חקר החלל

חקר החלל הוא תחום שעוסק בגילוי וחקירה של גרמי שמיים ושל החלל החיצון באמצעות אסטרונומיה וטכנולוגיית חלל. בעוד שחקר החלל נערך ברובו על ידי אסטרונומים בעזרת טלסקופים, מחקר בחלל נערך על ידי טיסות מאוישות וחלליות רובוטיות לא-מאוישות. בעבר עקבו בני אדם במבטם אחר תנועת גרמי השמים הנראים לעין, רשמו את הממצאים וניסו להפיק מהם תובנות. עם פיתוח הטלסקופ נפתחו אופקים חדשים לידע מעמיק יותר. בעוד תצפית של גופים אסטרונומיים, הלא היא אסטרונומיה, התרחשה כבר בהיסטוריה הכתובה, היה זה פיתוחם של רקטות ומשגרים יעילים באמצע המאה ה-20 שאפשרו לחקר הפיזי של החלל להפוך למציאות. ישנם מניעים רבים לחקר החלל; החל מקידום מחקר מדעי, איחוד אומות שונות, הבטחת הישרדותה העתידית של האנושות ועד ליוקרה לאומית, ופיתוח עליונות צבאית ואסטרטגית נגד מדינות אחרות. העידן המוקדם של חקר החלל נבע מ"המירוץ לחלל" בין ארצות הברית לברית המועצות. הלוויין ספוטניק 1 ששוגר ב-4 באוקטובר 1957, היה לעצם הראשון מעשה ידי אדם אשר נכנס למסלול סביב כדור הארץ והיווה את נקודת הפתיחה למירוץ, שהגיע לשיאו עם הנחיתה המאוישת הראשונה על הירח ב-20 ביולי 1969 כחלק ממשימת אפולו 11 והסתיים באופן סמלי במשימת אפולו-סויוז בשנת 1975. תוכנית החלל הסובייטית השיגה חלק ניכר מאבני הדרך הראשונות, כולל האדם הראשון בחלל (יורי גגארין על סיפון הווסטוק 1 בשנת 1961), הליכת החלל הראשונה (בוצעה על ידי אלכסיי ליאונוב בשנת 1965), הנחיתה האוטומטית הראשונה על גוף שמיימי אחר (לונה 9 בשנת 1966) ושיגור תחנת החלל הראשונה (סאליוט 1 בשנת 1971). לאחר שני העשורים הראשונים של חקר החלל, עברה ההתמקדות מביצוע טיסות חד פעמיות לשימוש בחומרה מתחדשת, כגון מעבורות החלל, וכמו גם מעבר מתחרות בין מדינות לשיתוף פעולה בין מדינות, כמו בהקמת תחנת החלל הבינלאומית. בעשור הראשון של המאה ה-21, שיגרה הרפובליקה העממית של סין משימות מאוישות לחלל כחלק מתוכנית שנג'ואו ובכך הפכה למדינה השלישית בהיסטוריה שהצליחה לשגר בני אדם לחלל. האיחוד האירופי, יפן והודו מתכננות גם הן משימות חלל מאוישות בעתיד. סין, רוסיה, יפן והודו הביעו בעבר כי בכוונתן לשגר חלליות מאוישת לירח במהלך המאה ה-21, בעוד שהאיחוד האירופי קרא לקדם משימות מאוישות הן לירח והן למאדים במהלך המאה ה-21. הכוכבים תמיד היו מושא התבוננות ומחקר עבור האדם. ישנן עדויות ארכאולוגיות ברורות לעיסוק באסטרונומיה ברמה גבוהה בתרבויות העתיקות ביותר. נמצאו עדויות לעיסוק באסטרונומיה מתקופת הפריחה של שומר (לפני כ-6,000 שנה), וידוע גם שהמצרים הקדמונים עסקו בה. ממצא מרשים הוא סטונהנג' שבאנגליה (נבנה במהלך האלף השלישי לפנה"ס); החוקרים חלוקים האם האתר שימש כמצפה כוכבים או לשימוש אחר, אך מוסכם על כולם שהאבנים מוקמו על פי אירועים אסטרונומיים. עמודי האבן ממוקמים כך שניתן לחשב בעזרתם אירועים אסטרונומים כגון נקודת השוויון, נקודת ההיפוך, נקודות במסלולו של הירח ועוד. גם כתבים אסטרונומיים מימיה האחרונים של ממלכת בבל, מן המאה השלישית או השנייה לפני הספירה, כוללים נתונים מספריים תצפיתיים, ללא רמז למודל שיוכל להסביר את התצפיות. ממצאים המעידים על תצפיות שיטתיות נמצאו במסופוטמיה ובאזורים השוכנות כיום מצרים, הודו, וסין. בכל המקומות הללו נעשו חישובים שחזו אירועים אסטרונומיים כגון ליקויים. עם המצאת ופיתוח הטלסקופ, נפתחו אופקים חדשים למחקר וניתן היה להבחין בגרמי שמיים רבים ורחוקים יותר. מקור המצאת הטלסקופ שנוי במחלוקת אך לרוב מיוחסת ההמצאה לאופטיקאי ההולנדי הנס ליפרסהיי בשנת 1608. בשנת 1609 יצר האסטרונום האיטלקי גלילאו גליליי את הטלסקופ הראשון שלו שהיה מתקדם בהרבה מהמכשירים שהיו קיימים אז ובעזרתו הפך למדען הראשון המפרסם תצפיות אסטרונומיות המתבססות על שימוש בטלסקופ. מהמחקרים של גליליי התגלה בין היתר כי פני השטח של הירח אינם חלקים כפי שסברו עד אז ולמעשה היו מלאים בהרים ועמקים. כמו כן התגלו הירחים הגליליאניים וכתמי השמש. בשנות ה-20 של המאה ה-20 הוכיח אדווין האבל בעזרת טלסקופים כי גלקסיית שביל החלב היא אחת מני רבות ביקום ולא היחידה כפי שנהוג היה לחשוב. העצם הראשון מעשה ידי אדם שחצה את גבול החלל הייתה הרקטה הגרמנית V-2 ששוגרה במהלך ניסוי ב-20 ביוני 1944. בהמשך שנות ה-40 של המאה ה-20 ולאחר תבוסת הנאצים במלחמת העולם השנייה, ארצות הברית גייסה מהנדסי אווירונאוטיקה גרמנים כחלק מ"מבצע פייפרקליפ" מתוך רצון להוביל בתחום זה ומספר שנים לאחר מכן פיתחה את הרקטה 'RTV-G-4 Bumper', מעין גרסה משופרת של ה-V-2. גם הסובייטים גייסו מהנדסי אווירונאוטיקה גרמנים ופיתחו את הרקטה R-1. רקטות אלו היו תת-מסלוליות וחצו את גבול החלל אך נפלו בחזרה אל כדור הארץ ולא נשארו בחלל די זמן עבור ביצוע