（一）探索历程
20世纪50年代末以来，随着航天技术的诞生，人类开始利用新兴的航天器探测太空的各种自然现象及其规律。除了对地球空间范围的探测，也进行了大量包括对月球、行星和行星际空间进行探测活动。对地球以外的空间探测的主要目的是研究月球和太阳系的起源和现状，通过对太阳系各大行星及其卫星的考察研究，进一步揭示地球环境的形成和演变情况；认识太阳系的演化，探寻生命的起源和演变历史；利用宇宙空间的特殊环境进行各种科学实验，直接为国民经济服务。
1958年1月31日美国发射成功第一颗卫星“探险者1”号，它首次探测到地球周围存在一个高能电子、粒子聚集的辐射带，这就是着名的范·艾伦辐射带。1958年末，美国发射的“先驱者3”号探测器，在飞离地球10万公里的地方又发现了第二条辐射带。这是利用人造卫星和空间探测器最初探测的典型成果。从1958年开始，人类用人造卫星、宇宙飞船、空间站和航天飞机等作为探测手段，对近地空间的环境，如地球辐射带、地球磁层、太阳辐射、极光、宇宙线等进行了探测。美国的“探险者”、轨道地球物理观测站、轨道太阳观测站系列，前苏联的“宇宙”号、“预报”号、“质子”号系列中的一部分，中国的“实践”系列等，借助携带的科学仪器，测量了地球大气层、电离层、磁层的基本结构，测量了太阳光辐射谱、空间粒子成分、高能电子、高能质子和太阳磁场等参量及其变化，探测了各类现象之间的相互关系等。通过对空间环境的探测和研究，为各类航天器的发射和飞行，航天员较长时间在太空生活并实现太空行走和其他太空活动，提供了重要数据和安全条件。
人类探索宇宙，首先是向距地球最近的天体——月球进军。前苏联于1959年发射第一个月球探测器，早期的月球探测器使人类对这颗地球的唯一一颗卫星第一次有了更真切的认识，为载人登月打下了基础。20世纪90年代世界掀起重返月球的热潮。1998年美国发射的“月球勘探者”进行了环月飞行，除了证实月球上存在丰富的矿藏和氦-3核原料以外，还探测到月球两极存在总储量达100亿吨的冰冻水源，这无疑给人类开发月球带来福音。人类之所以钟情于月球探索，是因为将来可以利用月球上的资源和条件，建立起人类新的生活基地，为造福人类服务。
空间探测器作为探索宇宙的得力工具，随后除冥王星外，几乎遍访了太阳系的其他八大行星及其卫星和行星际环境，获得许多从来未有过的新发现和新成果。前苏联的金星探测器，掀开了金星面纱的一角，透过它的浓厚云层探测到这颗星球的温度、压力、大气成分等数据。美国1989年发射的“麦哲伦”号金星探测器，通过合成孔径雷达扫描，绘制出了第一张金星表面全景照片。美国于70年代发射的“先驱者”号和“旅行者”号探测器，首次探测了木星的情况，向人们提供了第一批木星近景图像。1989年发射的“伽利略”号探测器，不仅新发现了几颗新卫星，而且还发现木卫二的冰层下存在一个暗海洋。80年代初，“旅行者”1号和2号探测器飞掠土星，对土星及其光环的探测备受注目。它们不仅发现美丽的光环从5条增至7条，细看是成千上万的光环群，而且发现13颗新卫星，使土星的卫星增至23颗，成为一个土卫家族。1997年发射的“卡西尼”号探测器，将在7年后到达土星，去揭示土星光环结构和土卫六生命之谜。
1986年人类还专门对哈雷彗星回归和太阳进行过探测。前苏联的“韦加”号、欧空局的“乔托”号和日本的“先驱”号探测器，第一次在穿过哈雷彗发，贴近彗核探测，发现了哈雷彗星上有简单的有机分子。1990年美国发射的“尤利西斯”号太阳探测器，破天荒地探测了太阳南北极的太阳风形成等情况。
