航天员的职业具有三大特点：第一，航天员在一种极端特殊的环境下工作，不仅工作任务繁多，同时要承受大量的航天环境因素的作用，具有一定的心理-生理负荷及风险性；第二，航天员从事的职业活动，具有知识和技术密集性的特征。他们不仅要懂得载人航天工程的基础理论，还要掌握对航天器上各种设备的操作技能、航天器的对接技术、出舱活动技术、应急救生技术和各种空间试验技术，具有指挥、控制、通讯、救生、维护等职业能力；第三，作为从事这项职业的人，必须经过精心挑选并经过大约4～5年的训练才能进行航天活动。
航天员的职业能力是在长期的训练中形成和发展起来的，它始于预备航天员的选拔，在训练中成熟，前者是打基础，后者是挖潜力。根据美苏载人航天的经验，航天员训练分为三个阶段：
第一阶段：航天员基础训练阶段。它是预备航天员进入航天员队伍的必经之路。在这个阶段中，航天员主要学习载人航天基础理论，进行体质训练和航天环境耐力和适应性训练，为后期训练奠定基础。该阶段持续的时间大约1年。
第二阶段：航天员高级训练阶段。根据航天器的不同和航天员分工不同，进行分组训练。在这个阶段里，对航天员进行飞行器各系统的操作训练、救生和生存能力训练、医学保障技术训练以及对接技术和出舱活动训练。要求航天员不仅能熟悉飞行器及其设备的结构、功能和在飞行器上的位置，同时具有正常操作和分析处理故障的能力，在舱载文件的指导下处理解决各类问题。在训练中，针对航天员的分工不同，对有些训练项目的要求和训练强度有所不同，对承担不同飞行器任务的航天员训练内容应有差异。由于该阶段训练内容较多，穿插着体育训练和航天环境耐力和适应性训练，故训练时间较长，一般为1.5～2年。
第三阶段：飞行任务训练阶段。包括在综合训练模拟器上的飞行程序训练、航天员日常生活和工作训练、发射场训练、回收场训练、应急救生训练及与飞控中心和地面测控站的联合演练等，一般以乘组的形式进行。根据飞行任务的多少和难易程度，训练时间为1～l。5年。
航天员训练过程，也是一个不断挑选的过程，因此，在每个训练阶段结束时要进行全面考核，考试合格后方可转入下一阶段。考核的内容包括政治思想、训练成绩和健康状态。据美苏40多年的实践经验，训练期间航天员被淘汰的人数在30%～50%，淘汰原因各异。
（一）航天员的基础训练
基础训练的目的首先是航天员候选人掌握并完成载人航天所必需的科学知识和技能，其次是要进一步提高其体能和改善其心理品质，对于非英语国家的航天员候选人，在这一年中还要提高英语的表达能力。
基础训练一般可分为四个方面：1学习有关空间工程和技术方面的知识，如天文学、轨道动力学、空间制导和导航等；2学习空间研究和实验所需的科学知识，如数学、物理学、地质学、气象学、海洋学和材料加工等；3掌握航天飞机或国际空间站各系统的一般知识和简单操作；4各种技能训练，包括救生技术训练、飞机驾驶训练、在失重飞机作抛物线飞行中体验失重、低压舱训练、穿着太空服在水下作太空行走训练，此外还要学习游泳和进行体能训练，学习摄影、学习英语，最后还要学习与各种媒体接触和联系等。
前三个方面的基础训练主要方式是课堂讲课，技能训练则是利用各种设施和场所进行实际训练。其中学时最多的科目是飞机训练，其次是外语，第三是体能训练，语言和体能训练贯穿于基础训练的始终。下面详细介绍航天员所必须的技能训练。
1.飞机驾驶训练
