thumb|Primer paseo espacial estadounidense, realizado por el astronauta Ed White de la misión Gemini IV (3 de junio de 1965). La exploración espacial designa los esfuerzos del ser humano en estudiar el espacio y sus astros desde el punto de vista científico y de su explotación económica. Estos esfuerzos pueden involucrar tanto seres humanos viajando en naves espaciales como satélites con recursos de telemetría o sondas teleguiadas enviadas a otros planetas (orbitando o aterrizando en la superficie de estos cuerpos celestes).
La ciencia que estudia los vuelos espaciales y la tecnología relacionada con ellos se denomina astronáutica. Las personas que pilotan naves espaciales, o son pasajeros en ellas, se llaman astronautas (en Rusia: cosmonautas; en China: taikonautas). Técnicamente se considera astronauta a todo aquel que emprenda un vuelo suborbital (sin entrar en órbita) u orbital a como mínimo 100 km de altitud (considerado el límite externo de la atmósfera).
El cielo siempre ha atraído la atención y los sueños del ser humano. Ya en 1634 se publicó la que se considera primera novela de ciencia ficción, Somnium, de Johannes Kepler, que narra un hipotético viaje a la Luna. Más tarde, en 1865, en una famosa obra de ficción titulada De la Tierra a la Luna, Julio Verne escribió sobre un grupo de hombres que viajó hasta la Luna usando un gigantesco cañón.Verne, Jules. De la Tierra a la Luna. Editorial Porrúa 1987. En Francia, Georges Méliès, uno de los pioneros del cine, tomaba la novela de Verne para crear Le voyage dans la Lune (1902), una de las primeras películas de ciencia ficción en la que describía un increíble viaje a la Luna. En obras como La guerra de los mundos (1898) y El primer hombre en la Luna (1901), de H. G. Wells, también se concibieron ideas de exploración del espacio y de contacto con civilizaciones extraterrestres.Flynn, John L. War of the Worlds: from Wells to Spielberg. Galactic Books, 2005; p. 5.
Aún faltaba mucho para que el ser humano pudiera alcanzar el espacio exterior, pero este sueño se hizo realidad, en parte, a través de las ideas de estos visionarios y del trabajo de pioneros. Entre estos pioneros se debe recordar a los ingenieros aeronáuticos Pedro Paulet (Perú), Robert Hutchings Goddard (EE. UU.), Konstantin Tsiolkovsky (Rusia), Hermann Oberth (Alemania), y más recientemente Wernher von Braun (Alemania) y Serguéi Koroliov (Unión Soviética).
Observaciones primitivas del cielo
thumb|Nebulosa NGC 604, que es un cúmulo de estrellas, localizada en uno de los brazos en espiral de la galaxia M33, a 2.7 millones de años luz de distancia de la Tierra — foto tomada por el Telescopio Espacial Hubble Los astros siempre han sido objeto de observación y estudio para el ser humano. Aztecas,La leyenda de los cromos, Museo Soumaya, segunda edición. chinos, hindúes y otras civilizaciones como la mesopotámica, y pueblos como los griegosSeaman, Bill; Rössler, Otto E. (1 de enero de 2011). y los árabesKumar, Raj. Essays on Ancient India, p. 199. registraron a lo largo de la historia diversos eventos celestes, como eclipses solares y lunares y efectuaron medidas de los astros y de sus órbitas principalmente con el objetivo de mantener calendarios precisos. Los dos mayores astrónomos de la Antigüedad fueron Hiparco de Nicea y Ptolomeo.Toomer, G.J. (1996). «Ptolemy and his Greek Predecessors», en Astronomy before the Telescope, British Museum Press; p. 81. Estas primeras observaciones astronómicas se hacían totalmente a simple vista y, por lo tanto, eran limitadas. La invención del telescopio dio un gran impulso a la observación del cielo.
