Als Weltraumforschung bezeichnet man die Wissenschaft und Technik des bemannten und unbemannten Raumfluges. Als Wissenschaft ist die Weltraumforschung interdisziplinär angelegt, da sie auf Erkenntnisse aus Mathematik, Physik, Astronomie, Chemie, Biologie, Medizin, Elektronik und Meteorologie zurückgreift.

Verschiedene Raumfahrtunternehmungen lieferten zahlreiche wissenschaftliche Daten und Erkenntnisse über das Wesen und den Ursprung des Sonnensystems und des Universums. Satelliten in der Erdumlaufbahn haben größtenteils militärische Aufgaben. Daneben fördern sie auch die zivile Kommunikation, ermöglichen bessere Wettervorhersagen und sind äußerst nützliche Navigationshilfen (z. B. GPS, siehe unten). Außerdem erkundet man mit Satelliten die Erdoberfläche. Dies erleichtert beispielsweise das Auffinden von Bodenschätzen. Militärischen Zwecken dienen u. a. Spionagesatelliten.

Das Weltraumzeitalter und die praktische Raumfahrt begannen mit dem Start von Sputnik 1 durch die damalige Union der Sozialistischen Sowjetrepubliken (UdSSR) im Oktober 1957. Der erste amerikanische Satellit, Explorer 1, startete im Januar 1958. Im Oktober 1958 wurde die NASA (National Aeronautics and Space Administration; US-Bundesbehörde für Luft- und Raumfahrt) gegründet. In den darauf folgenden zwei Jahrzehnten flogen mehr als 1 600 Raumflugkörper ins All. Die meisten davon wurden auf eine Erdumlaufbahn gebracht. Zwölf Astronauten betraten die Mondoberfläche und kehrten nach den Mondexpeditionen wieder zur Erde zurück. 1986 umkreisten mehrere tausend Raumfahrtobjekte die Erde – zumeist verbrauchte letzte Stufen von Trägerraketen und nicht mehr aktive Raumfahrzeuge. Die Zahl der noch funktionstüchtigen Raumschiffe lag damals bei etwa 300.

Der Übergang zwischen der Erdatmosphäre und dem Weltraum ist eher fließend. Die Luft in der oberen Atmosphäreschicht ist sehr dünn, da die Dichte der Luft mit der Höhe allmählich abnimmt. 30 Kilometer über dem Meeresspiegel beträgt der barometrische Druck nur 1/80 des Druckes, der auf Höhe des Meeresspiegels herrscht. In 60 Kilometern Höhe beträgt er 1/3 600 und in 90 Kilometern Höhe 1/400 000. Selbst in einer Höhe von 200 Kilometern verbleibt noch ausreichend Restatmosphäre, um künstliche Satelliten durch den aerodynamischen Luftwiderstand abzubremsen. Deshalb müssen Langzeitsatelliten eine höhere Umlaufbahn haben.

Mit normalen Maßstäben gemessen ist der Weltraum ein Vakuum. Jedoch enthält er sehr geringfügige Mengen an Gasen (z. B. Wasserstoff) und geringe Mengen an Staub von Meteoriten und Meteoren. Der Weltraum wird von Röntgenstrahlen, ultravioletter Strahlung, sichtbarem Licht und von Infrarotstrahlen durchzogen, die von der Sonne und zum Teil von Sternen aus dem interstellaren Raum stammen. Des Weiteren gibt es kosmische Strahlen, die hauptsächlich aus Protonen, Alpha-Teilchen und schweren Kernen bestehen.

Das universelle Gravitationsgesetz sagt aus, dass jedes Materieteilchen im Universum jedes andere Teilchen mit einer Kraft anzieht, die direkt proportional zu den Produkten aus ihren Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat des räumlichen Abstandes zwischen ihnen ist. Folglich nimmt die Gravitationskraft, die von der Erde auf alle Körper wirkt, mit dem Abstand von der Erde ab. Theoretisch betrachtet reicht das Gravitationsfeld bis ins Unendliche, d. h. die Gravitation hört nicht einfach irgendwo auf. Objekte in einem Raumschiff, das sich auf einer Umlaufbahn um die Erde (oder um einen beliebigen anderen Himmelskörper) bewegt, sind gewissermaßen gewichtslos. Sie unterliegen nicht den normalen Wirkungen der Schwerkraft.

Aerodynamische Kräfte, die z. B. auf die Tragflächen eines Flugzeugs wirken, halten es, der Schwerkraft entgegenwirkend, in der gewählten Flughöhe. Bei einem Raumflugkörper ist das nicht möglich. Deshalb muss ein Raumschiff auf eine entsprechende Umlaufbahn gebracht werden, damit es im Weltraum verbleibt. Flugzeuge fliegen in der Erdatmosphäre. Bei ihnen macht man sich z. B. Propeller oder Tragflächen für den An- und Auftrieb und bei Flugmanövern zunutze. Ein Raumflugkörper ist, was Antrieb und Manövrierfähigkeit betrifft, von der Rückstoßkraft seiner Raketentriebwerke abhängig. Wenn das Triebwerk in Aktion ist, verleiht die Rückstoßkraft dem Raumschiff einen Impuls in die entgegengesetzte Richtung.

Der Weltraum ist in vielerlei Hinsicht eine lebensfeindliche Umgebung. Es gibt dort keinen Sauerstoff, und in wenigen Sekunden kann das im Weltraum vorhandene Vakuum einen ungeschützten menschlichen Körper durch die Druckverminderung explosionsartig zerstören. Im Schatten eines Planeten nähern sich die Temperaturen dem absoluten Temperaturnullpunkt. Bei direkter Sonneneinstrahlung erreichen die Temperaturen im Weltraum hohe, lebensfeindliche Werte. Auch energiereiche Sonnen- und kosmische Strahlungen im Weltraum wirken ohne den Schutz der Erdatmosphäre tödlich. Diese Umweltbedingungen haben ebenfalls Auswirkungen auf die im Raumschiff verwendeten Instrumente und Geräte. Gestaltung und Bauart dieser Apparate müssen daher den Umweltbedingungen im Weltraum angepasst sein. Über lange Zeiträume wurden umfassende Experimente durchgeführt, um herauszufinden, welche nachteiligen Auswirkungen die Schwerelosigkeit auf Raumfahrer hat.

Vor den Weltraumbedingungen können Menschen auf verschiedene Weise geschützt werden. In der heutigen Zeit werden sie in einem hermetisch abgeschlossenen Kabinenraum untergebracht, der über eine Zufuhr von Druckluft oder Sauerstoff verfügt. Ein Weltraumanzug funktioniert nach einem ähnlichen Prinzip. In der Kabine versucht man, einen den Bedingungen auf der Erde nahekommenden Zustand zu erreichen. Dazu überwachen Klimaanlagen die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit. An der Außenhaut des Raumschiffes befinden sich absorbierende und reflektierende Flächen, mit deren Hilfe die von außen wirkende Wärmestrahlung reguliert wird. Weil die Erde von intensiven Strahlungsgürteln umgeben ist, müssen Weltraumflüge sorgfältig geplant werden. Bei sehr langen bemannten Weltraumflügen oder bei Langzeitsatelliten auf Erdumlaufbahnen vermindert man die Auswirkungen der Schwerelosigkeit durch eine ständige Drehbewegung des Raumflugkörpers um die eigene Achse. Dadurch lässt sich eine künstliche Schwerkraft schaffen.

Bereits in der Antike träumten die Menschen vom Fliegen. Diesen Traum findet man in nahezu allen Kulturen und Mythen wieder, u. a. in dem griechischen Mythos von Dädalus und Ikarus. In der später folgenden Literatur wurde dieses Thema immer wieder spielerisch behandelt (Sciencefiction; Lukian). 1865 beschrieb der französische Schriftsteller Jules Verne in seinem berühmten Roman Von der Erde zum Mond das Reisen durch den Weltraum. Bis ins 20. Jahrhundert hinein hielt der Traum vom Flug in den Weltraum unvermindert an, namentlich in den Werken des englischen Schriftstellers H. G. Wells, der 1898 Der Krieg der Welten und 1901 Die ersten Menschen im Mond veröffentlichte. In der jüngeren Vergangenheit wurde die Vorstellung vom Raumflug durch Sciencefiction-Literatur am Leben gehalten.

Zu den Zeiten, als die Reise in den Weltraum dem Reich der Phantasie angehörte, entwickelten Forscher aus verschiedenen Bereichen ein Verständnis für das Sonnensystem und das Universum. Im 7. und 6. Jahrhundert v. Chr. stellten die griechischen Philosophen Thales und Pythagoras fest, dass die Erde eine Kugel ist. Im 3. Jahrhundert v. Chr. erkannte der Astronom Aristarchos von Samos, dass die Erde sich um die Sonne dreht. Von Hipparchos von Nicäa wurden im 2. Jahrhundert v. Chr. Angaben über die Sterne und die Bewegungen des Mondes aufbereitet. In der gleichen Zeitepoche stellte Ptolemäus von Alexandria in seinem kosmischen Modell die Erde ins Zentrum des Sonnensystems. Dieses System ging als das Ptolemäische System in die Geschichte ein.

