خلال الفترة التي انقضت منذ إطلاق أول قمر صناعي عام 1957، سافر رواد الفضاء إلى القمر، واستكشفت المجسات النظام الشمسي، واكتشفت الأجهزة في الفضاء آلاف الكواكب التي تدور حول نجوم أخرى.

نحن البشر نغامر بالذهاب إلى الفضاء منذ 4 أكتوبر 1957، عندما أطلق اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية) سبوتنيك، أول قمر صناعي يدور حول الأرض. حدث ذلك خلال فترة العداء السياسي بين الاتحاد السوفييتي والولايات المتحدة المعروفة بالحرب الباردة. لعدة سنوات، كانت القوتان العظميان تتنافسان على تطوير صواريخ، تسمى الصواريخ الباليستية العابرة للقارات (ICBMs)، لحمل الأسلحة النووية بين القارات. في الاتحاد السوفييتي، قام مصمم الصواريخ سيرجي كوروليف بتطوير أول صاروخ باليستي عابر للقارات، وهو صاروخ يسمى R7، والذي سيبدأ سباق الفضاء.

وصلت هذه المنافسة إلى ذروتها مع إطلاق سبوتنيك. تمكن القمر الصناعي سبوتنيك، الذي تم حمله على صاروخ R7، من إرسال أصوات تنبيه من جهاز إرسال لاسلكي. وبعد وصوله إلى الفضاء، يدور سبوتنيك حول الأرض مرة كل 96 دقيقة. كان من الممكن اكتشاف إشارات الراديو على الأرض أثناء مرور القمر الصناعي فوق رؤوسنا، لذلك عرف الناس في جميع أنحاء العالم أنه كان بالفعل في مداره. أدركت الولايات المتحدة أن الاتحاد السوفييتي لديه قدرات تتجاوز التقنيات الأمريكية التي يمكن أن تعرض الأمريكيين للخطر، مما أدى إلى شعور الولايات المتحدة بالقلق. وبعد شهر، في 3 نوفمبر 1957، حقق السوفييت مشروعًا فضائيًا أكثر إثارة للإعجاب. كان هذا هو سبوتنيك الثاني، وهو قمر صناعي يحمل كائنًا حيًا، كلبة تدعى لايكا.

قبل إطلاق سبوتنيك، كانت الولايات المتحدة تعمل على تطوير قدرتها الخاصة على إطلاق قمر صناعي. قامت الولايات المتحدة بمحاولتين فاشلتين لإطلاق قمر صناعي إلى الفضاء قبل أن تنجح في إطلاق صاروخ يحمل قمرًا صناعيًا يسمى إكسبلورر في 31 يناير 1958. وكان الفريق الذي حقق أول إطلاق قمر صناعي أمريكي يتكون إلى حد كبير من مهندسي الصواريخ الألمان الذين طوروا ذات مرة الصواريخ الباليستية. صواريخ لألمانيا النازية. أثناء العمل لصالح الجيش الأمريكي في ريدستون أرسنال في هانتسفيل، ألاباما، كان مهندسو الصواريخ الألمان بقيادة فيرنر فون براون وقاموا بتطوير الصاروخ الألماني V2 إلى صاروخ أكثر قوة، يسمى جوبيتر سي، أو جونو. حمل المستكشف عدة أدوات إلى الفضاء لإجراء تجارب علمية. وكانت إحدى الأدوات هي عداد جيجر للكشف عن الأشعة الكونية. كان ذلك لتجربة أجراها الباحث جيمس فان ألين، والتي أثبتت، إلى جانب قياسات الأقمار الصناعية اللاحقة، وجود ما يسمى الآن بأحزمة فان ألين الإشعاعية حول الأرض.

في عام 1958، تم دمج أنشطة استكشاف الفضاء في الولايات المتحدة في وكالة حكومية جديدة، وهي الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء (ناسا). عندما بدأت عملياتها في أكتوبر من عام 1958، استوعبت ناسا ما كان يسمى اللجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية (NACA)، والعديد من المرافق البحثية والعسكرية الأخرى، بما في ذلك وكالة الصواريخ الباليستية التابعة للجيش (أرسنال ريدستون) في هانتسفيل.

