1.人造卫星的大家族
每当仰望黄昏或黎明前的晴朗夜空时，我们常常会看到有明亮的“星星”快速飞过，时间不过二分钟就会消失。其运行轨迹有时为东西向，有时呈南北向。这就是人类自己制造的人造地球卫星。
（1）人造地球卫星概况
人造卫星的运行轨道（除近地轨道外）通常有三种：地球同步轨道、太阳同步轨道、极轨轨道。
①地球同步轨道：是运行周期与地球自转周期相同的顺行轨道。
②太阳同步轨道：是轨道平面绕地球自转轴旋转的、方向与地球公转方向相同、旋转角速度等于地球公转的平均角速度（360度/年）的轨道，它距地球的高度不超过6000公里。
③极轨轨道：是倾角为90°的轨道，在这条轨道上运行的卫星每圈都要经过地球两极上空，可以俯视整个地球表面。气象卫星、地球资源卫星、侦察卫星常采用此轨道。
在地球上的许多国家中，能够自己制造和发射卫星的国家并不多。其中最早实现自己制造、发射卫星的国家有前苏联、美国、法国、日本和中国。这五个国家可以称为发射卫星的明星国家。
（2）人造地球卫星的分类和应用
在目前发射成功的卫星中，包括科技实验考察、通信、气象、导航、地球资源、军事侦察、海洋监视、早期预警、数据中继、军用测地等用途的卫星。它们在各自的领域大显神通，使人类传统文明和军事技术发生了革命性的变化。
人造地球卫星具有对地球进行全方位观测的能力，其最大特点是居高临下，俯视面大。一颗运行在赤道上空轨道的卫星可以覆盖地球表面1.63亿平方公里的面积，比一架8000米高空侦察机所覆盖的面积多5600多倍。因此，对完成通信、侦察、导航等任务来说，它具有其他手段无法比拟的优势。
另据专家2005年底统计，在已发射成功的各类卫星中，除去军用和科研实验用以外，民用的通信、广播、气象、导航及地球资源卫星共计1093颗，占各国发射总数的27.6%。其中通信和广播卫星共658颗、气象卫星163颗、导航卫星239颗、地球资源卫星33颗。这些卫星的工作寿命都很有限，大部分为1～2年，最长的不超过10年。按设计寿命统计，目前仍在轨道上工作的应用卫星并不很多，实际上1983年以前发射的应用卫星已基本上停止工作。目前经常保持在轨道上正常工作的约为200颗左右，最多时不超过400颗。
人造地球卫星的广泛应用，又进一步推动了整个空间科技的发展，它的种类越来越多、功能越来越全、用途越来越广，成为航天器中发展最迅速、最活跃的一种。
2.太空鸿雁的微波塔：通信卫星
自1958年12月美国发射第一颗称为“斯科尔”的有源实验型通信卫星，1962年6月开始部署实用型通信卫星，特别是1964年美国发射“辛康-3”地球静止轨道卫星获得成功后，充分显示了卫星通信具有覆盖范围大、通信容量大、传输质量高、机动性好、生存力强和经济、成本低等优点，从而引起世界各国广泛重视，纷纷投入了大量人力、物力来进行开发活动，导致了新的卫星通信时代的到来。
随着大规模集成电路、卫星能源和大功率电子器件等关键技术的不断进步，通信卫星的容量和传输质量有了飞速进步。如最初的国际“通信卫星1号”，卫星上只有两台转发器，通信容量为240条双向话路或1路电视。90年代使用的第六代国际通信卫星，转发器已增加到58台，通信容量达到12万条话路和3条彩色电视信道，寿命达13年。与此同时，地面接收站的小型化也进展很快，从而给卫星通信展示了更大发展的前景，并产生了难以估量的社会效益和商业利益。迄今，卫星通信已能为社会提供上百种以上的服务，除电报、电话、传真、数据传输、电视广播、远距离教育、无线电广播和海事移动通信外，还能提供电视电话会议、数据广播、应急救灾、遥远医疗、银行汇兑、电子文件分发、报刊印刷、电子邮政、资料检索与传送以及计算机联网等业务。同时，由于卫星通信的发展，实现军队自动化指挥的自动化通信网成为现实，并广泛应用到作战指挥、武器控制、情报处理、后勤指挥及军务管理等各个领域，大大提高了现代高技术战争的水平。
为更好地发挥通信卫星的作用，实现全球通信的设想。1991年正式提出的由66颗卫星组成的低轨道铱星全球通信系统工程已开始启动，1997年5月5日，美国麦道公司研制的“德尔塔I型”运载火箭从加利福尼亚范登堡空军基地首次将5颗铱星送入太空，该计划于1998年年底基本完成系统组网，并开始投入运行。这样，由美国摩托罗拉公司研制的“铱星”群和个人便携式电话组成的全球移动通信系统，将实现对地球表面任何一处“天衣无缝”的覆盖。无论你走到地球的任何地方，不管是陆地、海洋还是天空，只要你利用入网的便携式移动电话，拨出对方号码，“铱星”系统便可自动在全球为你搜索接通。“铱星”体积小（直径约1米，高度约2米），重量轻（385公斤），又是低轨道（约765公里）运行，不仅发射费用低、工作可靠，还不依赖其他地面通信设备，其发展前景，已引起世界各国的高度重视。
3.巡天风云的“万里眼”：气象卫星
气象卫星，主要用于气象观测。据美国统计，气象卫星的经济效益巨大。该国每年用于气象卫星工程的投资约3亿美元，而通过气象卫星的服务得到的效果，可折算成每年增产或减少灾害损失达20亿美元，投资效益比为1：7.据前苏联有关当局估计，前苏联的气象卫星的投资效益比高达1：10.
