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La fusée Saturn V, utilisée pour les missions habitées américaines d'alunissage

Photographie numérisée de la Lune provenant de données obtenues pendant le survol d'un engin spatial

L'exploration spatiale est la découverte et l'exploration permanentes de corps célestes dans l'espace grâce à l'évolution et au développement constants de la technologie spatiale. Même si l'étude de l'espace est principalement menée par des astronomes grâce à des télescopes, l'exploration physique de l'espace est réalisée par des sondes robotiques (en) et par les vols spatiaux habités.

Bien que l'observation d'objets dans l'espace, également appelée astronomie, précède le début de l'Histoire connue, c'est le développement de grandes fusées relativement performantes au début du XXème siècle qui a rendu possible l'exploration spatiale physique. Les raisons couramment avancées en faveur de l'exploration spatiale comprennent : l'amélioration de la recherche scientifique, le prestige national, l'union de différents pays, l'assurance de la survie future de l'espèce humaine et le développement d'avantages militaires et stratégiques par rapport à d'autres pays.

L'exploration spatiale a souvent été utilisée comme une compétition intermédiaire lors de conflits géopolitiques tels que la guerre froide. Les débuts de la période d'exploration spatiale ont été favorisés par la « course à l'espace » entre l'Union soviétique (URSS) et les États-Unis. Le lancement du premier objet fabriqué par l’homme pour orbiter autour de la Terre le 4 octobre 1957 (le satellite soviétique Spoutnik 1) ainsi que le premier alunissage lors de la mission américaine Apollo 11 le 20 juillet 1969, sont souvent considérés comme des événements majeurs de cette période initiale. Le programme spatial soviétique a été le premier à réaliser certains événements marquants : le premier être vivant en orbite en 1957, le premier vol spatial habité (Youri Gagarine à bord du Vostok 1) en 1961, la première sortie extravéhiculaire (par Alexeï Leonov) le 18 mars 1965, le premier atterrissage automatique sur un autre corps céleste en 1966 et le lancement de la première station spatiale (Saliout 1) en 1971.

Après 20 ans d'exploration spatiale, l'attention s'est éloignée des vols uniques et de la compétition pour se porter sur du matériel renouvelable, telle que la navette spatiale américaine, ainsi que sur la coopération comme avec la Station spatiale internationale (ISS - International Space Station).

Après avoir terminé l'important assemblage de l'ISS, suite à la mission STS-133 en mars 2011, les États-Unis ont interrompu leur programme d'exploration spatiale. En 2009, le programme Constellation, un programme de l'administration Bush visant à retourner sur la Lune d'ici à 2020, a été jugé comme étant insuffisamment financé et irréaliste selon le rapport du Comité d'audit du programme spatial habité américain. L'administration Obama a proposé de modifier le programme Constellation en 2010 pour davantage se concentrer sur le développement de la capacité des missions habitées au-delà de l'orbite terrestre basse (LEO - Low Earth orbit). Elle envisage ainsi de prolonger l'activité de l'ISS après 2020, de transférer le développement des lanceurs pour les équipages de la NASA au secteur privé, de développer la technologie permettant de réaliser des missions au-delà de la LEO, comme aller au point L1 Terre-Lune, aller sur la Lune, aller au point L2 Terre-Soleil, sur des astéroïdes géocroiseurs, sur Phobos ou encore sur l'orbite de Mars.

Dans les années 2000, la République populaire de Chine a lancé avec succès un programme spatial habité, tandis que l'Union européenne (UE), le Japon et l'Inde planifiaient également de futures missions spatiales habitées. Au cours du XXIème siècle, la Chine, la Russie, le Japon et l'Inde ont été partisans de missions habitées pour aller sur la Lune. Quant à l’UE, au cours des XXème et XXIème siècles, elle militait pour des missions habitées pour se rendre à la fois sur la Lune et sur Mars.

À partir des années 1990, des intérêts privés ont commencé à promouvoir le tourisme spatial, puis l'exploration spatiale privée de la Lune (voir Google Lunar X Prize).

Historique de l'exploration au XXème siècle

Les obus des canons de Paris atteignaient une altitude de près de 40 km au cours de leurs vols suborbitaux

La plupart des vols orbitaux ont lieu dans les hautes couches de l'atmosphère, notamment dans la thermosphère (pas à l'échelle)

Chronologie de l'exploration du Système solaire (en).

