這一切都始於Arthur C．Clarke在1945年10月的《無線世界》雜誌發表的一篇論文，這篇論文從理論上提出了在地球靜止軌道上建立通信衛星的可行性。在這篇論文中，他討論了在衛星的覆蓋範圍內一顆靜止軌道衛星相對於地球上的觀測者來說看似靜止的原理，並提出這類衛星可為全球提供不間斷的通信服務。這標誌著衛星時代的開始。於是一些科學家和技術人員開始認真考慮這種可能性，以及這種技術可能帶來的革新。
熱氣球和探空火箭的時代
衛星的歷史開始於熱氣球和探空火箭的出現，目的是能從地球大氣層上層全局性地觀測地球這顆行星。1945—1955年期間主要發射了試驗探空火箭，其穿透到了大氣層上層的高度，這些火箭攜帶了各種儀器來執行各自的任務目標。
在第二次世界大戰期間廣泛使用的能夠攜帶爆炸彈頭的A-4（V-2）火箭吸引了火箭使用者的關注，他們希望利用高空火箭進行高層大氣科學研究。由此開始了對這些火箭的改進，以便牠們能攜帶科學儀器。這批火箭中首枚攜帶了科學儀器進入大氣層上層的A-4火箭發射於1946年5月。該火箭攜帶了一個儀器，用於記錄112km高度處的宇宙射線通量。同一年後續進行了多次發射。
與此同時，蘇聯對A-4火箭進行了一些重大改進，使其作為探空火箭達到了更高的性能水準。V-2A火箭（蘇聯的A-4火箭改進版）出現在1949年，它攜帶了860kg的有效載荷，達到了212km的高度。
早期人造衛星的發射
美國和蘇聯在1955年成為了最早繪製人造衛星計畫的兩個國家。兩國都宣布了建造和發射人造衛星的建議。這一切發生得很快，在短短兩年時間裡，蘇聯人完成了這項壯舉，美國緊隨其後。
斯普特尼克-1（Sputnik-1）衛星是太空時代成為現實的第一顆人造衛星。該衛星於1957年10月4日由蘇聯R7 洲際彈道飛彈（ICBM）從拜科努爾（Baikonur）航天發射場發射，以傾斜角65.1°，沿著227kmx941km橢圓形軌道每96分鐘繞地球一圈，設計用於獲取高層大氣密度和溫度的資訊。經過92天成功在軌運行，於1958年1月4日從軌道墜落到大氣層中而燒毁。
Sputnik-1之後是 Sputnik-2和Sputnik-3。Sputnik-2 發射於1957年11月3日，以傾斜角65.33°，沿著212kmx1660km橢圓形軌道運行。衛星攜帶了一隻名叫萊卡（Laika）的雌性犬在軌飛行。萊卡是第一個環繞地球飛行的生物。該任務提供了關於軌道飛行生物學效應的資訊。Sputnik—3於1958年5月15日發射，是一顆地質衛星，提供地球的相關資訊，如地球的電離層、磁場、宇宙射線和流星。Sputnik-3的軌道參數為217km（近地點）、1864km（遠地點）和65.18°（軌道傾斜角）。
Sputnik-1和Sputnik-2的發射使美國人感到驚訝和尷尬，因為他們那時還沒有成功地發射衛星，他們急於趕上來。Explorer（探索者）1號（Explorer-1）是美國成功發射的第一顆人造衛星。它於1958年1月31日從卡納維拉爾角（Cape Canaveral）由木星-C（Jupiter-C）火箭發射。衛星軌道參數是360km（近地點）、2534km（遠地點）和33.24°（軌道傾斜角）。Explorer被設計成鉛筆狀，使牠在圍繞地球公轉時可以像子彈一樣自旋。自旋運動提供了衛星在軌道上的穩定性。自旋穩定成為衛星穩定的基本技術之一。在執行任務的過程中，Explorer-1發現地球環繞著一圈輻射帶，圈在地球磁場中。
在Explorer-1成功發射之後，緊接著是1958年2月5日發射的Vanguard-1、1958年3月5日發射的Explorer-2、1958年3月17日發射的Vanguard-1（TV-4）。但 Vanguard-1和 Explorer-2 發射失敗，而 Vanguard-1（TV-4）發射成功了。Vanguard-1 （TV-4）是第一顆使用太陽能電池給電池充電的衛星，軌道參數為404km（近地點）、2465km（遠地點）和34.25°（軌道傾斜角）。Vanguard—1發射任務進行了大地測量研究，併發現地球的形狀是梨形的。
