尽管人类飞出地球的梦想很早就存在了，但直到1961年4月12日这个梦想才得以实现。这一天，前苏联航天员加加林乘坐“东方”1号宇宙飞船绕地球飞行108分钟后安全返回地面，开辟了人类载人航天的新时代。
宇宙飞船是一种运送航天员、货物到达太空并安全返回的一次性使用的航天器。它能基本保证航天员在太空中短期生活并进行一定的工作。它的运行时间一般是几天到半个月，一般乘2到3名航天员。至今，人类已先后研究制出三种构型的宇宙飞船，即单舱型、双舱型和三舱型，美、苏/俄共有6个系列的载人飞船：“东方号”、“上升号”、“联盟号”、“水星号”、“双子星号”和“阿波罗号”，并且新一代宇宙飞船“奥赖恩号”也正在加紧研制。而中国的“神舟号”宇宙飞船也引起了世人的瞩目。
奠基太空飞行
嫦娥奔月、牛郎织女等神话传说，都反映了人类登天飞行的美好愿望。火箭技术的发展，终于使人类有了遨游太空的飞天之车。载人太空飞行最能激发人们的想象，使人激动，体现了人类的智慧和奋斗精神。因此20世纪初，众多的火箭先驱者都将载人太空飞行作为最终的努力方向。人造卫星研制发射成功后，把人送上太空就成了航天时代到来后的一个十分重要的目标。载人航天飞行的梦想，就要变成现实了。
但是，把人送上太空和发射卫星完全不同。人的生命是最宝贵的，而太空环境又是非常险恶的。太空没有空气，飞船稍有泄漏就会危及宇航员的生命；太空温差极大，保温做得不好也极为危险；太空充满了有害辐射，需要采取非常可靠的防护措施；太空有大量微小流星，会对飞船造成意料不到的破坏；从太空回到地球非常困难，返回技术掌握不好，宇航员很可能在返回时随飞船一起化为灰烬。所有这些，都要求人类在载人航天计划中做大量仔细的工作，确保万无一失。
进入太空的飞船太空狗“莱卡”
20世纪40年代末50年代初，美苏相继进行了将生物送入高空或太空的实验。前苏联在发射第一颗人造卫星后的一个月，又发射了一枚人造卫星，这枚人造卫星中乘坐着进入太空的第一个“航天员”——小狗“莱卡”。在太空中的这段时间，“莱卡”生活在卫星中的一个小舱里，不用担心空气、食物和水的供应，它的一切状况通过无线电遥测直接传送到地面。从地面上可以看到，从卫星点火、发射、加速、入轨直到失重等飞行条件下，“莱卡”的状态一直很好，但可惜的是，因为当时没有解决飞行器的再入回收问题，所以“莱卡”在轨道上飞行一周后无病死亡。但它的飞行已经直接地说明了航天器内的条件对生命不会造成威胁。
此外，典型的高级动物航天试验还有猴子、黑猩猩的飞行。1961年11月29日，黑猩猩“恩诺思”在美国的载人飞船水星号上完成了一次重要飞行，绕地两圈的飞行过程中，“恩诺思”吃了食物，并完成了几项已经训练好的心理学试验。在飞行结束时，由于系统出现故障，舱内温度曾高达40℃，但还是顺利返回了地面，“恩诺思”幸免于难。之后生物学专家们对“思诺思”进行了认真细致的观察和生物遗传学研究。
在这一系列飞行试验的基础上，航天医学专家基本获得了原本希望的结果，认为太空飞行对人体不会有太大的威胁，于是开始考虑将人送上太空。
知识点人类解决太空温差的方法
在外太空，飞船的船身容易受热怎么解决？科学家们受到了蝴蝶翅膀的启迪，在蝴蝶翅膀上有一种粉末可以阻挡太阳光，而且蝴蝶翅膀上有一些小隙缝，在热时可以张开给翅膀透气，冷时则紧紧地裹住翅膀。科学家们因此研制出了一种飞船外壳，既能承受几百度高温，又能阻挡零下一百多度的寒冷，使飞船内部保持恒温。
首次飞出抛球的飞船
20世纪50年代末期，赫鲁晓夫从“斯普特尼克”1号卫星的成功发射中，清楚地认识到航天技术的发展对前苏联国际地位的提高会起到很大的作用，而且在外交台面上，如果有了这张王牌，还可以增加自己谈判的筹码，因此他积极地支持前苏联的太空计划。与此同时，航天专家们也清楚地知道，美国无论在卫星还是运载火箭的技术上绝不逊于自己，如果不继续努力，很有可能就会被超过。实际上在1958年以后，美国发射人造卫星的数量和获得的科学成就已经超过了前苏联。
