space exploration 又称空间探测。利用载人和不载人航天器对地球大气层外宇宙的各个领域进行探索研究。
卫星技术与多种科学技术的交叉和渗透，产生了一些新技术，如卫星通信、卫星气象遥感、卫星导航、卫星侦察等，这些技术统称为卫星应用技术，卫星应用技术在国民经济、国防建设、文化教育和科学研究等方面发挥着越来越重要的作用，其综合效益十分显著。航天技术主要通过卫星应用转化为直接生产力和国家实力。卫星应用系统是航天工程系统的组成部分，同时也深入众多的应用部门发展成为应用部门的新技术系统。
对火箭用于航天飞行的科学研究始于20世纪初期，以K . E . 齐奥尔科夫斯基(1903)、R
. H .戈达德(1919)和H . 奥伯特(1923)发表的著作最为著名。30年代初，德国对火箭推进技术进行了广泛研究，研制出V-2导弹。第二次世界大战后，美国和苏联在移居的德国科学家的帮助下，在高空火箭技术方面取得了实质性的进步。1957年10月4日苏联发射了第一颗人造地球卫星――“人造卫星”1号，并将其送入绕地球轨道。1958年1月31日美国发射第一颗地球卫星“探险者”1号。随后几年内两国发射了许多不载人航天器，其种类包括气象卫星、通信卫星和月球探测器。
太空探测的下一个重大步骤就是发射载人航天器。苏联科学家最先完成这一任务。1961年4月12日他们发射“东方”1号飞船，搭载航天员Y
. A . 加加林绕地球轨道飞行一圈。不到一个月之后美国于5月5日发射了第一艘载人航天器“水星”号，搭载航天员A . B .
小谢泼德在亚轨道飞行了15分钟。随后美苏两国进行了一系列长航时和复杂的载人太空飞行。“东方”号和“水星”号飞行表明人在太空失重情况下仍能工作，但两种航天器都不具备真正实用的机动能力。20世纪60年代中期美国的“双子座”和苏联的“上升”号计划标志着在双人甚至3人太空飞行、在飞行中与不载人目标飞行器交会和对接，以及航天员在航天器外几乎真空的环境下首次自由漂动（舱外活动）等方面有了巨大的进步。1969年7月20日美国航天员N
. A . 阿姆斯特朗和E . N . 奥尔德林离开“阿波罗”11号登月舱，成为第一批迈步踏上月球的人。随后的“阿波罗”飞行又进行了5次登月，其间航天员对月球表面进行了探测，收集了岩石和土壤样本，进行了各种科学实验。苏联没有进行载人登月飞行，但发射了许多月球探测器（“月球”号和“探测器”号），送回了重要的数据和土壤样本。例如“月球”16号于1970年9月在月球软着陆，采集土壤样本，用密封舱送回地面。苏联在70和80年代集中力量进行一系列“联盟”号飞行，其航天员多次与“礼炮”号轨道实验室对接并进入其中工作，“礼炮”号轨道实验室配有可以在地球轨道上长期进行科学实验和军事侦察的设备。
20世纪60和70年代间美国和苏联的科学家也利用不载人深空间探测器进行过雄心勃勃的行星研究。其中较为重要的飞行有在火星上着陆的“海盗”号探测器；飞经木星、土星和天王星的“旅行者”号探测器；探测金星表面的“金星”号探测器。“海盗”号着陆器于1976年成功地下降到火星表面，将火星表面详细的彩色图像发回地球，并对火星的土壤和大气层进行了分析。1979~1986年“旅行者”号飞经木星、土星和天王星，极大地丰富了人们对这些行星的科学知识，展现了它们的卫星、磁场和环系的新奇而又出人意料的特征。
轨道天文观测也是太空探测中至关重要的，它能够对遥远的宇宙物体进行观测而不受地球大气层的干扰和畸变效应的影响。例如利用1983年美国与英国、荷兰共同发射的不载人的“红外天文卫星”，人们已对远离太阳系的红外源了解了许多。同年苏联将称为“天文”的号一个先进的观察卫星送入地球轨道。“天文”卫星上装有一部法国研制的紫外望远镜，已对来自银河系内外的宇宙射线进行过研究。
载人实验航天站也用于进行科学研究。20世纪70年代初太空实验室上的美国航天员不仅对太阳现象进行过有价值的观察，而且还对长期处于太空零重力条件下人体有何反应进行过试验。80年代中期以前苏联航天员也在“礼炮”号航天站上进行过类似的试验。1986年苏联发射了更先进的“和平”号航天站，该航天站的核心部分是一个大型永久性的多乘员轨道装置，用于容纳各种扩充舱供航天员起居和安装研究设备。
70年代中期以来，美国集中力量研制航天飞机。这是一种像火箭一样起飞又像普通飞机一样着陆的可重复使用的航天器。航天飞机已广泛用于在地球轨道上施放和修理卫星，但根据计划，航天飞机最终将用于建造永久性轨道航天站。
1991年苏联解体为一群独立的共和国，俄罗斯继续其航天计划，但由于经济困难，其规模已大为减小。
