לוויינים ואסטרונאוטים מתחילים את מסעם לחלל על הקרקע, בחללית או בחרטומו של טיל. טילי השיגור לחלל, המכונים בעגה המקצועית משגרים (Launchers), פועלים על פי עיקרון פשוט, חוק הפעולה והתגובה – החוק השלישי של ניוטון שלפיו לכל פעולה יש תגובה שווה בעוצמתה ומנוגדת בכיוונה.
הטילים שורפים חומר דלק כלשהו – מוצק, נוזל או שילוב של השניים – ותוצרי השרפה, גזים בלחץ גבוה, נדחקים החוצה דרך נחיר פליטה. עיקרון זה לא השתנה מאז ראשית הטילָאות – אי שם במאה העשירית, בסין ובקוריאה, עת שימשו רקטות לצורכי שעשוע, חג (זיקוקין די-נור) ומלחמה כאחד.
עם השנים השתפרה מאוד אמינותם של המשגרים וכן השתפר כושר הנשיאה שלהם לחלל. בסקירה זו נראה מעט מהנעשה בעולם המשגרים מבחינת הטכנולוגיה, השיפורים בדלקים, באוטומציה ובמוכנות המבצעית של המשגרים.
רבים ממשגרי הלוויינים ואף חלק מהמשגרים המאוישים הוסבו במרוצת השנים מטילים בליסטיים נושאי ראשי קרב גרעיניים. שתי תוכניות החלל המאוישות הראשונות של ארצות-הברית, מרקיורי וג'מיני, השתמשו בטילים בליסטיים מוסבים – רדסטון, אטלס וטיטאן.
תוכנית אפולו לטיסות מאוישות לירח היתה המניע לפיתוח משגרים ייעודיים לנשיאת אדם לחלל – משפחת טילי סאטורן. עם קריסת ברית-המועצות ועם סיום המלחמה הקרה בינה ובין ארצות-הברית, נחתמו הסכמים שונים בין המעצמות לצמצום ארסנל הטילים הבליסטיים.
חלקם פורקו, חלקם הושמדו בפיצוץ מבוקר וחלקם עברו "הסבה מקצועית" והפכו למשגרי לוויינים. היתרון ברור – מדובר בטיל מוכח, אמין ביותר, הדורש השקעה מועטה יחסית לשם הפיכתו למשגר לוויינים.
מיד לאחר התמוטטות ברית-המועצות היו טילים רבים ששווקו כמשגרי לוויינים במחירים נמוכים ביותר, ולגבי מדינות רבות היה זה האמצעי הנוח ביותר להגיע לחלל.
חברות רוסיות שפועלות במשותף עם חברות מערביות מציעות היום שיגורים בעיקר באמצעות שני דגמי טילים: דנייפר, הסבה של הטיל הבליסטי SS-18, ורוֹקוֹט, הסבה של הטילSS-19 .
גם בארצות-הברית נעשתה הסבה של כמה טילים בליסטיים מסוג MX לתצורה של משגר לוויינים (משפחת המשגרים מינוטאור). הבעיה העיקרית בהסבת טילם בליסטיים למשגרים היא המלאי ההולך וקטן, וכן גילם של הטילים והמערכות המותקנות בהן.
כיום, שיגור לחלל באמצעות משגר שהוסב מטיל בליסטי אינו זול כפי שהיה בראשית שנות התשעים, והמחירים מאמירים והולכים.
עם השיפור במצב הכלכלי ברוסיה, ותחת הנהגתו של פוטין, ששאף להשיב לרוסיה את מעמדה כמעצמה מובילה, הוזרמו תקציבים רבים לתחום החלל בכלל ולתחום המשגרים בפרט. לאחר עשורים של הסתמכות על הקיים, היום מפתחים ברוסיה כמה משגרי לוויינים חדשים, לאחר עשורים של הסתמכות על הקיים.
המשגר המוביל הוא אנגארה (Angara), משגר בעל כמה דגמים שצפוי לטוס לחלל בשנים הקרובות. משגר לוויינים זה יוכל לשאת מטענים מגוונים, ואף להיות מוכשר לנשיאת קוסמונאוטים. כושר הנשיאה למסלול נמוך מגיע עד ל-50 טון בתצורה הכבדה של המשגר.
דגם נוסף שמפתחים ברוסיה הוא סויוז 1, משגר לנשיאת מטע"דים (מטענים ייעודיים) קלים ובינוניים. שיתוף פעולה בין רוסיה לקוריאה הדרומית הוביל לפיתוח המשגר KSLV-1, שביצע עד כה שתי טיסות ניסוי, שלא הצליחו להציב בחלל לוויין.
פעילות ענפה מתקיימת בעוד כמה מדינות המבקשות להשיג כושר שיגור עצמי לחלל. המצטרפת החדשה ביותר למועדון החלל היא איראן, שבפברואר 2009 הצליחה לשגר לחלל לוויין באמצעות משגר לוויינים מפיתוח עצמי, הסאפיר.
שתי הקוריאות מנסות לפתח משגרי לוויינים זה שנים, ועד כה שתיהן כשלו במשימה. פעילות ייצור משגרי לוויינים מתקיימת במדינות נוספות ובהן ברזיל ואינדונזיה. לכושר שיגור עצמי לחלל משמעות סמלית רבה מבחינה מדינית, בעיקר אם למדינה אין כושר שיגור גבוה.
