• ชูอิจิโร ยามาโนะอุจิ (2546–2547)
• เคอิจิ ทาชิคาวะ (2004–2013)
• นาโอกิ โอคุมูระ (2013–2018)
• ฮิโรชิ ยามาคาวะ (2018–ปัจจุบัน)

ญี่ปุ่นปล่อยดาวเทียมดวงแรกOhsumiในปี 1970 โดยใช้ จรวด L-4S ของ ISAS ก่อนการควบรวมกิจการ ISAS ใช้จรวดตระกูล Mu ขนาดเล็ก ที่ใช้เชื้อเพลิงแข็ง ในขณะที่ NASDA พัฒนาจรวดขนาดใหญ่ที่ใช้เชื้อเพลิงเหลว ในช่วงเริ่มต้น NASDA ใช้แบบจำลองของอเมริกาที่ได้รับอนุญาต^{[ 9 ]}

ยานปล่อยจรวดเชื้อเพลิงเหลวรุ่นแรกที่พัฒนาขึ้นในประเทศญี่ปุ่นคือH-IIซึ่งเปิดตัวในปี 1994 NASDA พัฒนา H-II โดยมีเป้าหมายสองประการคือ สามารถปล่อยดาวเทียมโดยใช้เทคโนโลยีของตนเองเท่านั้น เช่น ISAS และปรับปรุงความสามารถในการปล่อยจรวดให้ดีขึ้นอย่างมากเมื่อเทียบกับรุ่นที่ได้รับอนุญาตก่อนหน้านี้ เพื่อให้บรรลุเป้าหมายทั้งสองนี้ จึง ได้นำ วงจรการเผาไหม้แบบหลายขั้นตอนมาใช้กับเครื่องยนต์ขั้นแรกLE-7การผสมผสานระหว่างเครื่องยนต์ขั้นแรกแบบวงจรการเผาไหม้สองขั้นตอนด้วยไฮโดรเจนเหลว และ จรวดขับดันแข็งถูกนำไปใช้กับรุ่นต่อมาคือ H-IIA และ H-IIB และกลายเป็นโครงสร้างพื้นฐานของยานปล่อยจรวดเชื้อเพลิงเหลวของญี่ปุ่นเป็นเวลา 30 ปี ตั้งแต่ปี 1994 ถึง 2024 ^{[ 9 ]}

ในปี พ.ศ. 2546 JAXA ก่อตั้งขึ้นโดยการรวมหน่วยงานอวกาศของญี่ปุ่น 3 แห่งเข้าด้วยกันเพื่อปรับปรุงโครงการอวกาศของญี่ปุ่นให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น และ JAXA เข้ามาดูแลการดำเนินงานของยานปล่อยจรวดเชื้อเพลิงเหลวH-IIA ยานปล่อยจรวดเชื้อเพลิงแข็ง MVและจรวดสังเกตการณ์หลายลำจากแต่ละหน่วยงาน H-IIA เป็นยานปล่อยจรวดที่มีความน่าเชื่อถือมากขึ้นในขณะที่ลดต้นทุนลงด้วยการปรับปรุง H-II อย่างมีนัยสำคัญ และ MV เป็นยานปล่อยจรวดเชื้อเพลิงแข็งที่ใหญ่ที่สุดในโลกในขณะนั้น^{[ 9 ]}

ในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2546 การปล่อยจรวดครั้งแรกของ JAXA หลังจากการเปิดตัว H-IIA หมายเลข 6 ล้มเหลว แต่การปล่อยจรวด H-IIA ครั้งอื่นๆ ทั้งหมดประสบความสำเร็จ และ ณ เดือนมิถุนายน พ.ศ. 2568 H-IIA ได้ปล่อยสำเร็จ 48 ครั้งจากทั้งหมด 49 ครั้ง JAXA ยุติการดำเนินงานของ H-IIA โดยปลดประจำการด้วยเที่ยวบิน H-IIA หมายเลข 50 ซึ่งปล่อยเมื่อวันที่ 28 มิถุนายน พ.ศ. 2568 ^{[ 10 ]}

JAXA ดำเนินการH-IIBซึ่งเป็นรุ่นปรับปรุงของ H-IIA ตั้งแต่เดือนกันยายน พ.ศ. 2552 ถึงพฤษภาคม พ.ศ. 2563 และประสบความสำเร็จในการปล่อยยานขนส่ง H-II จำนวน 6 ครั้ง ยานอวกาศขนส่งสินค้าลำนี้มีหน้าที่ในการจัดส่งเสบียงให้กับโมดูลทดลองของญี่ปุ่น Kiboบนสถานีอวกาศนานาชาติ^{[ 11 ]}

เพื่อให้สามารถส่งภารกิจขนาดเล็กขึ้นสู่อวกาศได้ JAXA จึงได้พัฒนาจรวดเชื้อเพลิงแข็งรุ่นใหม่ชื่อ เอปซิลอน (Epsilon)เพื่อทดแทนจรวดMV ที่ปลดประจำการไปแล้ว การบินทดสอบครั้งแรกประสบความสำเร็จในปี 2013 จนถึงปัจจุบัน จรวดลำนี้ได้ทำการบินไปแล้ว 6 ครั้ง โดยมีหนึ่งครั้งที่ล้มเหลวในการปล่อย

ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2560 JAXA พยายามและล้มเหลวในการส่งดาวเทียมขนาดเล็กขึ้นสู่วงโคจรโดยใช้จรวดซีรีส์ SS520 ^{[ 12 ]}ความพยายามครั้งที่สองในวันที่ 2 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2561 ประสบความสำเร็จ โดยส่ง CubeSat น้ำหนัก 4 กิโลกรัมขึ้นสู่วงโคจรของโลก จรวดดังกล่าวซึ่งรู้จักกันในชื่อ SS-520-5 เป็นจรวดส่งดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจรที่เล็กที่สุดในโลก^{[ 13 ]}