Etwa 1 400 Jahre nach Ptolemäus erklärte Nikolaus Kopernikus, dass die Planeten, einschließlich der Erde, um die Sonne kreisen. Im 16. Jahrhundert brachten die Beobachtungen des dänischen Astronomen Tycho Brahe entscheidende Impulse zur Formulierung der Gesetze über die Planetenbewegung. Diese wurden von Johannes Kepler in einem entscheidenden Schritt weiterentwickelt. Galileo Galilei, Edmond Halley, Sir William Herschel und Sir James Jeans waren weitere Astronomen, die wichtige Beiträge zur Astronomie und damit Grundlagen für die späteren Entwicklungen der Raumfahrt leisteten.

Auch Physiker und Mathematiker hatten einen wesentlichen Anteil an der Schaffung der Grundlagen der Raumfahrt. 1654 bewies der deutsche Physiker Otto von Guericke, dass ein Vakuum aufrechterhalten werden kann und widerlegte damit die alte Theorie, dass die Natur ein Vakuum "verabscheut". Ende des 17. Jahrhunderts formulierte Newton die universellen Gravitations- und Bewegungsgesetze. Die Newton’schen Bewegungsgesetze beinhalteten die wesentlichen Grundsätze, die für den Antrieb und die Umlaufbewegungen moderner Raumschiffe um einen Planeten maßgeblich sind.

Vorläufer des Raketenantriebs entstanden schon vor langer Zeit – meist zu militärischen Zwecken. Zunächst benutzte man Schwarzpulver als Treibstoff. Diese "Raketen" aus alter Zeit funktionierten ähnlich wie die heutigen Feuerwerksraketen. Im Jahr 1232 sollen in China bei der Verteidigung der Stadt Kaifeng gegen die Mongolen derartige Raketen zum Einsatz gekommen sein. Seit der Renaissance gibt es in der Literatur Hinweise auf den geplanten oder tatsächlichen Einsatz von Raketen in europäischen Kriegen. Bereits 1804 bildete die britische Armee ein Raketenkorps, das entsprechend ausgerüstet war. Diese Raketen hatten eine Reichweite von etwa 1 830 Metern.

In den Vereinigten Staaten war Robert Goddard der erste Pionier auf dem Gebiet des Raketenantriebs. Anfang der zwanziger Jahre begann er mit flüssigen Treibstoffen für Raketen zu experimentieren. Am 16. März 1926 schoss er erfolgreich die erste mit flüssigem Treibstoff angetriebene Rakete ab. Etwa im gleichen Zeitraum wurden in verschiedenen Teilen der Welt Experimente mit Raketenantrieben durchgeführt. Zwischen 1881 und 1885 entwarf beispielsweise der deutsche Erfinder Hermann Ganswindt sein feststoffgetriebenes "Weltenfahrzeug". Dieses Fahrzeug sollte sich im luftleeren Raum mit Hilfe von Dynamit fortbewegen. Konstantin Ziolkowskij, ein russischer Lehrer, veröffentlichte 1903 das Buch Eine Rakete in den Weltraum, in dem er den Einsatz flüssiger Treibstoffe für Raumschiffe vorschlug. 1923 erschien das Buch Die Rakete zu den Planetenräumen des deutschen Mathematikers und Physikers Hermann Oberth. Dieses Werk wurde von Walter Hohmann, einem deutschen Architekten, ergänzt, der 1925 Die Erreichbarkeit der Himmelskörper veröffentlichte, ein Buch, das die ersten detaillierten Berechnungen interplanetarer Umlaufbahnen enthielt.

Der 2. Weltkrieg lieferte den Anstoß für die Entwicklung weit reichender Raketen. So entwickelten beispielsweise die USA, die damalige UdSSR, Großbritannien und Deutschland gleichzeitig Raketen für militärische Zwecke. Bei der deutschen V-2 handelte es sich um eine Rakete mit flüssigem Treibstoff. Am Ende des Krieges nahm die US-Armee einige der V-2-Raketen mit zurück in die Vereinigten Staaten, wo man sie bei Forschungsexperimenten für vertikale Flüge einsetzte. Nach dem Krieg gingen einige deutsche Ingenieure in die UdSSR, andere, unter ihnen Walter Dornberger und Wernher von Braun in die USA.

Unbemannte Raumschiffe können je nach Verwendungszweck recht unterschiedliche Größen aufweisen. Diese reichen von wenigen Zentimetern bis zu mehreren Metern Durchmesser, wobei auch unterschiedliche Formen möglich sind. Raumschiffe ohne Besatzung sind mit funktechnischer Ausrüstung versehen, um einerseits Daten zur Erde zurückzusenden und andererseits die Position des Raumschiffes anzuzeigen.

Bemannte Raumschiffe müssen anspruchsvolleren Anforderungen als unbemannte Flugkörper genügen. In einem bemannten Raumschiff müssen Luft, Lebensmittel und Wasser, Navigations- und Lenkvorrichtungen sowie Kommunikationstechnik vorhanden sein, so dass die Astronauten Informationen senden und empfangen können. Ein entscheidendes Merkmal eines bemannten Raumschiffes ist der Hitzeschild. Er schützt Flugkörper und Besatzung beim Wiedereintritt in die Atmosphäre vor dem Verglühen.

Es gibt zwei Typen von Raketentriebwerken, mit denen Raumschiffe gestartet und angetrieben werden: Feststoffraketen, bei denen feste chemische Substanzen verbrannt werden, und Flüssigkeitsraketen, bei denen flüssige Treibstoffe und Oxydationsmittel in getrennten Tanks untergebracht sind. Die meisten Raketen, mit denen amerikanische Raumschiffe gestartet wurden, hatten mehrere Triebwerksstufen, wobei jede Stufe über eigenen Treibstoff verfügte. Sobald der Treibstoff einer Stufe verbraucht ist, löst sich die nun leere Stufe vom Raumschiff.

Da die Technologie beim Bau von Trägerraketen für Raumschiffe der von ballistischen Langstreckenraketen sehr ähnlich ist, waren die Vereinigten Staaten und die Sowjetunion von 1957 bis 1965 die einzigen Länder, die über die Möglichkeit verfügten, Satelliten zu starten. In den darauf folgenden Jahren starteten auch Frankreich, Japan, Indien und China technisch immer ausgereiftere Erdsatelliten. Im Mai 1984 begann die aus 13 Mitgliedern bestehende Europäische Weltraumorganisation (ESA) ihr eigenes Raumfahrtprogramm. Das Raumflugzentrum der ESA befindet sich in Kourou (Französisch-Guayana).

Raumflugkörper startet man von einer eigens dafür konstruierten Abschussrampe. Die Kapsel und die dazugehörige Trägerrakete werden vor dem Start eingehend inspiziert. Den gesamten Vorgang überwachen Ingenieure und Techniker im nahe gelegenen Kontrollzentrum. Sind alle Vorbereitungen abgeschlossen, werden die Raketentriebwerke gezündet und die Trägerrakete hebt mit dem Raumschiff ab.

Beim Wiedereintritt in die Atmosphäre muss das zurückkehrende Raumschiff vor dem Verglühen geschützt werden. Bei den Raumflügen im Rahmen der US-Programme Mercury, Gemini und Apollo löste man dieses Problem durch einen speziell dafür entwickelten Hitzeschild. Der Schild war an der Vorderseite der Landekapsel angebracht und bestand aus Metallen, Kunststoffen und keramischen Werkstoffen. Beim Wiedereintritt in die Atmosphäre schmolzen und verdampften diese Substanzen, wodurch die Hitze abgewehrt bzw. abgeleitet wurde. Der zum Schutz des Spaceshuttles entwickelte Schild ist im Prinzip eine Verkleidung des Fahrzeugrumpfes mit keramischen Fliesen. Vor der Entwicklung des Spaceshuttles, der auf einer Rollbahn landet (siehe "Spaceshuttle" weiter unten), erfolgte die Landung aller bemannten US-Raumschiffe mit Hilfe von Fallschirmen im Meer. Die Astronauten und die Kapsel wurden per Hubschrauber geborgen und an Bord wartender Marineschiffe gebracht. Russische Raumschiffe landeten ebenfalls mit Hilfe von Fallschirmen, allerdings an Land – meist an verschiedenen Orten Sibiriens.

Die Umlaufbahn um die Erde kann kreisförmig oder elliptisch sein. Auf einer kreisförmigen Umlaufbahn bewegt sich ein künstlicher Satellit mit gleich bleibender Geschwindigkeit. Je größer sein Abstand von der Erde ist, desto niedriger ist seine Geschwindigkeit von der Erde aus gesehen. Liegt die Flugbahn eines Satelliten 35 800 Kilometer über dem Äquator, bezeichnet man diese Bahn als geostationär. Der Satellit bewegt sich auf einer geosynchronen Umlaufbahn, wenn er zusätzlich genau dieselbe Geschwindigkeit hat wie die Erde, so dass er in einer festen Position über einer bestimmten Stelle auf dem Äquator bleibt. Die meisten Nachrichtensatelliten befinden sich auf solchen Umlaufbahnen.

