人造物体进入地球轨道飞行，是迈出地球门槛的第一步。科学家们把发射人造地球卫星作为宇宙航行的开端，并为此展开了空间竞赛。如今，在灿烂的星河中，已经增添了4千颗左右的人造星辰。它们是人类征服太空的见证，反映了航天技术的杰出成就。第一颗人造卫星还是一个作实验用的金属小球，而现在却展现了广阔的应用领域，在太空各种轨道上遨游的人造卫星，担负起了科学实验、通信、导航、侦察、气象预报、地球资源勘测等使命。
一、人类美丽的翅膀
人造卫星，照字面解释，就是“人造的卫星”，月球是地球的卫星，因它绕着地球转，如同护卫着地球，而人造卫星就是人造且绕着地球转的东西。牛顿的万有引力说月球不会掉下来也不会飞离地球是因为向心力等于离心力，简单地说地球上空的物体只要绕地球的飞行速度够快，就不会掉下来，但也不能太快，太快了又会飞离地球，所以说月球绕地球的速度是“刚刚好”。几亿年来，月球就是忠心耿耿地环绕着地球。从另一个角度看来，九大行星（包括地球）几亿年来也总是地绕着太阳转，即不掉到太阳里去也不飞离太阳系，而这也是因为这些行星绕太阳的速度“刚刚好”。后来的科学家从此得到灵感，如果放个东西在地球的高空上，而且让它有一个绕地球转的“刚刚好”的速度，那这个东西就不会掉下来也不会飞出去，那就是人造卫星。
用牛顿的万有引力理论计算，可以知道如果要把人造卫星放在约800千米高的高度，这个“刚刚好”的速度大概等于每秒7千米多。以这个速度若从台湾头飞到台湾尾，大概只要一分钟而已。绕地球一圈也大约只要一个半小时，而每天可绕地球14圈左右。当然不同用途的人造卫星就有不同的高度、不同的速度；但要注意的是，所有的人造卫星都要放在几百千米高，原因是如果放太低，则人造卫星的速度容易受到地球大气层的空气摩擦阻力而减低了速度，等到速度低到某个速度时，人造卫星就会掉下来。幸运的是，大部分的人造卫星在还没掉到地面前就会因空气摩擦而燃烧殆尽，若没烧尽的还是会落到地面来，如以前美国的太空实验室（SpaceLab）就掉到澳洲海域，前苏联的一个核子动力军事卫星也曾掉到加拿大的地面上。二、空天飞机空天飞机是航空航天飞机的简称。它集飞机、运载器、航天器等多种功能于一身，既能在大气层内作高超音速飞行，又能进入轨道运行，是21世纪控制空间、争夺制天权的关键武器装备之一。空天飞机的奥妙之处在于它的动力装置，这是一种混合配置的动力装置。它由空气喷气发动机和火箭喷气发动机两大部分组成，空气喷气发动机在前，火箭喷气发动机在后，串联成一体，为空天飞机提供动力。
空天飞机可以在一般的大型飞机场上起落。起飞时空气喷气发动机先工作，这样可以充分利用大气中的氧，节省大量的氧化剂。飞到高空后，空气喷气发动机熄火，火箭喷气发动机开始工作，燃烧自身携带的燃烧剂和氧化剂。降落时，2个发动机的工作顺序同起飞时相反。
空天飞机的军事应用主要有以下几方面：
①作为快速运输机。空天飞机从普通机场起飞，可在一小时之内快速到达全球任何地方，能对全球范围发生的地区冲突迅速作出反应。
②作为空间武器发射平台。在未来的信息战中，空天飞机可作为各种武器弹药，包括动能武器和高能激光武器、微波武器、粒子束武器的发射平台。
③作为战时空间预备指挥所。空天飞机能像空间站那样能在轨长期停留，又配备了先进的指挥控制系统，一旦战时需要，可以直接承担起作战指挥控制任务。
侦察监视与预警空天飞机可利用其携带的各种侦察设备对陆、海、空、天目标进行侦察与监视，对导弹发射等进行预警。
发射、维修和回收卫星空天飞机可用于廉价、快速地发射各种军用卫星、配备的机械手可维修或回收在轨卫星。
反卫星空天飞机能利用自身的探测设备发现敌方卫星，对其进行跟踪和干扰，使其失灵或将其摧毁。
当前，美国、俄罗斯、英国、法国、德国、日本、印度等国家都在积极发展高超音速推进等相关技术，积极为研制空天飞机作各项技术储备。
