Η εξερεύνηση του διαστήματος είναι η φυσική εξερεύνηση των ουράνιων σωμάτων και γενικά οτιδήποτε περιλαμβάνει τις τεχνολογίες, την επιστήμη, και την πολιτική σχετικά με τις διαστημικές προσπάθειες.
Στις 4 Οκτωβρίου 1957 δόθηκε μία μεγάλη ώθηση στον συγκεκριμένο τομέα με την εκτόξευση του Σπούτνικ 1, του πρώτου ανθρώπινου κατασκευάσματος που μπήκε σε τροχιά, η οποία έδωσε το έναυσμα για τον διαστημικό αγώνα μεταξύ των Ηνωμένων Πολιτειών και της Σοβιετικής Ένωσης. Δύο άλλα διάσημα επιτεύγματα της πρώιμης αυτής περιόδου ήταν ο πρώτος άνθρωπος στο διάστημα, ο Γιούρι Γκαγκάριν με το Βοστόκ 1 στις 12 Απριλίου 1961 (πάλι από την ΕΣΣΔ), και οι πρώτοι άνθρωποι στο φεγγάρι, οι Νηλ Άρμστρονγκ και Μπαζ Ώλντριν με το Απόλλων 11 μαζί με τον Μάικλ Κόλλινς (από τις ΗΠΑ). Μετά από 30 έτη ανταγωνισμού η εστίαση των προσπαθειών άρχισε να μετατοπίζεται από τις μεμονωμένες πτήσεις στο ανανεώσιμο υλικό (όπως το αμερικανικό διαστημικό λεωφορείο και το αντίστοιχο σοβιετικό Buran) και από τον ανταγωνισμό στη συνεργασία, όπως στο διεθνή διαστημικό σταθμό. Ωστόσο τα τελευταία χρόνια ο ανταγωνισμός αναζοπυρώθηκε, αφού η Κίνα πραγματοποίησε επανδρωμένες αποστολές στο διάστημα, δημιούργησε μια μεγάλη βιομηχανία δορυφόρων και έφτιαξε σύστημα εξολόθρευσης δορυφόρων. Ύστερα από αυτές τις ενέργειες ήρθε αντίδραση από τις ΗΠΑ και την Ρωσία. Οι ΗΠΑ έφτιαξαν κι αυτές σύστημα εξολόθρευσης δορυφόρων και άλλαξαν το διαστημικό τους πρόγραμμα σχεδιάζοντας να δημιουργήσουν νέες διαστημικές κάψουλες μέχρι το 2012 και να ξαναπάνε στη Σελήνη το 2020. Η Ρωσία έθεσε σχέδιο δημιουργίας νέας διαστημικής κάψουλας και ανακοίνωσε πως σκοπεύει μέχρι το 2013 να έχει δημιουργήσει δικό της κοσμοδρόμιο (το οποίο θα έχει τη δυνατότητα πραγματοποίησης επανδρωμένων διαστημικών αποστολών) στις ανατολικές ακτές της Ασίας, εγκαταλείποντας το κοσμοδρόμιο του Μπαϊκονούρ το οποίο νοικιάζει από το Καζακστάν.
Φθάνοντας στο διάστημα
O συνήθης ορισμός για το διάστημα είναι ότι αυτό αρχίζει 100 χμ (62 μίλια) επάνω από τη γήινη επιφάνεια. Οι Ηνωμένες Πολιτείες χρησιμοποιούν μερικές φορές ως όριο τα 80 χμ (50 μίλια). Οι διαστημικές πτήσεις διακρίνονται σε υποτροχιακές και τροχιακές. Όσον αφορά στις υποτροχιακές πτήσεις, στις 3 Οκτωβρίου 1942, με τον γερμανικό πύραυλο Α4 (ένα πρωτότυπο για τον πύραυλο V2 που χρησιμοποιήθηκε ως βόμβα εναντίον του Λονδίνου από την Ναζιστική Γερμανία), έγινε η πρώτη επιτυχής εκτόξευση ενός αντικειμένου στο διάστημα. Οι πρώτοι οργανισμοί που προωθήθηκαν στο διάστημα ήταν μύγες φρούτων και σπόροι καλαμποκιού σε έναν γερμανικό πύραυλο V2 που εκτοξεύθηκε τον Ιούλιο του 1946 από τις ΗΠΑ. Ένα επίτευγμα της πολιτικής ομάδας εξερεύνησης διαστήματος (Civilian Space eXploration Team, εν συντομία CSXT), στις 17 Μαΐου 2004 ήταν η εκτόξευση του πυραύλου GoFast σε μια υποτροχιακή πτήση, την πρώτη ερασιτεχνική διαστημική πτήση. Στις 21 Ιουνίου του 2004, το SpaceShipOne έγινε το πρώτο ιδιωτικά χρηματοδοτημένο επανδρωμένο διαστημικό σκάφος.