Auf einer elliptischen Umlaufbahn ist die Geschwindigkeit veränderlich. Im so genannten Perigäum (Erdnähe) ist sie am höchsten und im Apogäum (Erdferne) am niedrigsten. Den Winkel zwischen der Ebene der Bahn und der Äquatorebene nennt man Bahnebenenneigung. Eine polare Umlaufbahn verläuft über Nord- und Südpol, d. h. die Satellitenbahn schneidet die Erdrotationsachse. Eine äquatoriale Umlaufbahn liegt über dem Äquator.

Unterhalb eines Satelliten, in einer polaren Umlaufbahn, dreht sich die Erde in 24 Stunden einmal um die eigene Achse. So kann ein Wettersatellit auf einer polaren Umlaufbahn an einem Tag die meteorologischen Bedingungen des gesamten Globus von Pol zu Pol beobachten. Hat die Umlaufbahn eine andere Bahnebenenneigung, so wird ein kleinerer Teil der Erde erfasst, wobei die Gebiete um die Pole herum ausgespart bleiben.

Solange die Umlaufbahn eines Flugkörpers im Vakuum des Weltraumes verläuft, wird sich der Körper ohne Antriebskraft auf dieser Umlaufbahn weiterbewegen, da keine abbremsenden Reibungskräfte vorhanden sind. Verläuft jedoch ein Teil oder aber die gesamte Umlaufbahn durch die Erdatmosphäre, wird der Körper durch den aerodynamischen Luftwiderstand verlangsamt. Dadurch sinkt seine Umlaufbahn immer tiefer, bis der Körper wieder vollständig in die Atmosphäre eingetreten ist und schließlich wie ein Meteorit auf die Erdoberfläche herabstürzt.

Den ersten künstlichen Erdsatelliten, Sputnik 1, startete die ehemalige Sowjetunion am 4. Oktober 1957. Sputnik Zemli, was "Reisebegleiter der Welt" heißt, ist der vollständige russische Name für einen künstlichen Satelliten, der die Erde bei ihrer Reise um die Sonne begleitet.

Sputnik 1 bestand aus einer Aluminiumkugel mit 58 Zentimetern Durchmesser und wog 83 Kilogramm. Er umkreiste die Erde in 96,2 Minuten. Auf seiner elliptischen Umlaufbahn erreichte Sputnik 1 ein Apogäum von 946 Kilometern und ein Perigäum von 227 Kilometern. In der Kugel befanden sich Geräte, die 21 Tage lang Daten über kosmische Strahlen, Meteoriten und die Dichte und Temperatur der oberen Atmosphäreschichten sendeten. Nach Ablauf von 57 Tagen trat der Satellit wieder in die Atmosphäre ein und verglühte.

Auch der zweite künstliche Satellit war ein sowjetischer Raumflugkörper, mit dem Namen Sputnik 2. Er wurde am 3. November 1957, mit einer Hündin namens Laika an Bord, gestartet und übermittelte die ersten biomedizinischen Messergebnisse aus dem Weltraum. Nach 162 Flugtagen trat Sputnik 2 wieder in die Atmosphäre ein und verglühte wie Sputnik 1.

Als Sputnik 2 sich noch auf seiner Umlaufbahn befand, starteten die Vereinigten Staaten am 31. Januar 1958 ihren ersten Erdsatelliten, Explorer 1, von Cape Canaveral (von 1963 bis 1973 hieß es Cape Kennedy). Der zylinderförmige Satellit wog 14 Kilogramm, hatte einen Durchmesser von 15 Zentimetern und war 203 Zentimeter lang. Explorer 1 übermittelte 112 Tage lang Messergebnisse über kosmische Strahlen und Mikrometeoriten und lieferte die ersten durch Satelliten gewonnenen Daten, die zur Entdeckung der Van-Allan-Strahlungsgürtel führten.

Am 17. März 1958 starteten die Vereinigten Staaten ihren zweiten Satelliten, Vanguard 2. Die genaue Untersuchung der Abweichungen auf seiner Umlaufbahn ergab, dass die Erde keine regelmäßige Kugelgestalt besitzt und an den Polen abgeflacht ist. Mit Hilfe von Sonnenenergie übermittelte der Satellit mehr als sechs Jahre lang Signale. Vanguard 2 folgten der amerikanische Satellit Explorer 3, der am 26. März 1958 gestartet wurde, und der am 15. Mai gestartete sowjetische Satellit Sputnik 3. Der 1 327 Kilogramm schwere sowjetische Satellit führte bis zu seiner Zerstörung im April 1960 Messungen der Sonnenstrahlung, kosmischer Strahlen, von Magnetfeldern und anderen Erscheinungen im Weltraum durch.

Als nächster Nachbar der Erde war der Mond das Ziel vieler Weltraumflüge. Die ersten Versuche der Vereinigten Staaten und der ehemaligen Sowjetunion mit Mondsonden im Jahr 1958 schlugen fehl. Die am 12. September 1959 gestartete russische Luna 2 erreichte 36 Stunden später den Mond. Seit jenem Tag wurden von beiden Staaten viele Raumflugkörper zum Mond geschickt, allerdings mit unterschiedlichen Ergebnissen. Luna 3 startete am 4. Oktober 1959. Die Sonde lieferte die ersten Aufnahmen der von der Erde abgewandten Seite des Mondes. Der amerikanische Satellit Ranger 7 startete am 28. Juli 1964. Unmittelbar vor dem Auftreffen auf der der Erde zugewandten Mondseite übertrug Ranger 7 4 316 Fernsehbilder von der Mondoberfläche aus Höhen von 1 800 Kilometer bis etwa 300 Meter und übermittelte den Menschen die ersten Nahaufnahmen vom Mond.

Im Januar 1966 gelang Luna 9 die erste weiche Mondlandung, d. h. sie landete, ohne dabei zerstört zu werden. Am 30. Mai desselben Jahres folgten die USA mit Surveyor 1, der ebenfalls weich auf dem Mond landete. Surveyor 1 sendete 11 150 photographische Nahaufnahmen zur Erde zurück.

Abgesehen von den gesammelten wissenschaftlichen Informationen konzentrierte sich das Interesse bei den Mondflügen in großem Maße auf das Programm, einen Menschen auf dem Mond landen zu lassen. Zu diesem Zweck unternahmen die Amerikaner eine Reihe weiterer unbemannter Flüge, zu denen auch die weichen Landungen der Sonden Surveyor 3 und 5 im Jahr 1967 gehörten. Beide Mondsonden übermittelten nach jeweils zwei Tagen Flug eine Vielzahl von Fernsehbildern von der Mondoberfläche. Surveyor 3 entnahm Proben des Mondbodens und verfügte über eine Fernsehkamera. Surveyor 5 nahm eine chemische Analyse der Mondoberfläche vor, wobei eine Alphateilchenstreutechnik zur Anwendung kam. Das war die erste Analyse eines außerirdischen Himmelskörpers vor Ort.

Eine weitere Mondsonde war der amerikanische Lunar Orbiter. 1966 und 1967 umkreisten fünf Mondorbiter den Erdtrabanten und funkten Tausende von Photos zur Erde. Mit Hilfe dieser Photos wurden Landeplätze für das Mondlandeprogramm Apollo ausgewählt.

Nennenswert sind noch zwei weitere unbemannte, automatisierte Mondsonden der ehemaligen Sowjetunion. Luna 16 landete im September 1970 auf dem Mond und schickte 113 Gramm Mondgestein in einem versiegelten Behälter zur Erde zurück. Im November 1970 brachte die Mondsonde Luna 17 den Lunochod 1, ein selbstfahrendes Mondfahrzeug, auf den Mond. Lunochod 1 war mit einer Fernsehkamera und Sonnenbatterien ausgerüstet. In der Zeit von zehn Mondtagen legte das von der Erde aus gesteuerte Fahrzeug 10,5 Kilometer auf dem Mond zurück und übermittelte Fernsehbilder und wissenschaftliche Daten. 1973 wiederholte Luna 21 mit Lunochod 2 diese Leistung.

Als die Trägerraketen (Raketentriebwerke) und die wissenschaftlichen Messgeräte immer zuverlässiger wurden, entwickelte man eine große Vielfalt von Satelliten. Die Wissenschaftler waren darauf bedacht, Daten zu sammeln und genaue Untersuchungen der Sonne, anderer Sterne, der Erde und des Weltraumes vorzunehmen. Da die Erde von der Atmosphäre umgeben ist, ist es nicht möglich, solche Daten von der Erdoberfläche aus zu erhalten. Dies gelingt allenfalls mit Forschungsballons in sehr großen Höhen.

