הגשושית היחידה שביקרה את ענק הקרח נפטון, היא וויאג'ר 2 שחלפה על פניו ב-25 באוגוסט 1989 במרחק של 4,951 ק"מ. לאחר טיסת היעף של וויאג'ר 2 על פני אורנוס בשנת 1986 אשר חשפה מראה חיצוני אחיד ודל עם מעט תופעות אטמוספיריות גלויות, השעירו מדענים כי נפטון יהיה דומה לו מבחינה זו. עם זאת, תמונות של נפטון חשפו כי לכוכב לכת זה יש פסים אטמוספיריים בצבעים שונים כמו בצדק ושבתאי וכי נושבות בו הרוחות החזקות ביותר מבין כוכבי הלכת במערכת השמש, כאשר הן נעות במהירות של 2,100 קמ"ש.
וויאג'ר 2 בחנה את ירחי נפטון ואת מערכת הטבעות של נפטון. בנוסף לשלושת הירחים הידועים של נפטון, וויאג'ר 2 גילתה חמישה ירחים נוספים. כמו כן היא אימתה את קיומו של השדה המגנטי של נפטון וגילתה תופעות אטמוספיריות כמו זוהר הקוטב והכתם האפל הגדול.
כוכבי לכת ננסיים.
מבין חמשת כוכבי הלכת הננסיים במערכת השמש, גשושיות ביקרו בשניים מהם; קרס ופלוטו. המקפת "שחר" של נאס"א נכנסה למסלול סביב כוכב הלכת הננסי קרס ב-6 במרץ 2015 והפכה לגשושית הראשונה שהגיעה אל כוכב לכת ננסי. שחר יצרה מפה טופוגרפית מלאה של פני השטח, בחנה את הרכב היסודות בקרס וצילמה תמונות באיכות גבוהה ממסלולי הקפה נמוכים עד לכדי 35 ק"מ מפני השטח. מהתצלומים התגלו כתמים בהירים ביותר בתוך מספר מכתשים. לא ידוע מה פשר תופעות אלו אך בין ההשערות השונות נטען כי יש אפשרות שזה הוא קריוולקנו (סוג של הר געש קפוא הפולט בין היתר מים, אמוניה ומתאן במקום לבה), עוד אפשרות שהועלתה סוברת כי הכתמים הבהירים עשויים להיות סוג של מלח ובייחוד תמלחת המכילה מגנזיום גופרתי. הגשושית שחר סיימה את משימתה ב-30 באוקטובר 2018 לאחר שסיימה את מצבור הדלק שלה והיא ממשיכה להקיף את קרס במסלול יציב אך לא מבוקר שיימשך 20 שנה לכל הפחות.
כוכב הלכת הננסי פלוטו נחשב ליעד מאתגר במיוחד עקב מרחקו הגדול מכדור הארץ ומסתו הקטנה אשר מקשה על גשושית להיכנס למסלול הקפה סביבו. עם זאת, גשושית אחת ביקרה אותו בטיסת יעף. הגשושית ניו הורייזונס חלפה על פני פלוטו ב-14 ביולי 2015 במרחק של 12,500 ק"מ. במשך מספר חודשים לפני הגעתה ואחרי עזיבתה, הגשושית חקרה את פלוטו וירחו כארון. עם הגעתה, ניו הורייזונס מיפתה את פני השטח של פלוטו וירחו כארון מכל צידיהם, חישבה בדיוק את קוטרו של פלוטו, מסתו ואת ההרכב האטמוספירי שלו. לאחר שעזבה את פלוטו, ניו הורייזונס חלפה על פני גרם השמיים 486958 ארוקות' וחקרה גם אותו. בשנת 2038 היא צפויה לחלוף על פני ההליוספירה החיצונית ולהפוך לגשושית החמישית אשר יוצאת ממערכת השמש אל התווך הבין כוכבי.
אסטרואידים ושביטים.
לפני תחילת עידן טיסות החלל, אסטרואידים ושביטים נראו כנקודות אור זעירות גם דרך הטלסקופים הגדולים ביותר וצורתם ופני השטח שלהם היו בגדר תעלומה. בשנת 1971 הגשושית מארינר 9 צילמה את התמונות הקרובות הראשונות של גופים דמויי-אסטרואידים; הירחים פובוס ודימוס של מאדים שצורתיהם יוצאת הדופן הזכירה תפוחי אדמה, צורה שבשנים לאחר מכן התגלתה כשכיחה ברוב האסטרואידים.