ในปี 2023 JAXA เริ่มใช้งานH3ซึ่งจะมาแทนที่ H-IIA และ H-IIIB โดย H3 เป็นยานปล่อยจรวดเชื้อเพลิงเหลวที่พัฒนาขึ้นจากดีไซน์ใหม่ทั้งหมดเช่นเดียวกับ H-II ไม่ใช่การพัฒนาต่อยอดจาก H-IIA และ H-IIB ซึ่งมีพื้นฐานมาจาก H-II เป้าหมายของการออกแบบ H3 คือการเพิ่มขีดความสามารถในการปล่อยจรวดด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่า H-IIA และ H-IIB เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ จึง มีการใช้ รอบการขยายตัวแบบ Bleed Cycleเป็นครั้งแรกของโลกสำหรับขั้นตอนแรกของเครื่องยนต์^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}

เมื่อวันที่ 9 พฤษภาคม 2546 ยานอวกาศ ฮายาบูสะ (ซึ่งหมายถึงเหยี่ยวเพเรกริน ) ถูกปล่อยจาก จรวด MVเป้าหมายของภารกิจคือการเก็บตัวอย่างจากดาวเคราะห์น้อยใกล้โลก ขนาดเล็ก ชื่อ25143 อิโตะคาวะ ยาน อวกาศ เข้า ใกล้ ดาวเคราะห์น้อยในเดือนกันยายน 2548 และได้รับการยืนยันว่าลงจอดบนดาวเคราะห์น้อยสำเร็จในเดือนพฤศจิกายน 2548 หลังจากเกิดความสับสนเล็กน้อยเกี่ยวกับข้อมูลที่ได้รับในตอนแรกฮายาบูสะเดินทางกลับสู่โลกพร้อมตัวอย่างจากดาวเคราะห์น้อยเมื่อวันที่ 13 มิถุนายน 2553

ฮายาบูสะเป็นยานอวกาศลำแรกของโลกที่นำตัวอย่างดาวเคราะห์น้อยกลับมายังโลก และเป็นยานอวกาศลำแรกของโลกที่เดินทางไปกลับไปยังวัตถุท้องฟ้าที่อยู่ไกลจากโลกมากกว่าดวงจันทร์^{[ 18 ]}

ยานฮายาบูสะ 2 ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศในปี 2014 และนำตัวอย่างจากดาวเคราะห์น้อย162173 ริวกุ กลับ มายังโลกในปี 2020 ^{[ 18 ]}

หลังจากภารกิจ Hitenในปี 1990 องค์การอวกาศญี่ปุ่น (JAXA) ได้วางแผนภารกิจสำรวจดวงจันทร์ด้วยยานเจาะพื้นดวงจันทร์ชื่อLUNAR-Aแต่เนื่องจากความล่าช้าจากปัญหาทางเทคนิค โครงการจึงถูกยุติลงในเดือนมกราคม 2007 อย่างไรก็ตาม การออกแบบยานเจาะพื้นดวงจันทร์พร้อมเครื่องวัดแผ่นดินไหวสำหรับ LUNAR-A อาจนำกลับมาใช้ใหม่ในภารกิจในอนาคตได้

เมื่อวันที่ 14 กันยายน พ.ศ. 2550 JAXA ประสบความสำเร็จในการปล่อยยานสำรวจวงโคจรดวงจันทร์Kaguyaหรือที่รู้จักกันในชื่อ SELENE ด้วย จรวด H-2A (มีค่าใช้จ่าย 55 พันล้านเยน รวมทั้งยานปล่อย) ซึ่งเป็นภารกิจที่ใหญ่ที่สุดนับตั้งแต่โครงการ Apolloภารกิจของยานคือการรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับต้นกำเนิดและวิวัฒนาการของดวงจันทร์ยานเข้าสู่วงโคจรดวงจันทร์เมื่อวันที่ 4 ตุลาคม พ.ศ. 2550 ^{[ 19 ] [ 20 ]}หลังจากนั้น 1 ปี 8 เดือน ยานได้พุ่งชนพื้นผิวดวงจันทร์เมื่อวันที่ 10 มิถุนายน พ.ศ. 2552 เวลา 18:25 UTC

JAXA ได้ปล่อยภารกิจสำรวจพื้นผิวดวงจันทร์ครั้งแรกSLIM (Smart Lander for Investigating Moon) ในปี 2023 และลงจอดอย่างนุ่มนวลได้สำเร็จในวันที่ 19 มกราคม 2024 เวลา 15:20 UTC ทำให้ญี่ปุ่นเป็นประเทศที่ 5 ที่ทำเช่นนั้นได้^{[ 21 ] [ 22 ]}เป้าหมายหลักของ SLIM คือการปรับปรุงความแม่นยำในการลงจอดของยานอวกาศบนดวงจันทร์ และลงจอดยานอวกาศภายในระยะ 100 เมตรจากเป้าหมาย ซึ่งไม่มียานอวกาศลำใดเคยทำได้มาก่อน SLIM ลงจอดห่างจากจุดลงจอดเป้าหมาย 55 เมตร และ JAXA ประกาศว่าเป็นการลงจอดที่แม่นยำครั้งแรกของโลก^{[ 23 ]}แม้ว่าจะลงจอดได้สำเร็จ แต่แผงโซลาร์เซลล์หันไปทางทิศตะวันตก หันออกจากดวงอาทิตย์ในช่วงเริ่มต้นของดวงจันทร์ทำให้ไม่สามารถสร้างพลังงานได้เพียงพอ^{[ 24 ]}ยานลงจอดทำงานโดยใช้พลังงานแบตเตอรี่ภายใน ซึ่งหมดลงในวันนั้น ผู้ดำเนินการภารกิจหวังว่ายานลงจอดจะตื่นขึ้นหลังจากผ่านไปสองสามวันเมื่อแสงแดดส่องกระทบแผงโซลาร์เซลล์^{[ 25 ]}