1958年，前苏联先后进行了多种不同方案的可行性研究。对于首次载人太空飞行应采取何种形式有两种观点。一种主张像美国那样，采取亚轨道形式，飞船只在地球轨道上飞行一段，而不是飞行一周。持这种观点的人认为，亚轨道飞行可以充分利用现有的技术成果，能保证较高的安全性；利用亚轨道飞行取得的经验可以为下一步轨道飞行创造条件。另一种观点则主张首次飞行就应采取轨道方式。经过一番热烈的讨论，在科罗廖夫的支持下，最后决定直接进行轨道飞行，理由是：第一，从硬件发展上看，亚轨道飞行几乎要做与轨道飞行完全相同的工作，难易程度并没有很大差别；第二，轨道飞行面临的重大问题无非是长时间的失重和太阳辐射及流星体的影响，这些问题可通过几次不载人实验加以认识；第三，亚轨道飞行也要解决最关键的再入和回收这一难题，从安全上看，这两种飞行方式差别并不大；第四，亚轨道飞行的成果比轨道飞行逊色得多。
“东方”号载人宇宙飞船系统方案的详细技术评价工作于1958年11月开始。到1959年初，第一艘载人飞船开始实施设计。与此同时，飞船各部分系统的设计工作也分头进行。这些工作包括高度控制、通信、轨道转移等分系统设计。到1959年底，飞船的设计工作全部结束。
“东方”号飞船由两部分组成。飞船上端是球形乘员舱，直径2.3米，质量约2.46吨，乘员舱外部有两根遥控天线和顶端安装的通信天线，通信电线下端是一个小型通信电子设备舱。乘员舱侧旁有一个观察窗和一个弹射窗，内部除装有生命保障系统及食物外，还有一台电视摄像机，一个光学定向装置，一个宇航员观测装置和宇航员应答装置。按计划，宇航员在飞行过程中一直躺在弹射座椅上，生命保障系统可供宇航员生存10昼夜。飞船下端是仪器舱，是一个圆台圆锥结合体，最大直径2.43米，高2.25米，质量2.27吨。气瓶下面是圆台形仪器舱，再往下则是反推发动机和推进剂贮箱。反推火箭用于飞船再入前变轨制动，能把飞船的速度减到155米每秒。
载人飞行必须保证宇航员的绝对安全。为此，“东方”号飞船的飞行轨道设计有一个突出的特点：近地点只有180千米。在这样低的高度上，大气对飞船运行轨道的衰减影响十分厉害，但也有几大优点：第一，一旦制动火箭系统失灵，飞船可以在10天内逐渐衰减降低轨道，最终以不大的速度返回地面；第二，飞船设计可以不必考虑复杂的轨道保持系统，简化了设计；第三，由于飞船不是垂直高速再入而是缓慢地大倾角再入，因而使烧蚀防热设计更简单。当然这种轨道设计也有一个严重缺点：飞船的再入和着陆地点很难预测。
1960年5月15日，第一艘“东方”号飞船发射，进行制动火箭工作情况试验。由于不回收，飞船没有装防热烧蚀层。飞船在轨道上共飞行了3天。5月18日按计划试验反推减速火箭，但由于点火时飞船的方向差了180°，结果飞船未能返回地球。1960年7月23日，另一艘飞船发射失败。1960年8月19日，第三艘飞船发射。这是一次完整的试验，要考察发射、入轨及回收全过程的性能，为此飞船上载有两只小狗。“东方”号飞船在轨道上飞行了约1天的时间后，安全返回地面。载有动物的小舱室弹出舱外并安全回收，试验取得圆满成功。然而后面的两次试验却遭到失败，一次是12月1日，另一次是12月下旬。前一次在回收时，飞船未能承受住气动加热烧毁；后一次飞船未能入轨。两次失败给科罗廖夫带来沉重打击，导致他心脏病发作入院。为了保证宇航员的安全，前苏联不得不决定对飞船进行重新设计审查。
1961年3月，3艘“东方”号飞船运抵丘拉坦发射场，前两艘计划用于补充不载人试验，第三艘正式用于载人飞行。1961年3月9日和3月25日，两艘飞船先后搭载一只小狗进行了飞行试验。在整个试验过程中，遥测结果表明飞船和试验动物一切正常。最后飞船均安全再入并成功回收。这些成功预示着载人轨道飞行即将开始。
