Ученые ГАИШ внесли существенный вклад в подготовку и проведение космических исследований, а также в обработку и изучение полученных результатов. В частности, выполняя задание Главного конструктора ракетно-космической техники академика С.П. Королева, И.С. Шкловский разработал метод так называемой «искусственной кометы», который позволял точно определять координаты космических аппаратов на больших расстояниях от Земли посредством выброса с борта аппарата в пространство облака паров натрия или лития, ярко флюоресцирующих под действием солнечного излучения. Активное участие в создании и испытании аппаратуры для наблюдения «искусственной кометы» принимали ученики И.С. Шкловского – В.Ф. Есипов и В.И. Мороз, которым 12 сентября 1959 года удалось получить уникальные снимки «искусственной кометы», образованной с борта АМС «Луна–2» на расстоянии 150000 км от Земли. Созданием испарителя натрия и участием совместно со Шкловским в испытаниях на полигоне Капустин Яр на Волге занимался другой его ученик – В.Г. Курт. Испытания 19 сентября 1958 года прошли успешно. Огромное облако оранжевого цвета, распустившееся на высоте более 400 километров, было видно невооруженным глазом. Позже Курт вспоминал, что Шкловский, глядя на это облако, тут же придумал ему тему кандидатской диссертации – «Диффузия паров натрия в верхней атмосфере Земли». (Изучение процессов диффузии позволяло рассчитать плотность воздуха в верхних слоях атмосферы.) Диссертацию на эту тему Курт успешно защитил через полтора года после испытаний. 22 апреля 1960 года И.С. Шкловскому за разработку метода «искусственной кометы» была присуждена Ленинская премия.

На основе изучения первых фотографий обратной стороны Луны сотрудниками ГАИШ и Центрального научно-исследовательского института геодезии, аэрофотосъемки и картографии (ЦНИИГАиК) в 1960–1961 годы были созданы первые в мире полная карта и глобус Луны. Работы велись под руководством Ю.Н. Липского (1909-1978). В 1964 году, по инициативе С.П. Королева, в ГАИШ был организован отдел физики Луны и планет (в настоящее время – отдел исследований Луны и планет), который возглавил профессор Ю.Н. Липский. В последующие годы сотрудниками этого отдела в кооперации с другими специализированными организациями было подготовлено и выпущено в свет более двух десятков изданий атласов, карт и глобусов Луны и Марса, проводились исследования морфологии и физических свойств поверхности Луны, Марса и Меркурия. Сотрудники отдела участвовали в проведении космических экспериментов по программам «Зонд» и «Луноход» и в обработке их результатов. В 1973 году на самоходном аппарате «Луноход–2» Ю.Н. Липским и В.В. Шевченко был подготовлен и осуществлен фотометрический эксперимент, результаты которого позволили выяснить фотометрические характеристики тонкой фракции грунта, измеренные непосредственно на лунной поверхности. С 1976 года до начала 1990-х годов по предложению руководителя НПО «Энергия» Генерального конструктора ракетно-космических систем академика В.П. Глушко сотрудники отдела В.В. Шевченко, В.И. Чикмачев, С.Г. Пугачева и др. вели исследования по выбору мест для проектов обитаемых баз на Луне и Марсе. После запуска первого искусственного спутника Земли (ИСЗ) исследования динамики искусственных и естественных спутников планет составили основную тематику отдела небесной механики ГАИШ. В 1971 году Е.П. Аксенов, Е.А. Гребеников, В.Г. Демин и Г.Н. Дубошин стали лауреатами Государственной премии СССР за разработку новых методов расчета траекторий движения ИСЗ. С тех пор исследования динамики искусственных и естественных спутников планет и практическое построение моделей движения спутников на основе наблюдений составляют традиционную тематику отдела небесной механики ГАИШ.

В начале 1955 года вышло правительственное постановление о расширении исследований гравитационного поля Земли для расчета траекторий и обеспечения данными баллистических ракет и ИСЗ. Для решения этой задачи принципиальное значение имело изучение гравитационного поля Земли в районах морей и океанов. В 1955 году в ГАИШ была организована Постоянно действующая морская гравиметрическая экспедиция (ПДМГЭ), впоследствии переросшая в отдел гравиметрии. Первыми руководителями ПДМГЭ стали ученики Л.В.Сорокина – Н.П.Грушинский и В.В.Федынский. За 20 лет после создания ПДМГЭ было проведено около 50 морских экспедиций, по материалам которых были созданы гравиметрические карты Мирового океана, Антарктиды и Австралии. С началом эры космических исследований в отделе гравиметрии начали активно заниматься исследованием гравитационного поля и фигуры Луны. В первой статье на эту тему, написанной М.У. Сагитовым и Н.П. Грушинским в 1960 году, было теоретически рассмотрено гравитационное поле Луны, основные параметры которого совпали с результатами, полученными с помощью спутниковых исследований.