ניסויים שונים. עם פיתוחם של משגרים המסוגלים לשלוח מטען אל טיסות הקפה מסלוליות סביב כדור הארץ, ניתן היה לשאת לוויינים ומטענים אחרים אל מסלולם בחלל. ב-4 באוקטובר 1957, ברית המועצות שיגרה בהצלחה את הלוויין הראשון, ספוטניק 1. לוויין זה היה העצם הראשון מעשה ידי אדם שהקיף את כדור הארץ. ספוטניק 1 שקל בערך 83 ק"ג וההערכה היא שהוא הקיף את כדור הארץ בגובה של 250 ק"מ. כמו כן היו לו שני משדרי רדיו (20 ו-40 מגה-הרץ) שהשמיעו צפצופים שניתן היה לשמוע באמצעות מכשירי רדיו ברחבי העולם. ב-3 בנובמבר 1957 שוגרה החללית ספוטניק 2 אשר נשאה את בעל החיים הראשון למסלול, הכלבה לייקה. הצלחות סובייטיות אלו האיצו במידה ניכרת את תוכנית החלל האמריקאית שמצידה שיגרה את הלוויין האמריקאי הראשון, אקספלורר 1, ב-1 בפברואר 1958. ב-12 באפריל 1961, שוגרה טיסת החלל המאוישת הראשונה כחלק ממשימת ווסטוק 1. במשימה זו שוגר הקוסמונאוט הרוסי יורי גגארין למסלול הקפה סביב כדור הארץ על סיפון חללית הווסטוק. במהלך הטיסה השלימה החללית הקפה אחת שלמה של כדור הארץ בזמן של כשעה ו-48 דקות. גגארין הפך לאדם הראשון בחלל ולאדם הראשון במסלול סביב כדור הארץ. עם הישג זה נפתח עידן חדש בחקר החלל, עידן של טיסות חלל מאוישות. פחות מחודש לאחר ווסטוק 1, שוגרה משימת החלל המאוישת הראשונה של ארצות הברית, משימת מרקורי-רדסטון 3. במשימה זו שוגר האסטרונאוט האמריקאי אלן שפרד בחללית ה"פרידום 7" לטיסת חלל בת 15 דקות. בניגוד לווסטוק 1 שהייתה טיסה מסלולית, המרקורי-רדסטון 3 הייתה טיסה תת-מסלולית. הטיסה המסלולית הראשונה של ארצות הברית הגיעה ב-20 בפברואר 1962, אז שוגר ג'ון גלן במשימת מרקורי-אטלס 6. העצם הראשון מעשה ידי אדם שהגיע לגוף שמיימי אחר הייתה הגשושית הסובייטית לונה 2 שפגעה בפני השטח של הירח ב-14 בספטמבר 1959. גשושית זו הייתה למעשה אימפקטור, גשושית שמטרתה לפגוע במהירות גבוהה בפני השטח של גרם שמיים למטרת מחקר. הנחיתה הרכה הראשונה של עצם מעשה ידי אדם על פני גוף שמיימי אחר התרחשה ב-3 בפברואר 1966 במשימת לונה 9 אז הייתה זו גשושית מסוג נחתת שנחתה על פני הירח. ב-3 באפריל 1966, במשימת לונה 10 הוכנסה מקפת למסלול הקפה סביב הירח. זו הייתה הפעם הראשונה שעצם מעשה ידי אדם הוכנס למסלול סביב גוף שמיימי אחר. הנחיתה המאוישת הראשונה על גוף שמיימי אחר בוצעה ב-20 ביולי 1969 על ידי צוות אפולו 11 האמריקאי. עד כה בוצעו שש נחיתות מאוישות על הירח בין השנים 1969–1972 כחלק מתוכנית אפולו. במשימות אפולו הובאו לכדור הארץ סלעים ואדמה מפני השטח של הירח, כך ניתן היה לחקור יותר לעומק את הרכב היסודות של הירח ואת עברו. הגשושית הראשונה שחלפה על פני כוכב לכת אחר הייתה הגשושית הסובייטית ונרה 1 שחלפה על פני כוכב הלכת נוגה בשנת 1961. בשנת 1962, הייתה זאת הגשושית מארינר 2 האמריקאית שחלפה על פני כוכב הלכת נוגה והראשונה ששלחה חזרה לכדור הארץ מידע. הגשושית פיוניר 6 ששוגרה בשנת 1965, הייתה הגשושית הראשונה שנכנסה למסלול סביב השמש. בשנת 1965, מארינר 4 האמריקאית הייתה הגשושית הראשונה שחלפה על פני כוכב הלכת מאדים. בשנת 1973, פיוניר 10 הייתה הגשושית הראשונה שחלפה על פני כוכב הלכת צדק. בשנת 1974, מארינר 10 הייתה הראשונה שחלפה על פני כוכב הלכת חמה. בשנת 1979, פיוניר 11 הייתה הראשונה שחלפה על פני כוכב הלכת שבתאי. בשנת 1986, וויאג'ר 2 הייתה הראשונה שחלפה על פני כוכב הלכת אורנוס ובשנת 1989 הייתה גם הראשונה שחלפה על פני כוכב הלכת נפטון. בשנת 2015 הגשושית שחר נכנסה לראשונה למסלול סביב כוכב הלכת הננסי קרס. באותה השנה, ניו הורייזונס הייתה הראשונה שחלפה על פני כוכב הלכת הננסי פלוטו. בסך הכל, גשושיות חלפו במהלך השנים על פני כל שמונת כוכבי הלכת ועל פני שניים מתוך חמשת כוכבי הלכת הננסיים במערכת השמש. כמו כן, גשושיות חלפו על פני השמש ומספר ירחים, אסטרואידים ושביטים במערכת השמש. הנחתת הראשונה שהגיעה אל פני השטח של כוכב לכת אחר הייתה ונרה 3 הסובייטית שהתרסקה על פני נוגה ב-1 במרץ 1966. ב-15 בדצמבר 1970, ונרה 7 הייתה הנחתת הראשונה שביצעה נחיתה רכה על פני כוכב לכת אחר כאשר נחתה על פני השטח של נוגה. בשנת 1975, ונרה 9 הייתה הנחתת הראשונה שהחזירה תמונות מפני השטח של כוכב לכת אחר כשהחזירה תמונות מנוגה. ב-27 בנובמבר 1971, הנחתת מארס 2 הסובייטית הייתה הראשונה שהגיעה לפני השטח של מאדים כאשר התרסקה על פניו. ב-2 בדצמבר 1971, מארס 3 הייתה הראשונה שביצעה נחיתה רכה על מאדים אך כשלה לשדר בחזרה תמונות ו-20 שניות מרגע נחיתתה אבד עמה הקשר. ב-20 ביולי 1976, נחתה בהצלחה ויקינג 1 האמריקאית על מאדים ושידרה מידע ותמונות במשך למעלה משש שנים. ב-14 בינואר 2005, הנחתת הויגנס האירופית נחתה בהצלחה על פני טיטאן, ירחו של כוכב הלכת