航天员飞机驾驶训练是航天员职业训练的重要组成部分，它在形成航天员良好的心理品质、应急条件下心理稳定性和独立自主解决问题的能力等方面起着重要作用。因此，美苏两国对航天员飞行训练十分重视。关于这个问题主要出于以下考虑：第一，工作条件相似，不论是飞机座舱还是飞船的舱段，内部放置了各种仪器设备，均安装了座椅或躺椅，人在里边活动空间非常狭小，感到很不舒适；第二，飞行员和航天员所承受的飞行动力学因素和环境因素相似，都存在超重、失重、噪声、振动、高低温、低压缺氧等因素作用，只不过作用方向，作用持续的时间长短，负荷量的大小，对人的影响程度上有所不同；第三，职业活动特征相似，包括任务的单调性，处理问题时间的紧迫性、危险性、独立性和操作活动结构模式。这三点相似之处不仅是早期航天员选拔和现在航天员指令长选拔的依据，同时也是航天员进行航空飞行训练的出发点。载人航天经验表明，优秀的航天员一般均具备丰富的航空飞行经验和良好的心理生理稳定性。因此对航天员进行航空飞行训练势在必行。
根据美苏航天员训练经验，不论是出身于飞行员的航天员，还是来自其他职业的航天员，都要进行航空飞行训练，前者是维持性训练，后者是体验性训练。从来自俄罗斯加加林航天员训练中心的资料可知，俄航天员指令长每年要进行70多小时的航空飞行训练，几乎每周或每隔1周进行1次，随船工程师和研究人员每年也要进行大约10小时的航空飞行训练。他们认为，航空飞行训练的根本目的在于培养和提高航天员在极端环境下的心理生理稳定性，在时间紧任务急的情况下锻炼独立解决问题的能力，驾驶技术只不过是一种手段。
在制定航空飞行训练计划时，通常要考虑航天员的个人情况，即飞行小时数、飞行中断时间长短及身体健康状况，也要考虑航天员所处的训练阶段和摆在航天员面前的航天任务。训练一般在歼教机上进行，训练科目要有一定的难度，训练前要做好充分准备，包括现场知识准备、熟悉飞机座舱环境、飞机模拟器上训练等，考试合格后才能进行飞机飞行训练。先由教练员带飞，经批准后才能自己驾驶。训练中要特别注意安全，做到万无一失。
2.超重训练
为了减轻航天超重因素对航天员身体的影响，提高机体对超重环境的耐受能力，工程人员采取了许多有效措施，如改进运载工具特性、采用赋型座椅以及改变座椅的安装角度等。与此同时，医学上也采用了一些防护方法，如航天员超重训练、航天员胸肌和腹肌锻炼以及改进呼吸动作等，其中对航天员进行超重训练是一项行之有效的措施。
航天员超重训练包括两个方面的内容，一是超重耐力训练，目的是使航天员具有较高的胸-背向超重耐力。二是结合飞船上升和返回超重作用特点进行训练，目的是为了切合实际地体验飞船上升段和返回段的过载值，这种训练一般在发射前2～3个月进行。
航天员的超重训练，一般在人体离心机上进行。离心机由转台、臂架、吊舱、动力系统和控制系统组成，吊舱内安装有赋型座椅。在训练中，根据训练要求给出不同的超重作用，训练人员随时监视和记录航天员的表情，各种生理指标的变化和反应动作，以便对航天员的超重耐力和反应特征做出科学的评价。
3.失重训练
失重因素是载人航天中具有特色的动力学因素，它对航天员的生理功能、心理状态和工作效率有明显影响，由于这种因素人们在地球表面上正常活动中很难遇到，故需要采取模拟方法对航天员进行失重环境训练，以提高机体对失重应激的稳定性和航天员在失重条件下生活和工作的能力。失重训练包括两个方面的内容：第一，失重环境适应性训练，可在失重飞机上进行空间定向能力、人体行为改变及各种生理功能影响的观察。至于其他模拟方法，如卧床、浸水等，只是对失重的某些效应进行模拟，与实际失重条件相差甚远；第二，为失重条件下航天员生活与工作能力训练，它包括站立行走、进食进水、服装穿脱、大小便能力、文字书写、摄影录像、仪器设备操作、出舱活动等训练内容，其中有些训练在失重飞机上进行，有些训练在水槽中完成，均取得了良好的效果。
在地球上进行失重训练是一件十分困难的事情，特别是进行长期失重训练，更是很难实现。就模拟短期失重条件而言，也存在失重时间太短、超重和失重交替以及其他不真实的效应等问题。尽管如此，40多年来载人航天的经验证明，上述的训练在载人航天中起到了重要作用。
