miniatura|Passeig espacial Lastronàutica —anomenada cosmonàutica, del , a l'antiga Unió Soviètica i avui als països del bloc de l'Est— és la teoria i la pràctica de la navegació fora de l'atmosfera terrestre, basada en el disseny i construcció d'aparells pensats per a treballar i funcionar en l'espai, siguin tripulats o no tripulats.
D'acord amb les definicions de la Fédération Aéronautique Internationale (FAI), l'astronàutica es dedica a totes les activitats aeronàutiques situades per sobre de l'anomenada línia de Kármán a uns 100 km sobre la superfície de la terra.
Les lleis fonamentals de l'astronàutica Les lleis fonamentals de l'astronàutica són la llei de Newton de la gravitació universal i les lleis del moviment de Newton mentre que l'eina matemàtica fonamental és el càlcul diferencial. Les lleis del moviment dels planetes de Kepler en poden deduir d'aquelles, i s'han d'aplicar quan un cos en òrbita està subjecte només a la força de la gravetat d'un estel. Quan s'aplica una força propulsiva a un vehicle espacial els seus moviments són el resultat de les lleis de la gravitació modulades pels principis del moviment (Newton).Fundamentals of Astrodynamics, Bate, Mueller, and White. Dover: New York (1971).
La velocitat d'escapament La fórmula de la velocitat d'escapament es dedueix fàcilment com segueix.
L'energia específica (energia per unitat de massa) de qualsevol vehicle espacial està composta per dos components, l'energia potencial específica i l'energia cinètica. L'energia potencial específica associada a un planeta de massa M és expressada per
mentre que l'energia cinètica específica d'un objecte és expressada per
A causa de la conservació de l'energia, l'energia orbital específica total és
que no depèn de la distància, , des del centre del cos central al vehicle espacial en qüestió. Per tant, l'objecte pot abastar un infinit si aquesta quantitat és no negativa, la qual cosa suposa
La velocitat d'escapament de la superfície de la Terra és d'uns 11 km/s, però aquesta velocitat és massa baixa per enviar un cos a una distància infinita degut a la gravetat del Sol. La velocitat d'escapament del sistema solar en la proximitat de la Terra és d'uns 42 km/s.
Història miniatura|Robert Goddard amb un dels seus coets (1926). El primer esment d'un vol de tipus astronàutic està consignat en el mite grec d'Ícar, el pare del qual Dèdal li va fabricar unes ales de plomes unides per cera per escapar de Creta. Ícar va tenir la temeritat de volar en direcció al Sol, pagant amb la seva vida l'extrema curiositat, en fondre's la cera que unia les seves ales. Cyrano de Bergerac en la seva Història còmica d'un viatge a la Lluna (1650) descriu per primera vegada l'ús d'un sistema compost de coets de pólvora capaç d'elevar una nau en direcció a la Lluna. L'astronàutica va rebre un nou impuls amb l'obra de Jules Verne De la Terra a la Lluna (1866) que l'autor descriu, amb poc rigor científic, un viatge a la Lluna mitjançant un sistema balístic. L'obra de Verne va estimular l'interès per l'astronàutica i va donar origen al prolífic gènere literari de la ciència-ficció, la qual té en els viatges astronàutics una inesgotable font d'inspiració. enllaç=Fitxer:Sputnik_asm.jpg|miniatura|El satèl·lit Sputnik 1, en 1957. A finals del , una sèrie d'enginyers i científics en diferents parts del món van centrar els seus esforços a dissenyar enginys propulsius, establint les bases teòriques i pràctiques de l'astronàutica actual. Entre ells destaquen l'enginyer peruà Pedro Paulet (1874-1945), el científic rus Konstantín Tsiolkovski (1857-1935), l'enginyer nord-americà Robert Goddard (1882-1945) i el físic romanès Hermann Oberth (1894-1989).