שבתאי. טיטאן הוא גרם השמיים הרחוק ביותר שעליו נחת כלי שנשלח מכדור הארץ. במהלך השנים נחתו עוד נחתות על פני גרמי שמיים נוספים כגון אסטרואידים ושביטים. החל מאמצע המאה ה-20, נשלחו גשושיות לא מאוישות וחלליות מאוישות למשימות מחקר סביב כדור הארץ ואל פני השטח של הירח. מאוחר יותר נשלחו גשושיות מחקר לא מאוישות אל כוכבי לכת וגרמי שמיים אחרים במערכת השמש. השמש היא יעד מרכזי בחקר החלל. גשושית אשר נמצאת מעל אטמוספירת כדור הארץ ומעבר לשדה המגנטי של כדור הארץ, נחשפת יותר לרוחות הסולאריים ובכך יכולה לחקור את הקרינה האולטרה-סגולה ואת הקרינה האינפרה-אדומה שלא מגיעות אל פני השטח של כדור הארץ. השמש מייצרת את רוב מזג האוויר החללי במערכת השמש והשלכותיו יכולות להשפיע על תהליך ייצור החשמל בכדור הארץ, ואף להסב נזק ללוויינים וגשושיות. במהלך השנים, שוגרו מספר גשושיות המיועדות לביצוע תצפיות על השמש, רובן ביצעו את משימותיהן במסלולים סביב כדור הארץ ורק מספר קטן של גשושיות התקרב לשמש. בשנת 1973, שוגר הטלסקופ 'Apollo Telescope Mount' כחלק מתחנת החלל סקיילאב ובשנת 2018 שוגרה הגשושית הסולארית פארקר אשר בשיאה אמורה להתקרב בשנת 2025 למרחק של רק כ-6.9 מיליון קילומטרים ממרכז השמש, כשמינית ממרחקו של כוכב הלכת הקרוב ביותר לשמש, כוכב הלכת חמה, מהשמש. כוכב הלכת חמה הוא כוכב הלכת הכי פחות נחקר מכוכבי הלכת הארציים. בניגוד לכוכבי לכת אחרים במערכת השמש, משימות לכוכב הלכת חמה הן יותר מסובכות, צורכות יותר אנרגיה ומסלולי הקפה סביבו הם לא מספיק יציבים, מה שמקשה על ביצוע מחקרים. משימת מארינר 10 הייתה הראשונה שהתקרבה אל כוכב לכת זה כאשר ב-29 במרץ 1974 חלפה על פניו בטיסת יעף, צילמה אותו ואספה נתונים אודותיו. בשנת 2004 שוגרה המקפת מסנג'ר אל חמה ובשנת 2011 הפכה לחללית הראשונה שנכנסה למסלול סביבו. מטרת המשימה הייתה לחקור את ההרכב הכימי של חמה, את הגאולוגיה שלו ואת השדה המגנטי שלו. בשנת 2015 הסתיימה משימתה והיא התרסקה באופן מבוקר על פני השטח של כוכב הלכת. גשושית זו הייתה הראשונה שהגיעה אל פני השטח של חמה. בשנת 2018, שוגרה אל עבר חמה משימת BepiColombo, משימה משותפת של סוכנות החלל האירופית והסוכנות היפנית לחקר החלל. משימה זו כוללת שתי מקפות העתידות להיכנס למסלול סביב חמה בשנת 2025 וללמוד אודות מאפייני השדה המגנטי שלו, המגנטוספירה שלו, המבנה הפנימי שלו וללמוד את מבנה פני השטח שלו. במשך השנים שוגרו עשרות משימות אל כוכב הלכת נוגה. עם זאת, חלקן הגיעו אל נוגה לא כמטרה העיקרית אלא כדי לצבור מהירות בדרכן ליעדים רחוקים יותר בעזרת שיטת המקלעת הכבידתית. הניסיון הראשון להגיע לנוגה היה ב-4 בפברואר 1961 במשימת "טייאז'לי ספוטניק" (רוסית: "לוויין כבד") (אנ') הסובייטית אשר כללה גשושית מסוג אימפקטור. השלב האחרון של המשגר ששיגר את הגשושית והיה אמור לשלוח אותה למסלול הליוצנטרי בדרך לנוגה, כשל לעבוד והגשושית לא הצליחה לעזוב את המסלול הלווייני הנמוך. כדי להימנע מהכרה בכישלון, הודיע הממשל הסובייטי כי הגשושית כולה, יחד עם השלב האחרון של המשגר, היו חלק ממבחן של לוויין כבד, מכאן גם הגיע שמו. המשימה הראשונה שביצעה טיסת יעף וחלפה על פני נוגה הייתה ונרה 1 כחלק מתוכנית ונרה הסובייטית. ב-19 במאי 1961, חלפה ונרה 1 במרחק של פחות מ-100,000 קילומטר מכוכב הלכת, אך כשלה בהעברת נתונים עקב בעיות תקשורת. משימה זו הייתה המשימה הבין-פלנטרית הראשונה; ונרה 1 הייתה הגשושית הראשונה שחלפה על פני כוכב לכת אחר. מארינר 2 האמריקאית הייתה הגשושית הראשונה אשר ביצעה משימת יעף מוצלחת כאשר ב-14 בדצמבר 1962 חלפה על פני נוגה במרחק של 34,773 ק"מ והצליחה לשדר בחזרה לכדור הארץ נתונים אודות כוכב הלכת. ונרה 3 הייתה הנחתת הראשונה שתוכננה לנחות ולחקור את פני השטח של נוגה. ב-1 במרץ 1966 היא נכנסה לאטמוספירת נוגה אך כשלה לנחות והתרסקה על פני השטח. למרות זאת, היא הפכה לעצם הראשון מעשה ידי אדם שמגיע לפני השטח של נוגה ושל כוכב לכת כלשהו. ב-15 בדצמבר 1970, הנחתת ונרה 7 הייתה הראשונה שביצעה נחיתה רכה על כוכב לכת אחר כאשר נחתה באזור קו המשווה של נוגה. ונרה 7 החזירה נתונים מפני השטח השטח כולל לחץ אטמוספירי ומדדה טמפרטורה של 475 מעלות צלזיוס. נתונים אלו שללו את האפשרות לקיום מים נוזליים על נוגה ואת האפשרות להישרדות בני אדם על כוכב לכת זה. בעשורים הבאים, נשלחו נחתות נוספות שחקרו את פני השטח של כוכב לכת זה וסיפקו תמונות יחד עם עוד נתונים ישירים מפני השטח. כמו כן נשלחו גם מקפות עם מכ"מים מיוחדים אשר הצליחו למפות את פני השטח של כוכב לכת זה למרות האטמוספירה המעורפלת שלו. חקר החלל משמש לחקר ולהבנת כדור הארץ כגרם שמיים בפני עצמו. לוויינים אשר נמצאים במסלול סביב כדור הארץ, יכולים לספק מידע ונתונים