Selama waktu yang telah berlalu sejak peluncuran satelit buatan pertama pada tahun 1957, para astronot telah melakukan perjalanan ke bulan, wahana antariksa telah menjelajahi tata surya, dan instrumen di luar angkasa telah menemukan ribuan planet di sekitar bintang lain.
Kita umat manusia telah menjelajah luar angkasa sejak tanggal 4 Oktober 1957, ketika Uni Republik Sosialis Soviet (U.S.S.R.) meluncurkan Sputnik, satelit buatan pertama yang mengorbit Bumi. Hal ini terjadi pada masa permusuhan politik antara Uni Soviet dan Amerika Serikat yang dikenal dengan Perang Dingin. Selama beberapa tahun, kedua negara adidaya tersebut bersaing mengembangkan rudal, yang disebut rudal balistik antarbenua (ICBM), untuk membawa senjata nuklir antar benua. Di Uni Soviet, perancang roket Sergei Korolev telah mengembangkan ICBM pertama, sebuah roket yang disebut R7, yang akan memulai perlombaan luar angkasa.
Kompetisi ini mencapai puncaknya dengan peluncuran Sputnik. Dibawa di atas roket R7, satelit Sputnik mampu mengirimkan bunyi bip dari pemancar radio. Setelah mencapai luar angkasa, Sputnik mengorbit Bumi setiap 96 menit sekali. Bunyi bip radio dapat dideteksi di darat saat satelit melintas di atas kepala, sehingga orang di seluruh dunia mengetahui bahwa satelit tersebut benar-benar berada di orbit. Menyadari bahwa Uni Soviet mempunyai kemampuan yang melebihi teknologi AS sehingga dapat membahayakan warga AS, AS semakin khawatir. Kemudian, sebulan kemudian, pada tanggal 3 November 1957, Soviet mencapai misi luar angkasa yang lebih mengesankan. Ini adalah SputnikII, satelit yang membawa makhluk hidup, seekor anjing bernama Laika.
Sebelum peluncuran Sputnik, Amerika Serikat telah mengembangkan kemampuannya sendiri untuk meluncurkan satelit. Amerika Serikat melakukan dua upaya yang gagal untuk meluncurkan satelit ke luar angkasa sebelum berhasil dengan roket yang membawa satelit bernama Explorer pada tanggal 31 Januari 1958. Tim yang mencapai peluncuran satelit pertama AS ini sebagian besar terdiri dari insinyur roket Jerman yang pernah mengembangkan balistik. rudal untuk Nazi Jerman. Bekerja untuk Angkatan Darat AS di Redstone Arsenal di Huntsville, Alabama, para insinyur roket Jerman dipimpin oleh Wernher von Braun dan telah mengembangkan roket V2 Jerman menjadi roket yang lebih kuat, yang disebut Jupiter C, atau Juno. Explorer membawa beberapa instrumen ke luar angkasa untuk melakukan eksperimen sains. Salah satu instrumennya adalah penghitung Geiger untuk mendeteksi sinar kosmik. Hal ini dilakukan untuk eksperimen yang dilakukan oleh peneliti James Van Allen, yang, bersama dengan pengukuran dari satelit-satelit selanjutnya, membuktikan keberadaan apa yang sekarang disebut sabuk radiasi Van Allen di sekitar Bumi.
Pada tahun 1958, kegiatan eksplorasi ruang angkasa di Amerika Serikat dikonsolidasikan ke dalam badan pemerintah baru, Badan Penerbangan dan Antariksa Nasional (NASA). Ketika mulai beroperasi pada bulan Oktober 1958, NASA menyerap apa yang disebut Komite Penasihat Nasional untuk Aeronautika (NACA), dan beberapa fasilitas penelitian dan militer lainnya, termasuk Badan Rudal Balistik Angkatan Darat (Redstone Arsenal) di Huntsville.
Manusia pertama di luar angkasa adalah kosmonot Soviet Yuri Gagarin, yang melakukan satu kali orbit mengelilingi Bumi pada 12 April 1961, dalam penerbangan yang berlangsung selama 108 menit. Kurang lebih tiga minggu kemudian, NASA meluncurkan astronot Alan Shepard ke luar angkasa, bukan melalui penerbangan orbital, melainkan melalui lintasan suborbital—penerbangan yang menuju luar angkasa namun tidak mengelilingi Bumi. Penerbangan suborbital Shepard hanya berlangsung sekitar 15 menit. Tiga minggu kemudian, pada tanggal 25 Mei, Presiden John F. Kennedy menantang Amerika Serikat untuk mencapai tujuan yang ambisius, dengan menyatakan: “Saya percaya bahwa negara ini harus berkomitmen untuk mencapai tujuan tersebut, sebelum dekade ini berakhir, untuk memasukkan manusia ke dalam misi tersebut. bulan dan mengembalikannya dengan selamat ke Bumi."