В 1960-1980-х гг. сотрудники ГАИШ и ИКИ АН СССР В.П. Григорьева, В.Ф. Есипов, В.Г. Курт, В.И. Мороз, А.Э. Наджип, Е.К. Шеффер, П.В. Щеглов и другие участвовали в разработке и создании аппаратуры для искусственных спутников и автоматических межпланетных станций, а также в проведении бортовых исследований межпланетного пространства и изучения планет Солнечной системы. Всего было использовано около 30 космических аппаратов, в том числе высотные ракеты Р-5 и Р-7, спутники серии Космос и Прогноз, АМС Луна 1, зонд-2, Венера-4, Марс-5, орбитальная обсерватория Астрон и др. В 1968 году В.Г. Курту была присуждена Ломоносовская премия МГУ за исследования ультрафиолетового излучения с борта АМС Венера-4, а в 1984 году он стал лауреатом государственной премии СССР за работы, выполненные с борта орбитальной обсерватории Астрон. В 1985 году В.И. Мороз был удостоен Государственной премии СССР за разработку аппаратуры и проведение исследований атмосферы и ионосферы Венеры с борат АМС «Венера» и с помощью спускаемых аппаратов. Ряд сотрудников ГАИШ (В.П. Григорьева, В.Ф. Есипов, В.И. Мороз, Е.И. Москаленко, В.В. Шевченко, Е.К. Шеффер, П.В. Щеглов) был награжден медалями Федерации космонавтики СССР.

Выход человека в космос породил у многих надежды на то, что в ближайшее время удастся обнаружить какие-либо данные о существовании внеземных цивилизаций. Одним из сторонников экспериментальных и теоретических поисков в этом направлении стал И.С. Шкловский, книга которого «Вселенная, жизнь, разум», вышедшая в свет в 1962 и после этого неоднократно переиздаваемая в нашей стране и за рубежом, приобрела мировую известность. Энтузиастами изучения проблем поиска внеземных форм жизни и разума стали такие ученики И.С. Шкловского, как Н.С. Кардашев и Л.М. Гиндилис.

В музее ГАИШ на Пресне хранится письмо академика А.Д. Сахарова от 8 августа 1971 года, содержащие ответы на предложенную Л.М. Гиндилисом анкету по проблемам поиска и возможного обнаружения внеземных форм жизни и разума. Письмо А.Д. Сахарова публикуется впервые.

Письмо А.Д.Сахарова к Л.М.Гиндилису по проблеме SETI (от 08.08.1971 г.)

Рис.1 Фотографии «искусственной кометы» (КА «Луна–2», 12 сентября 1959 г.), сделанные В.Ф. Есиповым.	Рис.2 Титульный лист отчета по теме, связанной с разработкой методов наблюдения ИСЗ.	Рис.3 Диплом о присуждении И.С. Шкловскому Ленинской премии за разработку методики наблюдения КА на большом расстоянии от Земли.	Рис.4 Чл.–корр. АН СССР И.С. Шкловский с учениками. Слева направо: В.И. Мороз, В.Ф. Есипов, И.С. Шкловский, В.Г. Курт, П.В. Щеглов.
Рис.5 Проф. Ю.Н. Липский (1909–1978) – основоположник отдела физики Луны и планет, создатель первого полного глобуса Луны.	Рис.6 Фотография кратера Штернберга на обратной стороне Луны.	Рис.7 В 1972 г. в процессе работы автоматического аппарата «Луноход–2» был проведен эксперимент по фотометрическим измерениям на лунной поверхности, разработанный Ю.Н. Липским и В.В. Шевченко.
Рис.8 Американский космонавт Н. Армстронг во время посещения ГАИШ расписывается на глобусе Луны.	Рис.8а Фрагмент карты Луны с подписью Н. Армстронга
Рис. 9.Лауреаты Государственной премии СССР (1971) за разработку методов расчета траекторий ИСЗ. Слева направо: Е.П. Аксенов, В.Г. Демин, Е.А. Гребеников, Г.Н. Дубошин.	Рис.10. Проф. Л.В. Сорокин (1886–1954) – один из основоположников морской гравиметрии в СССР.	Рис. 11. Чл.–корр. АН СССР В.В. Федынский (1908–1978) – создатель и первый руководитель Постоянно действующей морской гравиметрической экспедиции (ПДМГЭ).	Рис. 12. Проф. Н.П. Грушинский (1915–2001) – создатель одной из первых моделей геоида. Антарктида, 1959 г.
Рис. 13. Участники экспедиции особого назначения (ЭОН–259) в Северный Ледовитый, Атлантический, Индийский и Тихий океаны, 1959–1960 гг. Слева направо, стоят: И.Я. Французов, В.А. Гладун, Ю.П. Канибер, В.Л. Пантелеев; сидят: В.Н. Коржев (нач. экспедиции), П.А. Строев, Ю.В. Бобров, Б.Б. Левицкий.