利用火箭將探測儀器或實驗裝備送到高空，測量或遙感大氣參數的方法。
探測高層大氣的火箭可分為氣象火箭和探空火箭兩類。氣象火箭專用於對70～120公裡高度的大氣結構探測；探空火箭常用來進行40～200公裡高度的空間試驗飛行，以及對高層大氣的參數進行精度較高的直接探測（見圖）。
發射中的探空火箭
常用的探測方法有探空儀法、落球法、皮托－靜壓管法、榴彈法、取樣分析法、質譜法、化學釋放法和遙感法等。
探空儀法 用小型氣象火箭將探空儀發射到約70公裡的高空，直接測量大氣溫度和風。測溫元件是熱敏電阻或金屬絲，它們的電阻值隨溫度發生變化，通過電路將這種電阻變化轉變為頻率變化，經遙測系統送往地面，再由定標曲線處理得出大氣溫度數據。探空儀帶有降落傘，可以回收，同時降落傘也是感風元件。用此法測得的大氣溫度精度，一般在65公裡以下可達±5℃，55公裡以下可達±2℃。
落球法 用火箭在高空拋射出一球體來測量大氣密度和風場的方法。通常使用的球體為可膨脹的塑料氣球，也可以用金屬球。球下落時受到大氣阻力，如阻力系數已知，則可根據雷達定位數據算出球的速度和加速度，進而求得大氣密度分佈。球的水平速度是大氣水平風速的反映。落球法可以提供火箭探空儀不能探測的60公裡以上的大氣密度和風，但要求雷達定位精度高。
皮托-靜壓管法 在超聲速飛行的火箭上，通過測量駐點壓和靜壓來計算出大氣密度的方法。駐點壓與靜壓通常是用快反應的振動膜氣壓計或放射性氣壓計測量的。該法的優點是，可以在火箭上升過程中快速地測得中間層大氣密度值。
榴彈法 用火箭在高空發射一系列榴彈，由地面微音器記錄榴彈爆炸所產生的聲波，利用大氣中聲波異常傳播的特性，來推算80公裡以下的大氣溫度和風。該法在75公裡以下溫度的測量誤差小於±3℃，風速的測量誤差小於±5米／秒，風向的測量誤差小於±15°。
取樣分析法 是測量高層大氣成分的常用手段之一。用火箭將真空密閉的容器送入高空，在需要取樣的高度上打開，經過一段取樣時間後再封閉，然後回收到地面進行成分分析。為瞭增加一次取樣的氣體量，又有加壓取樣與深冷取樣等方法。
質譜法 用火箭把質譜計帶至高空，直接分析周圍大氣成分，可得到大氣成分的絕對含量，並能取得大氣質量密度值。測量高層大氣主要成分和次要成分，用分辨率為20～40的質譜計即可。常用的有射頻質譜計、磁偏轉質譜計、四極柱或單桿質量過濾器。但測量平流層和中間層大氣微量成分時，要求分辨率很高，要用特殊結構的電離源，並帶深冷抽氣泵，將註入氣體的氣壓降到1.3毫帕以下。
化學釋放法 用火箭把化學物質攜帶到高空釋放，造成人工雲，對該人工雲的探測可以得到高層大氣的湍流和擴散等特性，以及大氣溫度和密度等參數。常用的化學物質有鈉、鉀、鋇、鍶、鋁、鋰和三甲基化鋁 (TMA)等。這些物質所形成的人工雲，在曙暮光照耀下能發出明亮的共振散射光，可用廣角照相機和高分辨率光譜儀攝影。TMA急速蒸發後形成三氧化鋁，並發出亮光，可利用它在整個夜間測量85～110公裡高度的大氣風場。鋰的共振線極為明亮，在白天加窄帶濾光片也可進行觀測。
遙感法 在火箭上配置遙感探測儀，來探測離火箭有一定距離的大氣參數。例如，把小型激光雷達放在火箭上，可以測量火箭側面離火箭數十米處的大氣參數。(見彩圖)
氣象火箭頭部的測溫熱敏電阻和薄膜皮架
中國科學院火箭的幾種儀器艙
氣象火箭頭部探測氣壓、氣溫和輻射的探針
氣象火箭頭部探測氣壓和氣溫的傳感器
參考書目
R.L.F.Boyd and M.J.Seaton ed.，Rocket Exploration of the Upper Atmosphere，Pergamon Press，London，1954.