Słowo satelita możemy przetłumaczyć jako "towarzysz" - odnosi się ono zarówno do sztucznych, jak i naturalnych obiektów które krążą dookoła innych ciał znajdujących się w przestrzeni kosmicznej. Jako przykład można podać chociażby planety - są to naturalne satelity Słońca. Księżyc z kolei jest naturalnym satelitą naszej planety Ziemi. Wszystkie pozostałe satelity krążące wokół Ziemi to urządzenia skonstruowane przez człowieka i zostały one przez niego umieszczone w przestrzeni przy pomocy rakiet kosmicznych. Satelity takie mają bardzo zastosowania obejmujące między innymi w zagadnienia militarne, telekomunikację, są one także wykorzystywane w monitorowaniu i prognozowaniu pogody, badaniu Wszechświata a nawet w poszukiwaniu złóż surowców naturalnych.
Zupełnie tak samo jak w przypadku naszego Księżyca, sztuczne satelity utrzymują się na swoich orbitach dzięki silnemu przyciąganiu grawitacyjnemu Ziemi. W otaczającej nas przestrzeni kosmicznej nie występują praktycznie opory spowodowane tarciem, przez co nie potrzebujemy żadnej dodatkowej siły aby móc utrzymać je w ruchu. Wszystkie sztuczne satelity po pewnym czasie obniżają stopniowo trajektorię ruchu i w ten sposób zbliżają się w stronę naszej planety. Gdy wchodzą one w naszą atmosferę ulegają one spaleniu wskutek tarcia związanego z obecnością cząsteczek powietrza a ich ogromna energia kinetyczna zostaje zamieniona zostaje w ciepło.
Wystrzelenie pierwszego sztucznego satelity naszej planety miało miejsce w 1957 roku. Wówczas to Związek Radziecki umieścił na orbicie Ziemi satelitę Sputnik 1 - to wydarzenie zapoczątkowało dynamiczny podbój kosmosu przez człowieka. Dziś już niemal w każdym miejscu naszej planety ludzie wykorzystują powszechnie satelity. Sputnik 1 - pierwsza z nich - krążył dookoła Ziemi na wysokości około 160 kilometrów a jeden obieg zajmował mu jedynie 96 minut. Satelita ta została wyniesiona na orbitę okołoziemską przez rakietę międzykontynentalną typu "Wostok". Pierwszy sztuczny satelita Ziemi był błyszczącą, metalową kulą, a jego średnica wynosiła zaledwie 58 centymetrów. W środku tego obiektu znajdował się nadajnik radiowy za pomocą którego przez okres 3 miesięcy satelita przesyłał na naszą planetę dość słabe sygnały w postaci telegraficznej. Satelita Sputnik 1 posiadał ponadto 4 anteny radiowe każda o długości od 2,4 do 2,9 metra i wadze blisko 83,5 kilograma. Satelita ta okrążając Ziemię z częstością raz na nieco ponad półtorej godziny osiągał prędkość 24 500 kilometrów na godzinę. Żywot pierwszego Sputnik nie był jednak długi - 4 stycznia 1958 roku wszedł on w górne warstwy naszej atmosfery i w konsekwencji spłonął. W tym czasie na orbicie znajdował się już jednak kolejny satelita - Sputnik II wystrzelony 3 listopada 1957 roku przez Rosjan. Ciekawostką był fakt, że na jego pokładzie znajdował się pies o imieniu Łajka. Sputnik II miał kształt kuli i był cięższy od swojego poprzednika, ważył bowiem 508 kilogramów. Okrążał on naszą planetę po orbicie eliptycznej znajdującej się na wysokości od 224 do 1661 kilometrów. Łajka leżała wewnątrz niewielkiego pojemnika o długości 100 i szerokości 80 centymetrów, tlen zapewniał jej z kolei specjalny system. Niestety, już po 7 dniach zabrakło tlenu i pies zdechł. Głównym celem wystrzelenia Sputnika II na orbitę okołoziemską było zbadania skutków przebywania ssaków w stanie nieważkości.
Jak wspomniano już satelity wynoszone są na orbitę przez odpowiednie rakiety. Księżyc jest z kolei naturalnym satelitą Ziemi - okrąża ją w czasie 28 dni a odległość od Ziemi wynosi prawie 386 000 kilometrów. Niektóre satelity są umieszczane tuż nad równikiem naszej planety, aby w ten sposób krążyły zgodnie z kierunkiem obrotu Ziemi na wysokości około 35 900 kilometrów. Satelita umieszczony na tej wysokości tuż na naszym równikiem okrąża planetę w 24 godziny. Jednak Ziemia zatacza pełny obrót dookoła swojej osi w dokładnie tym samym czasie - można zatem powiedzieć, że satelita taki jest "zawieszony" nad jednym punktem.