Selain peluncuran satelit buatan pertama, anjing pertama di luar angkasa, dan manusia pertama di luar angkasa, Uni Soviet mencapai tonggak sejarah luar angkasa lainnya sebelum Amerika Serikat. Pencapaian ini termasuk Luna 2, yang menjadi objek buatan manusia pertama yang menabrak Bulan pada tahun 1959. Segera setelah itu, Uni Soviet meluncurkan Luna 3. Kurang dari empat bulan setelah penerbangan Gagarin pada tahun 1961, misi manusia Soviet yang kedua mengorbit seorang kosmonot di sekitar Bumi selama sehari penuh. Uni Soviet juga mencapai perjalanan luar angkasa pertama dan meluncurkan misi Vostok 6, yang menjadikan Valentina Tereshkova wanita pertama yang melakukan perjalanan ke luar angkasa.
Selama tahun 1960-an, NASA membuat kemajuan menuju tujuan Presiden Kennedy untuk mendaratkan manusia di bulan melalui program yang disebut Proyek Gemini, di mana para astronot menguji teknologi yang diperlukan untuk penerbangan ke bulan di masa depan, dan menguji kemampuan mereka sendiri untuk bertahan selama berhari-hari dalam penerbangan luar angkasa. Proyek Gemini diikuti oleh Proyek Apollo, yang membawa astronot ke orbit mengelilingi bulan dan permukaan bulan antara tahun 1968 dan 1972. Pada tahun 1969, di Apollo11, Amerika Serikat mengirimkan astronot pertama ke Bulan, dan Neil Armstrong menjadi manusia pertama. untuk menginjakkan kaki di permukaannya. Selama misi pendaratan, para astronot mengumpulkan sampel batuan dan debu bulan yang masih dipelajari para ilmuwan untuk mengetahui tentang bulan. Selama tahun 1960-an dan 1970-an, NASA juga meluncurkan serangkaian pesawat luar angkasa yang disebut Mariner, yang mempelajari Venus, Mars, dan Merkurius.
Stasiun luar angkasa menandai fase eksplorasi ruang angkasa berikutnya. Stasiun luar angkasa pertama di orbit Bumi adalah stasiun Salyut 1 Soviet, yang diluncurkan pada tahun 1971. Stasiun luar angkasa Skylab milik NASA adalah yang pertama, laboratorium orbital pertama tempat para astronot dan ilmuwan mempelajari Bumi dan dampak penerbangan luar angkasa pada tubuh manusia. Selama tahun 1970-an, NASA juga melaksanakan Proyek Viking di mana dua wahana mendarat di Mars, mengambil banyak foto, memeriksa kimia lingkungan permukaan Mars, dan menguji kotoran Mars (disebut regolith) untuk mengetahui keberadaan mikroorganisme.
Sejak program bulan Apollo berakhir pada tahun 1972, eksplorasi ruang angkasa manusia hanya terbatas pada orbit rendah Bumi, di mana banyak negara berpartisipasi dan melakukan penelitian di Stasiun Luar Angkasa Internasional. Namun, wahana tanpa awak telah melakukan perjalanan ke seluruh tata surya kita. Dalam beberapa tahun terakhir, wahana antariksa telah menghasilkan sejumlah penemuan, termasuk bahwa bulan di Jupiter, yang disebut Europa, dan bulan di Saturnus, yang disebut Enceladus, memiliki lautan di bawah permukaan esnya yang menurut para ilmuwan mungkin menjadi tempat kehidupan. Sementara itu, instrumen di luar angkasa, seperti Teleskop Luar Angkasa Kepler, dan instrumen di darat telah menemukan ribuan exoplanet, yaitu planet yang mengorbit bintang lain. Era penemuan planet ekstrasurya ini dimulai pada tahun 1995, dan teknologi canggih kini memungkinkan instrumen di luar angkasa untuk mengkarakterisasi atmosfer beberapa planet ekstrasurya tersebut.