被称之为“巡天千里眼”的气象卫星按运行轨道可分为两类：一类是太阳同步轨道气象卫星。由于卫星是逆地球自转方向与太阳同步，沿着太阳早升晚落的方向运行，每圈都要经过地球两极上空，故又称极地轨道气象卫星。卫星运行高度通常为数百公里，可观测全球的气象数据，供中长期数值天气预报用；另一类是与地球保持同步运行，相对地球是静止的地球静止轨道气象卫星。这类卫星轨道比较高，观测范围更广阔，通常用于对同一地区进行长期、持续观测，及时提供有关天气预报数据。卫星对云图的拍摄也有两种形式，一种是借助于地球上物体对太阳光的反射程度而拍摄的可见光云图，只限于白天工作；另一种是借助于地球表面物体温度和大气层温度辐射的程度不同，形成红外云图，可以全天候工作。显然，两类卫星和两种云图的拍摄形成共同配合使用，即可起到取长补短、相得益彰的作用，提高气象预报的准确效果。
迄今为止，气象卫星有的已发展为以气象为主的多用途对地观测卫星，不仅用于提高天气预报精度和准确度，还可用于海洋观测、冰雪和水文监测、庄稼生长以及病虫害和土壤墒情的监测等，在国民经济中发挥着越来越巨大的作用。
4.火眼金睛的勘探者：地球资源卫星
资源探测卫星，用于对地球资源和海洋环境的勘测以及对某些自然灾害的监测，主要有地球资源卫星和海洋监视卫星等。如果说气象卫星为了及时对变迁的大气层进行大面积和多次数的观测，它注重的光观测仪器必须有较大的视场角，而对其分辨率没有过高要求的话；那么地球资源卫星对观测仪器的性能选择则恰恰相反，它希望卫星上的光谱扫描仪对地面的分辨率要高，而相对地可以缩窄观测幅宽。地球资源卫星对发展国民经济的作用重大，如前苏联曾利用卫星获取的资料发现若干个金刚石矿，在第聂伯—顿涅茨的沼泽地区发现大油田。美国通过卫星勘察，在南非发现一个世界上最大的镍矿，在撒哈拉大沙漠找到巨大的沙下古河道和多个淡水源。
被称作“耳、目”双全的海洋监视卫星，也是一种重要的对地观测卫星，它既能获取图像信息，又能截听电子信号，主要用于掌握海洋水文资料等环境状况和可能的变化，这对及时掌握他国海军在海洋中的活动情况，提高本国海军的远洋作战能力，避免或减少海洋环境对海上作业的不利影响以及对测算海洋浮游生物分布、探测鱼群走向、预报渔讯等有重要意义。
5.洞察一切的谍报员：侦察卫星
号称“太空间谍”的侦察卫星，是对地观测卫星中最为兴旺的一个“家族”，在全球已上天的数千颗卫星中约占1/3的数量。侦察卫星的种类繁多，大体分为照相侦察卫星和电子侦察卫星两大类。
世界上第一颗照相侦察卫星是美国于1959年2月28日发射的“发现者1号”。自1962年春进入实际应用以来，已先后发展了五代。第一代、第二代为“发现者”系列，第三代为“萨莫斯”系列，1966年投入使用。第四代是取名为“大鸟”的“普详结合型”侦察卫星，1971年开始使用。它既能大范围监视，又能“低近观察”（分辨率为0.3米）；既能以无线电方式发送侦察结果，又能以回收方式对信息进行收集，因而誉满全球。第五代是1976年开始使用的“锁眼-11”和“锁眼-12”，其特点是采用无线电实时传送数字图像信息，利用率高，工作寿命长达三年。
世界上第一颗电子侦察卫星也是由美国送入太空的。从1963年8月至1984年底，美国共发射36颗“普查型”电子侦察卫星，这种体重只有60公斤的“小间谍”通常作为照相侦察卫星的子卫星一起发射。从1964年5月至1971年7月，美国还发射过17颗“详查型”电子侦察卫星，重量接近两吨，故通常用运载火箭单独发射。美国曾用这种卫星于1968年截获前苏联出兵捷克的有关情报信息。从1973年3月起，美国开始发射由美、英、加、澳四国共同开发的“流纹岩”号电子侦察卫星，能截获微波通信、长途电话和无线电信号等，曾用于监测和截获前苏联和中国的导弹遥测信号。从1979年起，美国还发展了第三种电子侦察卫星“P-11”，主要针对中国、前苏联的防空雷达进行窃听，同时也用于核查限制战略武器的执行情况。前苏联从1967年10月至1984年底，共发展了三代“宇宙号”电子侦察卫星，主要用于电子和雷达信号侦察。1987年，前苏联开始使用新一代的“宇宙号”海洋学/电子侦察卫星，该星为“一星多用”，既进行海洋研究和冰情观察，又肩负电子侦察任务。
