传感器与太空探索关联不少，火箭与飞船上布满了诸多传感器，诸如高性能的压力传感器、温度传感器等，但传感器从来不是主角。在20世纪后期和21世纪初的大部分时间里，只有国家政府才能负担将人和机器发射到太空的高昂成本。这一现实意味着太空探索必须服务于广泛的利益，而且确实以多种方式做到了。政府的太空计划增加了知识，成为了国家威望和力量的指标，增强了国家安全和军事实力，并为广大公众带来了巨大利益。
另外，私营部门也可以从太空探索中获利，最显着的是使用卫星作为电信继电器，因此即使没有政府的资助，商业太空活动也蓬勃发展。在21世纪初期，企业家们认为太空还有其他几个具有商业潜力的领域，最着名的是私人资助的太空旅行。
太空探索的前奏
人类一直注视着天空，好奇夜空中看到的物体的性质。
近几个世纪以来，太空探索不仅吸引飞机驾驶员和科学家忘我投入其中，且一直是文学和艺术中一个普遍而持久的主题。很多人梦想着离开地球去探索其他世界。例如，法国讽刺作家西拉诺·德·贝格拉拉克（Cyrano de Bergerac）在17世纪撰写了《月球与帝国》（1665年）和《太阳旋律》（1662年），后来还在《月球之旅：太阳世界的描述》（1754年）一书中描述了前往月球和太阳的虚构旅程。
两个世纪后，凡尔纳的《德拉特雷·德拉·吕恩》（1865年）和威尔斯的《世界大战》（1898年）、《月球上的第一个人》（1901年）都使用了可靠的科学原理来描述太空旅行以及与外星生物的相遇。
为了将这些虚构的太空旅行转化为现实，有必要设计一些实用的方法来抵抗地球引力的影响。到了20世纪初，随着火箭技术的百年发展以及电子技术等其他技术的发展，将机器和人送入太空成为了可能。人类想方设法加快对象的点速度足以进入轨道围绕地球，甚至逃离地球的引力遨游太空。
正如Tom Wolfe 在《The Right Stuff 》(1979)里描述的那样，满是对太空探索的渴望：on top of an enormous Roman candle, such as a Redstone, Atlas, Titan or Saturn rocket, and wait for someone to light the fuse.（在巨大的罗马蜡烛上，如红石、阿特拉斯、泰坦或土星火箭，等待有人点燃导火索。）
太空探索的先驱们
俄罗斯的学校教师和数学家康斯坦丁齐奥尔科夫斯基（Konstantin Tsiolkovsky）是第一个详细研究航天火箭的人。1903年，他的文章“通过反应装置探索宇宙空间”提出了许多航天原理，后续还发表了很多有关航天理论方面的详尽研究。齐奥尔科夫斯基于1935年去世，尽管他从未在火箭方面进行过实际的实验来补充证明自己的着作，但他的工作极大地影响了后来在苏联和欧洲进行的太空和火箭研究。
美国罗伯特·哈金斯·戈达德（Robert Hutchings Goddard）是第二位对火箭技术作为巨大贡献的人。戈达德在阅读《世界大战》（The War of the Worlds）等作品后对太空探索产生了兴趣。甚至在年轻的时候，他就致力于航天工作。他在1904年的高中毕业演讲中说：“很难说什么是不可能的，因为昨天的梦想是今天的希望和明天的现实。”
罗伯特·哈金斯·戈达德
1914年，戈达德获得前两项火箭技术专利，并于1919年发表论文《一种到达极端高度的方法》。1920年代，戈达德开始进行液体燃料火箭的实验。他的第一枚火箭于1926年3月16日在马萨诸塞州的奥本发射，上升了12.5米（41英尺），并从发射地点飞行了56米（184英尺）。1930至1941年，他制造的发动机和日益复杂的发射火箭。
1935年9月23日，新墨西哥州罗斯威尔发射塔顶上的查尔斯·林德伯格上校拍摄的罗伯特·戈达德火箭的照片。
第三位公认的火箭技术先驱，是赫尔曼·奥伯斯（Hermann Oberth）。他出生时是罗马尼亚人，但国籍是德国人。奥伯斯在青年时期读凡尔纳的《从地球到月球》激发了他研究行星际旅行的要求。他在1922年提出的有关火箭动力飞行的博士学位论文因过于投机而被海德堡大学拒绝，但这却成为他1923年经典着作的基础Die Rakete zu denPlanetenrumen（“进入行星际空间的火箭”）。这项工作解释了火箭技术的数学理论，将其应用于火箭设计，并讨论了建造空间站和前往其他行星的可能性。