In den Vereinigten Staaten wurden viele astronomische Satelliten gestartet. Seit 1962 untersuchen z. B. die Orbiting Solar Observatories (OSO) die ultraviolette, die Röntgen- und die Gammastrahlung der Sonne. Satelliten der Pioneer-Serie führten Untersuchungen der kosmischen Strahlung, des Sonnenwindes und der elektromagnetischen Eigenschaften des Weltraumes durch. Die Orbiting Astronomical Observatories (OAO) beobachten die stellare Strahlung und die Orbiting Geophysical Observatories (OGO) untersuchen die Beziehungen zwischen der Sonne, der Erde und ihrer Umgebung. Mit dem Infrarot-Astronomie-Satelliten (IRAS), einem britisch-amerikanischen Gemeinschaftsprojekt, das 1983 gestartet wurde, untersuchte man die bisher verborgenen Regionen unserer Galaxis.

Das Hubble-Weltraumteleskop wurde 1990 mit der Raumfähre Discovery gestartet. Schon bald nach Beginn des Betriebs des Weltraumteleskops entdeckte man, dass der Hauptspiegel aufgrund eines Herstellungsfehlers einen systematischen Abbildungsfehler aufwies. Aber die Astronauten an Bord der Raumfähre Endeavor reparierten das Hubble-Weltraum-Teleskop im Dezember 1993. Bereits vor seiner Reparatur übertrug das Teleskop wertvolle Bilder zur Erde, einige davon zeigten vorher nie beobachtete Phänomene. Im Februar 1997 wurde das zwölf Tonnen schwere Teleskop erneut von sieben Astronauten der Raumfähre Discovery gewartet. Es wurden zwei neue Instrumente eingebaut, die die Abbildungsschärfe des Teleskops verbessern sollen. Außerdem wurden ein Spektrometer und ein Spektrograph installiert.

Im Allgemeinen unterteilt man diese Satelliten in drei Gruppen: Nachrichten-, Umwelt- und Navigationssatelliten.

Umweltsatelliten beobachten die Erde und die Atmosphäre und übermitteln Bilder für eine Vielzahl von Aufgabenstellungen. Wettersatelliten liefern täglich Messergebnisse von Temperaturen und Übertragungen von Wolkenfeldern. Als ein Beispiel sei der Sychronous Meteorological Satellite (SMS) genannt. Von einer stationären Umlaufbahn aus sendet er in 30-Minuten-Abständen Bilder eines großen Gebietes der Erdoberfläche. Zwei SMS können einen ganzen Kontinent und die angrenzenden Meeresgebiete erfassen.

Die Satelliten der US-Landsat-Serie beobachten die Erde mit optischen Multispektralabtastern und übermitteln die Daten an Bodenstationen. Die in Farbbilder umgewandelten Aufnahmen enthalten Daten aus den verschiedensten Bereichen. Dazu gehören Informationen über Bodenbeschaffenheiten, Wasser- und Eismengen, Wasserverschmutzungen im Küstenbereich, Salzgehalt sowie Insektenschäden an Ernten und Wäldern. Sogar Waldbrände können von Erdumlaufbahnen aus entdeckt werden. Untersuchungen von Falten und Brüchen in der Erdkruste unterstützen das Auffinden von Öl- und Minerallagerstätten. Noch genauere Bilder von der Erde als die der Landsat-Serie werden von SPOT (Système Probatoire pour Observation de la Terre), einem europäischen Satelliten, der 1985 gestartet wurde, übertragen.

Mit Erdbeobachtungssatelliten nimmt man Bilder von militärischer Bedeutung auf. Damit lassen sich z. B. atomare Explosionen, Startrampen für ballistische Raketen sowie Schiffs- und Truppenbewegungen registrieren. In den achtziger Jahren schlugen die USA vor, ein satellitengestütztes System zur Abwehr ballistischer Raketen auf der Grundlage der Lasertechnologie zu entwickeln (siehe Strategic Defence Initiative; SDI). Der Vorschlag löste heftige internationale Kritik aus. Er wurde Anfang der neunziger Jahre stark abgewandelt.

Navigationssatelliten bilden einen bekannten, die Erde umkreisenden Bezugspunkt, mit dessen Hilfe Schiffe und Unterseeboote ihre Position fast metergenau feststellen können.

Eine neues, digitales Navigationssystem, das nach dem Ende des Kalten Krieges von militärischer Seite für zivile Zwecke freigegeben wurde, ist das Global Positioning System (GPS). Damit ist weltweit eine Positionsbestimmung auf zehn bis hundert Meter möglich. Voraussetzung ist, dass die Signale von mindestens drei Satelliten empfangen werden. Signale weiterer Satelliten erhöhen die Genauigkeit. Da die Empfangsgeräte mittlerweile recht preisgünstig sind, können sich damit auch Segler, Bergsteiger oder allgemein Reisende in abgelegenen Gegenden orientieren. Die militärische Variante dieses Systems liefert genauere Werte (bis auf einen Meter), das Signal für den zivilen Bereich wird aber noch gestört. Doch die erreichte Genauigkeit ist für die meisten Zwecke ausreichend.

Außer auf dem Mond landeten Raumsonden auch auf dem Mars und der Venus. Außerdem flogen einige Sonden an den Planeten, ausgenommen Pluto, vorbei. Dabei untersuchten sie auch Kometen und den Weltraum außerhalb der Planetenbahnen, aber noch innerhalb des Sonnensystems. Erste Erkundungen des Weltraums außerhalb des Sonnensystems (der Heliosphäre) könnten in den nächsten Jahren Wirklichkeit werden.

Im Mai 1971 startete die ehemalige Sowjetunion zwei Sonden, Mars 2 und Mars 3, die zwar eine Bruchlandung auf dem Mars machten, aber noch für kurze Zeit Daten übermittelten. Im August 1973 wurden Mars 4, 5, 6 und 7 gestartet, allerdings waren diese Missionen von verschiedenen technischen Pannen geprägt. 1988 entsandte die UdSSR zwei Sonden, Phobos 1 und 2, die auf dem Marsmond Phobos landen sollten. Die erste ging durch menschliches Versagen verloren, zu der zweiten Sonde brach der Funkkontakt ab.

Im Rahmen des US-Programms wurde im Mai 1971 Mariner 9 gestartet. Von November 1971 bis Oktober 1972 umkreiste er den Mars und übermittelte eine ausreichende Menge Photos, um daraus eine fast vollständige Karte von diesem Planeten anzufertigen. Im August bzw. September 1975 begannen Viking 1 und 2 eine elfmonatige Reise zum Mars. Beide Marssonden beförderten Landegeräte, die mit chemischen Labors und Geräten zur Erkundung von Leben, mit zwei Farbfernsehkameras, mit Wetter- und mit seismographischen Instrumenten sowie einem einziehbaren Drei-Meter-Greifer ausgestattet waren. Die Greifarme der Sonden ließen sich von der Erde aus bedienen und funktionierten über mehrere Jahre einwandfrei.

1996 sind nach einer Pause von 20 Jahren erstmals wieder Raumsonden zum Mars gestartet. Die russische Sonde Mars 96 verglühte allerdings nach dem mißlungenen Start der Trägerrakete Proton in der Erdatmosphäre. Die amerikanische Sonde Pathfinder soll 1997 den mit Sonnenernergie betriebenen Roboter Sojourner auf der Marsoberfläche landen lassen, der unter anderem die Marsoberfläche mit einer Stereokamera photographieren, Analysen des Gesteins und Messungen der Atmosphäre vornehmen soll. Die amerikanische Sonde Global Surveyor soll 1998 in eine Umlaufbahn um den Mars schwenken und Wetterberichte vom Mars zur Erde funken.

Anfang der siebziger Jahre gelang es russischen Raumsonden erstmals, die dichte, wolkenverhangene Atmosphäre der Venus zu durchdringen. Im August 1970 wurde Venera 7 gestartet, die lange genug funktionierte, um 23 Minuten lang Temperaturangaben zu übermitteln. Die zwei Jahre später gestartete Raumsonde Venera 8 sendete Daten von der Planetenoberfläche, u. a. von vor Ort untersuchten Bodenproben. Im Oktober 1975 brachten Venera 9 und 10 Landegeräte auf die Oberfläche, die beide eine Stunde lang arbeiteten und die ersten Photos von der Venusoberfläche übertrugen. 1978 koppelten Venera 11 und 12 Sonden ab, die am 25. bzw. 21. Dezember auf der Venus landeten. Beide Sonden registrierten einen Druck von 8 900 Kilopascal (88 Atmosphären) und eine Oberflächentemperatur von 460 °C. Am 1. bzw. 5. März 1982 landeten Venera 13 und 14 auf der Venus. Sie übertrugen Photos von der Planetenoberfläche und analysierten die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre und des Bodens. Am 10. und 14. Oktober 1983 flogen Venera 15 und 16 auf eine Venusumlaufbahn und übermittelten Radaraufnahmen, und im Juni 1985 schickten Vegas 1 und 2, die auf dem Weg zum Halleyschen Kometen waren, vier Sonden in die Venusatmosphäre.

