Weltraumforschung (engl. space exploration, wörtlich „Weltraumerforschung“), in der DDR Kosmosforschung genannt, ist die aktive Erforschung des Weltraums (Kosmos) entweder durch Beobachtung, Fernerkundung, Sondierung von Himmelskörpern oder durch terrestrische (auf der Erde durchgeführte) Experimente, die sich auf Zustände im Weltraum übertragen lassen.
Zu Beginn des 21. Jahrhunderts durchgeführte Operationen der Weltraumforschung sind insbesondere
Die Weltraumforschung benutzt Techniken der Raumfahrt, ein Teil findet jedoch auch auf der Erde statt. Umgekehrt dient nur ein kleiner Teil der Raumfahrt der Weltraumforschung, ein großer Teil der Raumfahrt hat andere Zwecke (etwa kommerzielle oder militärische).
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