Η επίτευξη κλειστής τροχιάς δεν είναι απαραίτητη για τα διαπλανητικά ταξίδια. Νωρίς τα ρωσικά διαστημικά οχήματα πέτυχαν ιδιαίτερα μεγάλα ύψη χωρίς να μπούνε σε τροχιά. Ο αρχικός προγραμματισμός της αποστολής Απόλλων περιελάμβανε επίσης μια άμεση προσέγγιση στο φεγγάρι, η οποία όμως εγκαταλείφθηκε αργότερα. Πολλά τηλεκατευθυνόμενα διαστημικά οχήματα, με προορισμό τους εξωτερικούς πλανήτες, χρησιμοποιούν την άμεση προσέγγιση και δεν μπαίνουν σε τροχιά γύρω από τη Γη πριν αναχωρήσουν.
Επειδή οι υποτροχιακές πτήσεις είναι εξ' ορισμού σύντομες (λιγότερο από 1,7 ώρες), μία πιο μακροχρόνια αποστολή απαιτεί τροχιακή πτήση (με ελλειπτική ή κυκλική τροχιά), ή υπερτροχιακή πτήση (με παραβολική ή υπερβολική τροχιά). Επίσης, η τροχιακή πτήση απαιτεί πολύ υψηλότερες ταχύτητες από την υπερτροχιακή, μετατρέποντας την επίτευξή της σε τεχνολογική πρόκληση. Γι' αυτό οι τροχιακές πτήσεις είναι άκρως ουσιαστικές για τη διαστημική εξερεύνηση.
Οι πρώτες τροχιακές πτήσεις
Η πρώτη επιτυχής τροχιακή εκτόξευση ήταν η αποστολή του σοβιετικού τηλεκατευθυνόμενου δορυφόρου Σπούτνικ 1, στις 4 Οκτωβρίου 1957.Ο δορυφόρος ζύγιζε περίπου 83 κιλά. Είχε δύο ραδιοσυσκευές αποστολής σημάτων (20 και 40 MHz), σήματα τα οποία μπορούσαν να ακουστούν από κάθε ραδιόφωνο σε όλη την υδρόγειο και είχε μπει σε τροχιά σε ένα ύψος περίπου 250 χμ (150 μίλια). Η ανάλυση των ραδιοσημάτων χρησιμοποιήθηκε για να συγκεντρώσει τις πληροφορίες για την πυκνότητα των ηλεκτρονίων της ιονόσφαιρας. Η θερμοκρασία και η πίεση κωδικοποιήθηκαν στη συχνότητα των ραδιοηχητικών σημάτων. Ο Σπούτνικ 1 εκτοξεύθηκε από έναν πύραυλο R-7. Αποτεφρώθηκε κατά την επανείσοδό του στην ατμόσφαιρα, στις 4 Ιανουαρίου 1958.
Αυτή η επιτυχία οδήγησε σε μια κλιμάκωση του αμερικανικού διαστημικού προγράμματος που είχε μια ανεπιτυχή τροχιακή εκτόξευση 2 μήνες αργότερα και την πρώτη επιτυχή τροχιακή έναρξή του 4 μήνες μετά από τον Σπούτνικ. Στο μεταξύ, ένας σοβιετικός σκύλος, η Λάικα, έγινε το πρώτο ζώο σε τροχιά στις 3 Νοεμβρίου 1957 (το ζώο πέθανε πέντε με επτά ώρες μετά την έναρξη της πτήσης, μέσα στον Σπούτνικ 2 από υπερθέρμανση).
Ο πρώτος άνθρωπος στο διάστημα
Η πρώτη επανδρωμένη πτήση στο διάστημα έγινε με το Βοστόκ 1, φέρνοντας τον 27χρονο κοσμοναύτη Γιούρι Γκαγκάριν, κατά την ιστορική ημερομηνία της 12ης Απριλίου 1961, σε τροχιά γύρω από την υδρόγειο. Αυτή η ημερομηνία γιορτάζεται ως "Ημέρα του Κοσμοναύτη" στη Ρωσία ή ως "Νύχτα του Γιούρι" παγκοσμίως Η πτήση του Γκαγκάριν αντήχησε σε όλη την υδρόγειο όχι μόνο επειδή παρουσίαζε την ανωτερότητα του σοβιετικού διαστημικού προγράμματος αλλά επειδή άνοιγε εξ ολοκλήρου μια νέα εποχή στη διαστημική εξερεύνηση και στις επανδρωμένες διαστημικές πτήσεις. Οι ΗΠΑ θα εκτόξευαν τον πρώτο πολίτη τους στο διάστημα μέσα σε έναν μήνα από την πτήση Γκαγκάριν. Εντούτοις, θα χρειαζόταν στις ΗΠΑ σχεδόν ένα πλήρες έτος για να τοποθετήσουν έναν άνθρωπο σε τροχιά.