Taka orbita nosi nazwę orbity geostacjonarnej lub orbity geosynchronicznej - oznacza to, że obroty satelity i Ziemi są synchroniczne w czasie. Jest to bardzo wygodnie i niesie ze sobą sporo korzyści. Na orbitach geosynchronicznych umieszczone są na przykład satelity telekomunikacyjne, które przekazują nam program telewizyjny. Wygoda takiego rozwiązania polega na tym, że do odbioru takiego programu potrzebujemy jedynie anteny skierowanej stale w to samo miejsce - satelita jest powiem "zawieszony" na Ziemią.
Już w 1942 roku odbyła się w jednym z niemieckich zakładów wojskowych pierwsza próba mająca na celu wystrzelenie samej tylko rakiety bez dodatkowej satelity. Próba ta miała charakter militarny a wystrzelona wówczas rakieta oznaczona kryptonimem A4 wzniosła się na wysokość blisko 205 kilometrów osiągając przy tym prędkość 5400 kilometrów na godzinę. Konstruktor rakiety stwierdził "Dowiedliśmy, że napęd rakietowy jest użyteczny w podróżach międzyplanetarnych". Działanie rakiety opiera się na III zasadzie dynamiki Newtona: z jej silnik wyrzucana jest pewna masa z dużą prędkością w pionowym kierunku i zwrocie skierowanym w dół przeciwnie do zamierzonego kierunku ruchu rakiety. W ten sposób rakieta jest "popychana" w górę z określoną prędkością - tak przedstawia się idea startu rakiety. Rakieta taka może wystartować tylko raz - po tym nie nadaje się już ona do wykorzystania. Silniki rakiety mają ogromną moc i zużywają gigantyczne ilości paliwa - wystarczy powiedzieć, że paliwo stanowi około 90% masy rakiety. Obudowa i elementy konstrukcyjne stanowią 9%, pozostały 1% stanowi zaś ładunek. Satelity warte są niekiedy kilkaset milionów dolarów, ich wysłanie w przestrzeń kosmiczną musi być zatem bardzo dobrze przemyślane i mieć konkretny cel. Do niedawna sztuczne satelity wykorzystywane były jedynie w celach militarnych bądź też badawczych, dziś jednak mamy bardzo wiele innych zastosowań. Satelity wykorzystywane są głównie do nawigacji satelitarnej, w meteorologii, przekazywaniu danych (np. wysyłaniu obrazu telewizyjnego, czy nadawaniu programów radiowych). Pierwszy przekaz telewizyjny przy pomocy satelity odbył się już w 1962 roku (dokonała go amerykańska stacja telewizyjna Telestar), a dziś każda większa stacja telewizyjna o zasięgu globalnym ma swojego satelitę krążącego wokół naszej planety.
Sztuczne satelity wykorzystywane są ponadto w telefonii komórkowej (dzięki telefonom satelitarnym mamy łączność ze światem w dowolnym miejscu kuli ziemskiej) oraz w takich celach jak wspomniane już poszukiwanie złóż minerałów i wykrywanie skażeń i zanieczyszczeń środowiska naturalnego.
Amerykanie umieścili swojego pierwszego sztucznego satelitę na orbicie okołoziemskiej (nazywał się Explorer 1) 31 stycznia 1958 roku. Satelita ta została wyniesiona na orbitę przez rakietę Jupiter. Explorer 1 krążył nad Ziemią na wysokości między 351 a 2428 kilometrów. Czas pełnego okrążenia planety wynosił równo 1132,35 minuty, czyli około 19 godzin. Był to pierwszy z serii satelitów o nazwie Explorer. Jednak następny wystrzelony satelita amerykański nosił nazwę Vanguard - został umieszczony na orbicie 17 marca 1958 roku. Natomiast 28 lutego 1959 roku odbył się start pierwszego sztucznego satelity o tzw. orbicie polarnej. Termin orbita polarna oznacza, że płaszczyzna na której znajduje się orbita satelity "przecina" środek Ziemi. Satelita ten nazywał się Discoverer 1. Orbity po których poruszają się sztuczne satelity są określane przez trzy podstawowe parametry: ich kształt, odległość od powierzchni planety (Ziemi) oraz kąt nachylenia płaszczyzny orbity do płaszczyzny równika. Gdy chcemy