שהיה קשה או בלתי אפשרי להשיג ממחקר על פני הקרקע. חגורות ואן אלן לדוגמה, לא היו ידועות לפני גילויים בשנת 1958 על ידי הלוויין האמריקאי הראשון, אקספלורר 1. חגורות אלה מכילות קרינה הנלכדת בידי השדה המגנטי של כדור הארץ, דבר אשר הופך את האפשרות של בניית תחנות חלל ראויות למחיה מעל גובה של 1,000 ק"מ ללא מעשית ומסוכנת. דוגמה נוספת היא גילוי החור בשכבת האוזון על ידי לוויינים. לוויינים גם תרמו לגילויים של אתרים ארכאולוגיים ותצורות גאולוגיות שהיה קשה לגלותן בדרך אחרת. כמו כן, נעשה שימוש בלוויינים למגוון תחומים המפיקים תועלת עבור בני האדם. ישנם לוויינים אשר עורכים ניטור של ייבול ועוזרים לחקלאות, לוויינים המספקים גישה לאינטרנט, לווייני ניווט, טלפונים לווייניים, רדיו לווייני ושירותי טלוויזיה באמצעות לוויינים. ערך מורחב – חקר הירח הירח הוא גרם השמיים הראשון שנחקר פיזית על ידי גשושיות. זהו גרם השמיים הראשון שנשלחו אליו משימות יעף, מקפות, נחתות ורוברים וגרם השמיים היחיד שבני אדם ביקרו בו. החל מסוף שנות ה-50 של המאה ה-20, נשלחו אל הירח עשרות משימות לא מאוישות ושש משימות מאוישות כחלק מתוכנית אפולו. הניסיון הראשון לשלוח גשושית אל הירח התרחש ב-17 באוגוסט 1958 כחלק ממשימת פיוניר 0 (אנ') האמריקאית אשר תוכננה להיכנס למסלול הקפה סביב הירח. הניסיון כשל כאשר השלב הראשון של משגר התור-אייבל התפוצץ בגובה של בערך 16 ק"מ. הניסיונות הבאים של האמריקאים ושל הסובייטים כשלו גם הם בשלבי השיגור. לונה 1 הסובייטית, אשר שוגרה ב-2 בינואר 1959, תוכננה לשמש כאימפקטור ולהתרסק על פני הירח תוך כדי שידור נתונים בחזרה לכדור הארץ. עקב בעיות הכוונה בעת השיגור, המשגר שלח את לונה 1 למסלול לא מדויק. הגשושית לא הצליחה להתרסק על פני הירח, פספסה אותו ב-5,995 ק"מ ונכנסה למסלול הליוצנטרי. עם זאת, לונה 1 היא הגשושית הראשונה שחמקה מכוח המשיכה של כדור הארץ ועזבה את סביבתו. כמו כן היא הראשונה שהגיעה לקרבת הירח. משימת לונה 2 תוכננה גם היא לשמש כאימפקטור ולהתרסק על פני הירח תוך כדי שידור נתונים בחזרה לכדור הארץ. ב-14 בספטמבר 1959, התרסקה הגשושית בהצלחה על פני הירח, מזרחית מאזור ים הגשמים, תוך כדי שידור נתונים מוצלח. לונה 2 הפכה לעצם הראשון מעשה ידי אדם אשר הגיע לגרם שמיים אחר. ב-3 בפברואר 1966, הנחתת לונה 9 הצליחה לנחות ברכות על פני השטח של הירח באזור אוקיינוס הסערות והפכה לעצם הראשון מעשי ידי אדם שנחת בהצלחה על פני השטח של גרם שמיים אחר. סרוויור 1 הייתה הנחתת האמריקאית הראשונה שנחתה בהצלחה על פני הירח ב-2 ביוני 1966. בהמשך העשור, הצליחו האמריקאים והסובייטים להכניס מקפות סביב הירח וכמו כן ביצעו נחיתות מוצלחות נוספות על הירח עם גשושיות לא מאוישות. בעשורים הבאים, הצטרפו מדינות נוספות לחקר הלא מאויש. הנחתת הישראלית בראשית אשר תוכננה לנחות על הירח ולחקור אותו, התרסקה על פני השטח שלו ב-11 באפריל 2019. עם זאת, הפכה ישראל למדינה השביעית שכלי מעשה ידיה מגיע אל פני השטח של הירח. החקר המאויש של הירח החל בסוף שנות ה-60 כחלק מתוכנית אפולו האמריקאית. אפולו 8 אשר שוגרה ב-21 בדצמבר 1968, הייתה המשימה המאוישת הראשונה שעזבה את המסלול הלווייני הנמוך, הראשונה שהגיעה אל הירח, הקיפה אותו וחזרה לכדור הארץ. משימת אפולו 11, הייתה המשימה המאוישת הראשונה שנחתה על הירח כאשר ב-20 ביולי 1969, רכב הנחיתה הירחי ביצע נחיתה מוצלחת באזור ים השלווה. מספר שעות לאחר מכן, האסטרונאוט ניל ארמסטרונג עשה את הצעדים הראשונים של האדם על גרם שמיים אחר באמרו "זהו צעד קטן לאדם, צעד גדול לאנושות". חמש נחיתות מאוישות נוספות בוצעו כחלק מתוכנית אפולו כאשר האחרונה התרחשה ב-11 בדצמבר 1972 במשימת אפולו 17. חקר כוכב הלכת מאדים הוא חלק חשוב בתוכניות החלל של מדינות שונות. מאדים הוא כוכב הלכת הדומה ביותר לכדור הארץ מבין כוכבי הלכת במערכת השמש ומהמקומות היחידים אשר נחשבים כיעד עבור משימות מאוישות. החל משנות ה-60 של המאה ה-20 נשלחו בידי מדינות שונות עשרות גשושיות מחקר לא מאוישות אל מאדים כולל מקפות, נחתות ורוברים. משימות אלו נועדו לאסוף נתונים אודות התנאים השוררים במאדים ולחקור את עברו של כוכב הלכת. חלק גדול של למעלה מחצי מהמשימות אל מאדים כשלו בדרכן אליו. חלקן כשלו כבר בשלבי השיגור וחלקן כשלו בניסיונות הנחיתה בשל האטמוספירה הדלילה שלו. כתוצאה מכך, שלבי הנחיתה על מאדים מכונים בפי אנשי נאס"א כ"שבע דקות של אימה". הניסיון הראשון לשלוח גשושית אל מאדים היה ב-10 באוקטובר 1960, במשימת Mars 1M No.1 (אנ') הסובייטית. שיגור גשושית זו כשל כמו גם ניסיונות השיגור הבאים. משימת מארס 1 הסובייטית, תוכננה לחלוף על פני מאדים בטיסת יעף ולשלוח נתונים שנאספו בחזרה לכדור הארץ. מעט אחרי השיגור, מארס 1 