En juillet 1950, la première fusée Bumper est lancée depuis Cap Canaveral, en Floride. La Bumper était une fusée à deux étages, composée d'un missile V2 et d'une fusée-sonde WAC CorporalWAC Corporal. Elle pouvait atteindre une altitude de près de 400 km, un record à cette époque. Lancée par la General Electric Company, cette fusée Bumper était principalement utilisée pour tester les systèmes de fusée et pour la recherche sur les hautes couches de l'atmosphère. Elle transportait de petites charges qui permettaient ainsi de mesurer certaines propriétés comme la température de l'air et les impacts de rayons cosmiques.

Les plus hauts projectiles connus antérieurs aux fusées des années 1940 étaient les obus des canons de Paris, un type de canon de siège allemand à longue portée, qui atteignirent une altitude de 40 km pendant la Première Guerre mondiale. Des scientifiques allemands ont été les premiers à vouloir envoyer un objet fabriqué par l'homme dans l'espace pendant la Seconde Guerre mondiale, alors qu'ils testaient le missile V2, devenu le 3 octobre 1942 le premier objet fabriqué par l'homme envoyé dans l'espace, avec le lancement de la fusée A4. Après la guerre, les États-Unis ont recruté des scientifiques allemands et récupéré leurs missiles afin d'améliorer leurs programmes de recherche militaire et civile. L'expérience scientifique sur le rayonnement cosmique, à l'aide d'un missile V2 lancé par les États-Unis le 10 mai 1946, a été la première à avoir eu lieu dans l'espace. Les premières images de la Terre depuis l'espace ont également été prises la même année, tandis que la première expérience animale (en) a vu des mouches être envoyées dans l'espace en 1947, ces deux expériences ont aussi été menées grâce à des missiles V2 modifiés lancés par les Américains. À partir de 1947, les Soviétiques, également aidés par des scientifiques allemands, ont lancé des missiles V2 suborbitaux, ainsi que leur propre version, le missile R1 (en) menant également des expériences sur les rayonnements et les animaux sur certains vols. Ces expériences suborbitales n'étaient faisables dans l'espace que pendant une courte période, ce qui limitait leur utilité.

Premiers vols

En 1957, Spoutnik 1 devient le premier satellite artificiel à orbiter autour de la Terre. Son périgée était de 215 km et il a atteint un apogée de 939 km. Il a rapidement été suivi de Spoutnik 2. Voir la liste du premier satellite lancé selon les pays (représentation de la maquette de Spoutnik)

Le module de commande et de service Apollo en orbite lunaire

Harrison Schmitt, un des astronautes de la mission Apollo 17, se tenant à côté d'un rocher dans la vallée de Taurus-Littrow.

Le premier lancement orbital réussi fut celui de la mission du satellite artificiel soviétique Spoutnik 1 ("Satellite élémentaire 1") le 4 octobre 1957. Le satellite pesait environ 83 kg et aurait orbité autour de la Terre à une altitude d'environ 250 km. Il était doté de deux émetteurs radio (20 et 40 MHz), qui émettaient des « bips » pouvant être entendus par les radios du monde entier. Une analyse des signaux radio a été utilisée pour recueillir des informations sur la densité des électrons de la ionosphère, tandis que les données concernant la température et la pression étaient encodées dans la durée des signaux radio. Les résultats ont montré que le satellite n'avait pas été percé par un météoroïde. Spoutnik 1 a été lancé par une fusée R-7. Il s'est désintégré le 3 janvier 1958, lors de son retour dans l'atmosphère.

Le deuxième satellite lancé par l'URSS en novembre 1957 fut Spoutnik 2 et transportait la chienne Laïka.

Ce succès a également contribué à l'avancée du programme spatial américain, mais qui a échoué à lancer un satellite Vanguard en orbite deux mois plus tard. Le 31 janvier 1958, les États-Unis ont réussi à lancer Explorer 1 en orbite sur une fusée Juno. Dans le même temps, la chienne soviétique Laïka était devenue le premier animal en orbite le 3 novembre 1957.