גלילאו הייתה הגשושית הראשונה שביקרה אסטרואיד כאשר ב-29 באוקטובר 1991 חלפה על פני גספרה במרחק של 1,600 ק"מ וחקרה אותו. גלילאו חלפה לאחר מכן על פני האסטרואיד אידה וירחו דאקטיל. הגשושית NEAR Shoemaker שביקרה את האסטרואיד ארוס הייתה הראשונה שנכנסה למסלול הקפה סביב אסטרואיד (14 בפברואר 2000) והראשונה שהגיעה לפני השטח של אסטרואיד (לאחר שנחתה ב-12 בפברואר 2001). הגשושית היפנית "היאבוסה" הייתה הראשונה שאספה דוגמית מפני השטח של אסטרואיד וחזרה לכדור הארץ (נחתה בכדור הארץ ב-13 ביוני 2010).
International Cometary Explorer הייתה הגשושית הראשונה שביקרה שביט כאשר ב-11 בספטמבר 1985 חלפה על פני 21P\ג'יאקוביני-זינר במרחק של 7,862 ק"מ. הגשושית ג'וטו של סוכנות החלל האירופית הייתה הראשונה שצילמה וחקרה שביט מקרוב כאשר ב-14 במרץ 1986 חלפה על פני השביט האלי במרחק של 596 ק"מ בלבד. הגשושית "פגיעה עמוקה" של נאס"א הייתה הראשונה שהגיעה אל פני השטח של שביט כאשר היא שחררה אימפקטור קטן שפגע בשביט טמפל 1 ב-4 ביולי 2005. סטארדאסט הייתה הגשושית הראשונה שהחזירה דוגמית משובל האבק הבהיר של שביט כאשר אספה דוגמיות אבק מהשביט 81P\וילד במרחק של 237 ק"מ ממנו ונחתה בחזרה בכדור הארץ ב-15 בינואר 2006. הגשושית רוזטה של סוכנות החלל האירופית הייתה הראשונה שנכנסה למסלול הקפה סביב שביט כאשר ב-6 באוגוסט 2014 החלה להקיף את 67P\צ'וריומוב-גרסימנקו, רוזטה שחררה מאוחר יותר את הנחתת פיליי שהפכה לעצם הראשון מעשה ידי אדם שנחת ברכות על שביט (12 בנובמבר 2014).
חקר החלל העמוק.
חקר החלל העמוק הוא חקר אזורים בחלל המרוחקים מכדור הארץ. אין הגדרה מדויקת לחלל עמוק; על פי איגוד הטלקומוניקציה הבינלאומי, החלל העמוק מתחיל במרחק של 2 מיליון ק"מ מכדור הארץ. על פי רשת חלל עמוק של נאס"א, החלל העמוק הוא במרחק של 16,000 עד 32,000 ק"מ מכדור הארץ. על פי הגדרות אחרות החלל העמוק מתחיל בתווך הבין-כוכבי או בתווך הבין-גלקטי.
בשנת 2012, הגשושית וויאג'ר 1 הייתה לעצם הראשון מעשה ידי אדם שעזב את ההליוספירה של מערכת השמש ונכנס לתווך הבין-כוכבי, זהו העצם המרוחק ביותר שנשלח מכדור הארץ. כוכבי לכת חוץ-שמשיים היו מושא למחקר מדעי החל מאמצע המאה ה-19. אסטרונומים העריכו באופן כללי שכמה מהם קיימים, אך לא ידעו עד כמה הם נפוצים ועד כמה הם דומים לכוכבי הלכת במערכת השמש. הגילוי המאושר הראשון נעשה לבסוף באמצע שנות התשעים של המאה ה-20 עם גילויו של כוכב לכת המקיף את הפולסר PSR B1257+12 . בעשורים הבאים ועם שיגורו של טלסקופ החלל קפלר, התגלו אלפי כוכבי לכת חוץ-שמשיים נוספים. טלסקופ החלל האבל אשר שוגר בשנת 1990 כפרויקט משותף של נאס"א וסוכנות החלל האירופית, הפך מאז לאחד הכלים האסטרונומיים החשובים ביותר בהיסטוריה. טלסקופ החלל האבל ביצע תצפיות של החלל העמוק וחקר אלפי מטרות החל מגופים במערכת השמש ועד לגלקסיות הרחוקות ביותר שצולמו מאז ומעולם.