Von den USA wurden am 20. Mai bzw. 8. August 1978 der Orbiter Pioneer Venus 1 und der aus fünf atmosphärischen Sonden bestehende Pioneer Venus 2 gestartet. Sie erreichten die Venus am 5. bzw. 9. Dezember. Der Orbiter erfasste fast die gesamte Venusoberfläche kartographisch, und die Sonden analysierten die Zusammensetzung und Bewegung der Atmosphäre und ihr Zusammenwirken mit dem Sonnenwind. Von einem Spaceshuttle aus wurde 1989 die Magellan-Sonde zur Venus geschickt, die im August 1990 die ersten Radaraufnahmen von der Planetenoberfläche sendete.

Als die Vereinigten Staaten im Oktober 1973 die Raumsonde Mariner 10 auf eine Reise durch das innere Sonnensystem und zum Merkur schickten, wurde der der Sonne nächste Planet einer Untersuchung unterzogen. Im Februar 1974 passierte Mariner 10 die Venus und nutzte deren Anziehungskraft, um auf eine ganz bestimmte Sonnenumlaufbahn zu gelangen. Im März kam die Sonde dem Merkur bis auf 692 Kilometer nahe und lieferte die ersten Ansichten der mondähnlichen, von Kratern durchzogenen Oberfläche des Planeten. Während der zweiten Begegnung mit Merkur im September entdeckte man ein völlig unerwartetes Magnetfeld. Bei seiner dritten und letzten Begegnung im März 1975 kam Mariner 10 dem Planeten bis auf 317 Kilometer nahe.

Die 1972 und 1973 gestarteten US-Raumsonden Pioneer 10 und 11 durchquerten sicher den unerforschten Asteroidengürtel hinter dem Mars und flogen im Dezember 1973 bzw. Dezember 1974 am Jupiter vorbei. Die zwei 258 Kilogramm schweren Sonden passierten den Planeten mit einem Abstand von 130 400 Kilometern bzw. 46 700 Kilometern. Pioneer 10 setzte seinen Flug aus dem Sonnensystem hinaus fort. Es war das erste Raumschiff, das jemals in den interstellaren Weltraum geschickt wurde. Man rechnet damit, dass es in etwa 80 000 Jahren auf den ersten Stern treffen wird. Im September 1979 flog Pioneer 11 am Saturn vorbei.

Die im Jahr 1977 gestarteten Sonden Voyager 1 und 2 erreichten das Jupitersystem im März bzw. Juli 1979, führten eine Vielzahl von Messungen durch und nahmen zahlreiche Photos auf. Anschließend flogen die Raumsonden im November 1980 bzw. im August 1981 weiter zum Saturnsystem.

Nach dem Aufenthalt beim Saturn wurde Voyager 2 in Richtung Uranus gelenkt. Im Januar 1986 flog die Sonde mit einem Abstand von 80 000 Kilometern an dem wolkenbedeckten Planeten vorbei, wobei man vier weitere Ringe und zehn neue Monde entdeckte. Dem einen Mond, Miranda, kam die Sonde sogar näher und übermittelte Aufsehen erregende Bilder dieses eisigen Himmelskörpers. Dann flog Voyager 2 in Richtung Neptun weiter. Im August 1989 passierte Voyager 2 diesen Planeten in einer Entfernung von 5 000 Kilometern. Dabei entdeckte man weitere sechs Neptunmonde, bevor die Sonde endgültig den Bereich der Planetenbahnen verließ.

Die Raumsonden Pioneer 10 und 11 sowie die Sonden Voyager 1 und 2 befinden sich zur Zeit außerhalb des Bereichs der Planetenbahnen, aber noch innerhalb der Heliosphäre, also eines Raumes mit geladenen Teilchen des Sonnensystems (das sind vor allem Elektronen, Protonen, Heliumkerne und schwere Ionen). Dieser Einflussbereich der Sonne endet, wahrscheinlich diskontinuierlich, an der so genannten Heliopause. Jenseits dieser Diskontinuität beginnt der interstellare Raum. Da sich diese Räume einer direkten Erforschung entziehen, setzt die Forschung nun große Erwartungen in die Raumsonden, die wahrscheinlich innerhalb der nächsten zehn Jahre die Heliopause erreichen werden. Danach werden der Forschung erstmals direkte Messungen des interstellaren Raumes zur Verfügung stehen. Die Sonden besitzen für die Kommunikation mit den Bodenstationen große Parabolantennen (Pioneer mit einem Durchmesser von 2,75 Metern, Voyager von 3,70 Metern). Wegen der riesigen Entfernungen ist der Datenfluss aber schon stark ausgedünnt: Pioneer sendet zur Zeit mit 16 Bit (das sind 2 Zeichen) pro Sekunde, das entspricht etwa der Datenübertragungsgeschwindigkeit beim Morsen. Die Voyager-Sonden senden ihre Daten zur Zeit mit 160 Bit pro Sekunde.

Noch vor Ablauf eines Jahres nach den ersten Erfolgen kleiner künstlicher Satelliten in den Jahren 1957 bzw. 1958 entwickelten sowohl die USA als auch die damalige Sowjetunion Programme zur Entsendung von Menschen in Erdumlaufbahnen. Von beiden Staaten wurden Hunde und Primaten auf Umlaufbahnen gebracht, um die Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf Lebewesen zu untersuchen.

Der Kosmonaut Juri A. Gagarin war der erste Mensch im Weltraum. An Bord von Wostok 1 umkreiste er am 12. April 1961 einmal die Erde. Während seines eine Stunde und 48 Minuten dauernden Fluges erreichte er ein Apogäum von 327 Kilometern und ein Perigäum von 180 Kilometern. Seine Kapsel landete wohlbehalten in Sibirien. In den folgenden zwei Jahren wurden fünf weitere Wostok-Flüge absolviert. Pilot von Wostok 6 war Valentina Tereschkowa, die erste Frau im Weltraum. Sie startete am 16. Juni 1963 und umkreiste insgesamt 48-mal die Erde.

In der Zwischenzeit riefen die Amerikaner das Mercury-Programm ins Leben. Am 5. Mai 1961 war Alan B. Shepard jun. der erste Amerikaner im Weltraum. Das Raumschiff des Mercury-Programms mit Namen Freedom 7 flog auf einer ballistischen Flugbahn und absolvierte einen 15-minütigen suborbitalen Flug. Am 21. Juli folgte ein ähnlicher Flug mit Virgil I. Grissom an Bord. Am 20. Februar 1962 umrundete John H. Glenn jun. als erster amerikanischer Astronaut die Erde. Er absolvierte insgesamt drei Erdumrundungen. 1962 und 1963 wurden von M. Scott Carpenter, Walter M. Schirra jun. und Leroy Gordon Cooper jun. drei weitere Flüge durchgeführt.

Woschod war eine veränderte Variante des Wostok-Raumschiffes, die darauf ausgerichtet war, zwei oder drei Kosmonauten unterzubringen. Am 12. Oktober 1964 umkreisten die Kosmonauten Wladimir M. Komarow, Boris B. Jegorow und Konstantin P. Feoktistow an Bord der Woschod 1 15-mal die Erde. In jenem Jahr war das der einzige bemannte Flug, mit dem die Gesamtzahl der Aufenthaltsstunden sowjetischer Kosmonauten im Weltraum auf 455 anstieg. Zu jenem Zeitpunkt waren die amerikanischen Astronauten insgesamt 54 Stunden lang im Weltraum geblieben. Am 18. März 1965 starteten die Kosmonauten Pawel I. Beljajew und Alexej A. Leonow mit Woschod 2. Während des Fluges mit 17 Erdumrundungen unternahm Leonow den ersten Spaziergang im Weltraum, das war die erste Aktion außerhalb eines Raumschiffes. Er verließ das Raumschiff und ließ sich an einem Seil treiben.

Mit dem Gemini-Programm der USA sollte die für den Flug zum Mond notwendige Technologie entwickelt werden. Im Mai 1961 hatte der damalige US-Präsident John F. Kennedy das Apollo-Programm in Gang gesetzt. Mit diesem Programm war geplant, "vor Ablauf des Jahrzehnts" einen Menschen auf dem Mond landen zu lassen und ihn wohlbehalten zur Erde zurückzuholen. Die Gemini-Raumschiffe beförderten zwei Astronauten. Sie sollten über längere Zeiträume arbeiten und Techniken zur Begegnung mit anderen Raumschiffen und ihrer Ankopplung auf Umlaufbahnen entwickeln. Die Gemini-Flüge wurden 1965 bis 1966 realisiert.

