Exploração espacial é o conjunto de esforços do homem que visam a exploração do espaço e de seus corpos celestes. Enquanto o estudo do espaço, estrelas (dentre outros astros), é realizada principalmente por astrônomos com instrumentos materiais, a exploração física do espaço é realizada tanto por sondas robóticas não tripuladas, quanto por voos espaciais tripulados.
Os corpos celestes e astros sempre foram motivo de grande fascinação na humanidade. Há registros de gregos, mesopotâmicos e astecas descrevendo vários acontecimentos celestes. Na era contemporânea, vários cientistas deram grandes contribuições para que o sonho de explorar o espaço pudesse se tornar realidade, como o russo Konstantin Tsiolkovsky, o alemão Hermann Oberth e o estadunidense Robert Goddard.
Antes e durante a Segunda Guerra Mundial não havia um esforço conjunto que tivesse por objetivo a exploração física do espaço, mas foi realmente durante a Guerra Fria, com o início da Corrida Espacial, que os Estados Unidos e a União Soviética começaram a querer demonstrar superioridade na então inédita exploração do espaço.
No ano de 1687, Isaac Newton publicou sua obra Princípios Matemáticos da Filosofia Natural, dando início à compreensão da realidade física através de leis físicas e matemáticas. Nela, estão descritas praticamente todos os conhecimentos que Newton tinha sobre física, mecânica, astronomia etc. Com a publicação deste livro, surgiu a remota possibilidade da exploração espacial. Em 1865, o escritor francês Júlio Verne publicou o livro Da Terra à Lua, descrevendo uma missão tripulada no satélite natural da Terra, cujo transporte seria feito pelo canhão Columbia. Essa obra, mesmo sendo uma ficção científica, possui muitos detalhes técnicos que, inclusive, revelam semelhanças com a missão Apollo 11. No ano de 1889, Vincent van Gogh pintou uma de suas mais aclamadas obras, A Noite Estrelada, em que se pode perceber a admiração do artista por astros, estrelas e corpos celestes.
Na França, no ano de 1902, Georges Méliès criou um dos primeiros filmes de ficção científica, em que descrevia uma incrível viagem à Lua, chamado Le voyage dans la Lune. Em 1903, o físico russo Konstantin Tsiolkovsky publicou teorias possíveis de serem aplicadas para colocar foguetes em órbita, além de realizar cálculos das velocidades necessárias para colocar satélites em órbita. Alguns anos depois, em 1914, o inventor estadunidense Robert Goddard patenteou o primeiro projeto de um foguete de combustão.
Ainda no século XVI, a observação dos astros era frequentemente feita a olho nu, e quando era feita com algum instrumento, ocorria por meio de instrumentos relativamente pouco eficientes. Posteriormente, no século XVII, Hans Lippershey, fabricante de lentes dos Países Baixos, inventou a luneta. Algum tempo depois, Galileo Galilei construiu sua própria luneta astronômica que revolucionou a astronomia.
Claramente para a exploração do espaço precisava-se de um meio de transporte para tal finalidade. Daí veio a ideia de se usar o foguete como meio de transporte para a exploração espacial. Não há certeza da origem dos foguetes mas se tem notícia de que no século III a.C., os chineses utilizavam tubos de bambu cheios de salitre, enxofre e carvão em cerimônias religiosas com o objetivo de espantar espíritos malignos. Além disso, os chineses foram responsáveis pela descoberta da pólvora usada pelos antigos como combustível para mísseis.[carece de fontes?]
No final do século XIX ao início do século XX, o estadunidense Robert Goddard, o russo Konstantin Tsiolkovsky e o alemão Hermann Oberth desenvolveram projetos e tecnologias de foguetes que são usados até hoje. Robert Goddard, por exemplo, foi o responsável pelo lançamento do primeiro foguete propelido a combustível líquido, mas precisamente gasolina e oxigênio. Konstantin Tsiolkovsky publicou seus estudos no ano de 1903 em que defendia o uso de foguetes para explorar o espaço, calculava a velocidade necessária para livrar-se da gravidade da Terra e principalmente defendia o uso de hidrogênio e oxigênio líquidos em foguetes de múltiplos estágios. E por fim o alemão Hermann Oberth que durante a Segunda Guerra Mundial trabalhou no desenvolvimento de mísseis e foguetes.