通信、氣象、科學探索衛星—早期發展
蘇聯經歷了Sputnik系列人造衛星的發射，美國經歷了Vanguard 和Explorer 系列衛星的發射，使衛星和衛星發射技術足夠成熟。這兩個超級大國那時正忙著擴展衛星應用到其他可能的領域，如通信、天氣預報、導航等。1960—1965年期間為了上述應用發射了一系列試驗衛星。1960是為實現上述目標非常繁忙的一年，它見證了一系列衛星的成功發射，包括1960年4月1日的第一顆氣象衛星TIROS-1（Television and Infrared Observation Satellite，電視和 紅外觀測衛星）、1960年4月13日的第一顆試驗導航衛星Transit-1B、1960年5月24日的第一顆試驗紅外監視衛星MIDAS—2、1960年8月14日的第一顆試驗無源通信衛星迴聲1號（Echo-1）以及1960年10月4日的有源中繼通信衛星信使—1B號（Courier-IB）。此外，這一年也見證了分別在8月和12月的Sputnik-5和Sputnik-6衛星的成功發射。
在TIROS—1衛星搭載的兩臺視像管攝像機提供了最早的地球照片時，Transit 系列衛星則被設計用於專門為美國海軍輔助導航，定位精度接近160m。Echo系列衛星採用鍍鋁聚酯薄膜氣球作為更精確的無源反射器，證明兩個遠距離地球站可以通過星載無源反射器與對方進行通信。在其之後的是Courier—1B衛星，其建立了有源中繼器的概念。MIDAS（Missile Defense Alarm System，飛彈防禦系統）系列預警衛星確立了星載平台監控的毋庸置疑的重要性，用於定位和識別敵方的戰略武器發展計畫。Sputnik-5和 Sputnik-6 衛星進一步研究了軌道飛行的生物效應。這兩顆衛星中的每一顆都搭載著兩名狗乘客。
非地球同步軌道通信衛星：Telstar和Relay方案
成功實現了無源和有源中繼站用於中繼通信之後，衛星歷史的下一個重要階段是非靜止軌道衛星，用於洲際通信業務。這個過程從美國電話電報公司（American Telephone andTelegraph，AT＆T）徵得聯邦通信委員會（Federal Communications Commission，FCC）批准 發射試驗通信衛星時便開始了。這催生了Telstar系列通信衛星。Telstar衛星之後的Relay系列衛星也屬於同一類。
在Telstar 通信衛星系列中，Telstar-1是第一顆真正的通信衛星，也是第一顆商業資助的衛星，於1962年7月10日發射，約一年後，即1963年5月7日，Telstar-2也隨其後發射。Telstar-2具有更高的軌道，以減少暴露於輻射帶的破壞作用。Telstar-1的軌道參數是952km（近地點）和5632km（遠地點），傾斜角為44.79°，它連接了美國和歐洲，是非同步軌道在全球電視傳播的革命性開始。
Telstar—1的後繼者 Relay-1（可運營通信衛星的NASA原型）於1962年12月13日發射。該系列中的後一顆衛星Relay-2於1964年1月21日發射。Relay—1的軌道參數是1322km（近地點）、7439km（遠地點）和47.49°傾斜角。其目標是測試電視、電話、傳真和數字數據的傳輸。
值得一提的是Telstar和Relay系列衛星的研發旨在探索衛星性能的局限性，這只是隨後更大的事件的一個前奏。例如，通過Telstar衛星，科學家們發現了輻射對太陽能電池的破壞程度。雖然這個問題在很大程度上已經通過強度研究加以克服，但它仍然是衛星壽命的限制因素。
地球同步通信衛星的出現
衛星技術歷史上的下一個重大里程碑是使Arthur C.Clarke的想法成為現實。地球同步軌道衛星的黃金時期開始於同步通信衛星（Synchronous Communication Satellite， SYNCOM） 系列衛星的出現，由休斯飛機公司開發。這款緊湊型自旋穩定衛星首次在1961年巴黎航展上展出。SYNCOM-1在1963年2月發射，但在之後不久任務就失敗了。在1963年7月26日發射的 SYNCOM-2成為第一顆可運營的地球同步軌道通信衛星。緊接著是SYNCOM-3，它在1964年8月19日被直接放置在靠近國際日期變更線的赤道軌道上，被用來現場直播東京奧運會的開幕式。這是世界上第一次在電視螢幕上看到「衛星直播」的字樣。
