L'expertise de Thales Alenia Space dans le domaine de l'astronomie spatiale l'a poussé à s'inscrire comme le sponsor officiel de l' Année Mondiale de l'Astronomie (AMA09). Une opération d'envergure lancée sur 2009 par les Nations Unies, sur une initiative de l’Union astronomique internationale (UAI) et de l’ Unesco. Elle coïncide avec le 400e anniversaire des premières observations faites avec une lunette astronomique par Galilée et ses premières découvertes faites sur les montagnes lunaires, les taches solaires, les phases de Vénus, les satellites de Jupiter.
Thales Alenia Space est dans l'aventure de la Station Spatiale Internationale par des éléments importants réalisés dans une de ses usines italiennes :
Harmony est lancé le 23 octobre 2007 à bord de STS-120, comme composant primaire de la mission d'assemblage ISS-10A. Il est arrimé à la station le 27 octobre 2007, par l'Italien Paolo Nespoli expert de l'Agence spatiale européenne (ESA), et le commandant de l'ISS, l'Américaine Peggy Whitson. Harmony, est un élément crucial pour le développement de la structure orbitale. Il permet non seulement d’agrandir l’espace habitable de la Station mais également d’accéder à 3 unités d’expérimentation : le laboratoire américain Destiny, le laboratoire scientifique européen Columbus, et le module japonais Kibo. De plus, il sera utilisé comme point d’ancrage pour le véhicule de transfert japonais H II, pour les modules MPLM ainsi que pour les futures missions. Il servira également de support au bras robotique, Canadarm2, qui sera accroché à l’extérieur d'Harmony. Dans un environnement très technologique, Thales Alenia Space joue ainsi un rôle fondamental en fournissant près de la moitié du volume (7 mètres de long et 4,6 mètres de diamètre, soit environ 500 mètres cubes, pesant 14 tonnes) pressurisé et habitable de la Station, avec la livraison du Premier gros module européen à la Station.
Le laboratoire Columbus, dont la durée de vie est estimée à 10 ans, est lancé avec succès le 7 février 2008 et arrimé à la Station le 12 février. C'est le premier laboratoire Européen permettant d'effectuer des recherches long-terme dans un environnement de microgravité. Thales Alenia Space en est le principal contributeur pour le compte de l'ESA, la société étant responsable du design et de la production des structures primaires et secondaires du module ainsi que du développement et de la pré-intégration de la totalité de l'ensemble thermomécanique (PICA : Pre-Integrated Columbus APM). De plus, Thales Alenia Space était également en charge du système de protection anti-météorites et débris (MDPS : Meteorite and Debris Protection System), du système de contrôle thermique (TCS), du système de contrôle de l'environnement et de soutien de vie (ECLSS), du harnais et de l'ensemble des équipements de soutien au sol (GSE). La société a également contribué à certaines des principales fonctions du système, telles que le contrôle des charges utiles et des sous-systèmes, le contrôle de la température, le contrôle de l'atmosphère de la cabine ainsi que le système de contrôle incendie.
Par ailleurs, deux des cinq charges utiles internes (dédiées aux expériences en microgravité) ainsi qu'une des deux charges utiles externes ont été développées par Thales Alenia Space :