ยานสำรวจสองลำ LEV 1 และ 2 ซึ่งถูกปล่อยออกมาในระหว่างการลอยตัวก่อนการลงจอดขั้นสุดท้าย ทำงานได้ตามที่คาดไว้ โดย LEV-1 สื่อสารกับสถานีภาคพื้นดินได้อย่างอิสระ^{[ 25 ]} LEV-1 ทำการกระโดดเจ็ดครั้งในช่วงเวลา 107 นาทีบนพื้นผิวดวงจันทร์ ภาพที่ถ่ายโดย LEV-2 แสดงให้เห็นว่ายานลงจอดในท่าทางที่ไม่ถูกต้อง โดยมีการสูญเสียหัวฉีดเครื่องยนต์ระหว่างการลงจอด และอาจเกิดความเสียหายต่อเสาอากาศที่เชื่อมต่อกับโลกของยานลงจอด ซึ่งไม่ได้ชี้ไปยังโลก^{[ 26 ]} ภารกิจนี้ถือว่าประสบความสำเร็จอย่างสมบูรณ์หลังจากได้รับการยืนยันว่าเป้าหมายหลัก คือการลงจอดภายในระยะ100 เมตร (330 ฟุต)จากเป้าหมาย แม้จะมีปัญหาเกิดขึ้นในภายหลัง^{[ 27 ] [ 28 ] [ 26 ]}  

เมื่อวันที่ 29 มกราคม ยานลงจอดกลับมาทำงานอีกครั้งหลังจากปิดระบบไปหนึ่งสัปดาห์ JAXA กล่าวว่าได้ติดต่อกับยานลงจอดอีกครั้ง และเซลล์แสงอาทิตย์ก็ทำงานได้อีกครั้งหลังจากสภาพแสงเปลี่ยนไปทำให้สามารถรับแสงอาทิตย์ได้^{[ 29 ]}หลังจากนั้น SLIM ก็เข้าสู่โหมดพักการทำงานเนื่องจากใกล้ถึงคืนที่รุนแรงบนดวงจันทร์ซึ่งอุณหภูมิจะสูงถึง−120 °C (−184 °F)คาดว่า SLIM จะทำงานได้เพียงช่วงเวลากลางวันของดวงจันทร์หนึ่งช่วง ซึ่งกินเวลา 14 วันของโลก และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บนยานไม่ได้ออกแบบมาให้ทนต่ออุณหภูมิในเวลากลางคืนบนดวงจันทร์ เมื่อวันที่ 25 กุมภาพันธ์ 2024 JAXA ได้ส่งสัญญาณปลุกและพบว่า SLIM สามารถอยู่รอดได้ในเวลากลางคืนบนพื้นผิวดวงจันทร์ในขณะที่ยังคงรักษาความสามารถในการสื่อสารไว้ได้ ในเวลานั้นเป็นเวลาเที่ยงวันบนดวงจันทร์ ดังนั้นอุณหภูมิของอุปกรณ์สื่อสารจึงสูงมาก การสื่อสารจึงถูกตัดขาดหลังจากช่วงเวลาสั้นๆ JAXA กำลังเตรียมพร้อมสำหรับการกลับมาทำงานอีกครั้งเมื่ออุณหภูมิลดลงเพียงพอ การเอาชีวิตรอดจากคืนบนดวงจันทร์โดยไม่มีหน่วยทำความร้อนไอโซโทปรังสีนั้นทำได้โดยยานลงจอดบางลำใน^{โครงการ} Surveyor เท่านั้น [ ^{30 ]}  

ภารกิจสำรวจดาวเคราะห์ของญี่ปุ่นจนถึงปัจจุบันจำกัดอยู่เฉพาะในระบบสุริยะชั้นในและเน้น การวิจัย ด้านสนามแม่เหล็กและชั้นบรรยากาศเป็นหลัก ยานสำรวจดาวอังคารโนโซมิ (PLANET-B) ซึ่ง ISAS ปล่อยขึ้นสู่อวกาศก่อนการควบรวมสถาบันการบินและอวกาศทั้งสามแห่ง กลายเป็นหนึ่งในความยากลำบากแรกๆ ที่ JAXA ที่เพิ่งก่อตั้งใหม่ต้องเผชิญ โนโซมิผ่านพ้น พื้นผิวดาวอังคารไปได้ในระยะ 1,000 กิโลเมตร ในวันที่ 20 พฤษภาคม 2553 ยาน สำรวจสภาพอากาศดาวศุกร์อากัตสึกิ (PLANET-C) และ ยานสาธิตพลังงานแสงอาทิตย์ IKAROSถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศด้วยยานปล่อยH-2A

เมื่อวันที่ 7 ธันวาคม 2010 ยานอวกาศอาคัตสึกิไม่สามารถทำการเข้าสู่วงโคจรของดาวศุกร์ได้สำเร็จ ในที่สุดอาคัตสึกิก็เข้าสู่วงโคจรของดาวศุกร์ได้ในวันที่ 7 ธันวาคม 2015 ทำให้เป็นยานอวกาศญี่ปุ่นลำแรกที่โคจรรอบดาวเคราะห์ดวงอื่น ซึ่งเกิดขึ้นหลังจากกำหนดการเข้าสู่วงโคจรของยานโนโซมิที่วางไว้เดิมถึงสิบหกปี หนึ่งในเป้าหมายหลักของอาคัตสึกิคือการค้นหากลไกเบื้องหลังการหมุนเร็วเกินปกติ ของชั้นบรรยากาศดาวศุกร์ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่ลมบนยอดเมฆในชั้นโทรโพสเฟียร์หมุนรอบดาวเคราะห์เร็วกว่าความเร็วในการหมุนของดาวศุกร์เอง ยังไม่มีคำอธิบายที่ละเอียดถี่ถ้วนสำหรับปรากฏการณ์นี้