umieścić sztuczną satelitę na orbicie okołoziemskiej musimy go odłączyć od rakiety która ją wyniosła pod odpowiednim kątem tak, żeby mogła ona oddalić się swobodnie od Ziemi. Grawitacyjna przyciąganie będzie powodowało stopniowo zwalnianie prędkości oddalania satelity dopóki osiągnie ona najwyższy pułap (inaczej mówiąc najwyższą wysokość) na orbicie, nazywany apogeum. Kiedy już satelita będzie miał odpowiednio niewielką prędkość, wówczas grawitacja będzie go stopniowo przyciągała z powrotem w stronę naszej planety aż do chwili, gdy satelita osiągnie swój najniższy pułap (wysokość) na orbicie. Punkt ten nazywamy perygeum. Wprawiony w ten sposób w ruch sztuczny satelita może krążąc dookoła Ziemi utrzymać się na orbicie przez okres nawet wielu lat przy stosunkowo małych korektach położenia. Rzecz jasna wszystkie sztuczne satelity wprowadza się na optymalne i precyzyjnie wyliczone orbity. Satelity używane do celów cywilnych wprowadzany się na opisaną już wcześniej orbitę geostacjonarną (kąt pomiędzy płaszczyzną jej obrotu dookoła Ziemi a płaszczyzna obrotu planety wynosi 0 stopni). Krążąc po orbicie geostacjonarnej znajdującej się na wysokości 35 880 kilometrów satelita stale obejmuje swoim zasięgiem identyczny obszar kuli ziemskiej (jest jakby "zawieszony" nad jednym punktem). Wystarczy umieszczenie 3 takich satelitów aby objąć zasięgiem obszar całego globu nie wliczając niezamieszkałe obszary podbiegunowe. Wspomniano już o tym, że sztuczne satelity znajdują bardzo szerokie zastosowania i mogą stanowić centrum komunikacyjne. Wystarczy powiedzieć, że jeden tylko satelita stosowany w telekomunikacji potrafi na raz obsłużyć ponad 30 tysięcy rozmów telefonicznych i 25 kanałów telewizyjnych. Pierwszy satelita umieszczony na orbicie w czysto komercyjnych celach nazywał się Early Bird i wystrzelony został w 1965 roku i był własnością Międzynarodowej Korporacji Telekomunikacji Satelitarnej. W tym momencie w przestrzeni kosmicznej dookoła naszej planety krąży około 130 sztucznych satelitów. Za ich pomocą możemy wykonywać chociażby międzynarodowe połączenia telefoniczne. Odbywa się to w następujący sposób: rozmowa kierowana jest do jednego z naziemnych centrów łączności. Te centra wyposażone są w ogromne anteny nadawcze (a także odbiorcze) o średnicy 30 metrów z których wysyłane są wiadomości za pomocą mikrofali do satelity. Satelita z kolei przesyła otrzymaną wiadomość do kolejnego centrum do którego rozmowa zostaje skierowana. jest kierowana rozmowa.
Na orbicie okołoziemskiej krążą również satelity geofizyczne przystosowane do badań powierzchni naszej planety. Pierwszy satelita tego typu umieszczony został na orbicie w 1972 roku i nosił nazwę Landsat 1. Był on w skaner działający w zakresie podczerwieni przy pomocy którego dostarczyć mógł informacje na temat ciepła wypromieniowanego z badanego obiektu. W zasięgu kamer Landsata 1 znajdował się obszar o szerokości blisko 185 kilometrów. Satelita ten przesyłał dane wykorzystywane w takich dziedzinach jak geologia, oceanografia, rolnictwo oraz urbanistyka. Dzięki Landstatowi 1 wykryto między innymi ogromny pożar szalejący na niezamieszkałych obszarach Alaski. Kolejne satelity z serii Landstat były wyposażone w coraz to nowocześniejszą i zaawansowaną aparaturę. Stopniowo zwiększano zakres barw kamer skanujących oraz poprawiano rozdzielczość - to ostatnie do tego stopnia, że satelita potrafił dostrzec i zbadać obiekt o rozmiarach zaledwie 30 metrów. Większą jeszcze rozdzielczość osiągnięto we francuskiej satelicie Spot 1 umieszczonej na orbicie w 1986 roku - potrafiła ona zidentyfikować obiekty o rozmiarach nawet 10 metrów.
