Una nave espacial o astronave es un vehículo diseñado para funcionar más allá de la atmósfera terrestre, en el espacio exterior. Las naves espaciales pueden ser robóticas o bien estar tripuladas.
Dado el escaso desarrollo real de las naves espaciales, gran parte de las ideas y avances se encuentran todavía en el ámbito de la ciencia ficción, especialmente en la llamada ciencia ficción dura.
Aunque la idea de los viajes espaciales se remonta al menos hasta la época del antiguo imperio romano, no ocurre lo mismo con el concepto de "nave espacial", pues la imaginación humana se vio severamente condicionada por la falta de desarrollo tecnológico. Autores como Plutarco en el siglo I (De facie in orbe lunae), y Kepler en el siglo XVII (Somnium) mencionan viajes a la Luna, no son capaces de concebir un artefacto capaz de realizar el viaje, valiéndose para ello de caminos ocultos o de la intervención de espíritus.
Los primeros intentos no mágicos para alcanzar el espacio aparecen en la segunda mitad del siglo XVIII, utilizando los precarios métodos disponibles en la época. Así, en las Las aventuras del Barón Munchausen se alcanza la Luna en globo. No obstante, este relato sigue perteneciendo todavía al género de la fantasía épica. El salto de la fantasía a la ciencia ficción se producirá casi un siglo después, en la famosa De la Tierra a la Luna, publicada por Julio Verne en 1865, en la que se emplea un gigantesco cañón balístico, de nuevo con destino a la Luna. En esta novela el autor ya trata de dar solución a algunos de los problemas de su método de viaje, tales como la ausencia de oxígeno fuera de la atmósfera o la compensación de la inmensa aceleración del despegue.
Años después, H. G. Wells seguiría usando el método del cañón en La guerra de los mundos (1898), pero en este caso con destino a Marte.
Es en esa época, ya en los inicios del siglo XX, cuando surgen finalmente las primeras ideas realistas sobre naves espaciales; ideas que vendrán asociadas al motor de reacción. La obra pionera en este campo es La exploración del espacio cósmico por medio de los motores de reacción, publicada por el físico ruso Konstantín Tsiolkovski en 1903. En este punto la ciencia ficción dará paso a la ciencia.
El diseño de naves espaciales abarca tanto a las naves no tripuladas o robóticas (satélites y sondas) como a las tripuladas (estaciones espaciales, transbordadores y módulos).
Todas las naves espaciales hasta la fecha constan de dos partes:
Cohete: sección impulsora, compuesta por los motores y los depósitos de combustible, cuya misión es abandonar la atmósfera terrestre.
La nave en sí, que efectuará propiamente el viaje por el espacio, y que puede adoptar cualquiera de las formas anteriormente mencionadas.
Sistemas de propulsión
Los cohetes impulsores funcionan con combustible químico, ya sea sólido o Propergol líquido, mientras que las naves pueden funcionar con motores químicos, nucleares, iónicos o incluso mediante velas solares.
Siendo por el momento la propulsión química la única con referentes en la realidad práctica, debería suponerse más abundantes los ejemplos de su uso en la ciencia ficción. Pudo ser así en la ciencia ficción más temprana, antes de generalizarse el uso de la fisión atómica como fuente de energía. Cuando la energía atómica se hizo una realidad, la soñadora mente de los escritores abandonó al viejo cohete como medio de salir de la Tierra.
Aun así se ha convertido en el emblema de toda una época y autores como Ray Bradbury, en Crónicas marcianas (1950), lo asociaron a su obra de manera casi indisoluble (si bien es posible que el tremendo calor del verano del cohete no fuera producido por combustión).
Los cohetes químicos tienen una autonomía muy limitada debido a su enorme gasto de masa proponente y sería poco probable que nos llevasen mucho más allá de Marte. De hecho, sin poder desterrar totalmente este tipo de impulsor, la NASA está evaluando la posibilidad de construir un cañón electromagnético en la falda de una montaña para auxiliar en el despegue a las lanzaderas espaciales, ahorrando combustible y disminuyendo los riesgos de accidentes.
En La Luna es una cruel amante, Robert A. Heinlein, ya en 1966, utiliza una catapulta electromagnética para acelerar carga desde una base lunar a la Tierra y el mismo mecanismo es usado por Arthur C. Clarke en el relato Maelstrom II, de 1965. Estas obras, alejadas de la fantasía de las revistas de usar y tirar, pretenden abordar el tema de la colonización de cuerpos cercanos con cierto rigor científico.
Aún hoy la idea del cañón continua vigente en la forma de catapultas electromagnéticas y la llamada «propulsión a explosión atómica», conceptualmente idéntica a la explosión química.
El módulo de Comando/Servicio de Apolo 15 visto desde el Modulo Lunar el 2 de agosto de 1971.
El vehículo de transferencia automática Jules Verne aproximándose a Estación Espacial Internacional el lunes 31 de marzo de 2008.
Concepción artística de la sonda Cassini en su maniobra de inserción en órbita alrededor de Saturno.