未来的空间作战飞行器可依靠自身的动力系统或由航天飞机送入轨道，能执行多种任务，如作为动能与定向能武器平台或侦察监视平台，部署、修理或破坏、回收军用小卫星等。其轨道机动能力很强，在轨道上可停留数周、数月乃至一年，并可随时应召返回地面，具有很强的战术应用能力。
三、第一颗人造卫星
1957年10月4日，前苏联政府向全世界宣布：前苏联成功地发射了人类第一颗人造地球卫星——“伴侣1号”。这一天，在哈萨克斯坦的拜科努尔航天中心，发射架上矗立着一枚高大的两级液体运载火箭，在它的顶端装有一球形物体，这就是将要实现人类多少世纪以来梦寐以求的愿望——首次发射上天的伴侣1号人造地球卫星。发射前的各项检测工作完毕，一切正常。指挥中心发出最后10秒的倒数计时发射指令：“10、9、8、7、6、5、4、3、2、1，发射！”随着一声轰隆巨响，火箭在一片浓烟烈焰的掩映下缓缓升起，尾部喷射出长长的火舌，不断加速，直冲云霄，逐渐在人们的视野中消失在茫茫天际中。不久，卫星从太空传来“噼啪、噼啪”的无线电波声，宣告人类航天时代开始了。
这第一颗人造卫星呈圆球形，直径为58厘米，重836千克，用铝合金制成。卫星周围均匀分布4根弹簧鞭状天线，其中一对长240厘米，另一对长290厘米。卫星内装有4台功率为1千毫瓦的无线电发射机，以及化学电池、温度与压力传感器等科学仪器。它进入太空沿椭圆轨道绕地球运行，近地点2285千米，远地点9461千米，轨道平面与地球赤道平面的夹角为65度，绕地球一周的时间为9617分钟。在太空进行了星内温度压力试验、地球大气密度测量和电离层研究，首次获得了大气层外发回的试验数据。“伴侣1号”卫星的主要设计者是米·吉洪拉沃夫。1900年生于弗拉基米尔城，少年时代就开始涉猎齐奥尔科夫斯基的著作，对宇航发生浓厚兴趣。1927年他结识了科罗廖夫，后来一道加入火箭研究小组。他们在齐奥尔科夫斯基的影响下，不谋而合地走到宇航科学之路上来了，满怀信心的致力于探索宇宙这项新的冒险事业。后来两人倡议建立了喷气推进研究小组，占用莫斯科沙多沃一斯帕斯基街19号的一间地下室，集合一批志同道合者着手研制火箭及火箭发动机。这间小小的地下室，不仅是他们从事设计的场所，而且成了他们的试验室和试制厂。1933年8月17日，当前苏联第一枚试验液体火箭在莫斯科郊外的纳哈宾诺附近发射成功时，吉洪拉沃夫孕育了开发人造卫星的思想。他认真研究了齐奥尔科夫斯基的《宇宙火箭列车》、《火箭最高速度》等著作，论证了就当代火箭发展水平而言，能够获得第一宇宙速度发射卫星所必备的条件。同年10月，世界上第一个喷气科学研究所成立，这个所荟萃了吉洪拉沃夫和科罗廖夫等一批才华横溢的火箭专家。
1934年2月17日，吉洪拉沃夫去卡卢城会见齐奥尔科夫斯基，受到这位宇航先驱的教诲。这次会见使吉洪拉沃夫最终选定了自己的目标：造出人造地球卫星，实现人到太空遨游。这一年他根据齐奥尔科夫斯基的启示和自己的研究成果，发表了题为《应用火箭飞行装置研究同温层》的报告，阐述了借助火箭到宇宙空间考察的重要课题。可是不久，第二次世界大战爆发了，前苏联全力投入伟大的卫国战争，于是这个设想只有到了卫国战争结束以后才提上了计划日程。吉洪拉沃夫组织了一个专家小组，进行了大量计算和研究，证明当时单级火箭最多只能达到每秒7千米的速度，而且仅考虑到使用最好的推进剂，而未计入空气阻力等因素的影响。因此认为，只有靠多级火箭的接力来加大推力，才有可能达到每秒79千米的第一宇宙速度。吉洪拉沃夫据此首先设计出了BP—190型高空火箭，奠定了卫星上天的基础。