Während des Fluges von Gemini 4 war Edward H. White II. der erste US-Astronaut, der das Raumschiff verließ. Unter Verwendung eines düsengesteuerten Gerätes mit Druckgas verbrachte er 21 Minuten im Weltraum. Als sich im Dezember 1965 Gemini 6 und 7 zur gleichen Zeit auf einer Umlaufbahn befanden, begegneten sie sich mit einem Abstand von wenigen Metern. Nach 20 Stunden auf einer Erdumlaufbahn landete Gemini 6 mit Schirra und Thomas P. Stafford. Gemini 7, mit Frank Borman und James A. Lovell jun. an Bord, setzte den Flug fort und verblieb insgesamt 334 Stunden auf der Umlaufbahn. Mit diesem fast 14-tägigen Flug wurden medizinische Daten über den Aufenthalt von Menschen im Weltraum gesammelt, die für die Sicherung des zehntägigen Apollo-Fluges zum Mond notwendig waren. Des Weiteren demonstrierte der Flug die Zuverlässigkeit der Systeme, z. B. der Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoff-Zellen. Bei den Flügen von Gemini 10, 11 und 12 wurden wiederholt die Begegnung und das Ankoppeln mit einem Zielfahrzeug durchgeführt.

Als der letzte Gemini-Flug im November 1966 abgeschlossen war, hatte sich die Gesamtzahl der Aufenthaltsstunden der US-Astronauten im Weltall auf 2 000 erhöht, womit die Gesamtzahl der sowjetischen Stunden übertroffen wurde. Außerdem hatten sich die Amerikaner insgesamt zwölf Stunden außerhalb von Raumschiffen aufgehalten.

Das Jahr 1967 war für beide Raumfahrtnationen ein Unglücksjahr. Während eines Bodentests des Raumschiffes Apollo in Cape Kennedy am 27. Januar brach in der mit drei Mann besetzten Kommandokapsel ein Feuer aus. Da die Luft im Inneren des Raumschiffes aus unter Druck stehendem reinem Sauerstoff bestand, tötete ein Feuerblitz die Astronauten Grissom, White und Roger B. Chaffee. Daraufhin wurde das Apollo-Programm um mehr als ein Jahr verschoben. In dieser Zeit wurden die Gestaltung und die Materialien des Raumfahrzeuges einer gründlichen Überprüfung unterzogen.

Am 23. April 1967 startete der Kosmonaut Komarow beim ersten bemannten Flug mit dem neuen sowjetischen Raumschiff Sojus. Im Sojus war Platz für drei Kosmonauten und einen getrennten Arbeitsraum für Experimente, der über eine Luke zugänglich war. Nach dem Wiedereintritt in die Erdatmosphäre und dem Ausfahren der Landungsfallschirme verwickelten sich die Fangleinen. Die Kapsel mit Komarow stürzte ab. Das sowjetische Raumfahrtprogramm wurde für fast zwei Jahre zurückgestellt.

Im Oktober 1968 startete der erste bemannte Apollo-Flug mit einem Saturn-1B-Triebwerk. Die Astronauten Schirra, R. Walter Cunningham und Donn F. Eisele umkreisten die Erde 163-mal. Sie überprüften dabei die Leistungsfähigkeit des Raumschiffes, photographierten die Erde und übertrugen Fernsehbilder. Im Dezember 1968 umkreiste Apollo 8, mit den Astronauten Borman, Lovell und William A. Anders an Bord, zehnmal den Mond und kehrte wohlbehalten zur Erde zurück. Beim Flug von Apollo 9, mit den Astronauten James A. McDivitt, David R. Scott und Russell L. Schweickart an Bord, erprobte man während einer 151-maligen Umkreisung Begegnungsmanöver und das Ab- und Ankoppeln des Mondlandegerätes von Apollo. Apollo 10 umkreiste den Mond mit den Astronauten Stafford, John W. Young und Eugene A. Cernan 31-mal. Der Flug von Apollo 10 sollte die Vorbereitungen für die Landung auf dem Mond abschließen. Wie geplant, stiegen Stafford und Cernan von der Apollo-Kommandokapsel zur Mondfähre um, koppelten ab und näherten sich der Mondoberfläche bis auf eine Höhe von 16 Kilometern, während der Astronaut Young die Kommandokapsel steuerte. Danach wurden die Begegnung und das Ankoppeln der Aufstiegsstufe der Mondfähre vollzogen. Die zwei Astronauten stiegen in die Kommandokapsel um, stießen die Mondfähre ab, zündeten die Servicerakete, um in die Rückkehrflugbahn zur Erde einzutreten und kehrten wohlbehalten zurück. Nun war das Projekt Apollo so weit, dass Astronauten auf dem Mond landen konnten (siehe "Menschen auf dem Mond" weiter unten).

In der Zwischenzeit startete die ehemalige Sowjetunion unbemannte Sond-Raumschiffe zum Mond, die mit Kameras und biologischen Proben ausgestattet waren. Mit Sojus 3 flog Georgij T. Beregowoij im Oktober 1968 eine Mission mit 60 Umkreisungen. Im Januar 1969 begegneten sich Sojus 4 und 5 auf einer Erdumlaufbahn und koppelten aneinander an. Während des Kopplungsvorganges stiegen die Kosmonauten Alexej S. Jelisejew und Jewgenij V. Chrunow in Raumanzügen außerhalb der Raumschiffe von Sojus 5 zu Sojus 4 um, das von Wladimir A. Schatalow geführt wurde. Im Oktober 1969 starteten Sojus 6, 7 und 8 mit jeweils einem Tag Abstand, begegneten sich auf der Umlaufbahn, koppelten aber nicht an. Sojus 9, besetzt mit zwei Kosmonauten, stellte im Juni 1970 einen Langzeitflugrekord von beinahe 18 Tagen auf.

1969 erreichte die Menschheit das lang ersehnte Ziel der Landung auf dem Mond. Der historische Flug von Apollo 11 wurde am 16. Juli gestartet. Nach Erreichen der Mondumlaufbahn stiegen Edwin E. Aldrin jun. und Neil A. Armstrong in die Mondkapsel um. Nach der Trennung blieb Michael Collins auf der Mondumlaufbahn und steuerte die Kommando- und Servicekapsel. Am 20. Juli flog die Mondfähre zur Mondoberfläche hinunter und landete am Rand des Mare Tranquillitatis. Einige Stunden später stieg Armstrong in seinem unförmigen Raumanzug die Leiter hinunter und betrat am 21. Juli um 3.56 Uhr mitteleuropäischer Zeit (MEZ) die Mondoberfläche. Seine ersten Worte waren: "Das ist ein kleiner Schritt für einen Menschen, aber ein großer Schritt für die Menschheit." Bald gesellte sich Aldrin zu ihm, und die beiden Astronauten liefen mehr als zwei Stunden auf dem Mond umher. Sie sammelten 21 Kilogramm an Bodenproben ein, photographierten und führten ein Windexperiment durch. Außerdem stellten sie einen Laserstrahlreflektor und eine seismische Versuchsanlage auf. Über Satellit verfolgten Millionen Menschen die Live-Fernsehübertragungen vom Mond. Nach der Rückkehr zur Mondfähre ruhten die beiden Astronauten mehrere Stunden, bevor sie wieder starteten. Den Mond verließen sie in der Aufstiegsstufe der Mondfähre und benutzten dabei die untere Hälfte als Startrampe. Diese blieb auf dem Mond zurück. Nach dem Ankoppeln an die Kommando- und Servicekapsel und dem Umsteigen in das Raumschiff wurde die Aufstiegsstufe abgesprengt. Ohne Zwischenfälle verlief der Rückflug von Apollo 11. Das Raumschiff landete am 24. Juli im Pazifischen Ozean in der Nähe von Hawaii und wurde dort geborgen. Wegen der immerhin vorhandenen Möglichkeit einer Vergiftung der Erde durch lebende Mondorganismen mussten die Astronauten beim Verlassen des Raumschiffes biologische Schutzanzüge anziehen und blieben für drei Wochen in Quarantäne.

Am 14. November 1969 begann der nächste Mondlandeflug. Apollo 12 hatte die Astronauten Charles Conrad jun., Richard F. Gordon jun. und Alan L. Bean an Bord. Nach Erreichen der Mondumlaufbahn stiegen der Pilot der Kommandokapsel, Conrad, und der Pilot der Mondfähre, Bean, in die Fähre um. Sie landeten nördlich der Riphäus-Berge, an einer Stelle, die nur 180 Meter entfernt von dem Ort lag, an dem zwei Jahre zuvor das Raumschiff Surveyor 3 gelandet war.

In zwei Abschnitten von jeweils fast vier Stunden erforschten die zwei Astronauten ihre Umgebung. Sie führten wissenschaftliche Experimente durch, photographierten, sammelten Proben des Mondbodens und bauten Teile von Surveyor 3 ab, die nach der Rückkehr zur Erde untersucht wurden. Nach dem Abflug vom Mond und der Begegnung mit der Kommandokapsel landete das Raumschiff am 24. November und wurde geborgen. Die Quarantänemaßnahmen wurden wiederholt, aber die Astronauten konnten am 10. Dezember bei guter Gesundheit entlassen werden.