1929年奥伯斯公布第二有影响力的书，Wege zur Raumschiffahrt（太空飞行方法）。这本书导致德国创建了许多火箭俱乐部，包括知名的VfR（太空飞船旅行学会），因为发烧友试图将奥伯斯的想法转变为实用的设备。奥伯斯的研究对于刺激德国火箭技术的发展至关重要，且他活着看到了他的想法成为现实：1969年7月16日阿波罗11号发射升空。
齐奥尔科夫斯基，戈达德和奥伯斯被公认为是第一代太空先驱中最具影响力的人，但其他人在20世纪初期也做出了贡献。法国人Robert Esnault-Pelterie早在1907年就开始研究太空飞行的理论方面，随后出版了有关该主题的几本着作，他是关于太空探索潜力的有效宣传家。奥地利人欧根·桑格（EugenS·nger）从事着火箭发动机的研究，并在1920年代后期提议开发一种“火箭飞机”，其时速可以超过10,000公里（超过6,000英里），而高度可以超过65公里（40英里）。1936年，纳粹德国还邀请他继续在该国进行研究。
太空探索中的重要里程碑
整个人类探索太空的发展史，主要是从卫星发射到登上月球，再从空间站建设到卫星应用。
第一颗人造地球卫星——人造卫星 1，由苏联在1957年10月4日送入太空。1961年4月12日，苏联再把尤里·加加林（ Yuri Gagarin）送入太空，加加林成为第一个进入地球轨道的人。
1969年7月20日，美国阿波罗 11号机组人员尼尔·阿姆斯特朗和埃德温奥尔德林首次登月，并在月球表面行走。1969年7月至1972年12月，共有12名美国人分别执行六个阿波罗任务，登上月球。
此后，再没有人离开地球轨道，但是有500多个宇航员在太空空间站中连续度过了多达438天。从1970年代初开始，一系列苏联空间站（从1991年12月起为俄罗斯），美国Skylab站以及众多的航天飞机飞行为不同时期的人类居住和活动提供了环绕地球的基地。从2000年11月2日第一批机组人员居住起，到2011年完成，国际空间站（ISS）是人类长期在太空中生活和工作的基地。它将继续以这种方式使用，直到至少2024年。
自1957年以来，绕地球飞行的人造卫星和宇宙飞船收集了众多太空宝贵数据。轨道卫星还为人类的日常生活提供重要服务。比如，气象卫星提供天气信息；地球观测卫星可以遥感陆地和海洋区域，收集数据以改善对地球资源的管理；电信卫星可以在全球范围内即时传输语音，图像和数据；卫星可提供精确导航，定位和定时信息；对国家的军事当局来说，卫星作为其陆，海，空三军的补充，已变得极为有用，并向各国领导人提供了与安全有关的重要信息。
下表提供了太空探索中重要里程碑的列表。
目前已有50多个国家或地区的太空机构或其他政府机构开展了太空活动。包括美国、俄罗斯、中国、日本、加拿大、印度、以色列、伊朗、朝鲜、韩国和巴西等。
太空争霸战
在火箭技术发展初期，核心先进技术主要掌握在德国、美国及苏联手中。
德国
太空探索激发了德国VfR成员制造火箭的动力，1930年代初期，他们的工作引起了德国军方的注意。1932年，年仅 20岁的维尔恩·冯·布劳恩（Wernher von Braun）成为德国军队火箭发展小组的总工程师。为了给Braun的工程师提供所需的工作空间和保密性，德国政府在波罗的海沿岸的Peenemünde建立了开发和测试中心。他们在那里开发了其他设备V-2（最初称为A-4）弹道导弹。V-2于1942年首次成功发射，从1944年9月开始在欧洲目标上使用。V-2虽然是战争武器，但后来成为美国和苏联早期太空计划中许多火箭使用的前身。
V-2
1945年初，随着第二次世界大战接近尾声，布劳恩及其许多同僚选择向美国投降，他们认为美国很可能会支持他们的火箭研究和太空探索计划。同年晚些时候，他们被带到了美国，包括工程计划和建造许多V-2所需的零件也被带到了美国。德国火箭队在美国太空发射器的早期开发中发挥了核心作用。