這個時期的另一個重大進展是，成立於1964年8月的國際通信衛星組織（InternationalTelecommunications Satellite Organization，INTELSAT），通信衛星公司（Communication Satellite Corporation，COMSAT）作為其運營分公司。INTELSAT 實現的一個重要里程碑是完成 Intelsat—1衛星的發射，該衛星以「晨鳥（Early Bird）」為人熟知（見圖1.15），於1965年4月5日自卡納維拉爾角發射。「晨鳥」是第一個用於商業服務的地球同步通信衛星。它於1965年6月正式服役，並為歐洲和北美之間提供了240條電話線路的連接。雖然設計的預期壽命只有18個月，它卻持續服務了三年多。
美國人在1960—1965年期間通過SYNCOM系列衛星和晨鳥衛星的發射展現了其通信衛星的發射能力，與此同時，蘇聯人通過從1965年4月開始發射的閃電（Molniya）系列衛星也展現著這一點。Molniya 系列衛星的獨特之處是不需要在傳統的地球靜止軌道上也可以提供一天24h的不間斷通信服務。這些衛星追求高度傾斜的橢圓軌道，稱為閃電軌道，遠地點和近地點距離分別約40000km和500km，軌道傾斜角為65°。兩個或三個這樣的衛星被巧妙地分隔在軌道上可提供不間斷的服務。這樣一顆衛星便具有軌道週期為12h的軌道，在北半球的蘇聯集團國家停留了超過8h。Molniya-1系列衛星之後發射的是Molniya-2（1971年）和Molniya-3系列（1974年）衛星。
國際通信衛星系統
Intelsat-1衛星之後是Intelsat-2系列衛星。在1966年 到1967年短短一年間，發射了四顆Intelsat—2衛星。通信衛星的下一個主要里程碑是Intelsat—3系列衛星的全面運營。Intelsat-3系列的第一顆衛星於1968年發射。這些衛星定位在三個主要的海洋地區，即大西洋、太平洋和印度洋。到了1969年，牠們首次提供了全球覆蓋。這些衛星嘗試成功的另一個新概念是使用去自旋的天線結構，從而允許在自旋穩定衛星上使用高定向天線。Intelsat-1和Intelsat-2系列衛星使用全向天線。
幾乎伴隨每一種新的嘗試，通信衛星的容量也隨之繼續增加。從Intelsat-4系列衛星起（該系列首顆衛星發射於1971年），衛星的容量得到極大提高。Intelsat-4A系列衛星開創了頻率重用（使用相同的頻帶）的概念。頻率重用的特點使得 Intelsat-5 系列衛星在使用極化劃分的基礎上增加了另一個維度。頻率重用技術使得當衛星波束的兩個覆蓋區在空間上分開時，兩種極化就允許在同一個覆蓋區內重複使用相同的頻帶。Intelsat-5系列衛星（該系列首顆衛星發射於1980年），同時使用C波段和Ku波段轉發器並採用三軸穩定。在20世紀80年代和90年代，隨著Intelsat-6、Intelsat-7和Intelsat-8系列衛星的發射，其轉發器的容量持續增加。Intelsat-9和Intelsat-10 系列衛星發射于新千年的第一個十年。這些系列之後還發射了一些衛星。截至2013年10月，國際通信衛星組織運營共計28顆衛星，支持超過30個全球範圍的DTH（直接到戶）平台。
繼閃電系列開發成功後，俄羅斯還繼續沿著開發和發射通信衛星的道路前進。Raduga系列（國際編號：Statsionar-1）、Ekran系列（國際編號： Statsionar-T）、Ekspress-AM系列、 Molniya系列和Gorizont系列（國際編號：Horizon） 是來自俄羅斯最新的通信衛星。其中三個系列衛星都採用地球同步軌道。
國內衛星通信系統