סבלה מדליפת גז באחד משסתומי הגז של מערכת הניווט ומספר ימים לאחר מכן עקב בעיות באנטנה אבד הקשר עם הגשושית. למרות תקלות אלו, הגשושית קרוב לוודאי חלפה על פני מאדים ב-19 ביוני 1963 במרחק של בערך 193,000 ק"מ והפכה לגשושית הראשונה שחלפה על פני מאדים. ב-15 ביולי 1965, מארינר 4 הפכה לגשושית האמריקאית הראשונה שחלפה בהצלחה על פני מאדים והראשונה שהחזירה נתונים אודותיו. כמו כן, היא גם הראשונה שהחזירה תמונות מקרוב של כוכב לכת אחר; תמונות אלו, המעידות על עולם מכותש וגוסס, שינו את תפיסת הקהילה המדעית בנוגע לשאלת קיומם של חיים על מאדים. מארס 2 הסובייטית תוכננה לנחות על פני השטח של מאדים ולחקור אותו. לאחר כניסתה לאטמוספירה, הנחתת נתקלה בבעיות האטה ובבעיות במצנחים והתרסקה על פני השטח של מאדים ב-27 בנובמבר 1971. מארס 2 הפכה לעצם הראשון מעשה ידי אדם שמגיע אל פני השטח של מאדים. ב-2 בדצמבר 1971, מארס 3 הפכה לראשונה שנחתה בהצלחה על מאדים אך מספר דקות לאחר נחיתתה היא חדלה לשדר נתונים אל כדור הארץ. ויקינג 1 הייתה הנחתת האמריקאית הראשונה ששוגרה לעבר מאדים. היא נחתה ב-20 ביולי 1976 והייתה הראשונה שביצעה את משימתה בהצלחה; היא שידרה נתונים בחזרה לכדור הארץ וצילמה את התמונות הברורות הראשונות מפני השטח של מאדים. בעשורים הבאים שלחו מדינות וארגונים נוספים משימות אל כוכב הלכת האדום; יפן בשנת 1998 עם משימת נוזומי (אנ'), האיחוד האירופי בשנת 2003 עם משימת מארס אקספרס, הודו בשנת 2013 עם משימת Mars Orbiter Mission, איחוד האמירויות הערביות בשנת 2020 עם משימת תקווה מאדים וסין בשנת 2020 עם משימת טיאנוון-1. כוכב הלכת צדק הוא ענק גזים ומחקרו עשוי לתרום להבנת שאר ענקי הגזים במערכת השמש התיכונה. במהלך השנים, תשע גשושיות ביקרו את צדק וירחיו; שלוש מהן הגיעו אל כוכב לכת זה לא כמטרה העיקרית אלא כדי לצבור מהירות בשיטת המקלעת הכבידתית בדרכן ליעדים אחרים, ארבע מהן הגיעו כמשימות יעף (אנגלית:flyby) וביצעו מחקרים, ושתיים נכנסו למסלול הקפה סביבו כמשימתן העיקרית בתור מקפות. מאחר שכוכב לכת זה הוא ענק גזים, ההערכה היא שיש לו ליבה סלעית קטנה ולא משטח מוצק אמיתי ומכאן נשללת האפשרות למשימת נחתת. במשך השנים, המשימות לחקר מערכת השמש התיכונה וחקר צדק בפרט, שוגרו כולן בידי נאס"א. המשימה הראשונה שהגיעה אל צדק הייתה פיוניר 10 האמריקאית כחלק ממשימת יעף. ב-3 בדצמבר 1973, פיוניר 10 חלפה על פני צדק במרחק של 132,252 ק"מ וחקרה את סביבתו. פיוניר 10 הפכה לעצם מעשה ידי אדם הראשון שחצה את חגורת האסטרואידים והגיע למערכת השמש התיכונה. וויאג'ר 2 חלפה על פני צדק ב-9 ביולי 1979 במרחק של 570,000 ק"מ, ערכה תצפית של הכתם האדום הגדול וצילמה כמה מירחיו, ביניהם אמלתאה, איו, קליסטו, גנימד ואירופה. במהלך תצפית ממושכת של 10 שעות על הרי הגעש בירח איו, וויאג'ר 2 אישרה את התצפיות של וויאג'ר 1 המעידות על פעילות געשית תדירה וחשפה את השינוי בפני השטח של הירח בארבעת החודשים בין ביקורם. הגשושית גלילאו הייתה הראשונה שנכנסה למסלול הקפה סביב צדק. גלילאו שוגרה ב-18 באוקטובר 1989 מתוך מעבורת החלל אטלנטיס בזמן שיוטה במסלול הלווייני הנמוך ונכנסה למסלול סביב צדק ב-8 בדצמבר 1995. במהלך שנות שירותה, גילתה גלילאו ירחים נוספים סביב צדק שלא ניתן היה לגלות מכדור הארץ, תיעדה פעילות געשית תדירה על הירח איו המוערכת בכפי 100 מבכדור הארץ, אישרה את ההשערות לפיהן קיים אוקיינוס מתחת לפני השטח של הירח אירופה ושחררה גשושית קטנה אשר נכנסה לתוך האטמוספירה של צדק ושידרה בחזרה לגלילאו נתונים אודות המבנה הכימי של צדק, הרוחות, הקרינה וסביבתו הטבעית. לאחר שחקרה אותו במשך 8 שנים, ב-21 בספטמבר 2003 הסתיימה משימתה והיא נשלחה למסלול שהחדיר אותה לתוך אטמוספירת צדק במהירות 50 ק"מ/שנייה, שם היא נמחצה בידי הכוחות האטמוספיריים. ג'ונו היא הגשושית השנייה שנכנסה למסלול סביב צדק כאשר החלה להקיף אותו ב-4 ביולי 2016. משימת המחקר העיקרית של ג'ונו היא לחפש רמזים לאופן שבו נוצר צדק, לחקור את הרכבו הפנימי, את השדה המגנטי ואת תופעת זוהר הקוטב שלו, מה כמות המים האצורה באטמוספירה הפנימית יותר של צדק, ואיך מפולגת המסה בתוך כוכב הלכת. בנוסף תחקור ג'ונו את התופעות המטאורולוגיות והרוחות באטמוספירה של צדק, אשר יכולות להגיע למהירויות של כ־600 קמ"ש. במהלך השנים, ארבע גשושיות ביקרו את ענק הגזים שבתאי וירחיו; שלוש מהן הגיעו אל כוכב לכת זה כמשימות יעף וביצעו מחקרים, ואחת נכנסה למסלול סביבו כמשימתה העיקרית. הגשושית הראשונה שהגיעה אל שבתאי הייתה פיוניר 11 שב-1 בספטמבר 1979 חלפה על פניו במרחק של 21,000 ק"מ. פיוניר 10 חקרה את סביבתו של שבתאי, את ירחיו וטבעותיו. ב-12 בנובמבר 1980, וויאג'ר 1 חלפה על פני שבתאי במרחק של 