人类关于人造卫星的科学设想，绕不开“航天”这一概念的出现。
航天史的正式起点，来源于牛顿在《自然哲学的数学原理》书中第三卷“论宇宙的系统”的一个思想实验：
设想有一门加农炮架在一座非常高的山的山顶上。如果在没有任何引力和空气阻力条件下，炮弹应该沿着发射的方向以一条直线的轨迹远离地球。如果有一个吸引力存在的话，炮弹会沿着一条不同的轨道运动，轨道的形状取决于炮弹的初始速度。如果速度低的话，炮弹就会直接掉在地球上。如下图所示的运行轨迹的初始水平速度分别在0到7000米/秒之间。
如果速度达到了所在海拔的第一宇宙速度，即约7300米/秒，炮弹将会沿着一个固定的环形轨道环绕地球，就像月球一样。（图片过大无法上传，下同）如果速度大于轨道速度，但小于第二宇宙速度的话，炮弹会沿着一个椭圆轨道环绕地球。如果速度非常快，炮弹将会沿着一个抛物线（当速度恰好为第二宇宙速度）或者双曲线（当速度大于第二宇宙速度）轨道逃离地球。
这是最早的关于人造卫星的科学设想，也是航天史的正式起点。
而人类最早的一颗卫星，来自苏联的斯普特尼克1号（卫星1号，Sputnik）。
1957 年 10 月 4 日晚一颗沙滩排球大小的卫星从哈萨克斯坦的沙漠城市——拜科努尔（前苏联航天城）发射进入太空，卫星随后来到近地轨道，伴随地球开始围绕太阳旋转，它被取名为 Sputnik，在俄语中是“旅行伴侣”的意思。Sputnik 大概每96分钟就可以绕完地球一圈，每小时的运行距离达到 1.8 万英里，距离地球最近仅为215千米。与此同时装有无线电广播发射器的它还会发出哔哔哔的信号声。
当时的卫星，有着一系列远超地球人造飞行器的优势：
在没有干扰情况下卫星几乎可以无限时间围绕地球飞行。例如，中国在1970年发射的东方红1号卫星，至今仍在飞行；绝大部分卫星在太空中可以方便从太阳获得能量，完全不受天气等因素影响，卫星的寿命基本只取决于元器件的寿命，美国著名的GOES-3卫星曾经在太空中连续工作了38年（1978-2016）；卫星可以携带各种各样的有效载荷，起到完全不同的功能，扩展空间极大。
自此，地球进入了人造地球卫星的时代。截至2020年，已经有超过一万个人造卫星围绕着地球在旋转。在短短的60年间，人造卫星在科学、军事和民生等各个方面都获得了极其广泛的应用，对人类社会的发展带来了颠覆性的影响。
那么，功能如此强大的人造卫星，又是如何发挥自己的功用呢？
随着航天技术的发展，卫星的功能和潜力被逐步地开发出来，卫星家族的种类也越来越广。从实际应用上看，当前的卫星可以分为以下的类型：
通信卫星
通信卫星是卫星通信系统的空间部分。一颗地球静止轨道通信卫星大约能够覆盖40%的地球表面，使覆盖区内的任何地面、海上、空中的通信站能同时相互通信。在赤道上空等间隔分布的3颗地球静止轨道通信卫星可以实现除两极部分地区外的全球通信。通信卫星是世界上应用最早、应用最广的卫星之一。
通信卫星的本质工作是将信息高效准确在用户之间传递。例如电视和直播数据、移动通信数据、广播数据、互联网数据，甚至月球和火星上着陆器/巡视器的科学研究数据，都需要通信卫星负责传递。
刚刚发射上空的亚太6D便是一颗通信卫星。亚太6D可以为国内运营商提供超级基站的建设，为通用航空、远洋货轮、科学考察船等用户提供高品质的卫星宽带通信服务；同时可以实现森林防火、灾难救援、海上救助和偏远地带救援的功能并且实现远程教育、远程医疗、广播和直播等业务。
而在高维度等领土辽阔的地区，可以通过低轨通信卫星网络进行覆盖，就如SpaceX的星链计划。而中国发射到月球的鹊桥号，和即将发射到火星的天问一号任务环绕器，本质上也起到信号中继的作用。
导航卫星
导航卫星是从卫星上连续发射无线电信号，为地面、海洋、空中和空间用户导航定位的人造地球卫星，卫星导航系统的空间部分。