كان أول إنسان في الفضاء هو رائد الفضاء السوفييتي يوري جاجارين، الذي قام بدورة واحدة حول الأرض في 12 أبريل 1961، في رحلة استغرقت 108 دقيقة. وبعد أكثر من ثلاثة أسابيع بقليل، أطلقت ناسا رائد الفضاء آلان شيبرد إلى الفضاء، ليس في رحلة مدارية، ولكن في مسار شبه مداري - رحلة تذهب إلى الفضاء ولكنها لا تدور حول الأرض بالكامل. استغرقت رحلة شيبرد شبه المدارية ما يزيد قليلاً عن 15 دقيقة. وبعد ثلاثة أسابيع، في 25 مايو/أيار، تحدى الرئيس جون ف. كينيدي الولايات المتحدة لتحقيق هدف طموح، معلناً: "أعتقد أن هذه الأمة يجب أن تلزم نفسها بتحقيق الهدف، قبل انتهاء العقد، وهو إنزال رجل على العرش". القمر وإعادته سالماً إلى الأرض."

بالإضافة إلى إطلاق أول قمر صناعي، وأول كلب في الفضاء، وأول إنسان في الفضاء، حقق الاتحاد السوفييتي إنجازات فضائية أخرى متقدماً على الولايات المتحدة. وشملت هذه المعالم لونا 2، التي أصبحت أول جسم من صنع الإنسان يضرب القمر في عام 1959. وبعد ذلك بوقت قصير، أطلق الاتحاد السوفييتي لونا 3. وبعد أقل من أربعة أشهر من رحلة جاجارين في عام 1961، دارت مهمة بشرية سوفيتية ثانية حول رائد فضاء. الأرض لمدة يوم كامل. حقق الاتحاد السوفييتي أيضًا أول سير في الفضاء وأطلق مهمة فوستوك 6، مما جعل فالنتينا تيريشكوفا أول امرأة تسافر إلى الفضاء.

خلال الستينيات، أحرزت وكالة ناسا تقدمًا نحو هدف الرئيس كينيدي المتمثل في هبوط إنسان على سطح القمر من خلال برنامج يسمى مشروع الجوزاء، حيث اختبر رواد الفضاء التكنولوجيا اللازمة للرحلات المستقبلية إلى القمر، واختبروا قدرتهم على تحمل عدة أيام في رحلات الفضاء. أعقب مشروع جيميني مشروع أبولو، الذي أخذ رواد فضاء إلى مدار حول القمر وإلى سطح القمر بين عامي 1968 و1972. وفي عام 1969، في رحلة أبولو 11، أرسلت الولايات المتحدة أول رواد فضاء إلى القمر، وأصبح نيل أرمسترونج أول إنسان. لتضع قدمها على سطحها. أثناء مهمات الهبوط، كان رواد الفضاء كولونيل عينات من الصخور والغبار القمري التي لا يزال العلماء يدرسونها للتعرف على القمر. خلال ستينيات وسبعينيات القرن الماضي، أطلقت وكالة ناسا أيضًا سلسلة من المجسات الفضائية تسمى مارينر، والتي قامت بدراسة كوكب الزهرة والمريخ وعطارد.

تمثل محطات الفضاء المرحلة التالية من استكشاف الفضاء. أول محطة فضائية في مدار الأرض كانت محطة ساليوت 1 السوفيتية، والتي تم إطلاقها عام 1971. وتبعتها محطة سكاي لاب الفضائية التابعة لناسا، وهي أول مختبر مداري قام فيه رواد الفضاء والعلماء بدراسة الأرض وتأثيرات رحلات الفضاء على جسم الإنسان. خلال السبعينيات، نفذت ناسا أيضًا مشروع فايكنغ حيث هبط مسباران على المريخ، والتقطوا العديد من الصور، وفحصوا كيمياء بيئة سطح المريخ، واختبروا أوساخ المريخ (التي تسمى الثرى) بحثًا عن وجود الكائنات الحية الدقيقة.

منذ انتهاء برنامج أبولو القمري عام 1972، اقتصر استكشاف الإنسان للفضاء على مدار أرضي منخفض، حيث تشارك العديد من الدول وتجري أبحاثًا على محطة الفضاء الدولية. ومع ذلك، فقد سافرت مجسات غير مأهولة في جميع أنحاء نظامنا الشمسي. في السنوات الأخيرة، توصلت المجسات إلى مجموعة من الاكتشافات، بما في ذلك أن قمر المشتري، المسمى أوروبا، وقمر زحل، المسمى إنسيلادوس، لهما محيطات تحت الجليد السطحي يعتقد العلماء أنها قد تؤوي الحياة. وفي الوقت نفسه، اكتشفت الأدوات الموجودة في الفضاء، مثل تلسكوب كيبلر الفضائي، والأدوات الموجودة على الأرض آلاف الكواكب الخارجية، والكواكب التي تدور حول نجوم أخرى. بدأت حقبة اكتشاف الكواكب الخارجية في عام 1995، وتسمح التكنولوجيا المتقدمة الآن للأدوات الموجودة في الفضاء بتوصيف الغلاف الجوي لبعض هذه الكواكب الخارجية.