Apollo阿波羅15號飛於月球軌道

阿波羅15號於1971年7月26日早晨9點34分0秒（EST）發射。阿波羅15號（Apollo 15）是阿波羅計劃（Project Apollo）中的第九次載人任務，也是人類第四次成功登月的載人登月任務。阿波羅15號還是阿波羅計劃中首次J任務——與前幾次任務相比在月球上停留更久，科學研究的比例更大。

指令長大衛·斯科特（David Scott）和登月艙駕駛員詹姆斯·艾爾文（James Irwin）在月球表面停留了三天，在登月艙外的時間總長為十八個半小時。兩位太空人駕駛的歷史上第一輛月球車使他們在月球上穿越的距離比前幾次任務遙遠了很多。他們一共收集了約77千克的月球岩石標本。

與此同時，指令艙駕駛員阿爾弗萊德·沃爾登（Alfred Worden）留在指令艙中環繞月球，使用科學儀器模塊（Scientific Instrument Module，SIM）中的全景相機、加瑪射線光分計、繪圖相機、雷射高度、質譜以及任務後發射的子衛星等等設備對月球表面環境進行了詳細的研究。

阿波羅17號於1972年12月7日發射。阿波羅17號是阿波羅計劃中的第十一次載人任務，是人類第六次也是迄今為止最後一次成功登月的太空任務。阿波羅17號是阿波羅計劃中唯一一次夜間發射的任務，也為阿波羅計劃畫上了句號。阿波羅計劃中的唯一一位科學家，地質學博士哈里森·施密特在阿波羅17號中擔任登月小艇駕駛員。他和與塞爾南在三次月球行走時收集了111千克的岩石標本。阿波羅17號創造了阿波羅計劃中的很多記錄，包括最長的登月飛行；最長的月錶行走時間；阿波羅17號收集了最多的月球標本，也在月球軌道中航行了最長的時間。

阿波羅計劃（Project Apollo）或作阿波羅工程，是美國國家航空暨太空總署從1961年到1972年從事的一系列載人太空飛行任務，在60年代的十年中主要致力於完成載人登月和安全返回的目標。在1969年阿波羅11號宇宙飛船達成了這個目標，尼爾·阿姆斯壯成為第一個踏上月球表面的人類。為了進一步執行在月球的科學探測，阿波羅計劃一直延續到1970年代早期。總共耗資約240億美元，因此有人認為，資金是美國能領先一步登月的最大因素。

阿波羅計劃是美國國家航空暨太空總署執行的迄今為止最龐大的月球探測計劃，「阿波羅」飛船的任務包括為載人登月飛行作準備和實現載人登月飛行，已於1972年底結束。迄今（2012年）40多年來還沒有過其他的載人太空飛行器離開過地球軌道。阿波羅計劃詳細地揭示了月球表面特性、物質化學成份、光學特性並探測了月球重力、磁場、月震等。後來的天空實驗室計劃和美國、蘇聯聯合的阿波羅-聯盟測試計劃也使用了原來為阿波羅建造的設備，也就經常被認為是阿波羅計劃的一部分。

阿波羅計劃取得了巨大的成功，但計劃中也有過幾次嚴重的危機，包括阿波羅1號測試時的大火造成維吉爾·格里森、愛德華·懷特、羅傑·查菲的死亡；阿波羅13號的氧氣罐爆炸以及阿波羅-聯盟測試計劃返回大氣層時排放的有毒氣體都幾乎使執行任務的太空人喪命。

阿波羅計劃於六十年代早期在艾森豪執政時被提出，作為水星計劃的後續計劃。水星計劃使用的太空飛行器只能進入地球軌道，只能搭載一名太空人，而預想中的阿波羅太空飛行器不僅能搭載三名太空人，也許還可以登月。美國國家航空暨太空總署經理阿伯·西爾弗斯坦（Abe Silverstein）當時選擇以希臘神話中的太陽神命名此計劃，事後提到這是他給自己的兒子預留的名字。雖然航空太空局已經開始進行計劃，但艾森豪對太空計劃似乎並不熱衷，阿波羅計劃的經費始終沒得到落實。

1960年11月，競選時承諾要使美國在太空探索和飛彈防禦上全面超過蘇聯的約翰·甘迺迪（John F. Kennedy）當選總統。雖然對太空計劃較為熱衷，他在當選總統後並沒有立刻決定開始登月計劃。甘迺迪對太空事業並不十分了解，太空探索需要的大量資金也使他不敢輕易做出決定。當航空太空局局長詹姆斯·韋伯（James Webb）要求年度財政預算增加百分之三十時，甘迺迪支持加快發展大規模推進器的研發，卻沒有支持其他更大的項目。