1961年4月3日，前苏联政府正式批准进行载人轨道飞行。第一次飞行任务由宇航员尤里·加加林担任。1961年4月12日莫斯科时间9时7分，一枚“东方”号运载火箭将加加林乘坐的“东方”1号飞船发射升空。发射过程正常，经过14分钟的飞行，飞船连同火箭第三级一同进入近地点180千米、远地点230千米的地球轨道。经过1小时4分钟的飞行，飞船绕地球运行一周，然后反推发动机点火，飞船降低轨道准备再入。10分钟后，飞船下降舱分离并进入大气层。当下降舱距地面7200米高时，加加林被弹射出舱，最后降落在萨拉托夫地区恩格尔城西南26千米处。
加加林首次太空飞行的成功具有重大的历史意义。它实现了人类千百年来登天飞行的理想，把20世纪初伟大的航天先驱者们的理论变成了现实。加加林绕地球飞行一圈还有着无可辩驳的科学意义，它证明了人类在短时间失重状态下完全可以正常生活。加加林后来回忆说：“当失重出现时，我的感觉好极了。任何事情都很容易去做。真是不可思议，腿和胳膊感觉不到质量，物体在座舱内飘浮，我也离开了座椅，悬在了半空。”他在描述从舷窗看到的景象时说：“我第一次亲眼见到了地球表面形状。地平线呈现出一片异常美丽的景色，淡蓝色的晕圈环抱着地球，与黑色的天空交融在一起。天空中，群星灿烂，轮廓分明。但是，当我离开地球的黑夜时，地平线变成了一条鲜橙色的窄带，这条窄带接着变成了蓝色，复而又成了深黑色……”。
继加加林之后，“东方”号飞船又进行了5次载人轨道飞行。1961年8月6日，宇航员季托夫乘坐“东方”2号飞船进入地球轨道，完成了整整一天的太空飞行。1962年8月11日，宇航员尼古拉耶夫乘“东方”3号飞船进入地球轨道。这次飞行持续了近4天。在他进入轨道的第二天，“东方”4号飞船也进入了地球轨道。两艘飞船进行了编队飞行。8月15日，两艘飞船先后安全返回地面。1963年6月14日，宇航员比耶科夫斯基驾驶“东方”5号飞船升空。16日，世界上第一位女宇航员捷列什科娃乘坐“东方”6号飞船升空。这两艘飞船除各自进行生物医学实验和对地观察任务外，也进行了编队飞行，最近距离只有5千米。6月19日，“东方”5号和“东方”6号飞船安全返回地面。这次飞行，宇航员比耶科夫斯基创造了留空时间119小时的记录。
娃·捷列什科娃世界首次女航天员飞行，进行生物医学实验，对地观察，与5号完成编队飞行。
知识点近地点
近地点是航天器绕地球运行的椭圆轨道上距地心最近的一点。近地点与地球表面的距离称为近地点高度。为避免航天器过早陨落，轨道近地点高度通常超过180千米。航天器在近地点势能最小，动能最大。
迟到的“水星”计划
美国的第一个载人太空飞行计划是“水星”计划，这个设想的提出并不比苏联晚，但是由于种种原因，直到1958年底美国才正式批准把它列为国家计划。1958年8月8日，艾森豪威尔总统签署命令，指示载人太空飞行计划将由新成立的美国航空航天局负责。10月7日即航空航天局正式成立一周后，第一任局长格伦南宣布开始执行太空载人飞行计划，11月26日这个计划被命名为“水星”计划。其基本目标是：第一，把一个人送上太空，使之绕地球轨道飞行；第二，研究他在太空中的表现和工作能力；第三，安全返回并回收飞船和人。
考虑到时间和竞争因素，航空航天局还确定了“水星”号飞船的重要设计原则：第一，“水星”号飞船必须具有可靠的发射—逃逸系统，可以在发射阶段火箭出现故障的危险时刻迅速将飞船同运载火箭分离；第二，宇航员必须有能力用手动方式控制飞船的姿态；第三，应用比较简单的大阻力、钝体、无翼面、零升力飞船结构；第四，飞船本身和回收系统应当能满足在海上溅落回收的要求。
麦克唐纳公司研制的“水星”号飞船主体可分成三个部分：圆台形乘员舱、圆柱形伞舱和较小的柱形减速伞舱。飞船总长约2.9米，底部最大直径1.8米，根据任务不同其质量在1.3～1.8吨范围之间。飞船的顶部还安装了一个逃逸救生塔，救生塔上端有一个三喷管固体火箭。大喷管是逃逸火箭，它可在1秒钟内产生约235千牛的推力，将飞船与火箭分离。另外2个小喷管能在1.5秒内产生2.45千牛推力，可在正常加速后将逃逸塔抛掉。