L'any 1927 es va fundar a la ciutat polonesa de Breslau la Societat Astronàutica, que va ser freqüentada per Hermann Oberth i Wernher von Braun, entre altres. Un salt significatiu en el desenvolupament de l'astronàutica va ser la fabricació i utilització per a finalitats militars, per obra dels nazis, dels coets V2, que serien el model tecnològic que usarien els russos i els nord-americans per als seus propis enginys espacials en la dècada següent, després de la Segona Guerra Mundial. Durant la dècada de 1950, els Estats Units i la Unió Soviètica van competir per posar en òrbita el primer satèl·lit artificial. El 4 d'octubre de 1957, els soviètics van llançar l'Sputnik 1, fita que marca el començament de l'astronàutica pràctica. La carrera espacial desencadenada entre les dues superpotències va propugnar altres fites rellevants com l'arribada de l'ésser humà a l'espai, aconseguida pel cosmonauta soviètic Iuri Gagarin en 1961, o l'arribada de l'ésser humà a la Lluna, aconseguida pels astronautes nord-americans de la missió Apollo 11 Neil Armstrong i Buzz Aldrin, en 1969. Enciclopedia Monitor, edit. Salvat, tom 2, vegeu «astronàutica», pàg. 554-555.
Cronologia + Primers llançaments, per paísPaísDataFita20 de juny de 1944Coet V2, realitzant el primer vol suborbital de la Història.4 d'octubre de 1957Coet R-7, amb el llançament del Sputnik 1.31 de gener de 1958Coet Jupiter C, amb el llançament del Explorer 1.26 de novembre de 1965Coet Diamant, amb el llançament de l'Asterix A1.19 de juliol de 1969Coet INTA-255, en un vol suborbital.11 de febrer de 1970Coet L-4S, amb el llançament del Ohsumi.24 d'abril de 1970Coet Llarga Marxa 1, amb el llançament del DFH 1.28 d'octubre de 1971Coet Black Arrow, amb el llançament del Prospero X-3.18 de juliol de 1980Coet SLV, amb el llançament del Rohini RS-1.02 d'abril de 1993Coet VS-40, en un vol suborbital.21 d'abril de 1999Coet Dnepr-1, amb el llançament de UoSAT-12.6 de juny de 2007Coet Tronador I, en un vol suborbital de demostració.
Disseny de vehicles espacials Tot disseny d'un enginy espacial ha de tenir en compte el mitjà en què es desplaça, ja sigui l'atmosfera o el buit de l'espai exterior; la fi pel qual es dissenya, bé sigui transport de càrrega o éssers humans, investigació científica, comunicacions, militar; el sistema de propulsió ideat juntament amb els propel·lents emprats; i les forces gravitatòries que regeixen les trajectòries orbitals.
Classificació dels vehicles espacials Quant al segon aspecte (utilitat) els enginys espacials solen classificar-se en satèl·lits artificials, quan orbiten la Terra en funció d'alguna utilitat específica, com va ser per exemple el satèl·lit rus Sputnik I, primer objecte orbital lloc per l'home a l'espai, en astronaus, quan estan tripulades per almenys una persona i disposen de propulsant propi que els permet maniobrar a l'espai o en l'atmosfera, com per exemple els transbordadors, o com van ser els mòduls del programa nord-americà Apollo, sondes espacials, quan les naus estan destinades a la investigació en direcció a l'espai profund, sigui en demanda dels cossos celestes del sistema solar o fora d'ell, com per exemple les sondes del programa Viking, de la NASA, destinades a explorar Mart, i les estacions espacials, complexos orbitals entorn de la Terra que poden albergar un nombre major d'ocupants i amb mitjans de supervivència que els permetin llargues estades, com per exemple l'estació soviètica Saliut 1.
