第一顆人造衛(wèi)星于1957年發(fā)射升空，由于在較高的空間上可以有更大的視角，來(lái)更加直觀和深入地觀測(cè)地球表面以及大氣層的變化，人造衛(wèi)星相對(duì)于地球觀測(cè)來(lái)說(shuō)具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，因此，自此之后世界各國(guó)，對(duì)于人造衛(wèi)星以及保障衛(wèi)星成功發(fā)射的大推力火箭的研發(fā)越來(lái)越受到重視，用于通訊、氣象、測(cè)繪、農(nóng)業(yè)、導(dǎo)航、環(huán)保等各種領(lǐng)域的衛(wèi)星被發(fā)射到了太空，在圍繞地球運(yùn)行的同時(shí)為我們的日常生產(chǎn)生活和科學(xué)研究，提供了大量精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。那么，衛(wèi)星圍繞地球運(yùn)行是靠什么實(shí)現(xiàn)的呢？

在18世紀(jì)，偉大的物理學(xué)家牛頓發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律，指出任何有質(zhì)量的物體之間，存在著一種相互吸引的力的作用，這個(gè)力的大小，與物體的質(zhì)量乘積成正比，與物體之間的距離成反比，這個(gè)定律無(wú)論是微觀領(lǐng)域還是宏觀層面都是適用的。而牛頓所發(fā)現(xiàn)的物體運(yùn)動(dòng)的三大定律中，對(duì)于物體運(yùn)動(dòng)的表述，則將推動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化歸結(jié)于受到外力的作用，使之運(yùn)動(dòng)速度發(fā)生改變產(chǎn)生一定的加速度，如果對(duì)于一個(gè)處于勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體來(lái)說(shuō)，因此雖然速度的數(shù)值沒(méi)有發(fā)生變化，但是其運(yùn)動(dòng)方向是處于不斷變化的，也就是說(shuō)必然有一個(gè)外力推動(dòng)這個(gè)加速度的產(chǎn)生。于是，在牛頓提出萬(wàn)有引力之后，人們對(duì)于天體的運(yùn)行規(guī)律就有了更深入思考的空間，那就是圍繞天體運(yùn)行的推動(dòng)力到底是什么。

雖然牛頓發(fā)明了微積分，但是它對(duì)于引起圓周運(yùn)動(dòng)物體加速度的具體推導(dǎo)，僅限于給出與速度的平方成正比、與運(yùn)動(dòng)圓徑徑成反比的表述，從今天看來(lái)還不是太具體。Bonnet則根據(jù)物體加速度在運(yùn)動(dòng)的垂直和曲線切線兩個(gè)方向的分量入手，將處于曲線運(yùn)動(dòng)的物體加速度，分解為可以在若干等效單獨(dú)力場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)的所有分力場(chǎng)引起的綜合加速度效果，從而確定了物體的移動(dòng)軌跡也等效于在所有這些力場(chǎng)中可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)的結(jié)論，也就是物體最終的速度值，可以表達(dá)為：各個(gè)分力場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)如此效果的各等效速度平方和的開(kāi)平方，即：V=Sqrt（v1^2+v2^2+v3^2+……vn^2）。

那么，如果對(duì)于處于勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體來(lái)說(shuō)，物體所受到的各種分力，最終會(huì)體現(xiàn)正交分解在切向和法向兩個(gè)方向上，那么，在切向方向上就形成了物體的線速度，而法向方向上則形成了物體向核心“墜落”的拉力，這個(gè)拉力的中心永遠(yuǎn)指向著圓周的中心。對(duì)于一個(gè)星體來(lái)說(shuō)，圍繞其作周期性運(yùn)轉(zhuǎn)的其它物體，它們之間的萬(wàn)有引力就充當(dāng)了這個(gè)向心力。

如此一來(lái)，根據(jù)萬(wàn)有引力公式和向心力公式，我們很容易推導(dǎo)出，如果要圍繞一個(gè)星體能夠做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則其所需要的線速度的最低極限值，即v=Sqrt(GM/r)。通過(guò)這個(gè)表達(dá)式，我們可以看出，人造衛(wèi)星之所以可以圍繞地球軌道運(yùn)行，關(guān)鍵在于它擁有一定的線速度，這個(gè)線速度可以達(dá)到在地球半徑和人造衛(wèi)星高度這和這個(gè)數(shù)值下，所能滿足的最低速度極限，此時(shí)地球?qū)θ嗽煨l(wèi)星的萬(wàn)有引力值完全充當(dāng)了向心力，而在此基礎(chǔ)上我們可以假想出一個(gè)離心力，離心力與向心力數(shù)值一樣，但方向相反，并且與萬(wàn)有引力完全平衡，于是人造衛(wèi)星就可以用這樣的速度“懸浮”于地球的上空。

