同时空间站可以设计成有人和无人两种工作模式，这样许多试验只需航天员调试好仪器设备便离站，以后定期检查即可，这样就减少了使用成本。而且只要在空间站上安装对接装置，就可不断的扩充空间站，提高它的灵活性和适应性。
迄今为止，美国已经发展并完成了一个天空实验室（Skylab）计划，而苏联（俄罗斯）则研制和发展了礼炮（Salyut）系列空间站与和平（Mir）号空间站，现在正在建设和使用之中的则是集聚了多个国家的空间力量的国际空间站（International Space Station，ISS）。
重要一步
苏联早在60年代开始军用空间站的研究，当时该计划取名轨道导向站计划，后改名为钻石（Almaz）计划。但同美国的登月竞赛失败后，苏联为了在下一轮的竞赛中获得主动，同时考虑到航天技术的应用，决定全力以赴发展空间站计划，并希望成为本世纪惊天动地的壮举。1969年苏联正式将空间站作为了航天计划发展的核心。并在钻石号空间站的基础上衍生出DOS…7K民用空间站计划，对外界将这两个计划统称为礼炮（Salyut）系列空间站。钻石计划后来由于卫星侦察技术的提高，不再向载人方向发展。
DOS…7K空间站采用了联盟飞船的大量成熟技术，如生命保障、轨道机动与姿态保持、轨道对接、太阳电池等。到1969年，苏联认为建立空间站的基本技术——航天器的汇合与对接问题已经解决，于是1970年起开始礼炮1号的建造工作。与此同时，他们也对联盟号飞船进行了改装，以便使之成为空间站的辅助运输工具。
1971年4月19日，也就是加加林首次进入太空10年之后，一枚巨大的质子（Proton）号运载火箭将第一个空间站礼炮1号发射上天，其运行轨道为近地点200公里，远地点222公里，倾角度，运行周期分。经过9圈的地面测控，礼炮1号运行工作正常。接着苏联正式向全世界公布了这一消息，宣称苏联已拥有了世界上第一座空间站。勃列日涅夫在第二天说，礼炮1号的飞行是“征服太空的重要一步”。无论如何，礼炮1号的成功发射，标志着人类进入太空一个新阶段的开始。
苏联的第一次“水上回收”：1976年10月14日，联盟…23号飞船载着航天员祖多夫和罗日杰斯特文斯基发射入轨，准备与礼炮…5空间站进行对接。但是由于飞船的主引导系统天线出现故障，与轨道站的对接没有成功。飞船只好紧急返航。又因遭遇风暴，最后航天器只好夜间水上溅落。当时，由于水面有冰，营救筏无法接近飞船，于是用直升飞机将飞船拖到岸上。
其后，苏联研制了数个民用、军用礼炮空间站，到礼炮6号对空间站进行了各方面的重大改进。整个礼炮空间站计划使苏联的空间站技术取得了长足的进步，但礼炮空间站是一种单模块的空间站，不可能进行扩展，这就限制了有效载荷的规模。为了进一步的要求，后来出现了和平号空间站计划。
单模块空间站指由火箭一次发射入轨迹可运行的空间站。一般不长期连续住人，而且需要维持在轨独立运行的全部基本系统。
空间站的发展：第二代空间站（图）
天空实验室拍摄的太平洋风暴
美国和苏联这两个超级大国在科技和军事领域的激烈竞赛使得人类对太空的征服不断取得突破，而轨道空间站的研究建设步伐正是在这样的激烈竞争状态下前进着。第二代空间站将具备更高的可靠性、更大的负载能力、更多的功能和更长的寿命。其中代表第二代空间站的是美国的天空实验室和苏联的礼炮6号、礼炮7号轨道空间站。
美国的空间站设想早在1958年NASA成立时就已产生。NASA在对未来10年的航天活动进行规划时，提出过许多发展任务，占主导地位的项目是空间站和载人登月。这两项计划当时曾引起广泛的争论，有人建议优先发展空间站，有人则认为应该优先发展载人登月。在那个竞争意识很强的年代，NASA的上层官员和政治家们更看重的是航天计划的政治意义和国际影响，希望造成更大的壮观声势，所以载人登月更被看好。而当时许多科学家则坚持认为发展空间站的科学研究和国防军事意义相比载人登月要更为重要。但是，直到1961年5月25日肯尼迪提出阿波罗登月计划后，这场空间站和载人登月的争论才暂时平息了。空间站计划落了下风。