20世纪90年代以来，美国先后把“哈勃”太空望远镜、“康普顿”γ射线望远镜、“钱德拉”X射线望远镜送入太空轨道，观测宇宙中遥远天体和星系，揭示宇宙的形成和发展。“哈勃”太空望远镜升空10年来，已经观测到黑洞、超新星爆发等宇宙自然现象。
在宇宙探索中，人类把寻觅地球之音，探测地外文明作为一个不懈努力的目标。美国的“先驱者”10号和11号、“旅行者”1号和2号两对探测器，在周游了太阳系之后，携带着一张“人类名片”和一张“地球之声”唱片，正在飞出太阳系，到茫茫宇宙去探寻“宇宙人”的踪迹。
（二）进军火星
按距太阳由近到远的顺序，火星在太阳系九大行星中排列在第四位，它表面大部分地区被红色的硅酸盐、赤铁矿等铁的氧化物及其他金属化合物覆盖，因而显出明亮的橙红色，让生活在蓝色地球上的人类产生过无数美好的遐想。由于火星是距地球最近的行星，人们一直想对这颗红色星球进行近距离观察。关于火星人、火星生命等激动人心的问题已经争论了近一个世纪。因为自从望远镜发明以后，由于多种特性与地球相似，火星一直被誉为第二个地球。人类实现了登月的梦想后，更大的目标就是载人火星飞行，踏上火星之时，更长远的计划是改造火星环境，使之成为适合人类居住的第二个地球。科学家们坚信，人类最快可以在10年内踏上火星，太空旅游潮也会很快随之而来，届时，乘宇宙飞船观赏火星落日是最刺激的时尚之旅，假如囊中羞涩，去干巴巴的月球蹦蹦高也行。
火星的运行确实与地球有着相似之处，它绕太阳一圈的周期为687天，而它的自转周期仅比地球长41分。因此，火星上不仅有类似地球上的季节之分，还能明显区分出“五带”，即热带、南北温带和寒带。火星的平均温度与地球相差也不大，赤道地区的昼夜温度在20℃到-80℃度之间，而最寒冷的极区的温度变化于-70℃到-140℃之间。此外，火星上还有一定量的大气，有白皑皑的极冠，且随季节变化大小范围有明显的变化。由此可见，当人类着手为自己寻找另一个理想家园时，对火星寄予深切希望是顺理成章的事。
自1962年11月前苏联向火星发射第一个火星探测器“火星1”号以来，特别是1969年人类成功登上月球以后，红色的火星更成了人类探索的重点目标。在当年的美苏太空竞赛中，双方共向火星发射了数十个探测器，但大部分坠毁或失踪，使火星探索遭遇不少挫折。但是，这些探测器也曾向地球传回大量有关火星的数据和图片，为人类了解火星提供了极为重要的信息。特别是美国2001年发射的“奥德赛”火星探测器，在探测火星方面不断取得新发现。
寻找水和生命，是当前火星探测的首要目标，火星上是否有水直接关系到能否发现生命。早先的研究表明火星上是有水的，但火星上的水是零星存在、还是在火星表面大范围分布却一直没有充分证据，火星表面水的分布范围越广，生命出现的可能性就越大。去年，“奥德赛”传回的数据显示火星表面大量存在氢元素，科学家推测这很可能表明火星上存在大量冰冻水。俄罗斯专家研究也发现，火星高纬度地区约有50%的土壤含有冰冻水，他们据此推测火星上一度存在生命。他们相信，在不久的将来也许能找到火星上存在生命的证据。