Inicio de la astronomía moderna
El telescopio tiene un origen controvertido, siendo su invención generalmente atribuida a Hans Lippershey, un fabricante de lentes neerlandés, en 1608.The history of the telescope Henry C. King, Harold Spencer Jones Publisher Courier Dover Publications , En 1609, el astrónomo italiano Galileo Galilei presentó uno de los primeros telescopios registrados por la historia (una «luneta»). De él obtuvo diversas observaciones astronómicas que sirvieron como fundamento a Nicolás Copérnico en su propuesta de modelo heliocéntrico del universo. Las observaciones de Galileo incluyeron el descubrimiento de las manchas solares, del relieve lunar y de los satélites galileanos de Júpiter, entre otros importantes descubrimientos.Gebler (1879, pp. 22-35).
Los primeros cohetes
thumb|upright|Lanzamiento de un cohete Mercury-Redstone. La tecnología necesaria para la exploración espacial estuvo disponible con la construcción de los primeros cohetes. Permiten poner en órbita satélites artificiales para estudio tanto de la Tierra como del espacio exterior. También permiten el envío de astronautas al espacio exterior. thumb|left|upright|Robert Hutchings Goddard y el primer vuelo de cohete impulsado por combustible líquido (gasolina y oxígeno), lanzado el 16 de marzo de 1926, en Auburn, Massachusetts, EE. UU.
Desde que los antiguos chinos inventaron la pólvora, se hacen experimentos con cohetes, pero fueron Pedro Paulet (Perú), Robert Hutchings Goddard (EE. UU.), Konstantin Tsiolkovsky (Rusia) y Hermann Oberth (Alemania) los pioneros en la concepción de cohetes. Estos científicos hicieron que la ciencia astronáutica diese sus primeros pasos. Pedro Paulet diseñó y construyó el primer motor cohete en 1897. El motor pesaba 2.5 kilogramos, tenía un empuje de 90 kg, experimentaba 300 explosiones por minuto y estaba impulsado por combustible de propelente líquido; un componente formado por peróxido de nitrógeno y gasolina. En 1902 Konstantin Tsiolkovsky diseñó una nave a retropropulsión para viajes interplanetarios guiándose en los diseños y el prototipo denominado «Autobólido» que en 1895 había diseñado Pedro Paulet Mostajo.
Así mismo en 1912, el profesor estadounidense Robert Goddard y el científico alemán Hermann Julius Oberth (en 1923) perfeccionaron sus motores experimentales basándose en la concepción inicial de Paulet. Goddard fue más lejos y construyó diversos cohetes pequeños. Se especializó en concebir y construir cohetes impulsados por combustible líquido. Varios de sus proyectos presentaban conceptos que hasta hoy son usados en los modernos cohetes, como por ejemplo la estabilización del vuelo con el uso de giroscopios.
De forma independiente, en la Alemania nazi, los ingenieros alemanes desarrollaban un proyecto que resultaría en el misil V‑2 Las V‑2 estaban impulsadas por alcohol (una mezcla del 75 % de alcohol etílico y un 25 % de agua) y oxígeno líquido. Los motoreses generaban un máximo de 72574 kgf de empuje, desarrollando una velocidad de 1341 m/s, con un radio de alcance de 321 a 362 km. Fueron usadas para bombardear París y Londres en 1944. El proyecto de los modernos cohetes le debe mucho a estos precursores.
El principio de funcionamiento del motor del cohete se basa en la tercera ley de Newton, la ley de la acción y reacción, que dice que «a toda acción le corresponde una reacción, con la misma intensidad, misma dirección y sentido contrarios». Así, el cohete se desplazará hacia arriba como reacción a la presión ejercida hacia abajo por los gases en combustión en la cámara de combustión del motor. Por eso este tipo de motor se llama de propulsión a reacción.
La carrera espacial
thumb|upright|Wernher von Braun
En la década de 1930, el entusiasmo con los cohetes era muy grande tanto en los EE. UU., con Goddard, como en la Unión Soviética. Con la derrota de Alemania en la Segunda Guerra Mundial, los EE. UU. y la Unión Soviética capturaron la mayoría de los ingenieros que trabajaron en el desarrollo de la V‑2 (véase también Operación Paperclip y Operación Osoaviajim). Cierto es que ellos fueron relevantes solo en el programa espacial de los EE. UU., ya que los capturados por la Unión Soviética no pasaban de ingenieros y técnicos de producción. Particularmente importante para los EE. UU. fue el reclutamiento de Wernher von Braun, uno de los principales proyectistas alemanes, oficial e ingeniero de la SS, que participó activamente en el programa de misiles balísticos de los EE. UU. y después de los primeros pasos del programa espacial estadounidense (habiendo sido, incluso, el líder del equipo que proyectó el lanzador Saturno V que llevó las naves Apolo a la Luna).