Apollo 12 verfügte im Gegensatz zu Apollo 11 über einige technische Neuerungen, besonders Steuerung und Landegenauigkeit wurden verbessert. Diese Veränderungen erwiesen sich als so erfolgreich, dass man beabsichtigte, Apollo 13 auf zerklüfteterem Mondgelände landen zu lassen.

Am 11. April 1970 startete Apollo 13, mit den Astronauten Lovell, Fred W. Haise jun. und John L. Swigert jun. an Bord. Während des Fluges wurde ein Sauerstofftank leck. Die Astronauten befanden sich in einer äußerst kritischen Lage und entschlossen sich, die geplante Landung auf der Mondoberfläche aufzugeben. Sie traten die Rückreise zur Erde an und wasserten am 17. April im Südpazifik.

Die Besatzung des Raumschiffes Apollo 14 (Start: 31. Januar 1971) übernahm die Mission von Apollo 13. Man hatte an dem Raumschiff erhebliche technische Veränderungen vorgenommen, um die bei Apollo 13 vorgekommenen Fehlfunktionen zu verhindern. Shepard, der nach seinem erfolgreichen suborbitalen Flug im Jahr 1961 befördert worden war (siehe "Programme Wostok und Mercury" weiter oben), und Edgar D. Mitchell landeten die Mondfähre erfolgreich in der zerklüfteten Fra-Mauro-Region, während der Astronaut Stuart A. Roosa in der Kommandokapsel auf der Mondumlaufbahn blieb. Mehr als neun Stunden verbrachten Shepard und Mitchell damit, ein Gebiet zu erforschen, von dem man annimmt, dass hier einige der ältesten jemals entdeckten Gesteine vorkommen. Sie sammelten etwa 43 Kilogramm an geologischen Proben und stellten wissenschaftliche Instrumente auf. Ohne Zwischenfälle kehrten die Astronauten am 9. Februar 1971 zur Erde zurück.

Apollo 15 startete am 26. Juli 1971: Scott war Flugkommandant, James B. Irwin der Pilot der Mondfähre und Alfred M. Worden der Pilot der Kommandokapsel. Scott und Irwin verbrachten 2 Tage und 18 Stunden auf der Mondoberfläche. Sie landeten ihre Fähre am Rande des Mare Imbrium nahe der 366 Meter tiefen Hadley-Rille. Diese ist ein Teil des Apennin-Gebirges, das zu den höchsten Gebirgszügen auf dem Mond zählt. Während der insgesamt 18 Stunden und 37 Minuten dauernden Erkundungen durchquerten die Astronauten in einem elektrisch angetriebenen Allradmondauto mehr als 28,2 Kilometer des Geländes um den Berg Mount Hadley. Des Weiteren installierten sie wissenschaftliche Instrumente und sammelten 91 Kilogramm Gesteinsproben. Unter den Proben war ein 4,6 Milliarden Jahre altes Stück, von dem man glaubt, dass es von der ursprünglichen Mondkruste stammt. Mit einer Fernsehkamera, die auf dem Mond zurückgelassen wurde, nahm man den Abflug Scotts und Irwins von der Mondoberfläche auf. Bevor Apollo 15 die Mondumlaufbahn verließ, schoss die Besatzung einen 35,6 Kilogramm schweren Satelliten auf eine andere Mondumlaufbahn. Er sollte Daten über Gravitations- und magnetische Felder sowie Hochenergiefelder auf dem Mond übermitteln. Auf dem Rückflug unternahm Worden einen 16-minütigen Spaziergang im Weltraum. Zu dem Zeitpunkt war das Raumschiff etwa 315 400 Kilometer von der Erde entfernt, eine Rekordentfernung für einen Ausstieg aus dem Raumschiff. Ohne Zwischenfall wasserten die Astronauten von Apollo 15 am 17. August etwa 530 Kilometer nördlich von Hawaii. Es war die erste Mondlandebesatzung, die sich keiner Quarantäne unterziehen musste.

Am 16. April 1972 starteten die Astronauten Young, Charles Moss Duke jun. und Thomas Kenneth (Ken) Mattingly mit Apollo 16 zum Mond, um das Descartes-Hochland und die Caylay-Ebenen zu erforschen. Während Mattingly auf der Umlaufbahn blieb, landeten die beiden anderen Astronauten am 20. April in dem vorher festgelegten Gebiet. 20 Stunden und 14 Minuten verbrachten sie auf dem Mond und führten eine Reihe von Experimenten durch, wobei die Kernenergie einer kleinen Versorgungseinheit den dafür notwendigen Strom lieferte. Die Astronauten fuhren 26,6 Kilometer mit dem Mondauto und sammelten mehr als 97 Kilogramm Gesteinsproben.

Die von den Vereinigten Staaten geplanten Missionen zum Mond wurden mit dem Flug von Apollo 17 vom 6. bis 19. Dezember 1972 abgeschlossen. Während ihrer reibungslos verlaufenden 13-tägigen Reise verbrachten der erfahrene Astronaut Cernan und Harrison H. Schmitt 22 Stunden auf dem Mond, fuhren 35 Kilometer mit dem Mondauto und erkundeten das Taurus-Littrow-Tal.

Saljut und Skylab waren die ersten Raumschiffe, die als Raumstationen ausgelegt waren. Über längere Zeiträume umkreisten sie die Erde, während Besatzungen anderer Raumschiffe kamen und wieder wegflogen.

Am 19. April 1971 wurde die 18 600 Kilogramm schwere Raumstation Saljut 1 gestartet. Drei Tage später koppelte Sojus 10, mit drei Kosmonauten an Bord, an die Raumstation an. Aus nicht bekannten Gründen betraten die Kosmonauten von Sojus 10 die Raumstation jedoch nicht, sondern koppelten wieder ab und kehrten zur Erde zurück. Erst die Besatzung von Sojus 11 stieg im Juni desselben Jahres in die Station um. Die drei Kosmonauten stellten einen Langzeitflugrekord von 24 Tagen auf. Sie führten zahlreiche physikalische, chemische und biologische Experimente durch. Auf der Rückreise zur Erde kam es jedoch zu einem tragischen Unfall. Die drei Kosmonauten Georgij T. Dobrowolskij, Wladislaw N. Wolkow und Viktor I. Pazajew wurden Opfer eines Lecks im Atemluftversorgungssystem. Da sie keine Raumanzüge trugen, ereilte sie der Tod schnell. Durch dieses Unglück erlitt das sowjetische Programm einen weiteren Rückschlag. Im April 1973 wurde die Raumstation Saljut 2 gestartet, geriet aber offensichtlich außer Kontrolle und verlor in der Umlaufbahn verschiedene Teile.

Ungeachtet dessen entsandte die ehemalige Sowjetunion danach Saljut 3 (Juni 1974 bis Januar 1975), Saljut 4 (Dezember 1974 bis Februar 1977) und Saljut 5 (Juni 1976 bis August 1977). Saljut 6 (September 1977 bis Juli 1982) und Saljut 7 (Start im April 1982) wurden von einer Reihe internationaler Besatzungen aufgesucht. Darunter waren u. a. auch kubanische, französische und indische Kosmonauten. Während des Fluges von Sojus 12 vom 17. bis 29. Juli 1984 unternahm die Kosmonautin Swetlana Sawizkaja einen kurzen Weltraumspaziergang. Sie war die erste Frau, die sich im Weltraum bewegte. 1984 fand einer der bemerkenswertesten Flüge der Saljut/Sojus-Serie statt. Die Kosmonauten Leonid Kisim, Wladimir Solowjow und Oleg Atkow verbrachten 237 Tage an Bord von Saljut 7, ehe sie zur Erde zurückkehrten. Bis zu diesem Zeitpunkt war dies der längste Raumflug, den man je unternommen hatte. Die jetzt verlassene Raumstation Saljut 7 befindet sich immer noch auf einer Erdumlaufbahn.

Die von den Sowjets als Nachfolger der Saljut-Serie entwickelte Raumstation Mir wurde am 19. Februar 1986 gestartet. Von den sowjetischen Entwicklern als Kernstück der ersten ständig besetzten Raumstation gedacht, verfügt sie über sechs Kopplungseinheiten und bietet Platz für zwei Kosmonauten. 1987 verbrachte der Kosmonaut Jurij Romanenko 326 Tage an Bord von Mir und stellte damit einen Langzeitflugrekord auf. Am 12. April 1987 dockte das 18 000 Kilogramm schwere astrophysikalische Modul Kwant an die Station Mir an. Mit Hilfe von vier Röntgenteleskopen an Bord von Kwant sollte die Supernova beobachtet werden, die Astronomen kurz zuvor in der Großen Magellan’schen Wolke entdeckt hatten. Von der Erde aus kann man die von einem explodierenden Stern ausgehenden Röntgenstrahlen nicht registrieren, weil diese Strahlen die Erdatmosphäre nicht durchdringen. In dem Zeitraum von 1987 bis 1988 stellten die Kosmonauten Wladimir Titow und Musa Manarow einen neuen Langzeitrekord von 366 Tagen im Weltraum auf.

