航天技术经过四五十年的发展，已进入全面收益阶段。目前，应用卫星在不断完善和扩大应用的范围；军用卫星在不断地更新换代；天文卫星和星际探测器在不断地发回有关宇宙的新信息；载人航天飞行在有条不紊地进行着；航天飞机和宇宙飞船经常性地往来于天地之间；国际“阿尔法”空间站已经建造……在更加遥远的将来，航天技术将朝着哪些方向发展，航天技术的未来将面临哪些挑战呢？
无论进行何种选择，航天技术的发展必须以解决人类面临的问题、造福于人类和增进人类知识财富三大目的为本。当前，人类面临着数不清的问题，工业化的发展使这些问题变得日益严重。航天时代以来，人们提出了种种解决上述问题的途径。有些也许可以作为航天未来发展的方向。
人口、生态和环境是当今世界的热点问题。1969年，美国物理学家奥尼尔提出了太空城和太空移民的设想。他认为，解决上述问题的最好的办法是在太空中建造一个个太空城，逐步把人类移居到地球周围的太空城中。太空城内建有一种适于植物生长的自然环境，上面有百草、树木、河流和湖泊。除了这些人工自然环境外，太空城内还有道路、居住区、娱乐区、商业区、工作区等等。人类移居太空后，让地球长时间按着自然力的作用进行重新改造，恢复过去的生机和良好的生态环境。经过几百年后，地球会在没有人类干预的情况下，轻装上阵，变得更加生机勃勃、动物成群、绿树成荫、风调雨顺、风和日丽、万象更新。如果有必要，人类还可以重返地球。
作为太空移民概念的扩大，20世纪70～80年代出现了大量建立月球基地甚至改造火星的设想。美国宇航局科学家于1991年7月8日就提出了这样一个设想。他们就改造火星的进程制定了大致的时间表：在完成初步探测后，到公元2014年，人类先遣队将率先登上火星。他们先进行考察工作，初步开辟赤道地区。再过15年后，1万名专家将登上火星。他们架起太阳光反射器、开办核化工厂、建立核电站煅烧火星矿石和乱石。这些工作都是为了大量产生二氧化碳，创造人工温室效应，使火星表面气温逐渐升高。
大约到2080年，火星的平均气温将达到-15℃，这时，天空将会出现云层；赤道附近的冻原植物也开始放出氧气；两极地区的冰和干冰开始融化。渐渐地，大气层变得更加浓厚、河流和湖泊慢慢形成，植物生长更加旺盛，氧气量更加充足。这个过程不断向良性方向发展：低等动物和植物越来越多，氧气越来越丰富，温度越来越高，涓涓细流汇成大海。到2130年，火星温度将升至10℃以上；大约到2170年，巨大的植物系统将足以使大气富含氧气。这时，火星上看到的景象是：蓝蓝的天空、碧绿的原野、清清的河流、茂密的森林，一切都是那么生机勃勃。到那时，人类终于把比萨哈拉大沙漠还恶劣百倍的火星改造成了第二个地球。
为解决能源问题，科学家们提出了卫星太阳能电站设想。20世纪70年代美国有多家公司深入研究了卫星电站问题。波音公司在太阳能卫星电站上所做的工作最多，也最细致。该公司设想的电站有两种形式：一是光电转换方案，另一种是勃莱顿热循环方案。每一种方案都以发出电力10GW的电功率为目标。第一种方案又包括使用硅光电池和砷化镓光电池两类。第二种方案同地面上的汽轮发电机很相似，它依靠巨大的空腔式吸热器吸收太阳辐射，吸收的热量使循环器中的液氦气化并达到上千度高温。氦气膨胀时，通过上部的涡轮并驱动其高速旋转。回流经冷却器进入压缩机。涡轮驱动压缩机和发电机，可产生10000伏交流电输出，经变压器升至33万伏后再以微波形式发送回地面。
在美国，还有科学家和有关部门研究在月球表面建设太阳能电站的问题。研究表明，在月球表面可以建造2万个太阳能电站，发电功率在2万GW以上，每年产生收益15万亿美元。这个数字相当于世界总产值的60%。它虽然初期投资很大，但以后运营成本及维护成本都很低，因此具有十分广阔的发展前景。
太空工业化是航天未来发展的又一大主题。太空工业化的含义十分宽泛，可以从太空加工、生产、制药、冶炼等扩展到太空信息产业、太空旅游业和太空能源，更远期的太空工业化还包括月球和行星资源开发。许多专家指出，太空工业化初级阶段完全可能在医药、光学玻璃、电子器件、磁性材料、工业工具、新型材料以及加工工艺等方面导致新的工业革命。
在太空环境中，微重力和超真空提供了制造纯度极高、均匀性极好的大块半导体晶体的可能性；能够大量生产应力均匀、纯度高、性能极好的光导纤维和玻璃材料；可以生产高性能合金、磁性材料以及金属泡沫等新材料。许多科学家十分看好在太空生产生物制品和特种药物。生物制品商业化的三大应用领域是：生物分子结晶、生物分离和培养活细胞。特种药物生产前景也十分广阔，目前许多昂贵、且无法大量生产的特效药可望在太空大量生产，经济和社会效益非常明显。材料、加工和生物医药制品的收益保守的估计可达数千亿美元。如果包括太空信息服务、太空旅游、太空能源在内，未来15年太空工业化的总收益将超过10000亿美元。
从上面的描述可以看出，航天技术的未来发展前景十分广阔，对人类社会的影响也将更加深远，但面临的挑战也将是巨大的。技术上，要解决大量载荷的低成本发射问题，大型空间结构的组装问题，材料、药品和其他产品的工业化生产问题等等。从目前的状况看，太空城、太空移民、月球基地和改造火星所需要的基本技术人类已经具备，太空生产、加工的可行性已经得到实验验证。目前全世界航天年潜在发射能力可达上万吨，大型空间构件的组装已不存在很大困难。因此从技术角度上讲，太空工业化的目标并不遥远。显然，巨额资金需求将制约着未来航天技术的发展进程，但实现太空工业化等目标的最大挑战或许来自于人类的价值观和人类的合作精神。