Históricamente, la exploración espacial comenzó con el lanzamiento del satélite artificial Sputnik por la Unión Soviética el 4 de octubre de 1957, en el Cosmódromo de Baikonur (base de lanzamiento de cohetes de la Unión Soviética), en Tyuratam, en Kazajistán. Este acontecimiento provocó una carrera espacial por la conquista del espacio entre la Unión Soviética y los Estados Unidos que culminó con la llegada de la humanidad a la Luna.
thumb|left|Transmisión de radio de la Sputnik
El primer ser vivo en el espacio no fue humano, sino la perra soviética Laika. Llegó al espacio en 1957 a bordo de la nave espacial Sputnik II, y murió pocas horas después, debido al calor en la reentrada. Diversos animales fueron usados en los inicios de la exploración espacial para probar el efecto de la radiación, de la ausencia de gravedad y de las condiciones del espacio exterior sobre los organismos vivos. Antes de la perra Laika, fueron las perras Albina y Tsyganka, usadas por la Unión Soviética en vuelos sub-orbitales. Por el lado de los Estados Unidos, los primeros primates fueron Albert 1 y Albert 2, que murieron en 1949 en la punta de cohetes V‑2 capturados en Alemania. Sputnik V, la última misión Sputnik, fue lanzada al espacio el 19 de agosto de 1960 con los perros Belka y Strelka, cuarenta hámsters, dos ratones y diversas plantas. Las misiones Korabl-Sputnik llevaron los perros Pchelka, Mushka, Chernuschka y Zviózdochka.
thumb|Sputnik 1, el primer satélite artificial de la historia.
El soviético Yuri Gagarin (1934‑1968) fue el primer ser humano en el espacio, en un vuelo orbital de 148 minutos, a bordo de la nave Vostok 1. El vuelo de Gagarin se efectuó el 12 de abril de 1961. En este vuelo dijo la famosa frase: «La Tierra es azul». La primera mujer en el espacio, fue la también soviética Valentina Tereshkova (1937‑), que el 16 de junio de 1963 dio 46 vueltas alrededor de la Tierra a bordo de la nave Vostok VI. El lanzamiento de la Sputnik y el envío de las primeras personas al espacio se deben, en gran medida, al ingenio del ingeniero soviético Serguéi Koroliov, el ingeniero-jefe del programa espacial soviético, que consiguió convencer a Nikita Jrushchov, líder de la Unión Soviética por aquel entonces, a invertir en el programa espacial. Fue él quien tuvo la idea de llevar (realmente) personas a la Luna.
Cuatro meses después del lanzamiento de la Sputnik I, los EE. UU. respondieron con su primer satélite, el Explorer I, el 31 de enero de 1958. El número de satélites artificiales terrestres y sondas espaciales lanzados por los EE. UU. y por la Unión Soviética se multiplicaron en los primeros años de la carrera espacial. A los Sputniks de la Unión Soviética les siguieron, además del Explorer I, las Vanguard I, II y III de los EE. UU., y una gran cantidad de satélites de comunicación, meteorológicos y espías. Alrededor de la mitad de la década de 1960 ambos, EE. UU. y Unión Soviética, habían lanzado tantos satélites que sería imposible indicarlos todos en un artículo generalista como este. Además de las Sputniks, los soviéticos habían lanzado 12 satélites de la serie Cosmos, y los EE. UU. habían lanzado 16 satélites Explorers y más de 38 satélites de reconocimiento Discoverer, solo por citar algunos.
thumb|left|Discurso de Kennedy thumb|left|Mensaje de Navidad de la tripulación del Apolo 8 desde el espacio