當(dāng)然，離心力是不存在的，它只是我們?yōu)榱私忉屵@種現(xiàn)象所作出的比較容易理解的方式。那么，既然萬(wàn)有引力提供了向心力，產(chǎn)生了向地球質(zhì)心移動(dòng)的加速度，也就是相當(dāng)于產(chǎn)生了自由落體運(yùn)動(dòng)，那么為什么衛(wèi)星不會(huì)掉下來(lái)呢？主要原因在于地球是一個(gè)球體。當(dāng)人造衛(wèi)星向地球質(zhì)心墜落的同時(shí)，由于其有一個(gè)水平的切向速度，其掉落的區(qū)域仍然處于地球的表面以外，因此當(dāng)這個(gè)切向速度達(dá)到一個(gè)限值，即墜落的空間大小和因切向運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的拓展空間大小一致時(shí)，則會(huì)始終與地球表面的距離相同，實(shí)現(xiàn)了繞地球運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)。當(dāng)線速度小于這個(gè)限值時(shí)，就會(huì)以拋物線的形式逐漸墜落到地面；當(dāng)線速度大于這個(gè)限值時(shí)，物體就會(huì)離地球越來(lái)越遠(yuǎn)，最終離開(kāi)地球的引力束縛，這就是從地球的視角出發(fā)第一宇宙速度、第二宇宙速度的由來(lái)。

人造衛(wèi)星根據(jù)入軌的最終軌道高低，可以分為低軌衛(wèi)星、中軌衛(wèi)星和高軌衛(wèi)星，軌道的高度越低，其所需要的最小環(huán)繞極限速度就越大。人造衛(wèi)星在發(fā)射的時(shí)候，由于地球的自轉(zhuǎn)以及衛(wèi)星通過(guò)火箭能量輸入進(jìn)行變軌等操作，可以很輕松地達(dá)到圍繞地球運(yùn)行所需要的切向速度，而且距離地球的高度越高，這個(gè)所需要的切向速度就越小，不過(guò)所需要火箭助推的能量輸入就越大。而在衛(wèi)星成功入軌之后，其距離地面越近，所受到的空氣阻力的影響也會(huì)越大，因此飛行高度的保持就會(huì)越困難，壽命也就越短，因此對(duì)于地球同步軌道這樣的高軌區(qū)域，是世界各國(guó)目前和今后爭(zhēng)奪的重點(diǎn)空間領(lǐng)域。

對(duì)于高軌道運(yùn)行的衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，雖然軌道內(nèi)的氣體非常稀薄，但并非不存在，因此衛(wèi)星運(yùn)行一段時(shí)間以后，其線速度也會(huì)緩慢地降低，這時(shí)候就需要地面科學(xué)家們進(jìn)行變軌的指令，重新降低一定的高度來(lái)保障其穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)衛(wèi)星上的儀器設(shè)備超出耐受極限或者軌道高度不能滿足任務(wù)需求時(shí)，衛(wèi)星就不再具有應(yīng)用價(jià)值成為太空垃圾，在繼續(xù)圍繞地球運(yùn)行一定時(shí)間以后，隨著高度的持續(xù)降低最終墜落到地球表面，完成它們光輝燦爛的一生。

人造衛(wèi)星繞著地球，在空間軌道上默默地運(yùn)行，默默地為人類(lèi)提供宇宙中的環(huán)境參數(shù)。世界上第一顆人造地球衛(wèi)星是前蘇聯(lián)于1957年10月4日在拜科努爾發(fā)射場(chǎng)發(fā)射的。從此，人類(lèi)就進(jìn)入了利用航天器探索外層空間的新時(shí)代。

人造衛(wèi)星的優(yōu)點(diǎn)非常突出，它能同時(shí)處理大量的資料，并可及時(shí)將其傳送到世界任何角落，使用三顆衛(wèi)星即能涵蓋全球各地。人造衛(wèi)星的用途非常廣泛，如今，不管是科學(xué)、通信和氣象領(lǐng)域，還是軍事和資源探測(cè)等領(lǐng)域，都需要衛(wèi)星的輔助才能完成。

目前，人造衛(wèi)星已經(jīng)成為發(fā)射數(shù)量最多、用途最廣的航天器，其發(fā)射數(shù)量約占航天器發(fā)射總數(shù)的90％以上。這些在太空中運(yùn)行的人造衛(wèi)星就像是人類(lèi)在太空中的眼睛和耳朵。它們不但引領(lǐng)人類(lèi)進(jìn)入了太空新時(shí)代，還為人類(lèi)親自進(jìn)入太空提供了必要的環(huán)境參數(shù)。