美国
1936年，当布劳恩为德国军队开发火箭时，几位年轻的美国工程师由研究生领导 弗兰克·马利纳（Frank Malina）开始在加州理工学院（GALCIT）的古根海姆航空实验室从事火箭研究。
马利纳的团队得到了GALCIT着名的空气动力学专家的支持，包括 西奥多·冯·卡尔曼（Theodore vonKármán）和中国工程师钱学森（钱学森在1950年代回到家乡，成为中国火箭技术的先驱之一）。1943年，马利纳和他的同事开始称他们的小组为喷气推进实验室（JPL），第二年正式采用该名称。JPL很快成为美国陆军导弹研发中心。
第二次世界大战后，JPL研发的武器被改装用于美国早期的太空实验。在1958年美国国家航空航天局（NASA）成立之后， JPL成为美国NASA的一部分，为NASA成为美国领先的太阳系探索中心打下了基石。
前苏联
早在1921年，苏联政府就建立了专门从事火箭研究的军事中心。在接下来的十年中，该中心得到了扩展并更名为气体动力学实验室。1930年代初，瓦伦丁·格卢什科（Valentin Glushko）在火箭发动机方面开展了开拓性工作。
同时，苏联的其他火箭发烧友组织成为一个社团，到1931年已合并为一个组织，称为GIRD（“反应运动研究小组”的俄语缩写），在莫斯科和列宁格勒设有分支机构。航空工程师谢尔盖·科罗廖夫（Sergey Korolyov）是GIRD莫斯科分公司的负责人，他于年轻时就对太空飞行产生了兴趣。1933 年8月 17日，科罗廖夫和他的同事米哈伊尔·季洪拉沃夫（Mikhail Tikhonravov）发射了第一枚苏联液体燃料火箭。
1933年晚些时候，GIRD的莫斯科和列宁格勒分部与气体动力学实验室合并，成立了由军方控制的火箭推进研究所（RNII），五年后成为科学研究所3（NII-3）。该组织在成立之初并没有直接致力于太空技术，但最终在苏联火箭的发展中发挥了核心作用。
1937年，科罗廖夫作为苏联领导人的一部分被捕， 知识分子遭遇大肆清洗，被送到西伯利亚监狱。在斯大林意识到从苏联战争中撤走最优秀的技术人员的轻率性之后，科罗廖夫被转到了一个监狱设计局，在那里他花费了第二次世界大战的大部分时间来研究武器，尽管不是在大型火箭上。战争结束时，斯大林对弹道导弹产生了兴趣，他派遣了一支包括科罗廖夫在内的小组前往德国考察V-2计划。战后，许多德国工程师被调往苏联，但他们在战后苏联火箭的发展中并未发挥中心作用，大部分在1950年代初返回德国。
很明显，随着二战的结束，德国火箭技术很大部分流向了美国与苏联。这就是为什么后面的太空争霸战主要在美国与苏联（俄罗斯）间展开的原因，当然，中国后来也加入战场。
IGY卫星计划：苏联胜
1950年代初期，科学家开始计划对地球进行协调的国际调查，这被称为 国际地球物理年（IGY），将在国际科学联盟理事会的主持下于1957-58年举行。在美国科学家的敦促下，IGY规划者于1954年呼吁将科学仪器卫星作为IGY活动的一部分进行发射。此后不久，苏联和美国政府分别宣布了这样做的计划。
在第二次世界大战后的几年中，美国和苏联成为政治和军事竞争对手，很快进入 冷战。由于苏联是一个封闭的社会，因此美国领导人高度重视开发可以帮助收集苏联境内军事准备情报的技术。这是美国政府致力于IGY卫星计划的原因之一，它希望确立一个原则，即外层空间不受领土主权的要求，因此轨道卫星可以在地球上的任何一点自由通过。如果侦察卫星具有情报价值，那么这种飞越必不可少。
但先实现IGY卫星计划的却是苏联。
1957年10月4日，苏联率先成功发射人造卫星 1，且短短一年内，苏联共计发射了三颗人造卫星上天。第二颗更大的卫星载有科学仪器和莱卡犬，是轨道上的第一个活生物，于1957年11月3日发射升空。1958年5月，苏联最初打算用作第一颗卫星的航天器作为人造卫星3也进入了轨道。
人造卫星 1
美国方面， 1955年先是把IGY卫星任务分配给海军研究实验室——先锋，但先锋在随后的两年中进展缓慢，且在苏联人造卫星取得成功后，先锋迫于白宫的压力，不得不在1957年12月6日发射火箭，但“欲速则不达”，先锋火箭在升空中爆炸，将卫星送入佛罗里达海滩而不是轨道。
