還可建空間工厂，生產特殊材料和藥品等，使載人航天進入真正的應用階段。
第三步是建立月球基地。月球上蘊藏著丰富的資源，尤其是有地球上沒有的核燃料氦—3，如用它取代核聚變中的氘，不僅能解決能源危机，還可使核污染減少到現在的几十分之一。据分析，月球上氦—3的蘊藏量達100万吨，其總能量相當于地球上有史以來開發的所有礦物燃料的10倍。僅數十吨氦—3核聚變所產生的能量就可以滿足21世紀地球的全部電能需求。
由于月球引力只有地球的1∕6，又沒有大气，因此將月球作為未來行星際航天的基地十分理想。從月面起飛，比地面起飛容易得多，而且可從月球的許多氧化物中提取氧作為火箭助燃劑。將來載人火星飛行便可以以月球基地作為中轉站和燃料生產基地，這樣可以大大減少載人登火星的費用。月球也是理想的天文觀測站，在月球上可輕而易舉地做到真正的全波段觀測（沒有大气扰動和吸收），其分辨率比地球上高1000倍。
在月球上建造太陽能發電站能充分利用太陽能，發電效率极高，從而可解決地球和空間站的能源不足。日本已提出把月球發電作為21世紀的新產業，并設想用微波技術把電送回地球。
理想中的月球基地需要有寬敞的密閉環境，保持其內部有与地面上一樣的溫度、壓力和空气成分。在密閉環境內，人類和動物、植物共生在一起，氧气、水和食物互相循環轉換，不需外界補給。在地球出現人口過多時，可向月球移民。
現在，美國、日本、歐空局、俄羅斯等都制定了有關的長遠計划。
第四步是載人火星飛行。火星是与地球最近似且距地球最近的一顆行星，研究它對認識地球本身和整個太陽系都有重要意義，尤其是對揭開生命的起源和演化很有幫助。21世紀還有可能建立火星城市，向火星移民。現在，已有一些國家正在為載人火星飛行的計划做准備。載人火星飛行的關鍵是要掌握載人火星飛船生命保障系統的再生循環技術，此外還要搞清在飛往火星的漫長旅途中（一年半）長期失重以及寂寞孤獨對人体生理和心理的影響。
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