Οι άνθρωποι - κλειδιά στην πρόωρη διαστημική εξερεύνηση
Το όνειρο του να βγούμε έξω από την γήινη ατμόσφαιρα βασίστηκε στην εξέλιξη της τεχνολογίας πυραύλων. Ο γερμανικός V2 ήταν ο πρώτος πύραυλος που ταξίδεψε στο διάστημα, και που υπερνίκησε προβλήματα ώθησης και αστοχίας υλικών. Κατά τη διάρκεια των τελικών ημερών του Β' παγκόσμιου πολέμου αυτή η τεχνολογία κλάπηκε και από τους Αμερικανούς και από τους Σοβιετικούς. Η αρχική κατευθυντήρια δύναμη ήταν ένας αγώνας εξοπλισμών για τα διηπειρωτικά βαλλιστικά βλήματα (ICBM), ως μεγάλης ακτίνας φορείς πυρηνικών όπλων, αλλά το 1961 όταν δηλώθηκε πως η ΕΣΣΔ έστειλε τον πρώτο άνθρωπο στο διάστημα, οι ΗΠΑ δήλωσαν πως εμπλέκονται σε διαστημικό αγώνα με τη Ρωσία.
Οι Κωνσταντίν Τσιολκόφσκι, Ρόμπερτ Γκοντάρ, Χέρμαν Όμπερθ και Ράινχολντ Τίλλινγκ εργάστηκαν τα πρώτα έτη του 20ού αιώνα πάνω στην τεχνολογία των πυραύλων. Ο Βέρνερ φον Μπράουν ήταν αρχιμηχανικός κατά τον Β' παγκόσμιο πόλεμο στο πυραυλικό πρόγραμμα της ναζιστικής Γερμανίας, υπεύθυνος μεταξύ άλλων και για την ανάπτυξη των πυραύλων V-2. Μετά από τον πόλεμο (μαζί με πολλούς άλλους γερμανούς πυραυλικούς επιστήμονες αλλά και δείγματα πυραύλων) μεταφέρθηκε κρυφά στις ΗΠΑ για να εργαστεί στο αμερικανικό διαστημικό πρόγραμμα. Πήρε την αμερικανική υπηκοότητα και οδήγησε την ομάδα στη δημιουργία του Εξερευνητή Ι (Explorer I), του πρώτου αμερικανιού δορυφόρου τροχιάς. Ο φον Μπράουν διηύθυνε την ομάδα της NASA στο Κέντρο Διαστημικής Πτήσης, όπου ανέπτυξε τον Κρόνο V (Saturn V), τον πύραυλο φορέα για την αποστολή στο φεγγάρι. Ο αγώνας για το διάστημα οδηγήθηκε συχνά από τον Ρώσο Σεργκέι Κορολιόβ, του οποίου η κληρονομιά περιλαμβάνει τον πύραυλο R7 και το διαστημόπλοιο Σογιούζ, τα οποία αποτέλεσαν τη βάση του ρώσικου διαστημικού προγράμματος μέχρι και τις αρχές του 21ου αιώνα. Ο Κορολιόβ ήταν ο εγκέφαλος πίσω από τον πρώτο δορυφόρο, τον πρώτο άνδρα (και την πρώτη γυναίκα) σε τροχιά και τον πρώτο διαστημικό περίπατο. Μέχρι το θάνατό του η ταυτότητά του ήταν πολύ καλά φρουρούμενο κρατικό μυστικό.
Άλλοι άνθρωποι - κλειδιά
Ο Βαλεντίν Γκλούσκο ήταν Αρχισχεδιαστής διαστημοπλοίων και πυραύλων για την ΕΣΣΔ. Ο Γκλούσκο σχεδίασε τις μηχανές των πρώτων σοβιετικών πυραύλων. Ο Βασίλι Μίσιν, ήταν προϊστάμενος σχεδιαστής που δούλευε κάτω από την επίβλεψη του Σεργκέι Κορολιέβ και ένας από τους πρώτους Σοβιετικούς που επιθεώρησε τις γερμανικές εγκαταστάσεις του προγράμματος V-2. Μετά από το θάνατο του Σεργκέι Κορολιέβ, o Μίσιν θεωρήθηκε υπεύθυνος για τη σοβιετική αποτυχία να είναι η ΕΣΣΔ η πρώτη χώρα που θα έστελνε ένα άτομο στο φεγγάρι. Ο Ρόμπερτ Γκίλρουθ, ήταν προϊστάμενος της NASA στην Ομάδα Εργασίας Διαστήματος (Space Task Group) και διευθυντής του Κέντρου Επανδρωμένων Πτήσεων (Manned Flight Center, σήμερα Johnson Space Center) σε 25 επανδρωμένες διαστημικές πτήσεις. Ο Γκίλρουθ ήταν το πρόσωπο που πρότεινε στον πρόεδρο Κέννεντυ να επιχειρήσουν οι Αμερικανοί το τολμηρό εγχείρημα της προσελήνωσης σε μια προσπάθεια να αφαιρεθεί η διαστημική ανωτερότητα από τους Σοβιετικούς. Ο Κρίστοφερ Κ. Κράφτ, ο νεώτερος, ήταν ο πρώτος διευθυντής πτήσης της NASA και επιτήρησε την ανάπτυξη του συστήματος ελέγχου αποστολής (mission control). Την περίοδο του προγράμματος Απόλλων, παραιτήθηκε από διευθυντής πτήσεων και επικεντρώθηκε στην διαχείριση και σχεδιασμό των αποστολών.