但好在美国有先前收揽于麾下的“德国健将”布劳恩，在先锋研发卫星的同时，布劳恩联合JPL和Van Allen共同研发弹道导弹，并获得了尝试自行发射卫星的许可。1958年1月31日，布劳恩的Jupiter-C运载火箭（一种改良的红石弹道导弹）把美国第一颗卫星Explorer 1进入轨道。
一直以来，美国政府对侦察卫星的兴趣持续存在。1958年2月，艾森豪威尔总统授权在高度保密的条件下研制这种航天器，该秘密项目后来被称为科罗娜（Corona）。科罗娜计划在苏联上空拍摄照片，然后将曝光的胶片放到太空舱中，再将太空舱从太空中降落下来，并在返回地球空中，把它抓住。在经历了12次失败之后，终于在1960年8月18日成功拿到影片，返回的影片包含了许多以前未知的苏联机场和导弹场的图像。
电晕侦察卫星图像
人类太空飞行：苏联胜
苏联和美国的太空计划并非建立在太空飞机上，而是希望尽快将人们送入太空。第一批人造卫星取得成功后不久，用于裁人飞行 的 飞船沃斯托克（Vostok,也叫东方号）被苏联研发出来。在进行了五次载有狗和人的假人的试飞之后，1961年4月12日，苏联尤里·加加林（Yuri Gagarin）乘坐沃斯托克1号顺利进行了全球首次地球轨道飞行。
尤里·加加林（Yuri Gagarin）和谢尔盖·科罗廖夫（Sergei Korolev）
美国最初将人类送入太空的项目被称为“水星计划”，由美国航空航天局（NASA）执行。与苏联的方法不同，苏联宇航员在第一次人类航天飞行中就进入轨道，而美国宇航局计划进行几次亚轨道试验飞行以确保安全后才进行轨道飞行。1961年1月31日，黑猩猩Ham乘坐由布劳恩研究小组研制的红石火箭飞入了亚轨道，由于飞行中遇到了一些小问题，因此在1961年3月的原计划载人飞行中，布劳恩坚持使用空着的虚拟飞船再进行一次试飞。如果按照原定计划，那么美国本来应该是第一个载人进入太空的，尽管它不在轨道上。美国直接实现裁人飞行是1961年5月5日，Alan B. Shepard,Jr.在红石火箭上进行了首次载人水星飞船的亚轨道飞行。
登月竞赛：美国胜
1961年，肯尼迪（John F. Kennedy）总统宣布“阿波罗计划”——将人送上月球。为了早日登月，向全球显现美国力量，美国进行了战争般但和平的财政和人力资源调动。NASA的预算在三年内增加了近500％，登月计划的鼎盛时期涉及34,000多名NASA员工以及375,000名工业和大学承包商的员工。
阿波罗计划：运载火箭和航天器模块
1961年底，美国研发 “ 双子座”的两人航天器，双子星飞船比基本的水星舱复杂得多，重量为3.81公吨，是其两倍。
到1962年底，所谓的“阿波罗计划”的基本要素已经到位，其运载火箭将是一个强大的土星五号火箭，110.6米（362.9英尺）高功率驱动五个巨大的发动机，产生的总提升力为33000千牛。
随着在美国进行多次宇航任务的计划广为人知，苏联致力于通过改良沃斯托克号航天器来保持其在太空竞赛中的领先地位，使其最多可搭载三人。科罗廖夫为此设计了Voskhod,但Voskhod问题不少，因此，1962年，柯罗廖夫及其同事开始研究第二代航天器，即联盟号。联盟号比沃斯托克要复杂得多，不仅要有能力在地球轨道上飞行，而且还要有改进型的能力，可以绕月球飞行，甚至还可以作为登月任务的一部分。
1967年4月23日，宇航员 弗拉基米尔·科马罗夫（Vladimir Komarov）乘坐联盟号的首次发射，但飞船进入轨道后，遇到了许多问题，这促使地面控制人员将科马罗夫尽快带回地球。然而，折返之后，飞船主降落伞没有完全展开，最后高速撞击地面。科马罗夫成为第一个在太空飞行中丧生的人，这次事故使得苏联想在美国之前实现绕月轨道飞行或降落的希望落空，对苏联造成了沉重打击。
之后，N1火箭发射失败更是终结了苏联人的月球任务。在1969年至1972年间，N1火箭进行了四次失败的尝试（包括1969年7月一次引人注目的发射台爆炸）之后，N1计划最终在1974年5月被取消，苏联人对月球任务的希望就此终结。