1961年4月12日，蘇聯太空人尤里·加加林成為了首次進入太空的人類，加深了美國對在太空競賽中落後的恐懼。次日，在與白宮科學委員會的會談中，許多議員希望能夠立刻開始一項太空計劃以保證在於蘇聯的競賽中不至於落後太多。甘迺迪對此事卻較為謹慎，不願意立刻進行任何重大舉措。4月20日，甘迺迪給副總統林登·詹森（Lyndon B. Johnson）發去備忘錄，詢問他對於美國太空計劃的意見，以及美國追趕蘇聯的可能性。在翌日的回復中，詹森認為「我們既沒有盡最大努力，也沒有達到讓美國保持領先的程度。」詹森還提到未來登月的計劃不僅可行，也絕對可以使美國在太空競賽中獲得領先地位。

科學是一個實證和理論知識的集合體，由世界上研究者的社群產生，運用特別的技術對真實現象作觀察與解釋，此技術總結在科學方法。就其本質而論，科學史利用了思想史和社會史兩個面向的歷史研究方法。科學起源於對自然其功能性的實用考量以及純粹的哲學探究。

雖然科學方法自古便不斷發展，但現代科學方法卻是始自伊斯蘭科學家，海什木（Alhazen）在大約西元1000年左右，運用實驗的經驗法則寫出了一本關於光學的書。然而，現代科學方法在13世紀的歐洲由大學經院哲學的學者所發起科學革命時，方才算發展完全，到了16世紀及17世紀早期的發展高峰，現代科學方法的廣泛應用更引領了知識的全面重估。科學方法的發展被某些人（尤其是科學哲學家及實證科學家）認為是太過於基礎而重要的，認為早先對於自然的探索只不過是前科學（pre-scientific），現代科學方法才被他們認為是真正的科學。習慣上，科學史學家仍舊認定早先的科學探索也包含於廣大而充足的科學範疇之中。

數學史、科技史及哲學史則在其各自的條目中描述。數學跟科學很接近但有所區別（至少在現代的觀念上是這樣認為）。科技涉及設計有用的物件和系統的創造過程，跟尋求傳統意義上的真理（empirical truth）又有所不同。哲學跟科學的不同在哲學還尋求其他的知識領域，如倫理學，即便自然科學和社會科學也都是以既定的事實作爲理論基礎。實際上這些領域都作爲外在的重要工具為其他領域所用。

「科學是什麼？」和「它如何運作」，以及它是否顯示出大規模的形式和趨勢。特別是科學社會學（sociology of science）專注於科學家工作的方法，尤其注重觀察在他們「產生」和「建立」科學知識時的方法。自1960年代以來，科學研究（science studies）一個共同的趨勢，就在強調科學知識的「人的成分」，而不再強調科學資料是自顯的、無關價值和前因後果的這個觀點。

在哲學上，科學的一個主要議題和其爭論焦點，正是關於理論改變這一範疇。有三個哲學家曾討論過這個題目。其一是卡爾·波普，指出科學知識是長年累月的累積，具有前進性；其二是湯瑪斯·孔恩，認為科學知識是一個範式轉換（paradigm shift）的過程，而非單單是具前進性；其三是保羅·費耶阿本德，其觀點是科學知識並非長久的累積也不具前進性，而是一個類別的劃界（demarcation）。

自孔恩著作《科學革命的結構》（The Structure of Scientific Revolutions）於1962年出版以來，學界一直辯論著關於「科學」的定義和目標。通常都沒有一致答案，尤其是關於在「真實性」的概念上，更曾一度引致觀點上的衝突。

在史前時代，知識早就以代代相傳方式保存著。到人類踏入農業耕作的時代，寫作的流行使知識能得以傳到千秋萬代。最基本、最古老的科學知識，首推天文學。

古時許多文明國家，都會利用觀察收集天文上的資料，並以系統性方式紀錄。雖然並沒有嚴謹的研究方式，許多關於行星和星系的自然現象，都開始有了理論上的闡釋。

最早期的科學哲學家起源於古希臘。最早的一群曾向人發問過一個問題：「宇宙是從何而來？」。其後以柏拉圖和亞里士多德等為首的後起者，相繼出版了首批的自然哲學著作。雖然著作裡的理論並不是相當具結構，並有一些理論被後世推翻，但卻為後世的科學探索，奠下重要基礎。在這段期間，不同形式和類型的科學，都開始有個雛型。這包括了動物學、植物學、天文學等等；而一些像物理和數學的簡單理論，也開始出現。最典型的例子，首推畢達哥拉斯發表的畢氏定理；阿基米德發現了「槓桿原理」和「力矩」的觀念。

