纳米碳管（Carbon Nanotubes，CNTs）凭借超高强度、优异导电性、轻质化等核心特性，在航天航空领域已有多项实际应用和大量研发方向，是该领域轻量化、高性能材料的重要发展方向。

高性能复合材料增强体
这是纳米碳管最成熟的航天应用方向。将纳米碳管添加到树脂、金属或陶瓷基体中，可大幅提升材料的强度、模量、抗疲劳性，同时保持极低的密度。
用于航天器结构件：如卫星支架、火箭燃料贮箱的轻量化部件，能减少发射载荷，降低发射成本。例如 NASA 的部分航天器结构件采用了碳纳米管增强环氧树脂复合材料。
用于航空发动机部件：添加纳米碳管的高温合金或陶瓷基复合材料，可提升部件的耐高温性和抗腐蚀能力，延长发动机寿命。

新型推进系统
电推进器阴极材料：纳米碳管可作为离子电推进器的阴极发射体，相比传统钨阴极，具有更低的功函数、更长的寿命，能提升推进器的效率和稳定性，适用于深空探测器的长时间轨道维持。
太阳帆材料：纳米碳管增强的超薄薄膜，可作为太阳帆的基材，兼具高强度和高透光性，能利用太阳光压实现无燃料推进，是星际航行的潜在技术路径。