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“二战”结束之后，苏联和美国成为世界上的两大主导力量，冷战就此拉开序幕。冷战期间，美国（及其盟友）与苏联相互遏制，这种对峙的状态一直持续到20世纪90年代初。
在这一时期，占据主导地位的关键是掌握当时的新技术——核能，同盟国在广岛和长崎造成的毁灭性影响已经充分证明了这一点；第二个关键就是掌握航空航天技术，“V2”火箭的成功已经毫无疑问地证明了该领域的发展潜力。
美苏之间为征服太空而进行的竞争被称为太空竞赛。双方都夺取了纳粹德国“V2”火箭的硬件及相关人才和资料，并在“二战”即将结束时设法获得了研制“V2”火箭的科学家们的服务。
图1-2 “V2”火箭
在美国的“回纹针行动”（Operation Paperclip）中，纳粹科学家获得了美国公民身份，并豁免了对他们的战争罪指控。开发和研制“V2”火箭的佩内明德和米特尔鲍多拉是“二战”期间在恶劣条件下雇佣奴隶劳工的集中营，有一万多人丧命于此，还有更多的人死于纳粹科学家制造的武器。沃纳·冯·布劳恩就是美国通过“回纹针行动”雇佣的科学家之一。他因出众的天资而迅速得到赏识，成为美国火箭项目的总设计师，先是在陆军，后来效力于NASA。
而苏联在这场较量中的表现就相当有失公平了。苏联人强迫纳粹科学家，确切地说是用枪口抵着他们的脑袋，威胁其为苏联的火箭研发项目效力，主持该项目的是苏联工程师谢尔盖·科罗廖夫（Sergei Korolev）。
美苏双方早期都在研发洲际弹道导弹（ICBMs），外观和“V2”火箭相近，但其威力足以运载大当量核弹头，并将其从地球的一端投掷向另一端。苏联人制造了“R7”火箭，继而制造了“斯普特尼克号”（Sputnik）人造卫星和“东方号”（Vostok）飞船，后来又研制了“联盟号”（Soyuz）飞船。
冯·布劳恩的团队在新墨西哥州的美军白沙导弹试验场开始了工作。他们将一枚小型“女兵下士”探测火箭安装到“V2”火箭的顶部，创造了史上第一枚二级火箭。1950年，在代号为“缓冲器—女兵下士”（Bumper-WAC）的计划中升空的一枚火箭，成为从佛罗里达州新建立的卡纳维拉尔角发射的第一枚火箭。
直到20世纪50年代末，美苏发展航天技术的重点才由军事应用转移到太空竞赛上。到1957年，两个国家都宣布了要将一颗人造卫星送入绕地轨道的计划。苏联首先实现了这一目标，于当年10月4日发射了“斯普特尼克1号”卫星，随后于11月3日发射了“斯普特尼克2号”卫星，上面还搭载了实验狗莱卡（Laika），它是第一只进入地球轨道的动物。
1957年12月，美国第一次尝试发射的卫星“先锋TV3”（Vanguard-TV3）在发射台上轰然爆炸，全球媒体纷纷报道，使情况越来越糟。不过他们很快就重振旗鼓，1958年1月31日，“探险者1号”（Explorer 1）人造卫星从卡纳维拉尔角完美起飞，不久后就进入了既定轨道，并维持着正常运行直至1970年。
NASA于1958年的晚些时候成立，次年用“红石”运载火箭（Redstone rocket）将人类送上太空的水星计划（Mercury programme）也随之启动。“红石”运载火箭是冯·布劳恩及其团队开发的弹道导弹之一，目前位于亚拉巴马州亨茨维尔。
但苏联人又一次抢占了先机。1961年4月12日，尤里·阿列克谢耶维奇·加加林驾驶他的“东方1号”飞船绕地球飞行了一圈，不久后返回陆地。“东方号”随后又成功进行了五次飞行。
尤里·阿列克谢耶维奇·加加林出生在苏联斯摩棱斯克州的一个村庄。20世纪50年代初，他开始接受铸造工人的训练，周末则学习飞行。1955年，他进入全日制飞行驾校学习，1957年11月成为苏联空军的一名飞行军官。因为对苏联的无人登月任务表现出兴趣，1959年，他入选了苏联载人航天计划。1961年4月12日，他顺利完成驾驶“东方1号”的任务，环绕地球轨道飞行了一圈，108分钟后安全返回，成为世界首个踏入太空的人类。执行“东方1号”任务是加加林探访太空的唯一一次冒险。飞行任务结束后，他进入苏联政界，从事航天器设计和航天员的培训工作。1968年3月27日，加加林驾驶的米格-15UTI喷气式战斗机在莫斯科附近坠毁，他在此次事故中不幸丧生。
美国再次追赶苏联的脚步。1961年5月5日，艾伦·谢泼德（Alan Shepard）成为第一个踏入太空的美国人，他的“自由7号”飞船推动他进行了15分钟的飞行，到达187千米的高度，完成了“水星-红石”（Mercury-Redstone）任务。
谢泼德的此次飞行是“亚轨道”
飞行——短暂地进入太空，然后便回到地面。接下来，NASA的工程师们用更强大的“宇宙神”（Atlas）运载火箭取代了“红石”运载火箭。1962年2月20日，约翰·格伦（John Glenn）成为美国首位环绕地球飞行的航天员，他的飞船进行了三次完整的绕地飞行，在飞行4小时55分钟后溅落大西洋。
当我站在月球上，第一次回望我的地球时，我哭了。
——艾伦·谢泼德
第一位踏入太空的女性是苏联航天员瓦伦蒂娜·捷列什科娃（Valentina Tereshkova），她在1963年6月乘坐“东方6号”飞船绕地球飞行了48圈。尽管美国女性在美国太空计划中扮演着关键角色，但是直到很久以后，当莎莉·赖德（Sally Ride）于1983年6月乘坐“挑战者号”航天飞机探访宇宙时，太空中才首次出现了美国女性的身影。凯瑟琳·约翰逊（Katherine Johnson）于1953年加入NASA。作为众多女性数学家中的一员，她计算了轨道，包括谢泼德和格伦的早期飞行轨迹，以及“阿波罗”（Apollo）登月计划的轨迹。而软件工程师玛格丽特·汉密尔顿（Margaret Hamilton）领导麻省理工学院的编程团队，开发了“阿波罗”计划中所有的飞行软件。
凯瑟琳·约翰逊于1918年8月26日出生在西弗吉尼亚州的白硫黄泉镇。她在数学方面表现出惊人的天赋，作为优秀毕业生，于1937年毕业于西弗吉尼亚州立大学，那时她年仅18岁。后来，她成为第三位获得数学博士学位的非裔美国人。与第一任丈夫组建家庭后，她于1953年加入了国家航空咨询委员会（National Advisory Committee for Aeronautics，即后来的NASA）。她在其中的角色是一台“人类计算机”——人工推导复杂的运算，而如今这些运算都可以依靠电子化完成。她功勋卓著，曾为艾伦·谢泼德计算飞行轨迹，助其成为首位进入太空的美国人。作为一名有色人种女性，在当时由白人男性主导的领域，她的整个职业生涯需要克服相当大的困难。2015年，她被授予总统自由勋章。