4.前庭功能训练
航天运动病是载人航天中严重困扰航天员正常生活和工作的重要问题。它不仅使航天员出现前庭植物神经症状，同时严重影响航天员的工作。为了减轻和防止航天运动病的发生，世界各国学者对其发生机理和防护措施进行了大量的研究，美苏两国还在航天中采用了药物防护和航天员前庭功能训练的方法来防治航天运动病，取得了一定的效果。其中航天员前庭功能训练方法越来越受到人们的重视。
前庭功能的训练基于下面三个理由：第一，随着前庭功能训练次数的增加，训练到一定次数之后，其稳定性维持在一定的水平上；第二，如果停止训练，经过一段时间后，前庭功能稳定性逐渐下降；第三，如果两种训练方法在训练机制上有某些共性，其训练效果会部分转移，即从另一种训练中可以获得一些益处。基于上面的考虑，俄罗斯航天医学专家们认为，对航天员进行强度较大的前庭功能训练，可以预防航天运动病的发生。
前庭功能训练分为主动训练和被动训练两种。主动训练结合体育训练进行，例如在滚轮、旋梯、弹性跳网等训练设备上锻炼，日积月累，提高前庭功能稳定性。被动训练一般在专用设备上进行训练，例如秋千、转椅、旋转屋等等，记录航天员的面部表情以及一些生理指标的变化，以评价前庭功能稳定性的训练效果。此外，采用在失重飞机上多次飞行的办法也可以产生良好的训练效果。
当前，研究最佳模拟训练方法对航天员进行训练，以提高前庭功能稳定性和预测运动病，仍然是航天运动病研究中的当务之急。
5.跳伞训练
在航天员生物医学训练中，跳伞训练具有特殊的地位，它不同于其他生物医学训练项目，其他生物医学项目或者针对某一环境因素的耐受性和适应能力，或者针对整个机体的储备能力和调节能力，而跳伞训练主要针对心理品质。即通过跳伞训练可以减小对外界刺激的心理-生理反应，减轻神经和情绪紧张程度，提高紧急状态下的心理能力。
对大部分人来说，第一次跳伞均会表现出紧张、恐惧、发呆、出汗、面色苍白、举止行为异常等情绪反应。这些变化在跳伞过程中不同阶段有不同的体现，一般在从飞机跳出之前1～2分钟，自由下落和开伞过程表现最为明显。机体对跳伞环境有一个适应过程，对初学者来说，需要进行25次左右的跳伞才能适应，对于有过跳伞经历的人来说，只需要12～21次跳伞就可以适应。对于已经适应跳伞环境的人，要想保持高度的情绪稳定性和工作能力，需要进行维持性训练。初学者的适应性只能维持3～4个月，有跳伞经验的人可维持5～6个月。因此，要想使航天员具有较高的心理稳定性、心理能力和应急环境下处理问题的能力，需要定期进行跳伞训练。
根据俄罗斯加加林航天员训练中心的经验，预备航天员在基础训练阶段，需要完成24～25次的跳伞，以后每3～6个月重复1次，每次进行10次～15次跳伞，在跳伞训练过程中还可以完成一定的工作任务，进行计算、观察和向地面报告。总之，跳伞训练对于提高心理稳定性和心理能力是一种有效的方法。
6.不同气候地理环境的生存训练
航天员在应急条件下被迫着陆之后，可能落到人们很难达到的地点。它可能是沙漠和高山，也可能是森林和海洋，还可能是严寒的冻土带，也可能是炎热潮湿的热带。不论是哪种气候地理环境，对航天员来说都是十分陌生的，不仅存在一个如何生存的问题，也存在如何向各种疾病和野兽斗争的问题，存在一个对环境适应的问题。根据美苏两国的经验，航天员的生存问题主要靠两个途径来解决，一是靠载人航天工程的营救救生系统，通过各种先进的通讯设备及时与着陆后的航天员进行通讯联络，运用各种先进的交通设备尽快到达航天员所在地点；二是通过生存训练，使航天员熟悉可能遇到的气候地理环境，掌握生存本领，学会使用各种个人营救生存物品。
根据国外载人航天经验，航天员在不同气候地理环境中的生存训练，包括两部分内容，一是个人救生包使用训练，二是不同气候地理环境的生存训练。