Com o final da Segunda Guerra Mundial em que se obteve vitória aliada, Estados Unidos e União Soviética mantiveram-se como superpotências e iniciaram então a Guerra Fria de 1945 a 1991. Com a então Guerra Fria em que Estados Unidos e União Soviética tentavam buscar superioridade uma da outra entre aspectos políticos, militares, tecnológicos, econômicos, sociais e ideológicos surge então a corrida espacial em que a disputa de superioridade era centrada na exploração espacial. A União Soviética deu início a corrida espacial quando em 4 de outubro de 1957 lançou ao espaço o satélite Sputnik I, o primeiro satélite artificial a orbita a Terra.
Fazendo parte do Programa Sputnik, o satélite Sputnik I foi lançado do Cosmódromo de Baikonur, no Cazaquistão, e não tinha nenhuma função, ele apenas transmitia um sinal de rádio, "beep", que podia ser sintonizado por qualquer radioamador. Apenas um mês depois, a União Soviética lançou a segunda nave do Programa Sputnik, a Sputnik II com a cadela Laika. Antes do lançamento do Sputnik 2, tanto a União Soviética como os Estados Unidos já haviam lançado animais vivos em voos suborbitais. Esta missão exigia uma atenção especial ao treinamento dos cães, já que a duração do voo exigia dos animais uma adaptação em permanecer em espaços confinados por um período maior.
Quatro meses depois, os Estados Unidos começaram seu programa espacial lançando ao espaço o seu primeiro satélite artificial, o Explorer I. Lançado do Centro Espacial Kennedy no dia 1 de fevereiro de 1958, o Explorer 1 foi desenhado e construído pela Jet Propulsion Laboratory, sendo lançado em um foguete Juno I construído pela Army Ballistic Missile Agency, em resposta ao lançamento do satélite Sputnik I da União Soviética. Originalmente o foguete Juno I era um foguete Jupiter-C, mas foi modificado para a acomodação e o lançamento do Explorer 1.
Três anos mais tarde, URSS deu um passo a mais na frente dos EUA na Corrida Espacial. No ano de 1961, a União Soviética lançou ao espaço a Vostok I que orbitou a Terra durante 1 hora. Lançada do Cosmódromo de Baikonur no dia 12 de abril de 1961, a Vostok I foi projetada e construída pelo engenheiro russo Sergei Korolev e tendo como tripulante o cosmonauta Iuri Gagarin, ela tornou-se a espaçonave que lançou ao espaço o primeiro humano. Não pretendendo ficar para trás nesta corrida, os Estados Unidos também lançaram um astronauta ao espaço. Foi no dia 5 de maio de 1961 que o astronauta norte-americano Alan Shepard foi ao espaço em um voo apenas suborbital.
Diversos animais foram usados nos primórdios da exploração espacial para testar o efeito da radiação, da ausência de gravidade e das condições do espaço exterior sobre os organismos vivos (ver: Animais no espaço). Antes da cadela Kundriavka, foram usadas pela URSS em voos suborbitais as cadelas Albina e Tsyganka. Pelo lado dos Estados Unidos, os primeiros primatas foram Albert 1 e Albert 2, que morreram em 1949 na ponta de foguetes V-2 capturados na Alemanha. Sputnik 5, a última missão Sputnik, foi lançada ao espaço em 19 de agosto de 1960 com os cachorros Belka e Strelka, quarenta camundongos, dois ratos e diversas plantas. As missões Korabl-Sputnik ainda levaram os cães Pchelka, Mushka, Chernuschka e Zvezdochka. O primeiro hominídeo no espaço foi o chimpanzé Ram lançado em um voo suborbital em 31 de janeiro de 1961 a bordo de uma nave Mercury em preparação ao primeiro voo dos Estados Unidos com humanos.
Iuri Gagarin (1934-1968) foi o primeiro homem no espaço, em um voo orbital de 48 minutos, a bordo da nave Vostok 1. O voo de Gagarin ocorreu em 12 de Abril de 1961. Neste voo ele disse a famosa frase: "A Terra é azul". A primeira mulher no espaço foi a Russa Valentina Tereshkova, que em 16 de junho de 1963 deu 46 voltas ao redor da Terra a bordo da nave Vostok VI. O lançamento da Sputnik e a colocação do primeiro homem no espaço devem-se, em grande parte, ao talento do engenheiro soviético Sergei Korolev, o engenheiro-chefe do programa espacial soviético, que conseguiu convencer Nikita Khrushchov, na época o líder da URSS, a investir no programa espacial. Foi ele quem primeiro teve a ideia de levar (realmente) homens à Lua.