Nach dem Ende der Sowjetunion setzte Russland die Weltraummissionen fort. Einige dieser Missionen erfolgten in Kooperation russischer und deutscher Raumfahrtorganisationen. Im März 1992 war Klaus-Dieter Flade im Rahmen des MIR’92-Programms als erster deutscher Astronaut an Bord der russischen Raumstation, ihm folgten Ulf Merbold (EUROMIR ’94) und Thomas Reiter (EUROMIR ’95). Bei der Mission "Mir ’97" begleitete der deutsche Astronaut Reinhold Ewald seine russischen Kollegen Wassilij Ziblijew und Alexander Lasudkin. Der 40-jährige Ewald machte während des 18-tägigen Aufenthalts im Februar 1997 in der Weltraumstation Mir zahlreiche humanbiologische und materialwissenschaftliche Experimente. Untersucht wurden dabei in erster Linie die Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf Knochen, Kreislauf und Hormone. Ziel der Mission war es, mit Hilfe des multidisziplinären Experimentalprogramms weitere wissenschaftliche, technologische und betriebstechnische Erkenntnisse zum Bau einer eigenen Raumstation zu gewinnen. Als erster Deutscher im All hatte der DDR-Kosmonaut Sigmund Jähn 1978 in dem Mir-Vorläufer Saljut Forschungen betrieben.

Das mit den ersten zwei Stufen einer Saturn-5-Rakete gestartete Skylab wog 88 900 Kilogramm (18 600 Kilogramm wog die Saljut-Station). Während Saljut einen Innenraum von schätzungsweise 99 Kubikmeter hatte, verfügte Skylab über 357 Kubikmeter, war damit also 3,5-mal größer als die russische Station. Skylab war ein Labor auf einer Erdumlaufbahn. Benutzt wurde es für sonnenastronomische Untersuchungen, langfristige medizinische Untersuchungen an der dreiköpfigen Besatzung sowie für ausführliche multispektrale Beobachtungen der Erde und eine Vielzahl wissenschaftlicher und technischer Experimente, z. B. zur Beobachtung des Wachstums von Metallkristallen unter den Bedingungen der Schwerelosigkeit.

Während des Starts am 25. Mai 1973 wurde Skylab beschädigt. Die Besatzung führte die Reparatur außerhalb des Raumschiffes durch, befestigte außen am Raumschiff ein hitzeabweisendes Schutzdach und richtete eine eingeklemmte Solarzellenplatte aus. Dieser Flug dauerte 28 Tage. 59 Tage hielt sich eine zweite Besatzung auf der Erdumlaufbahn auf, und eine letzte 84 Tage. Das Skylab-Projekt wurde als voller Erfolg angesehen. Man hatte mehr als 740 Stunden lang mit Teleskopen die Sonne beobachtet und 175 000 Bilder von der Sonne zur Erde übertragen. Hinzu kamen außerdem etwa 64 Kilometer elektronisches Datenmagnetband und 46 000 Photos von der Erdoberfläche. Am 11. Juli 1979, während der 34 981. Erdumkreisung, stürzte Skylab zur Erde ab und verstreute brennende Trümmer über dem dünn besiedelten Westaustralien und dem Indischen Ozean.

Gemeinsam mit Russland, Kanada, Japan, den USA und der aus 13 Mitgliedern bestehenden Europäischen Weltraumorganisation ist eine ständige Raumstation in Planung, die im Weltraum zusammengebaut werden soll. Diese Raumstation mit Namen Alpha soll laut Planung etwa im Jahr 2000 fertig gestellt sein.

Anfang der achtziger Jahre wurde das Space Transportation System (STS-Weltraumtransportsystem), besser bekannt als Spaceshuttle, zum Hauptprogramm der amerikanischen Raumfahrt. Probleme mit dem STS führten später dazu, dass für den Start von Satelliten wieder die erweiterbaren Trägerraketen verwendet wurden. Die Vereinigten Staaten hatten beabsichtigt, in den neunziger Jahren den Spaceshuttle durch ein neues Raumschiff (X-30) zu ersetzen. Angesichts finanzieller Engpässe wurde dann aber beschlossen, sich stattdessen auf eine gemeinsame Flotte aus erweiterbaren Trägerraketen und Spaceshuttles zu stützen, um im verbleibenden Jahrzehnt Nutzlasten auf Umlaufbahnen zu bringen.

Der Shuttle, ein bemannter Mehrzweckraumgleiter, kann Nutzlasten von bis zu 30 000 Kilogramm transportieren und bietet sieben Besatzungsmitgliedern Platz. Der obere Teil des gesamten Raumschiffes, der Raumtransporter, hatte eine geplante Lebenszeit von etwa 100 Flügen. Mit Hilfe seiner Tragflächen ist der Raumtransporter in der Lage, bei der Rückkehr zur Erde antriebslose Landungen auszuführen. Aufgrund der beabsichtigten Flexibilität des Shuttles und seines geplanten Einsatzes für die Stationierung von Satelliten und für die Bergung und Reparatur früher gestarteter Satelliten sahen seine Verfechter in ihm einen wesentlichen Fortschritt bei der praktischen Erkundung des Weltraumes. Gegner bemängelten jedoch, dass die NASA sich zu sehr auf den Shuttle verließ, was den anderen, unbemannten Missionen zum Nachteil gereichte.

Am 12. April 1981 wurde die erste Spaceshuttlemission gestartet. An Bord des Raumtransporters Columbia flogen John W. Young und Robert Crippen. Bei diesem Testflug befand sich keine Nutzlast im Laderaum des Raumtransporters. Erst der fünfte Spaceshuttleflug war ein operativer Flug. Vom 11. bis 16. November 1982 stationierten die Astronauten der Columbia zwei kommerzielle Nachrichtensatelliten. Bei der siebten Mission war Sally K. Ride als erste US-Astronautin mit an Bord. Beim neunten Flug, vom 28. November bis zum 8. Dezember 1983, wurde das erste Spacelab der Europäischen Weltraumorganisation befördert. Auf der elften Mission vom 7. bis 13. April 1984 setzte die Besatzung einen defekten Satelliten instand. Während der zwölften Mission, vom 8. bis 14. November 1984, wurden zwei teure, nicht ordnungsgemäß funktionierende Satelliten geborgen und zur Erde zurückgebracht.

Ungeachtet solcher Erfolge blieb der Shuttle hinter seinem geplanten Startprogramm zurück, wurde in zunehmendem Maße für militärische Versuche eingesetzt und erhielt, was den Start von Satelliten betraf, scharfe Konkurrenz vom unbemannten Ariane-Programm der Europäischen Weltraumorganisation. Am 28. Januar 1986 wurde der Shuttle Challenger etwa eine Minute nach seinem Start zerstört, weil ein Dichtungsring an einem seiner Feststofftriebwerke versagte. Das Triebwerk bohrte sich in den mit Wasserstoff und Sauerstoff gefüllten Haupttreibstofftank und verursachte eine explosionsartige Zerstörung des gesamten Systems. Bei dem Unglück wurden alle sieben Astronauten getötet: der Kommandant Francis R. Scobee, der Pilot Michael J. Smith, die Flug-Spezialisten Judith A. Resnik, Ellison S. Onizuka und Ronald E. McNair sowie die Spezialisten für die Nutzlast Gregory B. Jarvis und Christa McAuliffe. McAuliffe war im Jahr zuvor als die erste "Lehrerin im Weltraum" ausgewählt worden. Aufgrund des Unglücks wurde das Shuttle-Flugprogramm sofort gestoppt. Eine Untersuchungskommission unter Vorsitz des ehemaligen Außenministers William Rogers und des ehemaligen Astronauten Neil Armstrong machte vor allem das Verwaltungssystem der NASA für das Unglück verantwortlich.

Nach der Challenger-Katastrophe wurden die Ringdichtungen am Feststofftriebwerk neu gestaltet, um einen erneuten Ausfall wie den am 28. Januar zu verhindern. Am 29. September 1988 wurde das Shuttle-Startprogramm mit dem Flug der Discovery und seiner aus fünf Astronauten bestehenden Besatzung wieder aufgenommen. Bei dieser Mission brachte die Besatzung einen Nachrichtensatelliten der NASA (TDRS-3) auf eine Erdumlaufbahn. Außerdem wurde eine Reihe von Experimenten durchgeführt. Der Erfolg dieses 26. Fluges ermutigte die Vereinigten Staaten dazu, wieder ein aktives Startprogramm zu beginnen. 1990 wurde mit dem Spaceshuttle das lange zurückgehaltene, 1,5 Milliarden US-Dollar teure Hubble-Weltraum-Teleskop stationiert (siehe oben).

Christoph Barth