124,000 ק"מ. וויאג'ר 1 גילתה שרוב האטמוספירה שלו מורכבת ממימן והליום. כמו כן היא צילמה את טבעות שבתאי וזיהתה ביניהם גרמי שמיים מורכבים. מכשירי החישה מרחוק חקרו את הירח טיטאן. ב-26 באוגוסט 1981, וויאג'ר 2 חלפה על פני שבתאי במרחק של 101,000 ק"מ. היא המשיכה את פעילותה של וויאג'ר 1 וחקרה בין היתר את הקוטב הצפוני של שבתאי. הגשושית קאסיני הייתה הראשונה שנכנסה למסלול הקפה סביב צדק כאשר החלה להקיף אותו ב-1 ביולי 2004. קאסיני נשאה איתה נחתת קטנה בשם הויגנס שנחתה ב-14 בינואר 2005 על פני השטח של טיטאן, ירחו של שבתאי. טיטאן הוא גרם השמיים הרחוק ביותר שכלי מעשה ידי אדם נחת עליו. במהלך שנות שירותה, גילתה קאסיני שבעה ירחים חדשים החגים סביב שבתאי. כמו כן היא גילתה מים נוזליים על פני השטח של הירח אנקלדוס כתוצאה מהתפרצויות של גייזרים ואישרה את ההשערות לפיהן קיימים אגמי פחמימן בצורת מים נוזליים הזורמים על פני הירח טיטאן. ב-15 בספטמבר 2017 הסתיימה משימתה והיא חדרה באופן מבוקר לאטמוספירת שבתאי, שם התפרקה. הגשושית היחידה שביקרה את ענק הקרח אורנוס, היא וויאג'ר 2 שחלפה על פניו ב-24 בינואר 1986 במרחק של 81,500 ק"מ. מאחר שנטיית ציר הסיבוב של אורנוס היא בזווית ייחודית של 97.77 מעלות, לא ידעו המדענים למה לצפות עם הגעתה של הגשושית. נוסף לחמשת הירחים הידועים של אורנוס, וויאג'ר 2 גילתה אחד עשר ירחים חדשים, צילמה וחקרה אותם. הגשושית בחנה את אטמוספירת ומגנטוספירת אורנוס ואת טבעות אורנוס. התמונות של אורנוס מוויאג'ר 2 הציגו מראה חיצוני אחיד, ללא עדויות לסופות דרמטיות או פסים אטמוספיריים בצבעים שונים, כפי שנראו בצדק ושבתאי. בניגוד למראה הדל של אורנוס עצמו, מירחיו התקבלו תמונות מרשימות. הירח מירנדה נראה היה פעיל מבחינה גאולוגית ונמצאו בו קניונים שעומקם מגיע עד לכדי 20 ק"מ. 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. 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 (אנ') (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. 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 (אנ') הייתה הגשושית הראשונה שביקרה שביט כאשר ב-11 בספטמבר 1985 חלפה על פני 21P\ג'יאקוביני-זינר (אנ') במרחק של 7,862 ק"מ. הגשושית ג'וטו (אנ') 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 (אנ') 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 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 (אנ'). 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. "השדה העמוק של האבל", תמונה שצילם טלסקופ החלל האבל בשנת 1995 המראה גלקסיות מרוחקות ומוקדמות ביקום ערפילית הסרטן כפי שצולמה על ידי טלסקופ החלל האבל מפסיפס של תמונות באוקטובר 1999, ינואר 2000 ודצמבר 2000 צביר כוכבים בליבת הערפילית NGC 6357 בתמונה שצולמה על ידי טלסקופ החלל האבל גלקסיית המערבולת (M51) כפי שצולמה בשנת 2005 על ידי טלסקופ החלל האבל ערך מורחב – 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 (אנ'), ותצורת הגלקסיות הראשונות. מטרה נוספת היא מציאת הגורם המקנה לכוכבים את צורתם. ערך מורחב – 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 (אנ') 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. ישנן סיבות רבות לחקר החלל. החל מקידום מחקר מדעי, איחוד אומות שונות, הבטחת הישרדותה העתידית של האנושות ועד ליוקרה לאומית, ופיתוח עליונות צבאית ואסטרטגית נגד מדינות אחרות. המחקר המבוצע על ידי סוכנויות חלל לאומיות כמו נאס"א ורוסקוסמוס, נחשב לאחד מהסיבות שהתומכים מציינים כדי להצדיק את ההוצאות הממשלתיות. ניתוחים כלכליים של תוכניות נאס"א במהלך השנים הראו לרוב יתרונות כלכליים מתמשכים מפיתוחים טכנולוגיים שנעשו במהלך התוכניות ואשר הניבו בחזרה פי כמה מעלותם של התוכניות. נטען גם כי חקר החלל יוביל לניצול משאבים בכוכבי לכת אחרים ובייחוד באסטרואידים, המכילים מינרלים ומתכות בשווי של מיליארדי דולרים. עוד נטען כי תוכניות לחקר החלל מעוררות השראה ומובילות את הנוער ללמוד מדעים והנדסה. חקר החלל גם מאפשר למדענים לבצע ניסויים במסגרות אחרות ולהרחיב את הידע האנושי. טענה נוספת סוברת כי חקר החלל הוא צורך הכרחי עבור האנושות וכי הישארות בכדור הארץ בלבד תוביל בסופו של דבר להיכחדות המין האנושי. חלק מהגורמים לכך עשויים להיות מחסור במשאבי טבע, פגיעת אסטרואיד, מלחמה גרעינית או מגפות עולמיות. מדענים, סופרים ואינטלקטואלים נודעים מצודדים בטענות דומות. סטיבן הוקינג, הפיזיקאי התאורטי הנודע אמר: "איני חושב שהמין האנושי ישרוד את אלף השנים הבאות, אם לא נתפשט אל החלל. ישנן תאונות רבות מדי אשר יכולות לפגוע בחיים בכוכב לכת יחיד. אך אני אופטימיסט. אנו נגיע אל הכוכבים". ארתור