JAXA/ISAS เป็นส่วนหนึ่งของ ข้อเสนอโครงการสำรวจ ดาวพฤหัสบดีของลา ปลาซ ตั้งแต่เริ่มก่อตั้ง มีการขอความร่วมมือจากญี่ปุ่นในรูปแบบของยานสำรวจโคจรอิสระเพื่อวิจัยสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดี ซึ่ง ก็ คือ JMO (Jupiter Magnetospheric Orbiter) แม้ว่า JMO จะไม่เคยได้รับการพัฒนาต่อ แต่ในที่สุดนักวิทยาศาสตร์ของ ISAS ก็จะได้เห็นเครื่องมือของพวกเขาไปถึงดาวพฤหัสบดีใน ภารกิจ JUICE (Jupiter Icy Moon Explorer) ที่นำโดย ESA JUICE เป็นการปรับปรุงใหม่ของ ยานสำรวจโคจร Ganymede ของ ESA จากโครงการลาปลาซ การสนับสนุนของ JAXA รวมถึงการจัดหาชิ้นส่วนของเครื่องมือ RPWI (Radio & Plasma Wave Investigation), PEP (Particle Environment Package) และ GALA (GAnymede Laser Altimeter)

JAXA กำลังพิจารณาภารกิจยานอวกาศใหม่ไปยังระบบดาวอังคาร ซึ่งเป็นภารกิจนำตัวอย่างกลับมายังโฟบอสที่เรียกว่าMMX (Martian Moons Explorer) ^{[ 31 ] [ 32 ]} MMX ได้รับการเปิดเผยครั้งแรกเมื่อวันที่ 9 มิถุนายน 2015 โดยมีเป้าหมายหลักคือการกำหนดที่มาของ ดวงจันทร์ ของดาวอังคาร^{[ 33 ]}นอกจากการเก็บตัวอย่างจากโฟบอสแล้ว MMX จะทำการสำรวจระยะไกลของดีมอสและอาจสังเกตบรรยากาศของดาวอังคารด้วย^{[ 34 ]}ณ เดือนธันวาคม 2023 MMX จะถูกปล่อยในปีงบประมาณ 2026 ^{[ 35 ]}

เมื่อวันที่ 9 สิงหาคม 2547 ISAS ประสบความสำเร็จในการปล่อยแผ่นพลังงานแสงอาทิตย์ ต้นแบบสองแผ่น จากจรวดสำรวจ แผ่นพลังงานแสงอาทิตย์แบบรูปทรงใบโคลเวอร์ถูกปล่อยที่ ระดับความสูง 122 กิโลเมตร และแผ่นพลังงานแสงอาทิตย์แบบรูปทรงพัดถูกปล่อยที่ระดับความสูง 169  กิโลเมตร แผ่นพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งสองแบบใช้ฟิล์มหนา 7.5 ไมโครเมตร

ISAS ได้ทดสอบแผ่นรับแสงอาทิตย์อีกครั้งในฐานะส่วนประกอบย่อยของ ภารกิจ Akari (ASTRO-F) เมื่อวันที่ 22 กุมภาพันธ์ 2549 อย่างไรก็ตาม แผ่นรับแสงอาทิตย์นั้นกางออกไม่เต็มที่ ISAS ได้ทดสอบแผ่นรับแสงอาทิตย์อีกครั้งในฐานะส่วนประกอบย่อยของ การปล่อย SOLAR-Bเมื่อวันที่ 23 กันยายน 2549 แต่ก็ขาดการติดต่อกับยานสำรวจ

ยาน อวกาศIKAROS ที่ใช้ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ถูกปล่อยขึ้นในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2553 และประสบความสำเร็จในการสาธิตเทคโนโลยีใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ในเดือนกรกฎาคม ทำให้ IKAROS เป็นยานอวกาศลำแรกของโลกที่ประสบความสำเร็จในการสาธิตเทคโนโลยีใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ เป้าหมายคือการส่งภารกิจใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ไปยังดาวพฤหัสบดีหลังปี พ.ศ. 2563 ^{[ 36 ]}

ดาราศาสตร์อินฟราเรดของญี่ปุ่นเริ่มต้นด้วยกล้องโทรทรรศน์ IRTSขนาด 15 เซนติเมตรซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ ดาวเทียมอเนกประสงค์ SFUในปี 1995 นอกจากนี้ ISAS ยังให้การสนับสนุนภาคพื้นดินสำหรับ ภารกิจอินฟราเรด ของหอดูดาวอวกาศอินฟราเรดของ ESA (ISO) อีกด้วย

ดาวเทียมดาราศาสตร์อินฟราเรดดวงแรกของ JAXA คือ ยานอวกาศ Akariซึ่งมีชื่อเรียกก่อนปล่อยว่าASTRO-Fดาวเทียมดวงนี้ถูกปล่อยเมื่อวันที่ 21 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2549 ภารกิจของมันคือ ดาราศาสตร์ อินฟราเรดด้วย กล้องโทรทรรศน์ขนาด 68 ซม. นี่เป็นการสำรวจท้องฟ้าทั้งหมดครั้งแรกนับตั้งแต่ภารกิจอินฟราเรดครั้งแรกIRASในปี พ.ศ. 2526 ( ดาวเทียมขนาดเล็กCUTE-1.7  น้ำหนัก 3.6 กก. ก็ถูกปล่อยจากยานปล่อยเดียวกันด้วย) ^{[ 37 ]}

JAXA ยังดำเนินการวิจัยและพัฒนาเพิ่มเติมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของระบบระบายความร้อนเชิงกลสำหรับภารกิจอินฟราเรดในอนาคตSPICAซึ่งจะช่วยให้สามารถปล่อยยานอวกาศในอุณหภูมิที่อุ่นได้โดยไม่ต้องใช้ฮีเลียมเหลว SPICA มีขนาดเท่ากับ ภารกิจ หอดูดาวอวกาศ Herschel ของ ESA แต่มีแผนที่จะมีอุณหภูมิเพียง 4.5 K และจะเย็นกว่ามาก ต่างจาก Akari ซึ่งมีวงโคจรแบบศูนย์กลางโลก SPICA จะตั้งอยู่ที่ตำแหน่ง L2 ระหว่างดวงอาทิตย์กับโลกปล่อยยานคาดว่าจะเกิดขึ้นในปี 2027 หรือ 2028 โดยใช้ยานปล่อย H3 ใหม่ของ JAXA อย่างไรก็ตาม ภารกิจนี้ยังไม่ได้รับการสนับสนุนทางการเงินอย่างเต็มที่ ESA และNASAอาจร่วมส่งเครื่องมือคนละชิ้นด้วย^{[ 38 ]}ภารกิจ SPICA ถูกยกเลิกในปี 2020