（1）个人救生包使用训练为了保障航天员在恶劣的环境中生存，需要配备个人救生装备。它包括信号联络器材，如烟火管、海水染色剂、太阳反光镜、信号弹、闪光标位器、无线电信标等；个人救生物品，如救生艇筏、抗浸防寒服、救生口粮、饮用水、药箱等；以及其他物品。在航天员训练过程中，必须掌握上述器材的使用原理、使用方法及其功能，掌握操作技术，在实际情况下演练，以备之需。
（2）不同气候地理环境生存训练根据美苏两国载人航天的经验，航天员在训练期间要到不同的气候地理环境下进行生存训练，它包括海上生存训练、沙漠生存训练、寒区生存训练以及热带丛林生存训练。通过训练，使航天员掌握不同地理气候条件下的生存条件，习惯各地的环境，练习各种装备，掌握救生和生存本领。
7.航天员心理训练
航天员心理训练在航天员训练中占有重要地位，这是由航天员的职业特点所决定的。在载人航天中，航天员工作风险很大，经常需要在有限的时间内去完成极其重要的工作任务，因此需要具备高度稳定的心理素质。另一方面，航天员的工作环境与地面不同，环境艰难，工作任务繁重，始终处于一个极大的心理生理负荷状态。对于进行长期航天飞行的人员来说，长期与世隔绝，信息资源匮乏，生活十分枯燥，常常会引起心理变异。因此对航天员进行心理训练是十分必要的。目前，航天员心理训练主要在三个方面进行，即心理稳定性训练、狭小环境中的隔离训练和心理支持。
（1）航天员心理稳定性训练
在载人航天任务中，航天员心理稳定性训练至关重要。具体的做法是结合航天员航空飞行训练、跳伞训练、超重训练、失重飞行训练、前庭功能训练、不同气候地理环境救生和生存训练来训练航天员的心理稳定性。
（2）狭小环境中的隔离训练
这种训练是在一个狭小的隔音室内完成的。根据训练要求，让航天员在这与世隔绝的环境里住上几天，按事先设计好的生活、学习和工作时间表进行。对航天员的学习有一定的安排，对航天员的工作有具体要求，工作应有一定的难度，也要有一定的时间限制，有时让航天员几天几夜不睡眠，吃喝和大小便均在这个狭小环境内进行。并通过各种途径来了解航天员的生活能力、学习能力、工作能力、对环境的适应能力和机体的贮备能力。这种狭小环境中的心理训练，对形成航天员职业特征来说是非常适用的。
（3）心理支持
通常采用三种办法进行心理支持：1 生物反馈法。通过调整呼吸和放松肌肉动作，来改变植物神经活动，从而减轻机体疲劳和提高工作效率，或者用声音刺激的办法，调整中枢神经系统功能，诱人入睡，达到休息和减轻疲劳的目的；2 教会航天员社交。让航天员掌握待人处事的办法，学会处理人际关系，从而提高成员组内的心理相容性；3 表象训练。即教会“过电影”，这种训练可以提高航天员在航天活动中对各种操作的记忆力和在紧急情况下处理问题的能力。这些心理支持对形成航天员良好的心理品质具有重要意义。
8.航天员体质锻炼
在航天员生物医学训练中，航天员体质锻炼是一项十分重要的内容，其重要性表现在四个方面：通过体育锻炼，可以增强机体的抗病能力，减少疾病的发生；提高航天员对航天因素的耐受能力和适应能力，减少机体的不良反应；增强身体素质，提高学习训练效果和航天活动中完成各项工作的效率；改善航天员心理品质，增强心理能力，心理稳定性和心理相容性。由于航天员体育锻炼至关重要，所以在载人航天初期便引起了航天员训练专家的极大关注。
航天员体育锻炼大体上分为三个阶段，即航天员训练期间的体质锻炼、航天员航天期间的身体锻炼以及航天任务完成后返回地面再适应期间的体育锻炼。由于不同阶段体育训练的目的不同，所采用的训练方法和训练强度有很大差别。
（1）训练期间的体质锻炼