火星在地球的外轨道绕太阳公转，每隔780天左右，火星、地球和太阳会运行在一条直线上，天文学上将这种天象称为“冲”。而火星运行到近日点发生的“冲”叫“大冲”，此时，火星、地球、太阳的距离最近，这种天象每隔15～17年发生一次。2003年7月的“火星大冲”景象尤其精彩，火星与地球的最近距离仅为5575万公里。根据天文学计算，这么近的距离，6万年才有一次。所以进入2003年后，人类对火星的探索掀起了新的热潮。2003年6月2日，欧洲宇航局的第一个火星探测器“火星快车”由俄罗斯航天部队在哈萨克斯坦的拜科努尔发射场成功发射升空。“火星快车”探测器重达2吨，上面携带了欧洲各国的7台科学仪器。按计划，它将在大约6个月后抵达火星轨道。随后，它携带的“小猎犬2”号着陆器将与探测器分离，并借助减速伞在火星赤道以北的伊希迪斯平原降落，对当地的火星表面进行为期180个火星日的考察。“小猎犬2”号着陆器的主要任务就是在火星上寻找水。美国也分别在2003年6月10和7月7日相继发射了“勇气”号和“机遇”号火星车，开始踏上去火星找寻水和生命存在踪迹的漫漫旅途。其主要任务是在火星表面着陆，探寻水和生命存在的迹象。与此同时，日本于1998年发射的“希望”号火星探测器不久前与地面恢复了无线电联系，有望于今年底至明年初进入火星轨道，对火星进行探测。据悉，欧洲宇航局还计划于2009年向火星发射可记录火星生物环境数据的“帕斯特”火星车。俄罗斯也积极与美国宇航局、欧洲宇航局在火星探测方面开展合作。目前，俄罗斯专家正借助美国“奥德赛”火星探测器上搭载的快中子探测仪对火星进行研究，也参与了“火星快车”携带的7台科研仪器的研制工作。
现在知道，火星表面十分荒凉。望远镜中明亮呈橘黄色的区域是它的“大陆”，那里到处是黄、红色的沙丘和怪石，火星的南、北半球有很明显的区别，北半球比较平坦，间或有些死火山，而南半球则有比较多的大大小小的环形山，山边缘的坡度也比较平缓，脊棱也受过某种“风化”作用。火星上确有奇特的“河床”，这些干涸的河床纵横交错，似乎主流和支流相连，达几千条之多，多数人认为是由于火山喷发熔岩造成的。尽管火星上目前没有液态水，但在火星形成早期，可能有较高的温度，完全有可能形成大量的液态水，造成真正的大江巨川。火星上是否有生命存在一直是悬而未决的谜。美国航空航天局的科学家们通过研究认为，火星上的坑陷及裂口部分所具有的沉积物，看上去和美国亚利桑那州的沙漠或者是大峡谷有着非常相似的结构。
毫无疑问，呆在地球上人类是无法解开火星的种种迷团的。种种迹象表明，在未来10～15年内我们必将成功踏上和开始着手改造火星。因为最初选定火星作为目标之时，如何在太空中获取氧气和保证飞船长途航行的动力，是人类远征火星必须解决的两大问题，现在这两个问题已基本解决。新世纪初，从火星大气中分离氧气的方法已被掌握，可以节省大量燃料的离子发动机也已经出现，并开始装配在“深空1”号科学探测器上投入实际使用，可以说前往火星必要的各项技术和工艺试验已经完成或接近完成。NASA制定的一项探索火星的长期计划显示，NASA将在未来10年间完成6次重大的火星探索行动。在2010年前，该机构将派出更多的火星探测器执行太空研究计划，到2010年之后，NASA还将派航天员前往火星取回地表样品。与此同时，俄罗斯计划在火星轨道上建造一座便于人类长期研究开发火星的空间站，并打算在条件成熟时吸引多国参与该计划的实施。