เริ่มตั้งแต่ปี 1979 ด้วยดาวเทียมฮาคุโช (CORSA-b) ญี่ปุ่นประสบความสำเร็จในการสังเกตการณ์อย่างต่อเนื่องเป็นเวลากว่าสองทศวรรษ อย่างไรก็ตาม ในปี 2000 การปล่อยดาวเทียมสังเกตการณ์รังสีเอ็กซ์ASTRO-E ของ ISAS ล้มเหลว (เนื่องจากล้มเหลวในระหว่างการปล่อย จึงไม่ได้รับชื่อที่เหมาะสม)

ต่อมาในวันที่ 10 กรกฎาคม 2548 JAXA ก็สามารถปล่อย ภารกิจ ดาราศาสตร์รังสีเอ็กซ์ ใหม่ ชื่อซูซากุ (ASTRO-EII) ได้สำเร็จ การปล่อยครั้งนี้มีความสำคัญต่อ JAXA เพราะในช่วงห้าปีนับตั้งแต่ความล้มเหลวในการปล่อยดาวเทียม ASTRO-E รุ่นแรก ญี่ปุ่นก็ไม่มีกล้องโทรทรรศน์รังสีเอ็กซ์ใช้งานเลย ดาวเทียมดวงนี้ประกอบด้วยอุปกรณ์สามชิ้น ได้แก่เครื่องวัดสเปกตรัมรังสีเอ็กซ์ (XRS) เครื่องวัดสเปกตรัมภาพรังสีเอ็กซ์ (XIS) และเครื่องตรวจจับรังสีเอ็กซ์ชนิดแข็ง (HXD) อย่างไรก็ตาม XRS ไม่สามารถใช้งานได้เนื่องจากความผิดพลาดที่ทำให้ดาวเทียมสูญเสียฮีเลียมเหลว

ภารกิจเอ็กซ์เรย์ถัดไปของ JAXA คือMonitor of All-sky X-ray Image (MAXI) MAXI ตรวจสอบวัตถุเอ็กซ์เรย์ทางดาราศาสตร์อย่างต่อเนื่องในช่วงพลังงานกว้าง (0.5 ถึง 30 keV) MAXI ติดตั้งอยู่บนโมดูลภายนอกของญี่ปุ่นของ ISS ^{[ 39 ]}เมื่อวันที่ 17 กุมภาพันธ์ 2016 Hitomi (ASTRO-H) ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศเพื่อสืบทอดต่อจาก Suzaku ซึ่งเสร็จสิ้นภารกิจเมื่อหนึ่งปีก่อนหน้า

ดาราศาสตร์สุริยะของญี่ปุ่นเริ่มต้นในช่วงต้นทศวรรษ 1980 ด้วยการปล่อย ภารกิจเอ็กซ์เรย์ฮิโนโท ริ (ASTRO-A) ยาน อวกาศ ฮิโนเดะ (SOLAR-B) ซึ่งเป็นรุ่นต่อจาก ยานอวกาศ โยโค (SOLAR-A) ที่ร่วมพัฒนาระหว่างญี่ปุ่น สหรัฐอเมริกา และสหราชอาณาจักร ถูกปล่อยโดย JAXA เมื่อวันที่ 23 กันยายน 2006 ^{[ 40 ] [ 41 ]}คาดว่าจะมีการปล่อย SOLAR-C ในช่วงหลังปี 2020 อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีรายละเอียดใดๆ นอกเหนือจากว่าจะไม่ถูกปล่อยด้วยจรวด Mu ของ ISAS เดิม แต่จะใช้จรวด H-2A จากทานากาชิมะแทน เนื่องจาก H-2A มีกำลังมากกว่า SOLAR-C จึงอาจมีน้ำหนักมากกว่าหรือประจำการอยู่ที่L ( จุดลากรางจ์ 1)

ในปี 1997 ญี่ปุ่นได้ปล่อย ภารกิจ HALCA (MUSES-B) ซึ่งเป็นยานอวกาศลำแรกของโลกที่ออกแบบมาเพื่อทำการสังเกตการณ์ VLBI ในอวกาศโดยเฉพาะ เพื่อสำรวจพัลซาร์และวัตถุอื่นๆ ในการดำเนินการดังกล่าว ISAS ได้จัดตั้งเครือข่ายภาคพื้นดินทั่วโลกผ่านความร่วมมือระหว่างประเทศ ส่วนการสังเกตการณ์ของภารกิจดำเนินไปจนถึงปี 2003 และดาวเทียมถูกปลดประจำการในปลายปี 2005 ในปีงบประมาณ 2006 ญี่ปุ่นได้ให้ทุนสนับสนุนASTRO-Gซึ่งเป็นภารกิจต่อยอด แต่ ASTRO-G ถูกยกเลิกในปี 2011

เพื่อยกระดับเทคโนโลยีการสื่อสารของญี่ปุ่น รัฐบาลญี่ปุ่นได้ริเริ่มโครงการ i-Space โดยมีภารกิจ ETS-VIII และ WINDS ^{[ 43 ]}

ภารกิจ ETS-VIII ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 18 ธันวาคม พ.ศ. 2549 วัตถุประสงค์ของETS-VIIIคือการทดสอบอุปกรณ์สื่อสารด้วยเสาอากาศขนาดใหญ่สองตัวและการทดสอบนาฬิกาอะตอม เมื่อวันที่ 26 ธันวาคม เสาอากาศทั้งสองตัวถูกกางออกได้สำเร็จ ซึ่งไม่ใช่เรื่องที่คาดไม่ถึง เนื่องจาก JAXA เคยทดสอบกลไกการกางเสาอากาศมาก่อนแล้วในภารกิจ LDREX-2 ซึ่งปล่อยขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 14 ตุลาคม ด้วยจรวด Ariane 5 ของยุโรป และการทดสอบก็ประสบความสำเร็จ

