Parti avec retard, la NASA met sur pied plusieurs programmes destinés à préparer de manière systématique les futures missions habitées du programme Apollo.
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Le programme Pioneer est un projet de la NASA d'exploration du système solaire à l'aide de sondes spatiales. Entre 1958 et 1978, 19 sondes Pioneer ont été envoyées avec des missions et des configurations différentes vers la Lune, le Soleil, Jupiter, Saturne et Vénus. Les sondes les plus remarquables sont Pioneer 10 et Pioneer 11, qui ont exploré les planètes externes et dont le dernier contact avec la Terreremonte respectivement à 2003 et 1995.
À la fin des années 1950, la NASA avait mis en place un grand programme d'exploration du Système Solaire. Il devait profiter d'une configuration exceptionnelle qui devait permettre de visiter toutes les planètes extérieures avec une seule sonde spatiale. Ce programme était appelé le Grand Tour et était basé sur le projet TOPS, dont la NASA était l'unique maître d'œuvre. Mais des restrictions budgétaires contraignirent l'agence à se replier sur une solution moins coûteuse. Elle décida de recourir aux plates-formes Pioneer, fabriquées parHugues Industrie, et qui avaient déjà fait leurs preuves (Programme Pioneer). Les sondes Pioneer F et G, rebaptisées ensuite 10 et 11, se contenteraient d'explorer Jupiter, et peut-être l'une des deux sondes pourrait être déviée jusqu'à Saturne.
Pioneer 10 décolla le 2 mars 1972 et fut lancée avec une précision remarquable vers Jupiter. La trajectoire des Pioneer était stabilisée pareffet gyroscopique en leur imprimant un léger mouvement de rotation. Du coup, l'orientation des instruments de mesure ne pouvait pas être modifiée. Malgré cela la mission fut particulièrement réussie et de nombreuses mesures et images furent récoltées. Pioneer 10 fut la première sonde spatiale à franchir la ceinture d'astéroïdes. On put, à cette occasion, se rendre compte qu'elle n'était pas composée d'une multitude de météorites, mais plutôt parsemée de grands astéroïdes. La distance la plus courte avec Jupiter fut atteinte le 3 décembre 1973. Depuis, elle continue sa course dans l'espace en direction d'Aldébaran dans la constellation du Taureau. Ces sondes étant amenées à sortir du système solaire, une plaque gravée a été apposée sur Pioneer 10 (et 11 voir Plaque de Pioneer), avec un schéma représentant un homme et une femme ainsi que des informations sur l'origine et les créateurs de la sonde.
Pioneer 11 fut lancée à son tour le 5 avril 1973, après que Pioneer 10 fut sortie de la ceinture d'astéroïdes. La mission Pioneer 10 avait été suffisamment réussie pour se tourner maintenant vers Saturne. Les ingénieurs utilisèrent, pour cela, l'effet de fronde de Jupiter, qui fut atteint le 3 décembre 1974. Pioneer 11 passa au plus près de Saturne le
1er septembre 1979.
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