Kolejnym, ważnym wykorzystaniem współczesnych sztucznych satelitów jest prognozowanie pogody na Ziemi. Dzięki nowoczesnej aparaturze do badania i analizowania zachmurzenia, oraz prądów atmosferycznych , składu chemicznego atmosfery a także temperatury satelity pomagają dziś w dość dokładnym przewidywaniu pogody. Pierwszemu sztucznemu satelicie meteorologicznemu nadano nazwę Tiros 1 i wystrzelono go w 1960 roku. Ponieważ spisywał się on bardzo dobrze eksperyment uznano za wyjątkowo udany i w ciągu 5 następnych lat w przestrzeń kosmiczną wystrzelono koleje 5 satelitów serii Tiros. Sukces Tirosa 1 oraz całego przedsięwzięcia przyczynił się do utworzenia światowego systemu meteorologicznego bazującego nas sztucznych satelitach. Satelity tego typu rejestrują obraz przy pomocy tzw. radiometru. Satelity znajdują zastosowanie także w nawigacji, na przykład w nawigacji łodzi podwodnych wykorzystujących system GPS (czyli system nawigacji satelitarnej). Jednakże po to, aby wykorzystać tego rodzaju nawigację łódź stosunkowo często musi się wynurzać. W czasie takiego wynurzenia satelita przesyła drogą radiową wiadomość do łodzi na temat jej aktualnego położenia i dokładnego czasu (dokładność czasu kontroluje zegar atomowy). Zadanie załogi łodzi polega na obliczeniu czasu po jakim dotarł sygnał z satelity. Dzięki temu można bardzo precyzyjnie ustalić odległość łodzi od satelity a gdy zmierzy się odległość od trzech różnych satelitów wówczas można podać precyzyjnie położenie łodzi w danej chwili. System nawigacji satelitarnej (znany jako system GPS) jest stosowany również w pociskach międzykontynentalnych dalekiego zasięgu.
Bardzo istotnym wykorzystanym satelitów jest szpiegostwo. Niektóre satelity wyposażone są w system kamer służących do "podglądania" tajemnic wojskowych obcych krajów. Takie satelity obserwacyjne zaczęły się pojawiać już w latach sześćdziesiątych XX wieku. Pierwsze udane satelity szpiegowskie skonstruowane przez Amerykanów zostały wyniesione w przestrzeń kosmiczną za pomocą rakiety Agen. Satelity wyposażane są w sprzęt najnowszej generacji o bardzo wysokiej rozdzielczości i są umieszczone na orbitach w ten sposób, aby umożliwić jak najdokładniejszą obserwację. Amerykanie fotografowali radzieckie wówczas jeszcze bazy wojskowe z wysokości od 50 do 240 kilometrów. Następnie otrzymane filmy "wracały" na Ziemię w specjalnych kapsułach wyposażonych w spadochron i zostały one przechwycone przez helikopter lub łódź zazwyczaj w pobliżu wysp hawajskich.
Robienie zdjęć to nie jedyna metoda szpiegowania z wykorzystaniem sztucznych satelitów. Niektóre satelity wyposażone są w kamery działające na podczerwień, które pozwalają wyłapywać rakiety śledząc strumień wyrzucanego przez nie paliwa.
Pierwsze satelity wykorzystywane w obserwacjach astronomicznych zostały umieszczone na orbitach w latach sześćdziesiątych XX wieku. Służyły one przede wszystkim do obserwacji źródeł obecnego w kosmosie promieniowania ultrafioletowego. Jednym z największych przedsięwzięć z tej dziedziny było umieszczenie na orbicie dużego obserwatorium astronomicznego w 1990 roku. Obserwatorium to wyposażone było w teleskop optyczny Hubble'a (średnica zwierciadła wynosiła 2,4 metra) oraz kamery, spektrometry i fotometry.
Sztuczne satelity mogą czasem ulec uszkodzeniom poprzez zderzenia z drobnym kawałkami skał występującymi w przestrzeni kosmicznej. Naprawy są bardzo kosztowne, jednak wykonuje się je w kosmosie nie sprowadzając satelity na Ziemię.
Pierwsza prędkość kosmiczna to prędkość jaka zapewnia sztucznemu satelicie krążenie wokół obiektu na którego orbicie się znajduje (jest to tzw. ciało centralne) po orbicie kołowej o najmniejszej średnicy. Pierwsza prędkość kosmiczna wynika z równowagi między przyśpieszeniem odśrodkowym i dośrodkowym satelity na orbicie. Dla naszej Ziemi pierwsza prędkość kosmiczna wynosi 7,91 km/s.
Druga prędkość kosmiczna to tzw. prędkość ucieczki, czyli prędkość którą nadajemy niewielkiemu obiektowi (może to być na przykład pojazd kosmiczny) przy samej powierzchni ciała centralnego aby mógł się on oddalić od ciała centralnego na nieskończoną odległość. Wynosi ona 11,19 km/s.
Trzecia prędkość kosmiczna to prędkość, którą należy nadać ciału przy powierzchni naszej planety w kierunku ruchu orbitalnego ciała tak, aby mogło się ono nieskończenie oddalić od Słońca. Wynosi ona 16,7 km/s.