自1965年起，通過為蘇聯廣闊領土面積上分布的大量聯邦成員共和國提供通信連接，閃電系列衛星確立了國內衛星通信系統的可利用性。這樣的系統對那些幅員遼闊的國家特別有吸引力。加拿大是建立專用國內衛星系統的第一個非蘇聯國家，從1972年開始，發射了Anik-A系列衛星。這些衛星的容量都在隨後的Anik 衛星系列得到增強，包括Anik-B（始於1978年）、Anik-C（始於1982年）、Anik-D（始於1982年）、Anik-E（始於1991年）、Anik-F（始於2000年）、Anik-G（始於2013年）。Anik-G1 是其系列中的第一顆衛星，是一顆多任務衛星，設計用於給加拿大提供直接到戶（DTH）的電視服務，也在南美地區提供寬頻語音、數據和視訊服務。該衛星於2013年4月16日由質子／微風-M（Proton／Breeze-M）運載火箭發射。
美國開發國內衛星通信系統的競爭開始於以下這些衛星的發射，即1974年的Westar 衛星、1975年的Satcom衛星和1976年的Comstar衛星。Satcom也碰巧成為第一顆三軸穩定的地球靜止衛星，隨後出現了更多的探險。歐洲開始於歐洲通信衛星（ECS系列）以及隨後的Eutelsat II系列和Eutelsat-W系列衛星。除了Eutelsat系列衛星，還發射了其他 系列的衛星，包括Hot Bird（熱鳥）、Eurobird（歐鳥）和Atlantic Bird（大西洋鳥）系列，用 以擴大EUTELSAT組織的衛星覆蓋區域和所提供的服務水準。2012年，EUTELSAT 組織將所有衛星系列都以Eutelsat 品牌命名。
印尼是認識到國內通信衛星系統的潛在重要性的第一個開發中國家，並將第一顆Palapa系列衛星於1977年送入軌道，以將這個四散分開的島國連接起來。Palapa衛星系列至今已發展了四代，分別是Palapa-A（始於1977年）、Palapa-B （始於1984年）、Palapa-C（始於1991年）和Palapa-D（始於 2009年）。Palapa—D衛星搭載中國的長征3B火箭於2009年8月31日發射。
印度、中國、沙烏地阿拉伯、巴西、墨西哥和日本隨後開發了各自的國內衛星通信系統。印度在1981年開始INSAT-1系列衛星的研製開發，目前已經進入第四代衛星INSAT-4系列的研製開發。INSAT-4A是在2007年9月發射的。INSAT-4系列最新的是INSAT-4G衛星，由Ariane-5火箭發 射於2011年5月21日。而INSAT-3系列最新的是2013年7月26日由Ariane-5火箭發射的INSAT-3D衛星。連接阿拉伯聯盟國家的Arabsat衛星也進入了第五代Arabsat-5系列。該系列的三顆衛星Arabsat-5A、Arabsat-5B和Arabsat-5C已經發射。
衛星的其他應用
即使是在衛星發展的早期階段，將衛星應用到除了通信之外的意圖也是非常明顯的。20世紀60年代期間，大量主要由蘇聯和美國發射的衛星，被用於氣象研究、導航、監視和地球觀測。
從最初普通的TIROS系列衛星開始，氣象衛星已經走過了漫長的道路，無論是為此目的發射的衛星數量方面，還是在這些衛星使用的傳感器技術進展方面。低地球軌道以及地球靜止軌道這兩種軌道都已被用在發射用於天氣預報的衛星中。近年來開發的主要的非地球靜止氣象衛星系統，包括電視和紅外觀測衛星（Television and Infrared Observation Satellite，TIROS） 系列、1960年左右開始的Nimbus系列、1966年開始的環境科學服務管理局（EnvironmentalScience Service Administration，ESSA）系列、1970年開始的美國國家海洋和大 氣管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）系列、1965年開始的國 防氣象衛星計畫（Defense Meteorological Satellite Program，DMSP）系列（以上都是來自美國）、 1969年開始的蘇聯的Meteor系列以及1988年開始的中國的風雲系列（風雲一號和三號）。