เมื่อวันที่ 23 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2551 JAXA ได้ปล่อยดาวเทียมทดสอบและสาธิตการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตความเร็วสูง ( WINDS ) หรือที่เรียกว่า "KIZUNA" WINDS มีจุดมุ่งหมายเพื่ออำนวยความสะดวกในการทดลองเกี่ยวกับการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตผ่านดาวเทียมที่เร็วขึ้น การปล่อยดาวเทียมครั้งนี้ใช้จรวดH-IIA หมายเลข 14 จาก ศูนย์อวกาศทาเนงาชิมะ [ ^{44 ] WINDS}ถูกปลดประจำการเมื่อวันที่ 27 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2562 ^{[ 45 ]}

เมื่อวันที่ 11 กันยายน 2553 องค์การอวกาศญี่ปุ่น (JAXA) ได้ปล่อยดาวเทียม QZS-1 (มิชิบิกิ-1) ซึ่งเป็นดาวเทียมดวงแรกของระบบดาวเทียมควาซีเซนิท (QZSS) ซึ่งเป็นระบบย่อยของระบบระบุตำแหน่งทั่วโลก (GPS) ตามมาด้วยการปล่อยดาวเทียมอีกสามดวงในปี 2560 และดาวเทียมที่จะมาแทนที่ QZS-1 มีกำหนดปล่อยในช่วงปลายปี 2564 นอกจากนี้ ยังมีดาวเทียมรุ่นใหม่จำนวนสามดวงที่สามารถทำงานได้อย่างอิสระจาก GPS โดยมีกำหนดเริ่มปล่อยในปี 2566

เมื่อวันที่ 24 สิงหาคม 2548 JAXA ได้ปล่อยดาวเทียมทดลองOICETSและINDEXด้วยจรวด Dnepr ของยูเครน OICETS (คิราริ) เป็นภารกิจที่มุ่งทดสอบการเชื่อมต่อทางแสงกับ ดาวเทียม ARTEMIS ของ องค์การอวกาศยุโรป (ESA) ซึ่งอยู่ห่างจาก OICETS ประมาณ 40,000 กิโลเมตร การทดลองประสบความสำเร็จในวันที่ 9 ธันวาคม เมื่อสามารถสร้างการเชื่อมต่อได้สำเร็จ ในเดือนมีนาคม 2549 JAXA สามารถสร้างการเชื่อมต่อทางแสงครั้งแรกของโลก ระหว่างดาวเทียมวงโคจรต่ำ (LEO) กับสถานีภาคพื้นดิน โดยใช้ OICETS เป็นสถานีแรกในญี่ปุ่น และในเดือนมิถุนายน 2549 กับสถานีเคลื่อนที่ในเยอรมนี 

INDEX (Reimei) เป็นดาวเทียมขนาดเล็กน้ำหนัก 70  กิโลกรัม สำหรับทดสอบอุปกรณ์ต่างๆ และทำหน้าที่ สังเกตการณ์ แสงเหนือด้วย ปัจจุบันดาวเทียม Reimei อยู่ในขั้นตอนการขยายภารกิจ

ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2549 JAXA ประสบความสำเร็จในการปล่อยดาวเทียมสำรวจพื้นดินขั้นสูง (ALOS/Daichi) การสื่อสารระหว่าง ALOS กับสถานีภาคพื้นดินในญี่ปุ่นจะดำเนินการผ่านดาวเทียมถ่ายทอดข้อมูลโคดามะ ซึ่งถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศในปี พ.ศ. 2545 โครงการนี้กำลังเผชิญกับแรงกดดันอย่างมากเนื่องจากอายุการใช้งานของภารกิจสำรวจโลก ADEOS II (Midori) สั้นกว่าที่คาดไว้ สำหรับภารกิจต่อจาก Daichi นั้น JAXA เลือกที่จะแยกออกเป็นดาวเทียมเรดาร์ ( ALOS-2 ) และดาวเทียมออปติคอล ( ALOS-3 ) ดาวเทียม ALOS 2 SAR (Synthetic Aperture Radar) ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2557 ดาวเทียม ALOS-3 อยู่บนจรวด H3ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2566 แต่ดาวเทียมสูญหายไปในความล้มเหลวในการปล่อยเมื่อขั้นที่สองไม่สามารถจุดระเบิดได้ALOS-4ซึ่งเป็นดาวเทียม SAR รุ่นต่อจาก ALOS-2 ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศอย่างประสบความสำเร็จในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2567 และมีแผนจะปล่อยดาวเทียมรุ่นต่อจาก ALOS-3 อย่างแท้จริงประมาณปี พ.ศ. 2560

เนื่องจากญี่ปุ่นเป็นประเทศเกาะและประสบกับพายุไต้ฝุ่นทุกปี การวิจัยเกี่ยวกับพลวัตของชั้นบรรยากาศจึงเป็นเรื่องสำคัญมาก ด้วยเหตุนี้ ญี่ปุ่นจึงได้ ร่วมมือกับ NASA ส่งดาวเทียม TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission) ขึ้นสู่อวกาศในปี 1997 เพื่อสังเกตฤดูฝนในเขตร้อน ต่อมา NASA ได้ส่งดาวเทียม ADEOS และ ADEOS II ขึ้นสู่อวกาศในปี 1996 และ 2003 ตามลำดับ เพื่อการวิจัยเพิ่มเติม อย่างไรก็ตาม ด้วยเหตุผลหลายประการดาวเทียมทั้งสองดวงมีอายุการใช้งานสั้นกว่าที่คาดไว้มาก