航天员训练期间的体育锻炼分为两大类，一类为非特异性锻炼，针对航天员基本素质而进行，它包括耐力、速度、力量和灵活性四个方面。耐力训练一般以长跑和游泳项目为主，速度训练以短跑等项目为主，力量训练以负重、引体向上、仰卧起坐等肌肉锻炼为主，灵活性以各种球类、变速跑等项目为主。另一类为特异性锻炼，它针对航天活动中遇到的环境因素而进行。为提高超重耐力，多采用登山，胸部、腹部和四肢肌肉锻炼为主，缺氧耐力以登山和游泳锻炼为主，前庭稳定性锻炼多采用滚轮、旋梯、秋千、浪木、弹跳网等项目。
航天员训练期间的体育锻炼，一般应遵循整体系统，经常不懈，循序渐进，因人而异，定期考核和安全第一的原则，选用的训练项目应具有明确的针对性和有效性，不仅注意局部能力的锻炼，更注意整体机能的改善，要科学地安排训练程序，既有长期计划，又有短期安排，应充分注意训练期间各阶段的任务特点，根据不同人的长处和弱点进行有针对性的锻炼，使其全面发展。对航天员身体锻炼要定期进行考核，一般每季度1次。考核的内容包括两个方面，一是训练成绩，二是身体功能评价。每次体育锻炼之前，要对航天员身体健康状况进行检查，看是否适合这次的锻炼，要做好热身、训练器材和防护措施的准备工作；在训练中严格控制训练强度和训练程序，防止过度疲劳和外伤事故的发生。
科学的体育训练计划和程序，严格考评和医监医保是保证取得良好效果的重要条件。根据俄罗斯加加林航天员训练中心的经验，航天员体质锻炼每周要进行2～3次，每次1.5～2小时，每3个月考核1次，早期训练为加强训练，当训练成绩达到一定程度时不再继续增加训练强度，称之为维持训练，在航天员执行航天任务之前要适度减小训练强度，总训练时间大约持续3.5～4年左右。
（2）航天活动中的体育锻炼
人长期在地球表面上生活，从机体的结构到功能已完全适应地球正常的重力环境，当重力改变时，将引起机体一系列变化。为了防止和减轻失重因素对机体的不良效应，苏美两国在地面上进行了大量的研究，结合载人航天中的经验教训，形成了一套行之有效的航天员在执行航天任务中的锻炼措施。1 弹性拉力器。它是利用橡皮材料弹性原理制作的，是航天中常用的锻炼器材，在载人飞船和空间站上均使用了这种弹性拉力器装置，主要用来锻炼四肢肌肉，防止抗重力肌萎缩和骨钙丢失。2 自行车功量计。是利用蹬自行车原理制成的锻炼器材，在美国空间实验室、前苏联“礼炮”号及“和平”号空间站内均曾使用，能增强体质、防止四肢肌肉萎缩和骨密度减小，改善心肺功能。3 跑台。是跑步锻炼器材，可与弹力带一起使用，在美苏空间站上均配备了这种装置，具有自行车功量计类似的锻炼效果。4 企鹅服。是有纵横交错橡皮条的弹性服装，随着肌肉活动服装进行扩张和收缩，从而达到促进肌肉活动，防止肌肉萎缩和骨钙丢失的作用。5 下体负压裤。又称气比斯，是一种下体负压装置，美苏两国在飞行后期均使用了这种锻炼器材，多次锻炼可改善航天员的立位耐力和正加速度耐力。6 类似侧管式抗荷服。又称卡尔卡斯，从服装的结构上类似于侧管式抗荷服，但使用时不充气。通过拉紧系带的方法提高下肢表面的服装压力，以减少重力作用时的下肢血液淤积，可提高正加速度耐力和改善立位耐力，在“和平”号空间站航天员返回过程中使用。
航天员的医学选拔和训练，是航天医学中的重要课题，也是航天实施医学的重要组成部分，是航天员进行专业训练和任务训练、实施载人航天任务以及缩短航天员完成航天任务后回地面再适应时间的基础，它从预备航天员选拔开始，贯穿于航天员训练的始终。
（二）航天员的高级训练
基础训练仅仅是“入门训练”，高级训练才是“正式训练”。
随着空间技术的发展，载人飞行器越来越复杂，从比较简单的载人飞船到比较复杂的航天飞机，再到复杂而庞大的国际空间站。载人航天的发展过程好像人一样，从少年成长为青年，再成长为壮年。与此同时，航天员的高级训练越来越复杂，训练时间也越来越长。过去训练驾驶飞船的航天员，一般只需要几台训练设备，复杂训练的人员至多只有几十人。今天，要培养出一名合格的航天飞机驾驶航天员，需要几十台训练设备，参与训练的人员多达数百人。
