宇宙工学
初期の宇宙航法の研究は理論的考察から始まった。宇宙旅行に必要な数学的基礎はアイザック・ニュートンが1687年に出版した『自然哲学の数学的諸原理』にて確立された。
スイスのレオンハルト・オイラーやイタリアのジョゼフ=ルイ・ラグランジュといった数学者たちは、18世紀から19世紀にかけて古典力学の数学的基礎づけに寄与した。しかし、これらの理論的可能性にもかかわらず、宇宙旅行が実際に実現できるようになるのは20世紀半ばまで待たねばならなかった。その一方で、宇宙飛行の興味はジュール・ヴェルヌ(1828年- 1905年)やH・G・ウェルズ(1866年 - 1946年)らによって小説の世界で描かれていたのだった。
20世紀初頭、ロシアのコンスタンチン・ツィオルコフスキーによってツィオルコフスキーの公式が導きだされた。この方程式のおかげでロケットの推進の理論的考察ができるようになった。この方程式は宇宙船の質量( m 1 {\displaystyle m_{1}} )、推進剤と宇宙船の質量の和( m 0 {\displaystyle m_{0}} )、推進剤の排出速度( v e {\displaystyle v_{e}} )、から宇宙船の最終速度を計算することができる。
Δ v = v e ln  m 0 m 1 {\displaystyle \Delta v\ =v_{e}\ln {\frac {m_{0}}{m_{1}}}}
より詳細な宇宙旅行の数学理論については、軌道力学を参照のこと。
1920年代初頭にアメリカ合衆国のロバート・ゴダードが液体燃料ロケットを開発し、それは後のV2ロケットやサターンVの設計思想にきわめて大きな影響を与えることになった。