เมื่อวันที่ 28 กุมภาพันธ์ 2557 จรวด H-2A ได้ปล่อยดาวเทียม GPM Core Observatoryซึ่งเป็นดาวเทียมที่พัฒนาร่วมกันโดย JAXA และ NASA ภารกิจ GPM เป็นภารกิจต่อจากภารกิจ TRMM ซึ่งในขณะที่ปล่อย GPM นั้นได้รับการยกย่องว่าประสบความสำเร็จอย่างสูง JAXA ได้จัดหา เครื่องมือ Global Precipitation Measurement /Dual-frequency Precipitation Radar (GPM/DPR) สำหรับภารกิจนี้ Global Precipitation Measurement เองเป็นกลุ่มดาวเทียม ในขณะที่ GPM Core Observatory ทำหน้าที่เป็นมาตรฐานการสอบเทียบใหม่สำหรับดาวเทียมดวงอื่นในกลุ่มดาวเทียม ส่วนดาวเทียมย่อยนั้นมาจากประเทศ/หน่วยงานอื่นๆ เช่น ฝรั่งเศส อินเดีย ESA เป็นต้น เป้าหมายของ GPM คือการวัดปริมาณน้ำฝนทั่วโลกด้วยรายละเอียดที่ไม่เคยมีมาก่อน

เมื่อสิ้นสุดปีงบประมาณ 2551 องค์การอวกาศญี่ปุ่น (JAXA) ได้ปล่อยดาวเทียมGOSAT (Greenhouse Gas Observing SATellite) เพื่อช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถกำหนดและติดตามการกระจายความหนาแน่นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศดาวเทียมนี้ได้รับการพัฒนาร่วมกันโดย JAXA และกระทรวงสิ่งแวดล้อม ของญี่ปุ่น โดย JAXA เป็นผู้สร้างดาวเทียม ในขณะที่กระทรวงรับผิดชอบข้อมูลที่จะรวบรวมได้ เนื่องจากจำนวนสถานีตรวจวัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ภาคพื้นดินไม่เพียงพอที่จะตรวจสอบชั้นบรรยากาศของโลกได้อย่างทั่วถึง และมีการกระจายตัวไม่สม่ำเสมอทั่วโลก ดาวเทียม GOSAT อาจสามารถรวบรวมข้อมูลที่แม่นยำกว่าและเติมเต็มช่องว่างบนโลกที่ไม่มีสถานีตรวจวัดภาคพื้นดินได้ นอกจากนี้ยังมีการพิจารณาติดตั้งเซ็นเซอร์สำหรับก๊าซมีเทนและก๊าซเรือนกระจก อื่นๆ บน ดาวเทียมด้วย แม้ว่าแผนการยังไม่ได้รับการสรุปขั้นสุดท้าย ดาวเทียมมีน้ำหนักประมาณ 1,650  กิโลกรัม และคาดว่าจะมีอายุการใช้งานห้าปี

ดาวเทียมGOSAT 2 ซึ่งเป็นดาวเทียมรุ่นต่อจาก GOSAT-2 ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศในเดือนตุลาคม 2018 ส่วนดาวเทียมGOSAT-GW ซึ่งเป็นดาวเทียมรุ่นต่อจาก GOSAT-2 นั้น ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศในเดือนมิถุนายน 2025

ภารกิจสำรวจโลกที่ได้รับทุนสนับสนุนลำดับถัดไปหลังจาก GOSAT คือโครงการ GCOM ( Global Change Observation Mission ) ซึ่งเป็นโครงการต่อจาก ADEOS II (Midori) และ ภารกิจ Aquaเพื่อลดความเสี่ยงและเพื่อให้สามารถสังเกตการณ์ได้นานขึ้น ภารกิจนี้จะถูกแบ่งออกเป็นดาวเทียมขนาดเล็กหลายดวง โดยรวมแล้ว GCOM จะประกอบด้วยดาวเทียมทั้งหมดหกดวง ดาวเทียมดวงแรกGCOM-W (Shizuku) ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 17 พฤษภาคม 2555 โดยใช้จรวด H-IIA ดาวเทียมดวงที่สองGCOM-C (Shikisai) ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศในปี 2560

• ดาวเทียมตรวจอากาศร่วมระหว่าง NASA และ JAXA โครงการวัดปริมาณน้ำฝนในเขตร้อน (TRMM) ปี 1997–2015 (ปลดประจำการแล้ว)
• ดาวเทียมสังเกตการณ์สนามแม่เหล็กโลกAkebono ปี 1989–2015 (ปลดประจำการแล้ว)
• ดาวเทียม ซูซากุสำหรับการศึกษาดาราศาสตร์รังสีเอ็กซ์ ปี 2005–2015 (ปลดประจำการแล้ว)
• ดาวเทียมสำรวจโลกALOS , ปี 2006–2011 (ปลดประจำการแล้ว)
• อากาไรดาวเทียมดาราศาสตร์อินฟราเรดปี 2006–2011 (ปลดประจำการแล้ว)
• ภารกิจนำตัวอย่างจากดาวเคราะห์น้อย ฮายาบูสะกลับสู่โลก ปี 2003–2010 (ยุติภารกิจแล้ว)
• OICETS , การสาธิตเทคโนโลยี, 2005–2009 (ยุติการดำเนินงานแล้ว)
• เซเลน (SELENE)ยานสำรวจดวงจันทร์ ปี 2007–2009 (ปลดประจำการแล้ว)
• ไมโครแล็บแซท 1ภารกิจด้านวิศวกรรมขนาดเล็ก ปี 2002 (ปลดประจำการแล้ว)
• HALCA , โครงการ Space VLBIปี 1997–2005 (ปลดประจำการแล้ว)
• MDS-1โครงการสาธิตเทคโนโลยี ปี 2002–2003 (ปลดประจำการแล้ว)
• ดาวเทียมถ่ายทอดสัญญาณ DRTS (โคดามะ) ปี 2002–2017 (ปลดประจำการแล้ว)

• ดาวเทียมดาราศาสตร์รังสีเอ็กซ์ASTRO-H ปี 2016
• ยานโนโซมิภารกิจ สำรวจ ดาวอังคารปี 1998–2003
• ADEOS 2 (มิโดริ 2) การสังเกตการณ์โลก ปี 2002–2003