但是，无论是NASA还是国防部在空间站方面的研究从来没有停止过。美国国防部曾进行过载人轨道实验室（Manned Orbiter Laboratory，MOL），该计划后来被取消。1967年，NASA马歇尔航天中心独立提出了一项空间站计划作为阿波罗应用计划的一部分。该计划从任务来看，主要从科学和技术利益着眼，不像阿波罗计划那样带有很大的政治冒险性，后来演变为天空实验室（Skylab）计划。为了强调节省资金，加快进度，该计划尽可能多的使用了阿波罗计划的部件和技术，这样虽然美国后来整个航天的发展重心是航天飞机计划，但在投入不大的情况下天空实验室计划仍可进行下去。
天空实验室任务
对太阳进行比较充分的观测研究
进行较长时间的生物医学研究
对地球资源进行细致的勘测
进行更为全面的工程技术实验
天空实验室的主体结构是土星5号运载火箭第三级J…2发动机的巨大液氢贮箱，其总长度米，直径米。由于很长，在改制成天空实验室时在中间加了一层隔板将其分成上下两部分。上层是实验间，下层是生活间。生活间又分为四个室：起居室、用餐室、盥洗室和实验室。上层实验间十分宽敞，内部装有各种仪器设备以进行多种大型实验。这个改装的天空实验室主体称为轨道舱，里面除了安装各种设备外，能为3名航天员提供292立方米的活动空间。轨道舱内部充以氧气和氮气的混合气体，气压相当于在地球上压力的1/3，温控与通风系统使得舱内气温保持在摄氏度。
轨道舱的上面是过渡舱。它长米，直径米，内部可增压也可减压，为航天员提供了一个过渡的通道。过渡舱又是天空实验室的控制中枢，里面装有供电控制、测试检查、数据处理。生命保障、通信及轨道控制等系统。在过渡舱的另一端是一个多用途对接舱，它长米，直径3米，头部和侧面各有一个对接口，可同时与两艘飞船对接。对接舱除了用于对接和作为航天员进出的通道外，还用于进行太阳观测，对地观测和进行材料科学实验。天空实验室的主要供电系统是两个安装在轨道末端的太阳电池板，总面积730平方米，可产生约20千瓦的电能。
天空实验室最主要的科学仪器是阿波罗天文望远镜。它的主体是一个棱柱体，以构架的形式固定在对接舱上。在发射时，这些构架保证望远镜位置与天空实验室轴线一致。一旦进入轨道并同运载火箭分离，构架又可折转90o，使得望远镜与轴线垂直。在望远镜周围安装了4个较小的太阳电池板，总面积平方米，最大输出功率可达11千瓦。阿波罗天文望远镜装有4种天线、多普勒照相机、电视摄像机、主望远镜，还有其它一些天文仪器。
阿波罗登月计划后的第二年，1973年5月14日，一枚两级的土星5号运载火箭在肯尼迪航天中心点火发射。火箭第三级的位置上装的正是天空实验室。起飞63秒，发现由于发射时的高速气流冲掉了轨道舱防护罩使太阳能电池发生故障，但是仍然被土星5号火箭发射到离地面435公里的近圆轨道上。11天后阿波罗飞船与天空实验室对接，3名宇航员排除了电源故障，使空间站恢复了功能，工作了28天，后来又接待两批6人，分别工作了59天和84天，用58种仪器进行了270多项实验，拍摄了几十万张照片。天空实验室空间站在太空共运行2249天，航程达14亿多千米，于1979年7月12日在南印度洋上空坠入大气层烧毁。
天空实验室计划持续6年，耗资26亿美元。美国宇航界、政界和科学界都给予极高的评价。尼克松祝贺说：“在圆满结束这次超出人类知识范围的最长旅行动时候，我代表全体美国人民向你们表示祝贺。你们天空实验室飞行的卓越成就，把历史上那些伟大探险家的传统（他们面对着世界上那些地图上还没有的尚不为人所知的地区）和那些科学家的传统（他们解开了宇宙万物的奥秘）结合起来了。”
空间站的发展：成果辉煌的和平号