ארצות-הברית החלה בפיתוח משגר מאויש חדש במסגרת תוכנית קונסטליישן. משגר זה נועד לשאת לחלל את החללית אוריון; רצונו של הנשיא אובאמה לבטל את מיזם קונסטליישן כולו נתקל בהתנגדויות בקרב ועדת המדע והטכנולוגיה של הסנאט, שקוראת בין השאר לשמר יכולת ממשלתית לשיגור אדם לחלל ולא להסתמך לחלוטין על גורמים זרים או מסחריים.
סין פיתחה גרסה מאוישת של משגר לצורך תוכנית החלל המאוישת שלה, והודו עושה כן כיום: בתוך כמה שנים צפוי שיגור לחלל של אסטרונאוט הודי באמצעות משגר מקומי. הודו שואפת להיות המדינה הרביעית בעולם המשגרת בעצמה אדם לחלל.
תוכניות אירופאיות להסב את משגר הלוויינים הכבד אריאן 5 הוצגו כבר כמה פעמים בתערוכות וכנסים, אולם טרם התקבלה החלטה רשמית על פיתוח יכולת שיגור אסטרונאוטים באמצעות משגר זה.
אוקראינה מנצלת את המורשת של מפעלי טילים ומשרדי תכנון מימי ברית-המועצות המצויים בה, וטילים חדשים הופכים משרטוט למציאות, ובהם משפחה חדשה של משגרים: מאייאק (Mayak) וציקלון 4, המפותח בין השאר בעבור סוכנות החלל של ברזיל.
חברת SPACE X הפכה מחלום למציאות את שירותי השיגור לחלל על בסיס מסחרי. החברה שהוקמה על-ידי היזם אילון מוסק, פיתחה ושיגרה בהצלחה לחלל שני דגמים של משגרים: פאלקון 1 הקטן, ופאלקון 9 הכבד, המיועד גם לשגר לווייני תקשורת למסלול גאוסטציונרי וגם לשגר אסטרונאוטים לתחנת החלל הבין-לאומית באמצעות החללית דרגון, אף היא מפיתוח עצמי.
לחברה חוזי שיגור רבים, כולל שיגור של לוויין ישראלי מסדרת עמוס, המיועד לשיגור בסוף 2012 או ראשית 2013.
יצוין כי מיזמי שיגור מסחריים אחרים לא צלחו, וראו לדוגמה את מיזם השיגור המסחרי מהים Sea launch, שהיה יוזמה משותפת לחברות מארצות-הברית, רוסיה, אוקראינה ונורבגיה, ושפשט רגל.
עם התקדמות הטכנולוגיות הקשורות בבניית לוויינים מסוגים שונים, החלו להופיע במדינות רבות מיקרו לוויינים, שהם על פי רוב לוויינים במשקלים של כמאה ק"ג. שיגור לוויינים אלה נעשה פעמים רבות כמטען נלווה עם לוויין גדול ויקר יותר, או צירוף של כמה לוויינים קטנים ממדינות שונות על גבי משגר יחיד.
מודל שיגור זה הגביל פעמים רבות את הזמינות של שיגור, ויצר "תורים" בדרך לחלל. נוסף על כך התעורר צורך של ממש לשגר לוויינים בינוניים, במשקלים של עד כ-1,500 ק"ג.
שיגור לחלל של לוויין קטן או בינוני במשגר גדול הוא בזבוז רב של ממון. סוכנות החלל האירופית (ESA) עוסקת מזה שנים בפיתוח משגר ללוויינים קטנים ובינוניים – וֶגה. משגר זה צפוי לטוס במהלך 2010, וישוגר מבסיס חלל האירופאי קורו בגִיאָנָה הצרפתית שבדרום אמריקה.
למשגר כושר שיגור של כ-1,500 ק"ג למסלול נמוך, ולו שלושה שלבים; השניים הראשונים מונָעים בדלק מוצק. בקטגוריית המשגרים הקטנים ניתן לכלול גם את סויוז 1 הרוסי, נארו 1 הדרום קוריאני ואפסילון היפני.
המשגר אפסילון, המונע בדלק מוצק, מצטיין בגמישות תפעולית רבה הנובעת בין היתר מתכנון של בדיקות אוטונומיות ואוטומטיות מהירות, תוך כדי שימוש בציוד קרקע מינימלי. לאחרונה נבדקו גם אפשרויות שיגור אווירי, וכמו שכבר נכתב במדור זה היום קיים משגר אווירי יחיד מבצעי, פגאסוס.
על ביצועי המשגרים משפיעים גם הדלקים המניעים אותם, שכן שיפור בדלקים הרקטיים מאפשר שיפור בביצועי המשגרים, באמינותם ואף בהיבט של השפעתם על איכות הסביבה.
ביפן, לדוגמה, נבנה בימים אלה שלב עליון למשגר לוויינים שיהיה מונע בגז טבעי. לדלק זה יתרונות רבים ליישומי חלל, בהיבט של עלויות נמוכות יותר לעומת דלק קריוגני (דלק קר מאוד – לרוב שילוב של מימן וחמצן נוזליים).
צפיפותו גבוהה יותר ממימן נוזלי ולכן אפשר להקטין את המשגר, וכמו כן אפשר לאכסן גז טבעי במצב דחוס לפרקי זמן ארוכים מאוד – דבר שיאפשר הצבת "מכליות תדלוק" במסלול, וגמישות רבה יותר במשימות מחקר למערכת השמש.