地球靜止軌道的氣象衛星系統主要包括自1977年以來日本的地球同步氣象衛星（Geostationary Meteorological Satellite，GMS）系列、自1975年以來美國的地球靜止業務環 境衛星（Geostationary Operational Environmental Satellite，GOES）系列、自1977 年以來歐洲的METEOSAT（Meteorological Satellite，氣象衛星）系列、自1982 年以來印度的INSAT（Indian Satellite，印度衛星）系列和自1997年以來中國的風雲系列（FY-2，風雲二號）。
這些衛星上使用的傳感器也見證了許多技術進步，無論是傳感器的類型和數量，還是在其性能水準方面。早期的TIROS系列衛星只使用電視攝像機，而現代的天氣預報衛星具有多種傳感器，每個傳感器完成特定功能。這些衛星提供了非常高分辨率的雲層覆蓋以及地球的可見光和紅外光譜圖像，從而有助於生成各方面數據，包括雲形成、熱帶風暴、颶風、森林火災的可能性、溫度廓線、積雪等。
自20世紀70年代初期，Landsat 系列衛星的首次發射，並從太空平台上對地球進行多方面詳細觀測以來，遙感衛星也走過了很長的道路。事實上，遙感衛星最初的想法來源於TIROS氣象衛星在1960年發回的地球雲層覆蓋之下的黑白電視影像，其次是在1963年由航天員Gordon Cooper 在飛行過程中從水星（Mercury）號宇宙飛行器中看到的驚人的觀測，他聲稱從超過160km的高空看到了道路、建築物，甚至看到了從煙囪冒出的煙。他的描述隨後在陸續的太空探索任務中得到驗證。
近年來，隨著各種技術的重大進展，地球觀測和遙感衛星已迅速從地形測繪（稱為製圖預測）發展到農作物產量、林業、海洋學、汙染監測、冰情勘察等應用領域。一些主要的地球觀測衛星包括：美國的Landsat衛星系列、法國的SPOT衛星系列（法語 satellite pour I＇observation de la terre，對地觀測衛星），以及印度的IRS衛星系列（Indian Remote Sensing satellite，印度 遙感衛星）。從1972年的Landsat-1衛星開始，Landsat計畫經過Landsat-2到Landsat-7已經發展到Landsat-8。Landsat系列最新的 Landsat-8於2013年2月11日發射。SPOT系列也走 過了漫長的道路，從1986年的SPOT-1開始，到2012年發射的SPOT-6，中間經過了SPOT-2到SPOT-5。IRS衛星系列的發射開始於1988年的IRS-1A，該系列最近的發射衛星是稱作Resourcesat-1的IRS-P6，於2003年發 射，以及稱作Cartosat-1的IRS-P5，於2005年發射。 分別於2007年、2008年、2010年和2011年發射的
Cartosat 2、Cartosat 2A、Cartosat 2B和Resouresat 2，是 印度的其他遙感衛星。現代地球觀測衛星星載的傳感器包括高分辨率電視攝像機、多光譜掃描儀（Multispectral scanner，MSS）、甚高分辨率輻射儀（Very High Resolution Radiometers， VHRR）、專題製圖儀（Thematic Mapper，TM）、合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar， SAR）。最新的衛星RISAT-1於2012年4月26日發射，其中的全天候雷達圖像將促進農業和災害管理。
小型或微型衛星