סי. קלארק, הפיזיקאי והסופר הבריטי, הציג בספרו המונוגרפי "טיסה בין פלנטרית" משנת 1950 את תמצית המניעים עבור המין האנושי לחקר החלל. הוא טען בין היתר כי הבחירה של האנושות היא בין התרחבות מכדור הארץ אל החלל לבין קיפאון ומוות תרבותי ולבסוף ביולוגי. באופן כללי, הציבור תומך במידה רבה בחקר מאויש ולא מאויש של החלל. על פי סקר מיולי 2003 שנערך בידי סוכנות הידיעות Associated Press, ‏ 71% מאזרחי ארצות הברית הסכימו עם האמירה לפיה תוכנית החלל היא "השקעה טובה", לעומת 21% שלא הסכימו. ערך מורחב – שיגור לחלל טיסת חלל היא תהליך שבו נעשה שימוש בטכנולוגיית חלל על מנת לשלוח חללית לחלל החיצון. בשנות ה-40 של המאה ה-20 פותחו הרקטות והמשגרים היעילים הראשונים שאפשרו לחקר הפיזי של החלל להפוך למציאות. כיום נעשה שימוש בטיסות חלל לשם פעילות מדעית, פעילות מסחרית ופעילות צבאית. הפעילות המדעית מתבצעת לרוב בידי סוכנויות החלל הלאומיות בעזרת טיסות מאוישות ובעזרת מכשירים כמו טלסקופ חלל, גשושיות ולוויינים שונים. הפעילות המסחרית נעשית בידי חברות שונות על ידי תיירות בחלל ובעזרת לווייני תקשורת, לווייני ניווט ועוד. הפעילות הצבאית בחלל נעשית בידי צבאות שונים בעיקר בעזרת לווייני ריגול. השיגור לחלל מתבצע בנמל חלל בעזרת משגרים בעלי מנועים רקטיים. לרוב, המשגר מורכב ממספר שלבים על מנת להשאיר את היחס בין הדלק למסה במהלך השיגור, ולאפשר האצת הטיל למהירות הנדרשת. כאשר הדלק אוזל בשלב שפועל באותו הרגע, השלב ניתק מגוף המשגר ונופל לכדור הארץ. השלב האחרון של המשגר הוא זה שנועד להעניק לגוף מהירות גבוהה דיה כדי שהמטען (לוויין, חללית) ייכנס למסלול שתוכנן עבורו. ערך מורחב – לוויין לוויין הוא עצם שהוכנס למסלול סביב כדור הארץ או כל גרם שמיים אחר. עצם כזה הוא למעשה לוויין מלאכותי, להבדיל מלוויין טבעי כמו הירח של כדור הארץ. ב-4 באוקטובר 1957, ברית המועצות שיגרה את הלוויין הראשון, ספוטניק 1. כיום ישנן 13 מדינות המחזיקות ביכולת שיגור עצמאית. ב-19 בספטמבר 1988, עם שיגורו של הלוויין אופק 1, הפכה ישראל למדינה השמינית ששיגרה לוויין מתוצרתה באופן עצמאי. השימוש בלוויינים נעשה בתחומים רבים. בתחום המדעי ישנם לווייני צילום, לווייני חיזוי מזג אוויר ולווייני מחקר אשר עוזרים בחקר כדור הארץ, הטבע והאקולוגיה שלו, ניטור מצב הטבע ושינויי האקלים, חיזוי מזג האוויר, אוקיינוגרפיה ועוד. כמו כן ישנם לוויינים אשר משימתם היא להיכנס למסלול סביב כוכבי לכת אחרים בין היתר במטרה למפות את פני השטח ולבחון את הרכב היסודות באטמוספירה שלהם. גם טלסקופ חלל, חלליות ותחנות חלל נחשבים ללוויינים. בתחום המסחרי ישנם לווייני תקשורת, לווייני ניווט ולווייני צילום לצורכי מיפוי, יערנות, תכנון ערים וכו'. בתחום הצבאי ישנם בעיקר לווייני צילום ולווייני ריגול אשר משמשים לצילומים טלסקופיים ברזולוציה גבוהים במיוחד, האזנה למגוון רחב של שידורים ולמיפוי והדמיה של פני השטח. לוויינים יכולים לפעול לבד או ביחד כחלק ממערך לוויינים. מסלולי הלוויינים וגובהם משתנה ביחס למטרתם, והם מסווגים במספר דרכים. המסלולים הנפוצים הם מסלול לווייני נמוך, מסלול קוטבי ומסלול גאוסטציונרי. ערך מורחב – תחנת חלל תחנת חלל היא פלטפורמה קבועה בחלל, הנמצאת במסלול סביב גרם שמיים. תחנת חלל נבנית למגורי אדם לזמן ממושך, ולכן משולבים בה אמצעים שונים לסיפוק צורכיהם של המתגוררים בה. תחנות חלל מאפשרות לערוך מחקר האורך זמן רב, ובעזרתן ניתן לבדוק את ההשפעות השונות על אדם השוהה זמן רב בחלל ולבצע ניסויים מדעיים אחרים. סאליוט 1 אשר שוגרה על ידי ברית המועצות ב-19 באפריל 1971, הייתה תחנת החלל הראשונה. סקיילאב האמריקאית אשר שוגרה ב-14 במאי 1973 הייתה תחנת החלל השנייה. ב-29 בספטמבר 2011, הפכה סין למדינה השלישית ששיגרה תחנת חלל עם שיגורה של טיאנגונג 1. במשך השנים שוגרו מספר תחנות חלל נוספות. כיום שוהה בחלל תחנת חלל אחת: תחנת החלל הבינלאומית אשר שוגרה ב-20 בנובמבר 1998 ומאוישת באופן קבוע מאז ה־31 באוקטובר 2000. הפעילות המסחרית בחלל כוללת שירותי שיגור, שירותי תיירות, לווייני תקשורת ולווייני ניווט. הפעילות המסחרית בחלל החלה בשנת 1962 עם שיגורו של לוויין התקשורת טלסטאר 1 (אנ') של חברת התקשורת האמריקאית AT&T. בעשורים הבאים שוגרו לווייני תקשורות, לווייני ניווט ולווייני צילום רבים אחרים שהיו בשימוש בידי חברות מסחריות. בשנת 1982 חברת "Space Services Inc." האמריקאית שיגרה לראשונה את משגר הקונסטוגה (Conestoga), שהפך למשגר הראשון אשר מופעל באופן מלא על ידי חברה מסחרית. בעשורים הבאים קמו חברות מסחריות נוספות אשר סיפקו שירותי שיגור וביניהן Orbital Sciences Corporation ו-SpaceX. עידן התיירות בחלל החל באופן רשמי בשנת 2001 עם שיגורו של תייר