在7至8世紀間，伊斯蘭教蓬勃發展，給科學技術的研究提供了良好的環境。由各方贊助的獎勵制度一直持續到了14世紀。此外，中東通行的阿拉伯語使各國的科學技術交流得以無障礙地進行下去。從拜占廷帝國得到的希臘和羅馬科技文章與印度傳來的研究成果為中東的科技研究提供了一個完整的根基。麥加朝聖也給了全伊斯蘭世界的科技學者們合作交流的機會。

伊斯蘭科學家對實驗的重視遠超過希臘人。波斯數學家穆罕默德·阿爾·花拉子模（Muhammad ibn Musa al-Khwarizmi）在數學上作出了傑出的貢獻。現在通行的「演算法」（Algorithm）即是從他的名字演變而來。「代數學」（Algebra）一詞則是由他的一本著作「al-jabr」演變而來的。薩比科學家巴塔尼為天文學和數學作出了很大的貢獻，而波斯人拉齊則在化學上有卓著成果。巴塔尼為希巴克斯的測量方法做了改進，這在他的《大成》中有記載。巴塔尼也為地球軸長的測量作出了貢獻。阿拉伯鍊金術雖然嚴格地說不算是科學，但是其主要思想影響了羅傑·培根，使他發明了實驗理論。阿拉伯鍊金術也對艾薩克·牛頓有很大影響。

當時教廷強調「天動說」，認為太陽是圍繞著地球旋轉。波蘭人哥白尼是第一位提出太陽為中心——日心說的歐洲天文學家，一般認為他著的《天體運行論》是現代天文學的起步點。其後經義大利科學家伽利略的提倡，「地動說」開始傳播甚廣，進而導致教廷把其軟禁。

這時的科學發展乃自古希臘以來最為發達，其發達程度甚至超越了古希臘時代。如伽利略便最先使用科學實驗和數學分析的方法研究力學。他認為選擇得當的數學證明，可以用來探索任何牽涉到定量性的問題。文藝復興使歐洲知識界重視生機，不但天文學、數學、物理學，包括化學、生物、醫藥等領域都有創新見解。其對科學所產生的影響力，至今仍非常深遠。大多科學史專家都認為十四至十八世紀乃科學革命的年代。其中部分更認為自哥白尼於1543年出版著作《天體運行論》開始，歐洲已踏入科學革命時代。科學革命一直延至二十世紀。

到了1687年，英國人牛頓出版了《自然哲學的數學原理》，詳細地說明了兩個既複雜又成功的物理理論：牛頓三大運動定律和萬有引力定律，皆建立了古典力學的根基。電子和磁力的研究以英國人法拉第和德國人歐姆為首，時為十九世紀。

二十世紀初的物理學也出現了革命性變化，代表者為愛因斯坦。他於1905年發表了四篇劃時代的論文，分別為：《關於光的產生和轉化的一個啟發性觀點》、《根據分子運動論研究靜止液體中懸浮微粒的運動》、《論運動物體的電動力學》、《物體慣性與其所含能量有關嗎？》，隨後導出了E = mc²的公式。這被統稱作相對論，主要是對牛頓力學的概念作出了修正。這對物理學也影響深遠，因為愛因斯坦的理論，根本性地修訂了過往科學界深信的知識，時到今天仍然備受討論。

二次大戰期間更進一步發明出現。這包括了雷達和原子彈。這些技術日後皆被各國政府用作軍事上，對日後的軍事技術產生深遠影響。

天文在科學革命以降受到光學儀器漸發達影響，也可圈可點。1801年首粒穀神星被發現；1846年海王星也被發現。二十世紀中來自美國的喬治·伽莫夫、拉爾夫·阿爾菲、羅伯特·赫爾曼，通過計算推論出有證據顯示，宇宙間曾有大爆炸的痕跡。這些證據被視為計算宇宙歷史的基礎。

其後六十年代美國和蘇聯開始進太空科技競賽，計有1961年蘇聯派出世界第一個太空人加加林登上太空；後美國也派出岩士唐等太空人升空，歷史性地首次登陸月球。其後各項太空發明相繼面世，包括人造衛星、火箭和太空梭等等。

太空梭是一種為穿越大氣層和太空的界線（高度100公里的卡門線）而設計的火箭動力飛機。太空梭結合了飛機與太空飛行器的性質，像有翅膀的太空船。太空梭是一種有翼、可重複使用的太空飛行器，由輔助的運載火箭發射脫離大氣層，作為往返於地球與外太空間的交通工具，外形像飛機。迄今為止只有美國與蘇聯有能力製造能進入近地軌道的太空梭，並曾實際成功發射並回收。其他國家發展的類似計畫則尚未有實際發射並進入軌道的紀錄。