העתיד של חקר החלל.
טלסקופ החלל ג'יימס וב.
טלסקופ החלל ג'יימס וב הוא טלסקופ חלל המתוכנן לתצפיות באור נראה ובאינפרה אדום ונחשב ליורשם המדעי של טלסקופ החלל האבל וטלסקופ החלל שפיצר. הוא שוגר ב-25 בדצמבר 2021 מבסיס החלל האירופי קורו. המאפיינים הטכניים העיקריים של טלסקופ החלל ג'יימס וב הם: מראה ראשית בעלת קוטר של 6.5 מטרים, עמדת תצפית רחוקה שתוצב בנקודת לגראנז' L2 ביחס לכדור הארץ והשמש ולא תושפע מאטמוספירת כדור הארץ, ועוד ארבעה כלים מדעיים מיוחדים. כל הכלים המדעיים במשולב יעניקו לטלסקופ החלל ג'יימס וב רזולוציה ורגישות חסרות תקדים מתחום גלי האור הנראה הארוכים (כתום) ועד אמצע תחום התת־אדום, ויאפשרו לו לממש את שתי מטרותיו המדעיות העיקריות – חקר היווצרות והתפתחות גלקסיות, וחקר הגורם לתצורה של כוכבים וכוכבי לכת.
יכולותיו של טלסקופ החלל ג'יימס וב יאפשרו לו לפעול בתתי־תחומים רבים של האסטרונומיה. אחת מהמטרות כרוכה בתצפיות על מספר גופים המרוחקים ביותר ביקום, שאין אפשרות לצפות בהם עם האמצעים הקיימים בחלל העומדים לרשות האנושות. זה כולל את הכוכבים הראשונים, שנוצרו בתקופת הריוניזציה , ותצורת הגלקסיות הראשונות. מטרה נוספת היא מציאת הגורם המקנה לכוכבים את צורתם.
תוכנית ארטמיס.
תוכנית ארטמיס היא תוכנית חלל מאוישת של נאס"א שמטרתה לשלוח משימות מאוישות אל הירח, לראשונה מאז תוכנית אפולו. המטרה הספציפית של התוכנית היא לבצע נחיתה מאוישת בקוטב הדרומי של הירח עד שנת 2024. ארטמיס תהיה הצעד הבא לקראת המטרה ארוכת-הטווח; ביסוס נוכחות בת-קיימא על הירח. בשנת 2017 חתם הנשיא דונלד טראמפ על צו המורה על נאס"א לשוב לירח ואשר מאשר את מימון פרויקט זה. תוכנית זו תובל על ידי נאס"א בשיתוף סוכנות החלל הקנדית, הסוכנות היפנית לחקר החלל וסוכנות החלל האירופית וכוללת החזרת בני אדם לפני השטח של הירח והקמת תחנת חלל ירחית (Lunar Gateway) אשר תקיף את הירח. כמו כן יעשה שימוש במשגר ה-Space Launch System כמשגר הראשי עבור החללית אוריון, כאשר משגרים אחרים של חברות מסחריות ישמשו לשיגור רכיבים אחרים בפרויקט.
פרויקט Breakthrough Starshot.
פרויקט Breakthrough Starshot הוא פרויקט מחקר הנדסי אשר במסגרתו מפותח קונספט למתקן להנעת חללית המבוססת על לחץ קרינה בשם "StarChip" שיהיה מסוגל לטוס למערכת הכוכבים אלפא קנטאורי, מערכת הכוכבים הקרובה ביותר למערכת השמש ולכדור הארץ ונמצאת במרחק של כ-4.37 שנות אור. משימת חלל לאלפא קנטאורי צפויה לקחת בין 20 ל-30 שנים, וכ-4 שנים עד שהמידע מהחללית יחזור לכדור הארץ. משימה כזאת תהיה הראשונה שמבקרת מערכת כוכבים מחוץ למערכת השמש.
סיבות ומניעים.