导航卫星装有专用的无线电导航设备，用户接收导航卫星发来的无线电导航信号，通过时间测距或多普勒测速分别获得用户相对于卫星的距离或距离变化率等导航参数，并根据卫星发送的时间、轨道参数，求出在定位瞬间卫星的实时位置坐标，从而定出用户的地理位置坐标（二维或三维坐标）和速度矢量分量。由数颗导航卫星构成导航卫星网（导航星座），具有全球和近地空间的立体覆盖能力，实现全球无线电导航。
而6月23日组网成功的北斗卫星导航系统，是当前世界上唯一包括中远地球轨道和同步地球轨道（倾斜+静止）的系统，其中同步地球轨道可以提供类似通信卫星的双向信息传递的短报文服务，独具特色。
气象卫星
气象卫星是从太空对地球及其大气层进行气象观测的人造地球卫星，卫星气象观测系统的空间部分。
卫星所载各种气象遥感器，接收和测量地球及其大气层的可见光、红外和微波辐射，以及卫星导航系统反射的电磁波，并将其转换成电信号传送给地面站。地面站将卫星传来的电信号复原，绘制成各种云层、风速风向、地表和海面图片，再经进一步处理和计算，得出各种气象资料。
气象卫星观测范围广，观测次数多，观测时效快，观测数据质量高，不受自然条件和地域条件限制，它所提供的气象信息已广泛应用于日常气象业务、环境监测、防灾减灾、大气科学、海洋学和水文学的研究，气象卫星也是世界上应用最广的卫星之一。
遥感卫星
遥感卫星，是用作外层空间遥感平台的人造卫星。用卫星作为平台的遥感技术称为卫星遥感。遥感卫星能在规定的时间内覆盖整个地球或指定的任何区域，当沿地球同步轨道运行时，它能连续地对地球表面某指定地域进行遥感。所有的遥感卫星都需要有遥感卫星地面站，从遥感卫星平台获得的卫星数据可监测到农业、林业、海洋、国土、环保、气象等情况，遥感卫星主要有气象卫星、陆地卫星和海洋卫星三种类型。
而我国最新发射的高分多模卫星更是可以实现亚米级分辨以及多种成像模式切换。
科学卫星
科学卫星是用于科学探测和研究的人造地球卫星，科学卫星主要包括空间物理探测卫星、天文卫星、生物卫星和空间微重力试验卫星等。
例如大名鼎鼎的太空望远镜系列，哈勃、施皮茨、赫歇尔、盖亚、开普勒等，极大拓展了天文学发展。中国同样如此，悟空和慧眼等让我们有机会看到宇宙深处的秘密。
军用卫星
军用卫星是专门用于各种军事目的的人造地球卫星。军事卫星按用途的不同分为侦察卫星、军用通信卫星、军用导航卫星、军用气象卫星、军用测地卫星、预警卫星、截击卫星、反卫星卫星和核爆炸探测卫星等。
人类航天的出发点，就是以加农炮为主的思想实验。军用卫星通常追求极致的性能和极致的安全性，因而军用卫星十分昂贵。正因为军用卫星的极致，也推动了人类天文学的发展，就如基于军事卫星基础上改进而来的哈勃太空望远镜，极大地推动了人类天文学的发展。而GPS系统更不用说，本身就是隶属于美国空军的军用系统。
可以说，军用卫星代表着一个国家航天实力的巅峰，GPS是如此，我国的北斗更是如此。
当前的人造卫星正是通过在通信、导航、气象、科学等多种多样的领域发挥功用，从而推动着人类社会的历史进程。而未来，卫星又会有怎样的技术展望和应用场景呢？
就以军事卫星为例子，军用卫星的主要发展趋势是将各类卫星组成一体化天基信息网，提高信息获取能力、传输能力和融合能力，增强生存能力、抗干扰能力和工作寿命。
而其中一个设想，便是天基激光卫星。这是用来打击敌国纵深目标和打击其他国家的卫星。由于激光的光速特性和极低的能量散射,激光很适合精确打击地面高价值目标。这在某些影视作品中也有呈现。同时,天基激光武器将是未来弹道导弹防御第一道屏障,当开发出功率足够大的激光武器后,它可以打击更多种类的目标。
与此同时，辐射保护伞、气候调节等等都是未来卫星可能做到的事项。
这就是卫星的作用！当前的这一切以及未来可能推动历史进程的卫星应用，都是源于 Sputnik 在 1957 年进入太空后发出的那一连串哔哔哔的信号声。