侦察卫星是军事斗争中不可缺少的重要手段，迄今，美、俄两国70%以上的重要军事情报，都靠侦察卫星获得，这对在战争中了解敌情、出奇制胜尤其重要。如在海湾战争中，美国使用的“KH-12”型侦察卫星，可在数百公里高空侦察到地面10厘米大小的目标。一种名叫“长曲棍球”的侦察卫星可在不良气候下，侦察到1600公里以外的目标和探测到地下几米深的物体。而取名“漩涡”和“大酒瓶”的两种通信侦察卫星，可在近4万公里的高空监视敌方的无线电通信，它们同地面侦听站配合，甚至可以了解到伊拉克军事小分队的交谈情况。侦察卫星还可用于导弹预警。海湾战争中，美国“爱国者”导弹能频频击中伊军的“飞毛腿”导弹，同侦察卫星及时提供“飞毛腿”的弹道数据和分布情况也是分不开的。
6.高悬碧空的“指南针”：导航卫星
卫星定位导航，首先是由地面物体（车辆、行人）、海上舰船或天上飞机等，通过无线电信号沟通自己与卫星之间的距离，和用距离变化率计算出自己在地球上或空间的位置：当得知自己的位置坐标及其变化后，即可进一步知道自己的航向，从而引导自己向预定的目标前进。
20世纪60年代初，美国为了解决“北极星”导弹核潜艇的精确定位问题，于1978年开始发射了一种以卫星为基础的无线电导航系统，称为导航星/全球定位系统（NAvstar/GPS）。该系统是由美国国防部组织海、陆、空三军，耗资100亿美元共同研制的，历时20年，被誉为与“阿波罗”登月飞船、航天飞机齐名的美国三大航天工程。全系统由18颗导航卫星组网（另有6颗备份星）于90年代初完成部署。这18颗卫星分布配置在6个2万公里高的圆形轨道上，倾角为63°，运行周期为12小时，可以保证全球任何地方的用户始终都能至少看到4颗导航卫星，以确保其导航精度。
GPS系统由空间部分、控制部分和用户部分三大块组成。空间部分即上述的24颗卫星（含6颗备份星），它们以周期0.5恒星日（约11小时58分钟）绕地球运行，持续不断地向地球发出卫星的轨道数据和时间数据等为定位计算所需要的导航信息。控制部分即对GPS卫星进行跟踪和控制的地面控制站，用于跟踪GPS卫星的轨道参数，修正卫星发出的导航信息，并负责整个GPS系统的运行管理。用户部分就是用户的接收装置，用户通过接收来自若干个GPS卫星所发的无线电信号，再测定卫星发出的信号时间和用户收到这一信号的时间差，即可得知用户用卫星的距离。由于卫星在太空的位置事先已经知道，这样，只要计算出用户距三颗卫星的距离值，即可确定自己在地球某一点的位置（经度和纬度）。当然，对于处在三维空间的飞机而言，光知道经度、纬度还不够，还需接收GPS的第4颗卫星发来的信号来确定自己所处的高度。
GPS的用户接收装置可以做得像香烟盒那么大，只有50克重，随身携带非常方便。GPS的每一个卫星都搭载有30万年误差不超过1秒钟的原子钟，因此，GPS发送的P和C/A两种信号精度都是相当高的。
由于GPS可全天候工作，用户数量不受限制，可连续向全球提供三维位置信息，用户只接收，不另发送任何信息，隐蔽性也很好，故在军事上、汽车导航、个人导航以及航空、航海中导航都得到广泛使用。此外，GPS还特别适用于大地测量，以及用于地形地貌研究、地震预报和火山喷发预报等。
