Миссия Школы — сохранение и укрепление ведущих позиций Московского университета в области исследований космоса и использования результатов космической деятельности. Деятельность НОШ «Космос» будет направлена на подготовку специалистов и научные исследования в следующих актуальных направлениях исследования космоса:

• исследование темной материи и теория гравитации;
• безопасность деятельности в околоземном космическом пространстве;
• обеспечение исследования внеземных объектов (в частности Луны) и дальнейшее освоение космического пространства.

Основными научными подразделениями школы являются: факультет космических исследований МГУ, механико-математический факультет МГУ, физический факультет МГУ, ГАИШ МГУ и НИИЯФ МГУ.

Одной из самых интригующих проблем Космоса является наличие темной материи (содержание которой примерно в 5 раз превышает содержание известного нам барионного вещества) и темной энергии, ответственной за наблюдаемое ускоренное расширение Вселенной.

Эта форма материи не участвует в электромагнитных взаимодействиях, однако ее существование надежно установлено по производимым ей гравитационным эффектам. Сейчас общепринятой является гипотеза о том, что темная материя состоит из очень слабо взаимодействующих элементарных частиц неизвестного пока типа. Объяснение природы темной материи и исследование ее свойств (включая эксперименты по поиску частиц темной материи) — актуальные современные задачи. Разработка новых моделей темной материи, поиск новых сигнатур, которые позволят открыть новые перспективы для детектирования темной материи, а, возможно, и обнаружить ее, является важными элементами программы Школы.
Важнейшим направлением решения проблем темной материи и темной энергии является развитие теории гравитации. В МГУ эту деятельность активно ведется на физическом факультете, в НИИЯФ и ГАИШ. Одна из задач Школы —изучение гравитационного взаимодействия в двойных звездных системах и в галактиках. Это позволит проверить экспериментально теорию гравитации как на масштабах звездных масс, так и в галактических масштабах, что невозможно осуществить прямыми космическими экспериментами в Солнечной системе. Одной из ключевых нерешенных проблем в астрофизике релятивистских объектов остается поиск одиночных черных дыр. По оценкам ученых, их число в Галактике не менее сотни миллионов, однако их проявления в электромагнитном диапазоне из-за аккреции разреженного межзвездного газа крайне слабы, что требует развития методов поиска таких объектов.

Основными факторами риска для миссий в околоземном пространстве являются космическая радиация и космический мусор, а в верхних слоях атмосферы — и природные транзиентные электромагнитные явления, связанные со значительным высвобождением энергии.

В рамках направления планируются работы, направленные на повышение эффективности мониторинга околоземного пространства для уточнения орбит и характеристик действующих, поврежденных, отслуживших свой срок КА, а также иного космического мусора, за счет развития средств наземного и космического базирования, а также соответствующих алгоритмов получения и обработки информации. В частности, планируется разработка новых методов оптического, радио и ИК контроля пространства, а также систем адаптивной оптики, которые позволят на базе 2.5-метрового телескопа МГУ в деталях охарактеризовать КА на низких орбитах.
Наряду со средствами мониторинга планируется разработка методов и технологий пассивной (с использованием бортовых средств) навигации космических аппаратов, а также адаптивных маневров для уклонения с элементами космического мусора. Это направление — комплексное, требующее, с одной стороны, теоретической проработки в части методов решения начально-краевых задач, задач с промежуточными ограничениями и построения управлений в форме обратной связи, по своим характеристикам пригодных для работы на бортовых вычислительных устройствах, а с другой — совершенствования моделей возмущающих факторов (в частности, гравитационного поля Земли) и развитие методов точного предсказания орбит космического мусора.

Для обеспечения освоения космического пространства важнейшую роль играет уточнение возмущающих факторов, в частности гравитационных полей притягивающих центров. Важнейшими в ближайшей перспективе объектами исследования являются Земля и Луна.

В рамках направления планируется развитие новых методов прецизионных гравитационных измерений с использованием космической группировки нового поколения на околоземной орбите для повышения точности определения параметров гравитационного поля Земли, решения фундаментальных и прикладных проблем физики Земли, современной геодинамики и сейсмологии.
Также планируется развитие новых методов изучения параметров вращения Луны с использованием налунных (уголковые отражатели нового поколения), окололунных (аппараты на окололунной орбите, оснащенные средствами точных измерений межспутникового расстояния) и наземных средств. Проведение этих исследований будет играть важную роль в информационно-навигационном обеспечении будущих космических миссий в интересах изучения и освоения Луны, включая создание высокоточной селенодезической системы координат (ССК), а также в использовании их для научных исследований во многих областях астрономии и астрофизики.
Планируется развитие методов адаптивного расчета параметров маневров космического аппарата для реагирования на возмущающие факторы (оптимальные схемы автономной коррекции орбиты и стабилизации вращения, схемы взаимных маневров для проверки состояния и т. д.), пригодных для выполнения на бортовых вычислительных устройствах, а также схем межспутниковой коммуникации для обеспечения связи с Землей.
Задачи, связанные с взаимными маневрами, также подразумевают программно-математическую проработку алгоритмов работы стыковочных устройств, в т. ч. манипуляторного типа.
Для сопровождения перспективных миссий, включающих исследования небесных тел с использованием планетоходов, планируется развитие методов обработки изображений для построения карт высот на основе данных космической съемки, разработка бортовых программных модулей, основанных на решении задач управления динамическими системами с запаздыванием, а также проработка стендов полунатурного моделирования движения роботов в условиях поверхности планет.
Астробиологическая часть прикладных исследований по проектам школы связана с вопросами исследования жизни в космосе — зарождению, выживанию и эволюции микроорганизмов в космических условиях. Предлагается создание автоматической биологической лаборатории на микроспутниках для изучения состояния микроорганизмов в космических условиях по параметрам их флуоресценции. Планируется дистанционно изучать микроорганизмы с помощью автоматических биологических лабораторий, установленных на микроспутниках в околоземном космическом пространстве.