지구궤도에 건설되는 대형 우주 구조물로서 사람이 반영구적으로 생활하면서 우주실험이나 우주관측을 하는 기지. 사람이 우주공간으로 진출하기 위해서 지구에서부터 우주정거장까지 사람이나 기자재를 우주왕복선으로 수송한 후 이곳에서 다시 정비하여 본격적인 우주항행을 하게 되므로, 우주정거장은 우주 진출의 전초기지(前哨基地)로 사용된다.

지금까지 개발된 우주정거장은 주로 사람이 우주공간에 적응할 수 있는 장소를 제공해왔으며 최초의 우주정거장은 소련의 살류트(Salyut)로서 1971년 4월에 발사되어 궤도에 진입해 있는 소유스 10호와 결합하여 무게 26 t, 길이 23 m의 우주정거장을 형성했다. 이곳에서 총 22명의 승무원이 탑승하여 1,600회의 각종 실험과 관찰을 수행하여 인간이 장기적으로 우주공간에 적응할 수 있음을 보여주었다.

미국의 최초 우주정거장은 스카이 래브(Sky lab)로서 73년 5월에 발사되었으며, 초기에 태양전지판(太陽電池板)에 이상이 생겨 승무원이 우주공간에서 수리작업을 하여 제기능을 회복하였다. 스카이 래브는 무중력 상태에서의 인간활동에 대한 실험과 지구와 우주관측 등의 임무를 수행한 후 80년 7월 지구 대기권에 돌입되어 분해된 후 인도양으로 가라앉았다.

2세대 우주정거장으로 소련의 우주정거장 미르(Mir)가 86년 2월에 발사됐다. 미르는 모두 6개의 접속장치를 가지고 있고 3개의 모듈로 구성되어 있는 총길이 13 m에 지름 4.2 m, 총무게 21 t의 대형 우주정거장으로 유리 로마넨코가 326일간을 체류하는 기록을 세움으로써 인간이 우주공간에서 영구히 거주할 수 있는 가능성을 보여주었다.

미국은 스카이 래브 이후 길이 100 m, 무게 300 t의 초대형 우주정거장 프리덤(Freedom) 개발을 유럽우주기구(ESA), 캐나다, 일본과 같이 공동으로 추진하고 있으며, 프리덤이 완성된다면 30년간의 장기적인 우주체류가 가능해진다. 또한 이곳에서 화성탐사선을 조립, 발사하여 화성기지 건설의 전초기지로 활용될 것이며 더 멀리 우주탐사의 길을 열게 될 것이다.

미래의 우주정거장은 더욱 크고 복잡한 형태로 발전되어 궁극적으로 행성간 우주기지나 우주도시로 발전할 것이다. 우주정거장 건설의 규모가 커져 사람이 영구적으로 우주생활을 할 수 있게 되면 우주가족이 탄생하는 것도 멀지 않은 장래의 일로 예견되고 있으며, 우주개발이 좀더 본격화 되어 상업적 이용도 활발해지면서 우주호텔의 등장도 예상되고 있다.

우주정거장에서는 지구중력의 약 1백만분의 1인 마이크로 중력(거의 무중력상태)을 가지며 이러한 무중력상태를 이용하여 지구상에서는 지구 중력 때문에 불가능한 순도 100 %의 결정체(結晶體)를 만들 수 있으며 이러한 기술은 새로운 재료의 합성이나 신의약품 제조에 활용된다. 또한 식물이나 동물이 무중력상태에 어떻게 적응하는지에 대한 관찰과 실험을 하게 된다.

사람이 무중력상태에 있으면 우주공간에서 떠다니는 상태가 되며 모태(母胎)에서 느끼는 태아의 상태와 유사하다. 무중력상태에서 운동을 하게 되면 팔과 다리가 자유롭게 유영(游泳)하게 되는데, 조그만 힘으로도 멀리 유영하게 되며 한 지점에 고정하는 것이 힘들어진다. 또한 인체의 혈액순환도 하반부에서 상반부로 쉽게 순환되기 때문에 인체의 각 부분이 장력(張力)을 잃어버리고 모든 근육이 부유하는 듯한 기분을 느낀다.

우주에서의 식사는 우주식(宇宙食)으로, 잘 포장된 음식물을 유영하면서 하게 되며 대소변은 벽에 붙은 쓰레기 처리장치에서 좌석벨트를 메고 하게 되는데 여기에는 하수구가 없고 휴지는 특수용기에 넣어 처리된다. 우주정거장에서는 밤낮의 구분이 명확하지 않고 태양이 하루에 두 번 떴다 진다. 이러한 상황에서 잠을 자기 위하여 수면마스크를 착용하고 고정대(固定帶)를 사용하게 된다.