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自康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基及罗伯特·戈达德在航天的理论方面给实际方面作出突破后，航天便在20世纪开始成为人类对成就的一项指标。第一个成功的大型火箭项目是1920年代由Fritz von Opel and Max Valier在德国开始进行的，最终在纳粹德国的Wernher von Braun手上完成。苏联在战后太空竞赛中扮演领导者的角色，成为第一个发射卫星，第一个送男宇航员进入轨道及送第一个女宇航员进入太空轨道的国家。美国在1960年中期也追上并超越他的竞争对手苏联，于1969年成为第一个送男宇航员上月球的国家。于此同时法国、英国、日本和中国也同时在发展有限有效载荷的能力。
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在太空竞赛结束后，航天成为一种大型跨国合作项目，提供了一些更便宜的方法让人们进入近地轨道，亦令航天变得商业化。星际探测器目前已经探访过所有太阳系内的行星，而且人类亦成功在和平号空间站及国际空间站等空间站内进行长时间轨道载人飞行。最近[何时？]，中国凭着载人任务等显著的航天能力成为航天技术的第三大国家。在2020年SpaceX成为第一个成功发送载人任务到国际空间站的商业公司。
自二十世纪开始，科学家们便受到一些小说作者，例如儒勒·凡尔纳（《从地球到月球》）及H·G·威尔斯（《星际战争》）影响，开始进行各项星际飞行的研究。
首个有关太空飞行的切实建议来自康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基。他是以1903年发布的“Исследование мировых пространств реактивными приборами”（通过反应装置探索宇宙空间）研究而成名，可惜这个理论研究在俄罗斯以外的其他地方并无影响力。[1]
自1919年，罗伯特·戈达德发布了他的研究——“抵达最高高度的方法”后，太空飞行成为工程学上可行的项目。他将拉伐尔喷管应用在液体火箭发动机上，提供足以进行行星间的飞行动力。这份研究亦在往后的日子中，深深地影响太空飞行的重要人物，赫尔曼·奥伯特及沃纳·冯·布劳恩。
Fritz von Opel致力于推动火箭成为载具的动力来源。在1920年代，他与“Verein für Raumschiffahrt”的共同创办人Max Valier开始世界上第一个名为Opel-RAK的火箭项目。此项目影响以下领域的速度纪录，包含汽车、铁轨载具以及在 1929 年九月的第一个有人操控的火箭动力飞机。于1928年的前几个月内，他在三千人的见证下驾驶着名为Opel RAK2的火箭动力原型机在柏林的阿武斯赛道创下238公里每小时的速度纪录。铁轨载具的纪录是RAK3借由最高速256公里每小时所达成。在这些成功之后，von Opel驾驶由Julius Hatry设计名为Opel RAK.1的火箭飞机完成第一次世界公开的火箭动力飞行。透过国际媒体的报导，此次成功在国际间有很惊人的反响，特别是在德国，也深深地影响到沃纳·冯·布劳恩。受到经济大萧条的影响，Opel-RAK项目迎来了尾声，但Max Valier还是持续在相关领域内继续进行研究。从固态燃料改成使用液态燃料火箭后，他在测试中身亡，并被认为是太空时代的第一个牺牲者。
在1929年，斯洛文尼亚裔官员Hermann Noordung成为了第一个幻想出一个完整的空间站的人，他把这个概念记录在其著作《太空旅游的问题》中。[2][3]
在一场1934年六月的垂直测试中，德国V-2火箭是第一个成功进入太空的火箭。英国Ordinance办公室的研发部门在1945年十月开启回火计划。此计划在德国北部发射了三颗V-2导弹。虽然他们没有达到足以称为亚轨道太空飞行的高度，回火计划仍然留下许多丰富的技术资料。受此启发，英国行星间旅行社群提出一个载人版本的巨大V-2计划。此计划于1946年被提出，规划一个三年的开发程序以及在1949将飞行员送上亚轨道。
在1949年，美国从新墨西哥的白沙导弹靶场透过一个V-2火箭第一次将动物送入太空，但没有进入轨道，而此第一只动物是一只果蝇。
轨道太空飞行，不论是载人或不载人，都是由美国及苏联在冷战期间一个称之为“太空竞赛”的比赛所研发。
这个竞赛始于1957年，当时美国及苏联声称正准备发射人造卫星。在1957年7月29日，美国宣布她们准备在1958年春季发射Vanguard。同年7月31日，苏联宣布她们将会在1957年秋季发射一个卫星。
在1957年10月4日，苏联正式发射人类史上第一颗人造卫星－斯普特尼克1号上太空。
在1957年11月3日，苏联发射了第二颗卫星－斯普特尼克2号，它搭载着一只名为莱卡的小狗——第一个绕地球轨道飞行的生物。在进入轨道后，其内部温度上升到40摄氏度，导致莱卡仅存活了数小时，而不是计划中的几天。
1958年2月3日斯普特尼克3号第一次发射失败，5月15日第二次发射成功，这颗卫星同时携带着大量科学探测仪表，收集在外大气的压力和组成、电粒子的浓度、宇宙射线中的光子、宇宙射线的重核、磁场、静电场及流星颗粒的资料。
结果一连串的失败后，美国在1958年2月1日成功发射了其第一颗卫星，探险者1号上太空。这颗卫星上的科学仪表同时检测到理论上已获认证的范艾伦辐射带。
1961年4月12日，苏联开启了载人航天时代，第一位宇航员（俄罗斯太空旅行者的名字）尤里·加加林的飞行。加加林的飞行是苏联东方号太空探索计划的一部分，飞行时间为108分钟，由一个地球轨道组成。
1961年8月7日，另一位苏联宇航员盖尔曼·季托夫（Gherman Titov）在执行东方2号任务期间成为第二位在轨人员。
到1963年6月16日，联盟共发射了6名东方号宇航员，其中两对同时飞行，累积了260次宇航员轨道和刚刚超过16天的太空宇航员天数。
1961年5月5日，美国在自由者7号太空舱中发射了第一位亚轨道水星宇航员艾伦·谢泼德。与加加林不同，谢泼德手动控制他的航天器的姿态并降落在其中，因此在技术上使自由者7号成为当时国际航空联合会定义的第一次完整的载人航天。[4]
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