航天飞机预备航天员在完成基础训练大纲的训练内容后即开始高级训练。在高级训练期间要学习基础课、专业课、飞行课、熟练操作课和特殊载荷课。训练方式包括课堂授课，阅读教材和航天飞机飞行操作手册，参观实物和现场，在各种模拟器和训练器中学习航天飞机的操作，练习太空行走，熟悉舱内生活，学会保持舱内环境卫生和清理废物等。
供航天飞机预备航天员完成训练的设备和设施有87项，其中最主要的是单系统训练器、中性浮力实验室、航天飞机飞行模拟器、垂直运动模拟器、航天飞机模型（包括全机身训练器、乘员舱训练器、外油箱门模拟器和舱外机动装置模拟器）、太空行走训练用真空舱、大型人体离心机和空间实验室模型等。
航天飞机整体极为复杂，预备航天员需要学习的东西很多，当然不可能要求他们样样都精通，但要求他们对每一样都要有一些基本的了解。在课堂上他们要学习航天飞机的制导、导航和控制系统、数据处理系统、轨道器系统、推进系统、通信系统以及乘员系统。他们要利用各种训练设备学习各种飞行操作，包括起飞、入轨、轨道飞行、离轨和再入大气层的操作；学习各种空间操作，包括太空行走、交会、对接、有效载荷的部署和回收等；还要学习处理各种有效载荷，包括航天飞机的遥控机械臂、空间实验室、有效载荷辅助舱等。
预备航天员进入高级训练阶段以后，一般是以机组为单位进行训练。一个航天飞机机组包括指令长、驾驶航天员和1～3名任务专家航天员。航天飞机每一次飞行的成功都是全体机组乘员共同努力的结果。因此从高级训练阶段就让他们在一起，共同学习和练习，但有不同的侧重，只有这样在训练结束后才能适应航天飞机的飞行要求。
对预备航天员的课程安排非常细致而周到。每堂课都要预先详细列出课程的名称、课程时间（一般为2～3小时）、授课方式、受训学员（一般是全机组成员）、授课日期（要指明某年某月），所用教材、在此节课之前需先学习哪节课，对此节课的内容提要和目的要求等。
授课方式一般是先讲解30分钟，然后结合模拟器或训练器边讲边做。对于航天员理论知识固然重要，但更重要的是动手操作和解决实际问题的能力，为航天飞机航天员提供87种训练设备和设施的用心和目的也在于此。
教学方式既严格又灵活。有些课程要求全体机组成员参加，有些则可以“选修”。例如任务专家航天员候选人，对于航天飞机的起飞、入轨、轨道飞行、离轨和再入大气方面的操作训练，就可以“选修”，但对于驾驶航天员候选人，就是重要的“必修课”。
航天飞机预备航天员在高级阶段的训练大体上可以划分为两大类：与系统有关的训练和与飞行有关的训练。与系统有关的训练是让航天员候选人熟悉航天飞机的各系统和分系统，学习系统的结构和性能，特别是要学习当某一系统发生故障时，如何发现、检查和排除。与系统有关的训练主要使用各种训练器和计算机辅助训练设备。与系统有关的训练应在航天员候选人成为正式航天员并指派任务前结束。与飞行有关的训练主要是学习与航天飞机飞行有关的各种操作技能，包括从起飞到着陆的全过程。这种训练主要是在航天飞机飞行模拟器上进行，一般在航天员指派飞行任务后开始这种训练，一直持续到发射前，正常需要7个月到1年时间。
进入高级训练阶段，航天员的训练与操作越来越接近实际。当所有的训练顺利通过时，机组的任务就是等待飞行器的发射，只有航天飞机能成功地完成本次飞行任务，航天员的训练才算是圆满结束。
（三）航天员的训练设备
1.单系统训练器与系统有关的训练最常用的是单系统训练器。这种单系统训练器属于中等保真度模拟器，用来模拟航天飞机轨道器的飞行控制仪表板。每名预备航天员都有一名教练陪伴，帮助他学会操纵轨道器上的每一个系统，特别是要学会识别和检查系统故障以及排除故障的方法。