Materials de fabricació miniatura|Escut tèrmic del Mars Science Laboratory (2011) El disseny ha de contemplar una estructura capaç de resistir les acceleracions, l'impacte dels micrometeorits i l'acció dels vents solars, forces capaces de desestabilitzar qualsevol dels sistemes de les naus, inclusivament de provocar la seva inutilització parcial o destrucció total. Aquesta estructura està conformada per certs materials dotats de propietats que li permet enfrontar els rigors de l'enlairament, la navegació i el reingrés. Mitjançant avançats programes informàtics, els dissenyadors solen simular les condicions i tensions que hauran de suportar els materials i elements que conformaran els diversos aparells espacials.
Els materials compleixen amb elevats estàndards de resistència a l'impacte de micrometeorits, de gran capacitat refractària del calor, capaces de resistir les enormes pressions i vibracions que significa l'enlairament, l'acceleració o el frenat, absorbents al màxim possible de les mortals radiacions espacials, però alhora capaces de captar l'energia lumínica mitjançant la seva aplicació en els panells solars. No obstant això, els materials han de complir amb la limitació que imposa l'ús dels combustibles químics tradicionals, que exigeixen naus amb la menor massa possible: a menor massa de la nau, menor despesa de combustible i majors possibilitats de fer viatges llargs amb tornada inclosa (el cas de les astronaus); a major massa, majors despeses i menors possibilitats de realitzar l'anterior. Per exemple, la gran massa dels transbordadors de la NASA els impedeix realitzar vols extraorbitals (p. ex. d'exploració lunar) atès que les seves reserves de combustible són limitades. Per tant, l'ideal és que els materials utilitzats procurin el màxim de resistència, solidesa estructural i funcionalitat, però amb estalvi en tot el possible de massa. El disseny de les naus que han de treballar en ambients molt hostils, amb condicions extremes de calor, fred o pressió, han de comptar amb una tecnologia que les faci suportar-les. Per exemple, les sondes espacials soviètiques de nom Venera, que van explorar Venus a partir de 1961, contemplaven en el seu disseny materials capaços de resistir temperatures que fonien el plom, podent operar per algunes hores a la superfície venusiana.
Morfologia de les naus espacials Les naus espacials travessen el mitjà atmosfèric tant en el llançament com en la reentrada, sempre que l'astre en qüestió estigui dotat d'atmosfera. Per aconseguir-ho, han d'adoptar una forma favorable a l'aerodinàmica d'un esdeveniment i l'altre. Els estabilitzadors, superfícies de comandament, escuts tèrmics i sistemes de frenat per paracaigudes són utilitzats per a l'orientació en un medi gasós i per preservar la integritat de la nau a altes velocitats.
Si les naus han de desplaçar-se només a l'espai exterior, la seva forma no té l'obligació d'adoptar elements aerodinàmics, doncs en absència d'aire aquests elements són inútils. Per reorientar i redirigir els aparells, s'empren sistemes de control de reacció, motors de coet optimitzats per al buit i maniobres d'assistència gravitatòria, utilitzant als propis astres. Les estacions espacials constitueixen un bon exemple de la varietat de formes en els enginys espacials, ja que prescindeixen totalment d'elements aerodinàmics, perquè la seva funció no és navegar en l'atmosfera, sinó exclusivament a l'espai.
D'altra banda, la utilitat que se li assigni a una nau espacial condicionarà la seva morfologia, la seva massa i la seva grandària. Per exemple, la variació en les formes, massa i grandàries que tenen els satèl·lits és enorme, abastant des de la forma absolutament esfèrica (com el satèl·lit nord-americà Explorer IX, llançat el febrer de 1961 i de sol 6 kg de massa) fins a formes cilíndriques, còniques, estrellades, etc. Més condicionada pot resultar la morfologia dels diversos tipus de sondes, astronaus i estacions espacials, en què dominen certes estructures característiques: panells solars, antenes, coets, tancs de combustible, badies de càrrega i ales (com és el cas dels transbordadors), mòduls de servei (com és el cas de les astronaus d'exploració lunar), seccions modulars de construcció (com és el cas de les actuals estacions espacials), etc.