尽管第二代空间站的运行时间和工作能力都有很大提高，但与迅速拓展的空间科学要求还相差甚远，而且它的潜力有限，不能完成规模更大、专业性更强的科学技术任务。第二代空间站不需要对接组合和装配大型系统，这样虽然风险和难度都比较小，安全性高。但是缺点是规模小，不易扩展；其内部的部件安装十分紧凑，使得在出现重大故障时系统很难修理或更换。另外，苏联的礼炮号空间站与地面系统的通讯时间比较短，每围绕地球一圈只有15～20分钟的时间，因而它们的使用和管理有很大的局限性，出现问题不能及时处理。新一代的空间站正是在这种背景下问世的。和平（Mir）号空间站计划的正式制定是在1976年。经过几年的论证，已确定为组合式积木结构。80年代初戈尔巴乔夫上台后，极力推行和平号计划。
和平号空间站是多模块组合空间站。多模块组合空间站由多个舱段组合，各舱段都有独立的电源及控制系统，比较灵活。
1986年2月20日，苏联发射新一代航天站和平号进入太空运行。作为苏联的第三代航天站，它在设计制造上作了许多重大改进，技术更成熟，设施更完善，工作生活条件更好。
和平号空间站的核心舱，总重20吨，长米，最大直径米，站内最多可容纳12名宇航员。由工作舱，过渡舱和非密封舱三部分组成。它的最大特点是有6个对接口，前端有5个，1个轴向的4个侧向的；后端仅1个轴向的，可同时和6艘宇宙飞船或航天器对接，组成一个大型轨道联合体，成为未来空间城的雏形。和平号作为一个基本舱，可与载人飞船，货运飞船，4个工艺专用舱组成一个大型轨道联合体，从而扩大了它的科学实验范围。工作舱两侧装有两个大型太阳能电池阵，总面积80平方米，总功率比礼炮7号大1倍多，达9千瓦。操纵和对接控制系统更为科学。它的航向对接控制装置可以在和平号不进行机动的情况下，自动控制飞船与之对接。站上由7台电子计算机组成综合计算系统，不但可保证自动对接，还能检验站上所有系统的大部分功能，测出其工作状态数据，而且，一面自动显示所测各项数据，一面还能自动更换备用机件，提前测出航天站在太空的运行情况。四个专业舱都有生命保障系统和动力装置，可独立完成在太空机动飞行。其中一个是工艺生产实验舱，一个是天体物理实验舱，一个是生物学科研究舱，一个是医药试制舱。这几个实验舱可根据任务需要更换设备，成为另一种新的实验舱。
从1987年2月6日发射的联盟TM…2号飞船与和平号对接成功后，3月31日量子号天体物理实验飞行器、4月23日进步29号货运飞船先后都与和平号对接成功，形成了世界上第一次四位一体的轨道联合体。其后边使用边扩展，直到1996年4月，和平号最后一个舱段完成组装。此时的和平号是一个总重116吨（包括一艘联盟TM飞船）、总容积470立方米的庞然大物。
空间站上的发动机装置，调节温度和供氧系统，遥测电视系统，通信系统等都更加自动化，操纵可靠、方便。还增开了与地面医生，家属的通话专线。整个航天站比礼炮号处理的信息量要大2至3倍。
和平号空间站一般可同时供5—6人工作和居住，站内的大气环境与地球上一样，成分，温度相同，一般保持26摄氏度，相对温度为30％～70％，大气压力为800～970毫米汞柱。标准大气压是760毫米汞柱。上述这些，都有力地保障了和平号的长寿命工作。
1987年12月29日，航天员罗曼年科返回地面时，已经在和平号上生活了326个昼夜。1988年12月21日从和平号上归来的两名航天员季托夫和马纳罗夫，创造了在太空飞行整整一年的新纪录。和平号空间站还于1986年5月5日至1986年6月25日进行了航天史上第一次太空转移飞行——在和平号联合体与礼炮7号联合体之间的穿梭飞行，进行了50多天的极其复杂而又十分顺利的空间站之间的往返飞渡。
苏联通过发展空间站取得了巨大成就，特别是和平号空间站更是成果辉煌。在医学领域，研究了在太空使用的药物处方、航天员飞行后的体力恢复方法等。在生物学领域里，研究了蛋白质晶体生长、高效蛋白质精致、特殊细