1999年11月20日，距离集团公司成立不到5个月的时间，神舟一号飞船在长征二号F运载火箭的托举下呼啸升空，实现了“中国飞船第一飞”。从此，我国加紧了向太空进军的步伐，于两年时间里成功实施了神舟二号、神舟三号和神舟四号3次无人飞行试验。
2003年10月15日，中国首位航天员杨利伟乘坐神舟五号飞船飞向太空，一个民族的千年飞天梦终成现实！此后的十载飞天路上，五度载人飞行，为集团公司不断突破核心关键技术实现自主创新，标记了前行的刻度。2013年，神舟十号飞船载着三名航天员，完成了首次应用性飞行，载人航天工程第二步第一阶段完美收官。
15年间，中国载人航天工程连续成功发射了10艘神舟飞船和天宫一号目标飞行器，先后掌握了载人飞行、空间出舱、空间交会对接等关键技术，并实现了载人飞船与天宫一号目标飞行器交会对接应用性飞行试验。中国载人航天工程正向着“三步走”的最终目标——空间站建设快速迈进。
在载人航天飞行取得成功的同时，作为探月工程实施的主导力量，集团公司也加紧了实现嫦娥奔月梦想的步伐。
2007年10月，嫦娥一号卫星由长征三号甲运载火箭成功发射，在完成绕月飞行的既定任务目标后，于2009年准确受控撞击月球，为我国探月工程一期画上圆满句号。
探月二期工程的先导星——2010年发射成功的嫦娥二号卫星，在获取了7米分辨率全月表三维影像和虹湾区高分辨率影像等既定任务后，完成了对L2点环绕探测和对图塔蒂斯小行星（距地球700万千米）飞越探测，并不断地刷新中国深空探测的新高度，目前已距地球超过8300万公里。
2013年岁末，嫦娥三号探测器在月球上实现了“闲庭信步”，中国成为世界上第三个成功实现航天器地外天体软着陆的国家。我国探月工程“三步走”计划中第二步“落”的成功，为后续中国航天在深邃太空中不断助推中国梦的实现，奠定了坚实基础。
作为全球第三个成熟的卫星导航系统，北斗卫星导航系统的建设对后续航天工程的实施具有重大借鉴意义。
2000年，集团公司先后将两颗北斗导航试验卫送入空间轨道，建成了北斗导航卫星试验系统。2004年，我国正式启动北斗卫星导航系统建设。2010年，北斗区域卫星导航系统建设正式进入组网发射阶段。
2012年10月，随着第16颗北斗导航卫星的发射成功，北斗区域卫星导航系统正式建成，我国北斗卫星导航系统建设“三步走”中的第二步战略目标全部实现。12月，北斗区域卫星导航系统正式向中国及周边地区的用户提供定位、导航、授时以及短报文通信等服务。
2013年4月，由集团公司抓总研制的高分一号卫星成功发射。高分一号卫星作为高分辨率对地观测系统建设的首发星，在科技创新和应用推广等方面的开拓意义重大。自此，高分辨率对地观测系统进入全面建设阶段，至2020年前后计划完成整个系统建设。
2013年，我国第二代极轨气象卫星风云三号系列的第三颗星发射成功，进一步完善了全球、全天候、多光谱、三维、定量遥感的气象监测能力，标志着中国气象卫星的发展与应用进入到了一个新的阶段。
于2011年发射的海洋二号卫星成为我国首颗海洋动力环境卫星。在此之前，海洋一号A星、B星使我国海洋水色卫星真正进入遥感卫星业务化运行状态。
2012年成功发射入轨的资源三号卫星是我国首颗自主民用高分辨率立体测绘卫星。它的在轨运行丰富和完善了我国民用空间基础设施，有效增强了我国民用航天高分辨率立体测绘、气候预报的能力。
同样发射于2012年的环境与灾害监测预报小卫星C星，是我国首颗民用对地观测合成孔径雷达小卫星。该卫星与两颗环境与灾害监测预报小卫星A、B星共同组网建成了我国首个环境与灾害监测预报小卫星星座，具备对灾害、生态破坏、环境污染进行大范围、全天时、全天候动态监测的能力。
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