NASA阿姆斯研究中心的克里斯·麦凯认为，将火星变得适合人类居住的第一步，是通过名为“大地营造”的方法来提高火星地表的温度，其实火星表面的温度只需提高几度就可以满足地球上最原始微生物的生存需要，这些微生物包括在南极洲发现的青苔及海藻类生物。NASA计划在2007年发射侦察员飞船，把带有水母发光基因的拟南芥送到火星上去。之所以选择拟南芥做试验，是因为它有三个优点：株身较矮，可放在较小的暖房里；生命周期不长，只有六个星期；全部基因组已经破译。如果火星上的大气能够充满超温室气体，那么在未来100年之内它将成为适合人类居住的星球。
（三）人造天宫
“孙悟空大闹天宫”的故事，在中国是家喻户晓，老幼皆知的。关于天宫的幻想反映了古代人们对于美好生活环境的向往。科学的发展已经把许多幻想变成了现实。人类已经巡游九天，漫步月面。神话中的天宫是虚构的，然而现实的天宫不久将出现在太空。这就是未来的太空城市。
20世纪70年代出现的航天站，可以说是一种微型天宫。航天站只有一两间屋子大小，可以容纳2～3人，里面有良好的生活环境和工作条件，不过，水、食物、氧气和其他消耗品都需要由地面供给，隔一段时间派飞船送上去。人们可以利用航天站观察天文、勘测地球、进行生物学和医学实验、加工制造优异的材料和产品。航天站里是一个失重、孤独的环境，长期生活对人的生理机能和心里状态都会带来不利影响。所以，要想在天上长期居住，就得考虑建造天空城市——人造天宫。
设想中的天宫规模大体上方圆数十里，人口以万计。宫内环境和地球十分接近，有大气，还有重力，生活资料能自给自足。天宫将坐落在月球的轨道上，与地球和月球保持相等的距离。这样，天宫既不会掉下来，也不会飘开去。
建设天空城市，除可以代替航天站进行大规模的观测活动和空间加工等外，还具有深远的意义。现在，工业化不断加速，人口迅速增加，一旦地球上出现资源枯竭、人满为患的危险；当地球上某些地区遭受严重的天灾人祸时，就可能需要大量向地球外移民。天空城市将是一个理想的新大陆。
从更长远看，人类一直在找寻地外生命，由于恒星离我们非常遥远，即使用比现在的宇宙航行速度快100倍的速度飞行，到达最近的恒星也需要几百年。这项宏伟的事业需要十几代、几十代人连续奋斗。天空城市可以当作一艘巨大的宇宙飞船，离开地球，飞出太阳系，向恒星进发。
目前，关于天宫的建造方案有多种，花环天宫便是其中之一。早在人造卫星上天之前，人们就设想过车轮似的天空城市，也叫环形天宫。车轮在空间绕自己的中心轴缓缓旋转，产生人工重力，使天宫里的人感到好象在地面上一样。新设想的环形天宫，圆环的直径大约1.6公里。“轮胎”内部的空心部分是生活区，直径183米，可容纳1万名居民。天宫每分钟转一圈，在环的外缘产生与地面重力相等的人工重力。所以，环的外缘是天宫的“地”，内缘是“天”。天是有顶的，离地面只有100多米，由一排排拱形玻璃窗构成，把天宫密封起来，与外界隔离。一面巨大的圆形凹面镜，高悬在天宫外面，它把阳光聚集到天窗上方的一圈镜片上，由镜片反射到城里，从而使天宫明亮温暖，适合万物生长。天宫中开办自动化农场，种植粮食蔬菜，饲养牲畜家禽。实现农副产品的自给自足。人和动物吸进氧气，呼出二氧化碳；植物吸进二氧化碳，放出氧气。利用动植物之间的依存关系，天宫可以调节空气，同时多余的热量将通过辐射向星际空间散发。星际空间有强烈的宇宙射线、太阳紫外线等危害人体，所以环形天宫的外壁用造天宫时冶炼下来的月球矿渣覆盖起来，矿渣不规则地分布在天宫外壁，远远看去，似花环一般，故美其名曰“花环天宫”。