2.航天飞机飞行模拟器与系统有关的训练结束后紧接着就开始与飞行有关的训练。在与飞行有关的训练阶段，航天员主要是在航天飞机飞行模拟器上进行训练。在航天飞机航天员所使用的各种训练设备中，飞行模拟器是最重要的也是最复杂的训练设备。这是一种高保真度的模拟设备，能够模拟航天飞机飞行的全过程，包括起飞前的准备、起飞、上升、中止飞行、入轨、轨道飞行、空间交会和对接、空间有效载荷的处理、离轨、进入大气、进场、着陆和在跑道上的滑行等。
美国航空航天局的航天飞机飞行模拟器位于约翰逊航天中心的5号大楼，于1977年设计和建造，耗资1亿美元。美国航空航天局的所有载人航天计划都有专用的飞行模拟器，但航天飞机飞行模拟器是其中最昂贵的一个。
航天飞机飞行模拟器主要由运动基乘员站和固定基乘员站两部分组成。这两部分的区别在于前者能运动，后者不能运动。除此之外，这两个乘员站都跟航天飞机实际的乘员站完全一样，装有相同的控制器、显示器和仪表板。这两个乘员站的结构非常复杂，外形却类似于民航飞行员训练用的飞行模拟器。两个乘员站都可以提供逼真的视觉模拟，这种视觉模拟是由4台独立的数字图象产生系统产生的。每个乘员站由3个正面舷窗、2个头顶舷窗和2个后面舷窗，正面舷窗看到的是彩色图像，其它为绿色图像。从这些舷窗中还可看到地球、太阳、月亮和星星。还有一台闭路电视可以看到后面舷窗外物体的移动、有效载荷的形状和遥控机械臂的作业。
除视觉模拟外，两个乘员站还提供听觉模拟。通过计算机产生的声音可以模拟航天飞机上的风机声、阀门的开关声、气动力振动声、推进器点火声、爆炸螺栓爆炸声、起落架展开以及同跑道接触的声音。通过这些声音，有经验的航天员可以识别航天飞机各系统的运行情况。
航天员在开始与飞行有关的训练时，飞行模拟器上模拟的都是一般的飞行任务。在实际的载人航天前10个月，要给航天机组确定飞行任务，此后就按照特定的飞行任务在模拟器上训练。在训练的最后11个星期，航天机组要同地面飞行控制中心的控制人员进行合练。通过合练，航天员要学会与地面控制人员合作，共同处理和解决飞行过程种出现的各种情况和问题。在最后10个月的训练中，机组乘员在航天飞机飞行模拟器上的训练时间总共为300个小时。
3.失重飞机美国航空航天局做失重训练用的飞机是一种经改装的有4个引擎的喷气式运输机。它在做抛物线飞行时每次可以产生30秒的失重。在短暂的失重期间，预备航天员要练习吃食品、喝饮料、使用各种设备和仪器。
4.失重水池它是用于模拟失重的巨型水池。美国航空航天局供航天员失重训练用的主要有两个：一个称为“失重环境训练设备”，另一个称为“中性浮力实验室”。前者水深7.5米、长23.4米、宽9.9米，主要用于评定航天员太空行走装备与航天员身体限制系统、发展太空行走程序和提高航天员的太空行走能力。后者水深12米、长60米、宽30米，是目前世界上最大的“室内游泳池”，它可容纳整个的国际空间站模型并外加一个航天飞机的货舱模型。它也是美国航天飞机航天员和国际空间站航天员的主要训练设备，供预备航天员熟悉失重状态下运动身体及双手。
5.航天飞机模型它是与航天飞机轨道器等大但没有机翼的胶合板模型。该模型主要用来让航天员熟悉航天飞机内各系统的位置以及机上的居住环境，还可以供航天员学习在上天后的生活与工作。此外，还要用该模型进行在航天飞机着陆发生意外时的紧急储藏训练。
6.训练飞机一般是运输机改装而成，供航天飞机进场着陆飞行训练用。
航天员的选拔是一项巨大而复杂的系统工程，必须花费大量的人力、物力才能达到目的。同时，一旦航天飞行器在发射或返回时出现意外，航天员基本上没有生还的机会。因此，航天员必须要具有不怕牺牲的大无畏精神，才能投身于人类征服太空的伟大事业中去。
§§第七章 航天员的太空生活