雖然世界上有許多國家都陸續進行過太空梭的開發，但實際上只有美國和蘇聯成功發射過。蘇聯解體後，相關的設備由哈薩克斯坦接收後，但由於經費不足致使太空計劃陷入停頓，之後全世界只剩美國的太空梭可以實際使用並執行任務，但美國所有的太空梭也已經在2011年7月22日正式退役，其最後一次任務是由亞特蘭提斯號執行。

（美國總統歐巴馬在2010年2月1日正式提議取消星座計劃，因為這一計劃是「超預算、進度落後而且缺乏新意」。有關法案於同年10月成為法律，包括獵戶座飛船在內的星座計劃宣告終結，但相關技術很可能用於未來的太空探索計劃。）

太空梭的機翼在回到地球時起到空氣煞車作用，以及在降跑道時提供升力。太空梭升入太空時跟其他一次性使用的太空飛行器一樣，是用火箭動力垂直升入。因為機翼的關係，太空梭的酬載比例較低。設計者希望以重複使用性來彌補這個缺點。

美國是世界上第一個擁有與實際操作太空梭的國家，也是機隊陣容最龐大的國家。美國的太空梭大多是以歷史上有名的觀測船作為命名，其建造過的太空梭包括如下：

1>已經毀壞的太空梭－挑戰者號（STS Challenger STA-099/OV-099）－ 發射過程中爆炸。哥倫比亞號（STS Columbia OV-102）－ 返回地球進入大氣時解體。

2>已經退役的太空梭－發現號（STS Discovery OV-103） 奮進號（STS Endeavour OV-105） 亞特蘭提斯號（STS Atlantis OV-104）2011年7月2日的英國《經濟學人》周刊以「太空時代的終結」（The end of the Space Age）作為封面文章，評價此次美國太空梭的退役是人類太空時代的終結。

3>測試載台－主推進器測試體（MPTA-098） 開拓者號（STS Pathfinder）－ 用來與MPTA-098搭配進行測試用的太空梭造型模擬器。企業號（STS Enterprise OV-101）

另前蘇聯的暴風雪號太空梭－暴風雪（俄語：Бура́н，Buran）太空梭計畫是蘇聯時代為了與美國進行太空軍備競賽所發展的計畫，在蘇聯解體後不久此計畫也宣告正式終結，殘存的設備歸屬蘇聯時代的太空中心所在地哈薩克共和國擁有。暴風雪計畫中共有五架太空梭實際上已開始建造，但是只有第一架的暴風雪號（Buran 1.01）真正被完成並且順利發射升空與回收，而包括二號機小鳥號（Пти́чка，Ptichka，也就是Buran 1.02）在內的其他幾架蘇聯太空梭全都是以未完成的姿態停止建造。

NASA於2011年7月，STS-135任務後將將太空梭除役，新一代太空飛行器「奧賴恩飛船」（又譯奧賴恩）將成為美國載人宇宙探索的主要工具。太空飛行器包括人造衛星、太空探測船、太空梭和各種太空站等。太空飛行器要完成其任務必須具備發射場、運載器、太空測控系統、數據採集系統、用戶站台以及回收設施等的配合。

太空飛行器根據是否載人分為無人太空飛行器和載人太空飛行器。無人太空飛行器根據是否環繞地球運行則被分為人造地球衛星和太空探測船。按照太空飛行器的用途和結構形式，還可以將它們進一步進行細分。

最新科技發展太空飛機－「次軌道」的太空飛機，其機翼還用在升入太空時提供升力。美國實驗飛機X-15以及民間飛機「太空船一號」都屬於這種設計。這兩架飛機都無法進入軌道，而且都是先由另一架飛機載上高空後才自行飛行。太空飛機的未來目標是像一般飛機一樣起飛、升高降低高度、降落，並且有不必拋棄裝備就進入軌道的能力。超音速燃燒衝壓噴射引擎（Scramjet）的支持者認為此類引擎可能會用在這種飛機上。

    

                               未來的X-33太空飛機

太空不是完美的真空：不同的區域由不同的大氣圈和風所定義，並且主導著那些區域，並且風會向外擴展超越原本定義的區域。地球空間從地球的大氣層向外擴展到地球的磁層，使它與太陽風的行星際空間有所區隔。行星際空間延伸到了太陽圈，這是太陽風和星際介質的風交會的地方。星際空間繼續延伸到銀河系的邊緣，然後逐漸隱沒至星系間的空洞。