第一阶段：机械模拟·光学投影式天象仪——天象厅

1923年鲍斯菲尔德发明的第一台天象仪称为蔡司Ⅰ型，1925年推出的对称哑铃型结构的大型天象仪，称为蔡司Ⅱ型。

第二次世界大战以后，蔡司光学工厂分为两家，耶拿的原厂属民主德国，设在联邦德国欧波同小镇的另一个蔡司厂也逐步建立，他们分别进行大型天象仪的改进和生产。耶拿蔡司生产出一系列不断改进的大型天象仪，最后为COSMORAMA型；欧波同蔡司沿用老蔡司型号，先后研制出Ⅲ型、Ⅳ型、Ⅴ型和Ⅵ型天象仪。

20世纪50年代后期，日本五藤光学研究所和美能达照相机株式会社（当时叫千代田光学精工）开始研制天象仪，不久就有了从大型到小型的天象仪系列产品。美能达天象仪与蔡司天象仪十分相似，是完全的哑铃型。五藤天象仪的布局有所不同，恒星球靠近中央，两端安装行星笼架，这种布局最早为美国莫里森天文馆的天象仪（美国加州科学院研制，仅制造1台）所采用，故称莫里森式。五藤和美能达是蔡司之外的另外2个机械模拟·光学投影式天象仪的供应中心。

从20世纪40年代起，美国斯匹茨公司（Spitz）制成针孔成像型天象仪，以低廉的价格，为美国和加拿大等地的天文馆发展创造了有利的条件。

机械模拟·光学投影式天象仪是用光学、电子和机械的技术真实地放映出肉眼看到的天文现象，它所依据的天文原理是哥白尼的太阳中心学说和开普勒的行星运动三定律。它的最基本的功能是可以演示任何一年、任何一天的任何时刻，在地球的任何地方，一位视力较佳的观测者，在良好的气象条件和无任何灯光干扰的较好环境下所看到的各种天象。

在早期的天象厅中，天象仪当然是主角，节目以星空解说为主，充分利用天象仪特别适于表演恒星的周日运动、岁差运动以及日月行星的视运动的特点，进行天球坐标、四季星空、天文导航和时间历法等天文学基础知识的讲解，其手段是天象仪加简单的幻灯投影，采用演讲的表现方式（由讲解员现场解说）。这是天象厅表演的第一阶段——星空解说阶段。

天象厅表演的第二阶段是专题节目阶段，即表演的题材已不仅仅局限于星空解说这样的天文学传统内容，而是深入到天文学的各个领域，尤其是发展异常迅猛的天体物理学、空间科学和宇宙航行的诸多方面，达到专题解说和表演的程度。

要实现这样的节目，必须借助于光、机、电等方面的技术力量和绘画、摄影、音乐等方面的艺术力量，来表现繁复的科学内容。这就需要一个构思良好的剧本；还要有一个能实施剧本内容，能协调、组织和领导各方面工作的导演。这就是说，天象厅表演已成为了一项系统工程。