把觀測儀器送到離地面幾百公裡高度以上的宇宙空間進行天文觀測的航太工具。空間天文觀測，又稱為大氣外觀測。雖然人們在衛星上天以前，已開始利用飛機、氣球、火箭進行探測。但是它們有很大的局限性。飛機飛行的高度約10～25公裡，使紅外觀測得到改善，但要接收高能的短波輻射仍無能為力。氣球的飛行高度雖比飛機高，但氣球上面的大氣對天文觀測仍有影響。火箭又有觀測時間短暫的弱點。利用航天器進行天文觀測，兼有高度高和觀測時間長的優點。航天器的高度一般都在幾百公裡以上，可以根據探探測課題的需要選擇不同的軌道，從而可以避開地球大氣和地磁場的影響。航天器的工作壽命一般為幾個月至幾年。利用航天器進行空間天文觀測，不但可以觀測太陽系天體所有波長的電磁輻射，而且還可觀測到不同能量的粒子輻射。對於恒星，其觀測波長僅受星際氣體吸收的限制；而對於月球、行星和行星際空間，則可作直接采樣或逼近觀測。
一個完整的空間天文探測系統包括航天器、運載火箭和地面支援設備三大部分。航天器是裝載科學儀器、執行探測任務的主要部分。進行空間天文觀測的航天器必須具有控制自身姿態變化的能力，具有精確的定向精度，以完成證認天體、確定輻射空間分佈和輻射源位置的任務。為瞭進行復雜的科學考察，航天器還必須具備大規模數據貯存和快速傳輸的能力。近年來世界各國相繼發射瞭大量航天器。為瞭執行各種特定的使命，還發射瞭一系列考察衛星、行星和行星際的航天器，構成不同的觀測系列。
天文觀測衛星系列 目前，使用得最多的空間天文觀測器是天文衛星。根據觀測對象和任務的不同，天文衛星可分為太陽觀測衛星和非太陽探測天文衛星。有些衛星兼有太陽觀測和非太陽探測的性能。表1列出天文觀測衛星系列。
表1 天文觀測衛星系列
太陽觀測衛星 從空間觀測太陽，主要是利用地球軌道太陽觀測衛星、某些深空探測器和天空實驗室上的阿波羅望遠鏡裝置。此外，許多地球物理探測衛星，例如，軌道地球物理臺(OGO)系列，也有太陽觀測實驗項目。二十世紀六十年代初期，美國相繼開始發射兩個持續整個太陽活動周的太陽觀測衛星系列──太陽輻射監測衛星(SOLRaD)系列和軌道太陽觀測臺(OSO)系列。蘇聯的太陽觀測衛星，除“宇宙號”系列中的某些衛星以及蘇聯和東歐國傢合作的“國際宇宙”系列中的一些衛星外，主要包括在“預報號”系列中。“預報號”和行星際監測站(IMP)系列分別為蘇聯和美國用來作為研究日地關系，考察太陽風、行星際磁場、地球磁層以及行星際物質等特性的行星際監測站。此外，歐洲空間局先後發射瞭研究太陽和輻射的國際輻射研究(IRIS)衛星，以非太陽探測為主、太陽觀測為輔的“特德”-1A(TD-1A)衛星，並與美國合作發射瞭“國際日地關系探險者”(ISEE)。西德與美國合作發射瞭“太陽神”(Helios)衛星。“太陽神號”到達離太陽約0.3天文單位處，進入日心軌道，是目前最接近太陽的深空太陽觀測器。天空實驗室是多用途的實驗性載人軌道空間站，它攜帶的阿波羅望遠鏡以可見光、紫外和 X射線等波段對太陽進行高分辨率的電視和照相觀測。
非太陽探測天文衛星 非太陽探測天文衛星，分別以某一波段或某幾個波段巡視天空輻射源，測定其方向、強度和輻射譜特征，觀測銀河系和河外天體。美國的非太陽探測衛星主要有軌道天文臺(OAO)、射電天文探險者(RAE)、小型天文衛星(SAS)和高能天文臺(HEAO)。其他國傢和組織也已發射一些非太陽的天文衛星，其中較主要的有，歐洲空間局的“特德”-1A(TD-1A)衛星、宇宙線觀測衛星-B(COS-B)，荷蘭和美國聯合發射的荷蘭天文衛星(ANS)，英國的“羚羊”5號(Ariel-5)衛星，法國的紫外天體分析衛星(AURA)，法蘇合作的“信號”3號(Signe-3)衛星，蘇聯的“宇宙”215號衛星等。
月球、行星和行星際的探測器系列 航天器飛出地球後就可成為對月球、行星和太陽系其他天體以及行星際空間進行直接采樣或逼近觀測的探測器。表2列出月球、行星和行星際的探測器系列概況。
表2 月球、行星和行星際的探測器系列*
“水手”10號行星探測器
月球探測器 自1959年蘇聯發射飛向月球的第一枚月球火箭──“月球”1號以來，一些國傢已發射瞭各種月球探測器以不同方式（逼近飛行或硬著陸、軌道環行、軟著陸、取回樣品、載人登月飛行等），通過拍照，自動測量、采樣分析、實地考察，對月球及其附近空間進行瞭詳細考察。美國先後發射瞭“徘徊者”、“月球軌道環行器”、“月球勘測者”和“阿波羅”等四種月球探測系列。“徘徊者”7～9號較為成功地完成瞭任務。五枚月球軌道環行器對月球表面的各個部分拍攝瞭高分辨率照片。“月球勘測者”1、3、5、6號分別在月球上實現軟著陸。阿波羅月球探測是美國最龐大的月球探測計劃。蘇聯的月球探測計劃主要是“月球號”系列。“月球”1～3號為初級階段，目的是飛向月球，實現硬著陸；“月球”4～14 號為中級階段，試驗在月球軟著陸技術，繞月飛行考察月球空間，並研究月球土壤；“月球”15號以後為高級階段，發展成月球自動科學站。“月球”16號實現不載人的自動挖取月球巖石樣品並返回地球。“月球”17號和“月球”21號各攜帶一輛月行車，軟著陸後，月行車由地面站操縱，在月面上自動行駛考察。
行星和行星際的探測器 已發射的行星和行星際的探測器系列有美國的“先驅者”、“水手”、“海盜”、“旅行者”和蘇聯的“金星號”、“火星號”和“探測器”。
它們分別飛向金星、火星、水星、木星和土星，以逼近飛行或在行星表面軟著陸方式，通過拍照和自動測量，研究行星表面、行星大氣以及地球到這些行星之間的行星際物質。此外，行星際監測站和“預報號”系列測量瞭地球周圍的行星際空間。向更遙遠的外行星的飛行，由於飛行時間長和飛船離太陽越來越遠，無法利用太陽能供電，必須設計特殊的航天器。
“先驅者”11號行星探測器
“太陽神號”探測器
載人軌道空間站 隨著空間技術的發展，現已發射實驗性的載人軌道空間站──天空實驗室。它可進行廣泛的科學實驗和應用研究，除生物醫學、地球資源勘測和綜合性實驗外，也擔負空間天文觀測的任務。未來的軌道空間站，將利用航天飛機承擔把人員和儀器設備運送到空間站去並在空間站進行維修的任務。
參考書目
祝君譯：《宇宙飛船、宇宙探測器、人造地球衛星》，科學出版社，北京，1973。(H.Pfaffe und P.Stache，Raumschiffe Raumsonden Erdsatelliten，VEB Verlag für Verkehrswesen，Berlin，1970.)