• ระบบดวงจันทร์สำหรับมนุษย์: การศึกษาเชิงแนวคิดเกี่ยวกับระบบสถานีบนดวงจันทร์ในอนาคตของมนุษย์
• โอเคอาโนส (OKEANOS)คือภารกิจสำรวจดาวพฤหัสบดีและดาวเคราะห์น้อยโทรจันโดยใช้ระบบขับเคลื่อนแบบผสมผสานระหว่างใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์และเครื่องยนต์ไอออน
• SPICAกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดขนาด 2.5 เมตร จะถูกติดตั้งที่จุด L2
• FORCE [ ^{53 ] การ สังเกต}รังสีเอกซ์แข็งขนาดเล็กด้วยความไวสูง
• DIOSคือภารกิจสังเกตการณ์รังสีเอ็กซ์ขนาดเล็กเพื่อสำรวจตัวกลางระหว่างกาแล็กซีที่มีอุณหภูมิสูง
• APPROACH ภารกิจเจาะดวงจันทร์ขนาดเล็ก
• HiZ-GUNDAM ภารกิจสังเกตการณ์การระเบิดรังสีแกมมาขนาดเล็ก
• B - DECIGOภารกิจทดสอบการสังเกตคลื่นความโน้มถ่วง
• ฮายาบูสะ เอ็มเค2/มาร์โค โปโล
• ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศ (SSPS) ต้นแบบ พลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศที่เปิดตัวในปี 2020 โดยมีเป้าหมายที่จะพัฒนาระบบพลังงานเต็มรูปแบบในปี 2030 ^{[ 54 ]}

• ศูนย์อวกาศลึกอุสุดะ (UDSC) เป็นสถานีติดตามยานอวกาศในเมืองซากุ จังหวัดนากาโนะ (เดิมอยู่ที่อุสุดะ จังหวัดนากาโนะ ; อุสุดะถูกรวมเข้ากับซากุในปี 2548) เป็นเสาอากาศอวกาศลึกแห่งแรกที่สร้างขึ้นด้วยเทคโนโลยีบีมเวฟไกด์ และเป็นสถานีภาคพื้นดินแห่งเดียวของญี่ปุ่นสำหรับการสื่อสารกับยานอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ในอวกาศลึกมาเป็นเวลานาน เสาอากาศขนาด 64 เมตรที่สร้างโดย มิต ซูบิชิอิเล็กทริก เปิดใช้งานในปี 2527 และใช้งานหลักในย่านความถี่ X และ S ^{[ 61 ] [ 62 ]}เมื่อสร้างเสร็จในปี 2564 MDSS ได้เข้ามาแทนที่ UDSC ในฐานะเสาอากาศหลักสำหรับเครือข่ายอวกาศลึกของ JAXA
• สถานีอวกาศลึกมิซาสะ (MDSS) ซึ่งตั้งอยู่ที่ซากุ จังหวัดนากาโนะ (และอยู่ห่างจาก UDSC ไปทางทิศตะวันตกเฉียงเหนือเพียงกว่าหนึ่งกิโลเมตร) หรือที่รู้จักกันในชื่อ GREAT (Ground Station for Deep Space Exploration and Telecommunication) สร้างเสร็จในปี 2021 ด้วยงบประมาณกว่า 10,000 ล้านเยน^{[ 63 ]}สถานีนี้ติดตั้งจานรับสัญญาณขนาด 54 เมตร ซึ่งสร้างโดยมิตซูบิชิ อิเล็กทริกเช่น กัน ^{[ 64 ]}สื่อสารกับยานอวกาศในย่านความถี่ X และ Ka ^{[ 65 ]}ขณะนี้กำลังดำเนินการในเฟส 2 (GREAT2) เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือ เพื่อรองรับโครงการในอนาคต เมื่อเทียบกับเฟสก่อนหน้า^{[ 66 ] [ 67 ]}

• สถานีติดตามอื่นๆ ในโอกินาวา มาสุดะ และคัตสึอุระ มีไว้สำหรับการติดตามและควบคุมดาวเทียม^{[ 68 ]}

การร่วมมือกับหน่วยงานด้านอวกาศอื่นๆ:

ก่อนหน้านี้ JAXA ได้ทำงานอย่างใกล้ชิดกับหน่วยงานอวกาศอื่นๆ เพื่อสนับสนุนโครงการอวกาศห้วงลึกของแต่ละหน่วยงาน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในปี 2015 เครือข่ายอวกาศห้วงลึก ของ NASA ได้ให้บริการการสื่อสารและการติดตามแก่ยาน สำรวจ Akatsuki Venus ผ่านเสาอากาศขนาด 34 เมตร^{[ 69 ]} ในเดือนตุลาคม 2021 JAXA ได้ให้ข้อมูลที่ได้รับที่ Misasa จาก Junoระหว่างการบินผ่านดวง จันทร์ ยูโรปาของดาวพฤหัสบดีแก่ NASA ^{[ 70 ]}

ในฐานะส่วนหนึ่งของการสนับสนุนร่วมกันอย่างต่อเนื่องสำหรับภารกิจอวกาศห้วงลึก JAXA, ESA และ NASA กำลังดำเนินการเพื่อปรับปรุงกรอบอ้างอิงท้องฟ้า X/Ka รวมถึงกรอบอ้างอิงภาคพื้นดิน X/Ka ที่เป็นหนึ่งเดียวซึ่งทั้งสามหน่วยงานจะใช้ร่วมกัน จานขนาด 54 เมตรที่ MDSS ช่วยเพิ่มความไวของ X/Ka เนื่องจากมีพื้นที่รับสัญญาณใหญ่กว่าเสาอากาศที่เทียบเท่ากันในเครือข่าย NASA และ ESA ถึงสองเท่าครึ่ง MDSS ปรับปรุงเรขาคณิตของเครือข่ายด้วยฐานเส้นตรงเหนือ-ใต้เส้นแรก (ญี่ปุ่น-ออสเตรเลีย) ในเครือข่าย X/Ka VLBI จึงทำให้มีฐานเส้นใหม่สี่เส้นซึ่งจะให้เรขาคณิตที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการปรับปรุงเดคลิเนชัน^{[ 71 ]}