吉洪拉沃夫研制人造卫星的设想，曾遭到一些人的冷嘲热讽，有人认为这是不现实的，把吉洪拉沃夫讥笑为“怪人”。但吉洪拉沃夫不以为然，不改初衷，还倡议成立一个特别小组，探讨制造人造卫星的理论问题。1948年6月，他申请在一个学术年会上报告自己的研究成果，甚至有些科学家把他的报告说成是“幻想文学”，在“浪费时间”。但科罗廖夫和格鲁什科支持他，并建议把他的研究成果列入研究所的计划。后来，吉洪拉沃夫在另一个年会上作了题为《在技术条件下借助多级火箭到达第一宇宙速度和制造人造地球卫星的可能性》的报告，引起了人们的注意。当时科罗廖夫正在研究的单级火箭速度可达到每秒3千米。在此基础上，吉洪拉沃夫在报告中完成了对二级火箭的分析工作，提出完全可以把较重的卫星送上地球轨道。鉴于他的科学论证更加充分，似乎过去的议论和责难都烟消云散了。科罗廖夫保护了吉洪拉沃夫的“卫星”小组，并在1953年把这个小组吸收进入了设计局。1954年，吉洪拉沃夫提出了论证人造地球卫星可行性和必要性的建议。他在建议中指出：“目前所进行的新产品研制情况，允许我们考虑在近几年内报告人造地球卫星的可能性，能否适时合理地组建科研机构，以便对卫星的研究工作进行初步探索。”科罗廖夫和科学院院长凯尔迪什都表示赞同，于1956年1月30日决定开展研制人造卫星的实际工作。年底，吉洪拉沃夫建议“卫星造得小一点，简单一点，最好为30千克重”。这个建议又得到科罗廖夫的支持。1957年6月，前苏联设计制造出了第一颗人造卫星，而同年7月开始的国际地球物理年又成为第一颗卫星上天的助产婆。8月21日，P—7运载火箭在经过多次试验后取得成功，科罗廖夫深信这种火箭一定能把卫星送上轨道。8月31日，科罗廖夫和吉洪拉沃夫一起决定进行卫星和运载火箭的联合试验。火箭和卫星于9月初相继运到发射场，紧张地进行着各项准备工作。10月2日，一切准备就绪，发射试验的命令下达了。10月4日夜晚，探照灯将整个发射场照得通明，在一瞬寂静之后，突然发射场上闪过一道白光，大地震颤，火箭在轰隆声中喷出一团火焰，浓烟和气团弥漫，火箭徐徐升空，向天空飞去，火光照亮了夜幕下的草原。不一会儿从空中传来“噼啪、噼啪”的无线电信号声，发射场顿时沸腾起来。人类第一颗人造卫星终于诞生了，它升上了太空！这个消息一传开，世界都为之震惊和振奋不已。人们在欢呼，宇宙空间新时代开始了。
四、后来居上的人造卫星
前苏联的第一颗人造卫星上天，最为震动的是美国，因为第二次世界大战以后，美国一直在同前苏联进行激烈的太空竞争，企图率先夺取发射卫星的头功。美国早在战后不久就着手研究设计人造地球卫星的可能性。20世纪50年代初，冯·布劳恩带领一批火箭设计师制订了美国卫星发展的计划。1955年7月29日，美国政府批准了“先锋号”科学卫星研制计划。这颗卫星重15千克，本来也是计划作为1957年国际地球物理年活动的一个组成部分，于1957年7月1日送入太空轨道运行。1957年的国际地球物理年，促使美国加快了发展人造卫星的步伐。1956年9月20日，布劳恩主持研制的“红石”导弹进行发射试验。在“红石”导弹的顶端装了一枚仅重38千克的小型假弹头，在“红石”导弹的推动下，假弹头持续飞行了250千米，创造升空到110千米的高度纪录。布劳恩在试验后曾说：“若是以第四级火箭取代这个38千克重的导弹有效载荷，这枚导弹便能入轨运行。”可见，在前苏联卫星上天之前一年，美国只要对“红石”导弹稍加改进，就具备发射卫星的能力了。但是，当时美国没有抓住这个机遇，而是把注意力集中在发展导弹武器上了。不巧的是，导弹试验又惨遭失败。美国研制的雷神中程导弹于1957年1月25日、4月19日、5月21日接连3次发射失利；宇宙神远程导弹进行3次试飞，第一次1957年6月11日发射后爆炸，第二次9月25日仅飞行4千米即坠落，第三次12月17日飞行800千米，只及全程的十分之一，未达目的；大力神远程导弹于1957年底首次发射，结果也未成功。因此这些导弹都不能改装成运载火箭，发射卫星的计划也就必然地落在前苏联的后面了。