与苏联登月计划相反，1969年阿波罗计划进展顺利。
1969年7月16日，宇航员阿姆斯特朗，艾德琳和迈克尔·柯林斯（Michael Collins）乘坐阿波罗11号首次成功登月。当踏上月球表面时，阿姆斯特朗指出：“对于一个人而言，这只是一小步，对于人类而言，这是一次巨大的飞跃。”
尽管美国赢得登上月球的比赛，但是这场比赛开始被政治考虑是否有存在的必要。1975年，是最后一次使用阿波罗号飞船的时间。
空间站：苏联胜
到1969年，尽管苏联仍在继续其月球着陆计划，但它已开始将其对人类太空飞行的重点转移到发展地球轨道站上——建立空间站，在此期间，宇航员可以对持续进行的任务进行扩展的观察和实验几周或几个月而不是几天。
第一个苏联空间站称为礼炮 1号（Salyut 1）于1971年4月19日发射升空。
而美国第一个太空站称为Skylab于1973年5月14日发射升空，并于1974年2月被抛弃。
Skylab
由于预算削减，美国没有启动计划中的第二个Skylab.相比之下，苏联一直沿轨道运行并成功占领了另外五个礼炮站，这一方案一直持续到1980年代中期。苏联在礼炮站系列之后，于1986年2月推出了模块化的核心部件 和平号空间站。随后几年，和平号空间站附加了附加的模块，这些模块配备了科学设备并扩大了居住空间。
联盟T-5和礼炮7
美国直到1984年才重新跟进Skylab,同时多国开始联盟建空间站。1988年，美国联合11个国家（加拿大，日本和9个欧洲国家）以实现空间站自由，但进展缓慢，因此于1993年邀请俄罗斯（其在1991年苏联解体后继承了苏联的大部分太空技术）参加该多国计划，更名为国际空间站（ISS）。在1990年代，又有三个国家加入进来，从而使这个16国项目成为有史以来最大的合作技术事业。
航天飞机：美国亲身论证灾难中的毁灭
1972年，美国国家航空航天局（NASA）获得了总统的批准，开发了一种可部分重复使用的运输工具，称为航天飞机。航天飞机由一个有翼轨道器，一个外部液体推进剂储罐和两个固体燃料火箭助推器组成。
1981年4月12日，美国航天飞机首次成功飞行。航天飞机表现出令人印象深刻的太空运行能力，包括修复和重新部署受损的卫星，其中最引人注目的是1993年哈勃太空望远镜的在轨维修。
但航天飞机每次发射耗资数亿美元，而不是1972年承诺的数千万美元。尽管航天飞机作为第一代可重复使用的运载火箭是一项了不起的技术成就，但计划将其用作唯一的运载工具美国的有效载荷被证明是一个重大的政策失误，其运营成本成为开展其他雄心勃勃的太空工作的障碍。
围绕航天飞机计划的乐观情绪于1986年1月28日公开破灭，当时挑战者轨道飞行器升空73秒后发生灾难性爆炸，当中七个船员全丧生。而2003年2月1日哥伦比亚号的事故，更是导致之后航天飞机的正式退役。
中国太空探索的发展
在中国军队和国防科学技术与工业委员会的共同控制下，中国的太空计划在很大程度上是秘密发展的。1949年共产党接管之后，曾在1940年代在GALCIT工作并帮助建立JPL的钱学森回到了中国，成为了中国导弹和运载火箭的发展的指导人物，这两种导弹和运载火箭最初都来自苏联的洲际弹道导弹。
中国开发了一系列的长征（“长征 ”）助推器，已在国内使用，并在国际商业航天发射市场中成为竞争对手。它的空间开发集中于民用和军用通信卫星和地球观测卫星等应用。
1993年，成立了独立的中国航空航天公司，后称中国航空航天科学技术公司，以监督大多数中国航天设备制造商，并成立了中国国家航天局来管理国家航天活动。
中国于1992年启动了自己的载人航天计划——神舟。经过四年的无人飞船测试，中国于2003年10月15日将中国第一位宇航员杨利伟送入了轨道。
放眼全球，中国是继前苏联和美国之后，实现人类太空飞行的第三个国家。
2008年9月27日下午，随着神舟七号飞船轨道舱舱门的徐徐开启，中国航天员翟志刚穿着中国研制的“飞天”舱外航天服进入茫茫太空，并挥舞国旗向人们致意。太空舞动的五星红旗告诉世界：中答国，正式成为第三个掌握出舱技术的国家。而此时，距中国决定实施载人航天工程只有16年。
本文参考资料为大英百科全书。