החלל הראשון, האמריקאי דניס טיטו, על סיפון חללית הסויוז. בשנת 2020 שיגרה חברת SpaceX את משימת SpaceX Demo-2, המשימה המאוישת הראשונה שהופעלה באופן מלא על ידי חברה פרטית כאשר שיגרה שני אסטרונאוטים של נאס"א על סיפון החללית דרגון 2 בעזרת משגר הפלקון 9. מסחור החלל נתפס לרוב כתהליך חיובי אשר מוביל לתחרות בין חברות ובסופו של דבר להוזלת עלויות. בשנת 2011, עם סיומה של תוכנית מעבורות החלל, החליטה נאס"א למצוא אלטרנטיבה מסחרית תחרותית וזולה יותר ממעבורות החלל. לשם כך היא החלה את התוכנית המאוישת המסחרית במסגרתה היא פעלה יחד עם בואינג ו-SpaceX כדי לפתח החלליות סטארליינר ודרגון 2. בין ההצלחות של מסחור החלל ניתן למנות את פיתוחו של המשגר פלקון 9 של חברת SpaceX, המשגר הראשון שניתן לשימוש חוזר באופן חלקי; השלב הראשון של המשגר דו-השלבי נוחת בחזרה וניתן לעשות בו שימוש חוזר. גם חברת בלו אוריג'ין האמריקאית מפתחת משגר המיועד לשימוש חוזר באופן חלקי. ערכים מורחבים – חיים מחוץ לכדור הארץ, אסטרוביולוגיה שאלת קיומם של חיים חוצניים, ובפרט חיים תבוניים, מעסיקה את האדם מאז התרחבות מושגיו על גודל ממדיו של היקום. לנושא זה השלכות פילוסופיות ותאולוגיות מרחיקות לכת על שאלת מהותם של החיים (והחיים התבוניים) כתופעה חד-פעמית ויוצאת דופן, או כתופעה רגילה ושכיחה. אסטרוביולוגיה הוא התחום המדעי העוסק במקור, התפתחות, ותפוצת החיים ביקום. אסטרוביולוגיה עוסקת בשאלה האם החיים קיימים מעבר לכדור הארץ, וכיצד בני האדם יכולים לזהות אותם אם כן. הדרך הנפוצה ביותר כיום לחיפוש ראיות לחיים היא שימוש באנטנות גדולות כדי להזין לאותות רדיו מהחלל העמוק. במערכת השמש, ישנם מספר גופים אשר מהווים יעד למחקר אסטרוביולוגי ושייתכן שקיימים או היו בעבר קיימים בהם חיים, לפחות מיקרואורגניזמים. בין גופים אלו ניתן למנות את מאדים, אנקלדוס, אירופה וטיטאן. תוכנית פיוניר תוכנית לונה תוכנית זונד תוכנית ונרה תוכנית מארס תוכנית ריינג'ר תוכנית מארינר תוכנית סרוויור תוכנית ויקינג תוכנית וויאג'ר תוכנית וגה תוכנית פובוס תוכנית דיסקברי תוכנית צ'אנדריאן תוכנית מנגאליאן תוכנית צ'אנג-אה (אנ') תוכנית ווסטוק תוכנית מרקורי תוכנית ווסחוד תוכנית ג'מיני תוכנית סויוז תוכנית אפולו תוכנית סאליוט סקיילאב תוכנית מעבורות החלל תחנת החלל מיר תחנת החלל הבינלאומית תוכנית שנג'ואו התוכנית המאוישת המסחרית תיירות בחלל שיגור לחלל האדם בחלל אסונות בחלל חדירה לאטמוספירה נחיתת כלי תעופה חללי גשושית רובר לוויין טלסקופ חלל תחנת חלל מושבת חלל מסע בין-כוכבי חיים מחוץ לכדור הארץ מדיה וקבצים בנושא חקר החלל בוויקישיתוף Space.com אתר אינטרנט לחדשות אסטרונומיה וחקר החלל חקר החלל, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית) החלל החיצון, חקר, דף שער בספרייה הלאומית ‏ "How Space is Explored", ‏ 2 ביולי 2009, אתר נאס"א מייקל רוסטון,‏ "NASA’s Next Horizon in Space", ‏ 28 באוגוסט 2015, ניו יורק טיימס ‏ "המצאת הטלסקופ", אתר דע מדע אורן נהרי, "היה היה: 75 שנה לשיגור טיל V-2", ‏ 8 בספטמבר 2019, וואלה! NEWS אבי בליזובסקי,‏ "50 שנים לשיגור ”ספוטניק”, הלוויין שבישר את עידן החלל", 2 באוקטובר 2007, ynet איתי נבו, "האדם הראשון בחלל", 12 באפריל 2020, מכון דוידסון לחינוך מדעי איתי נבו, "החללית הראשונה על הירח", 14 בספטמבר 2018, מכון דוידסון לחינוך מדעי חיים מזר, "החללית לונה 9 – הראשונה על הירח", 20 ביולי 2013, אתר 'יקום תרבות' פול רינקון,‏ "How many Mars missions have been successful?", ‏ 30 ביולי 2020, BBC קית' זוברו,‏ "Seven minutes of terror" as NASA hopes to land rover Perseverance on Mars", ‏ 31 במאי 2020, CBS ‏ המכשירים המדעיים בטלסקופ החלל ג'יימס וב, Space Telescope Science Institute עודד כרמלי, "כל הדרך למערכת השמש הבאה", הארץ הנרי ר. הרצפלד,‏ "Measuring the Economic Returns from Successful NASA Life Sciences Technology Transfers", דצמבר 2002, The Journal of Technology Transfer מרטין אלביס,‏ "Let's mine asteroids — for science and profit", ‏ 30 במאי 2012, Nature Roger Highfield, ‏Interview with Stephen Hawking, The Telegraph, 18 October 2001 ‏ "סקרים שנערכו על ידי מספר רשתות תקשורת בארצות הברית לגבי חקר החלל", 'Pollingreport.com' ליאור קודנר, התייר הראשון בחלל, באתר הארץ, 27 במרץ 2001 דנה הול וג'ולי ג'ונסון,‏ "SpaceX Astronauts Reach Space Station After Milestone Voyage", ‏ 30 במאי 2020, בלומברג ג'ונתן אמוס,‏ "US politicians cement a new philosophy for Nasa", ‏ 30 בספטמבר 2010, BBC ג'ניפר למן,‏ "Looking back at 10 years of Falcon 9 Launches", ‏ 4 ביוני 2020, Popular Mechanics