對衛星進行分類的方法之一是根據衛星的軌道質量（重量）進行分類。根據這一標準，衛星一般分為大、中、迷你、微、納米（nano）、微微（pico）或毫微微（Femto）衛星。迷你、微、納米、微微或毫微微衛星被歸類為小型或微型衛星。表1.1顯示了基於濕質量（wet mass）的衛星分類，即包括燃料在內的衛星質量。今天的商業空間領域主要採用地球靜止通信衛星。這些年來致力於推動小衛星相關開發的一個主要動力，是對完成那些大型衛星不能完成的任務的需求。這些任務包括低速率數據通信的星座、對較大的衛星的在軌檢查，以及大學相關的研究。其他促進因素包括要求使用較小和更便宜的運載火箭，相對來說，大型火箭能夠產生更大的推力，但是更大的和更重的衛星需要的經濟成本也更大。同時，小衛星可以分多次發射，利用大型運載火箭過剩的發射能力搭載發射。牠們有更低的製造成本，易於大規模生產和更快的建設時間，使他們成為新技術的理想試驗平台。小衛星已經不再是國防部門和其他主要研發機構的特權。牠們對商業和大學也有很大的吸引力。據估計，屬於小衛星範疇的近1000顆衛星將於2000年和2020年之間發射，包括迷你、微、納米、微微型和毫微微型衛星。
| 表-基於濕品質的衛星分類 | |
| 衛星分類 | 濕品質/kg |
| 大 | >1000 |
| 中 | 500~1000 |
| 迷你 | 100~500 |
| 微 | 10~100 |
| 納米 | 1~10 |
| 微微 | 0.1~1 |
| 亳微微 | <0.1 |
（一）中型衛星
中型衛星的濕質量範圍在500～1000kg。中型衛星雖然比大型衛星更小、更簡單，但使用的技術與大型衛星使用的技術相同。大量用於遙感和氣象預報應用的衛星屬於中型衛星。
（二）迷你衛星
迷你衛星的濕質量範圍在100～500kg。大量用於軍事監視和情報、科學研究的衛星，以及一些設計用於天氣預報和地球觀測應用的衛星屬於這一類。一些迷你衛星的例子包括Jason-1、Jason-2和SARAL遙感應用衛星，SMART-1（Small Missions for Advanced Research in Technology，用於先進技術研究的小型任務）科學研究衛星，ELISA-1到 ELISA-4 （Electronic Intelligence by Satellite，衛星電子情報）和SPIRALE（法語 Système Préparatoire Infra Rouge pour I＇Alerte，紅外系統警報）軍事情報衛星，以及METEOSAT全球天氣預報的衛星 系列。分別在2001年和2008年發射的Jason-1和Jason-2衛星，是NASA（美國）和CNES（法國）的合作項目，旨在監測全球海洋環流和預測全球氣候，並測量海洋表面形貌。SARAL（CityArgos和Altika的衛星）是一個由ISRO（印度）與CNES（法國）聯合的測高技術任務，
於2013年2月由印度的PSLV-C20運載火箭發射，其任務是協助Jason-2 衛星。ELISA-1到ELISA-4是法國的軍事衛星系列。ELISA計畫是一個演示系統，為計畫中的雷達監測系統鋪平了道路。SPIRALE在2009年2月發射，目的是利用紅外衛星成像探測助推段彈道飛彈的飛行。歐洲航天局的SMART-1發射於2003年9月，目的是繞月球軌道飛行。這顆衛星攜帶的儀器用於進行月球成像、月球表面化學元素辨識、橄欖石和輝石礦物光譜識別。這顆衛星在2006年9月受控撞毀於月球表面。
（三）微型衛星
微型衛星屬於10～100kg濕質量的類別。在20世紀50年代至70年代發射的許多著名的早期衛星屬於微型衛星類別，主要是因為在此期間發射能力有限。一些常見的例子包括：Sputnik（1957年）、Vanguard-1（1958年）、Telstar-1（1962年）、Syncom-1（1963年）、 晨鳥（1965年）和Apollo-P和F1（1971年）。隨著技術的進展，能夠將複雜的載荷開發成較小的體積，使得人們對微型衛星的科技商業市場產生了新的興趣。這一趨勢始於1981年UoSAT—1發射，這是帶微處理器的第一顆人造衛星。現代微型衛星攜帶機載計算機，使其能夠獨立於地面站進行在軌可編程運算。繼UoSAT-1之後，在20世紀80年代發射的一些微型衛星的例子包括：Cosmos系列（形成軍事戰術通信星座的一部分）、業餘無線電中繼衛星的Iskra系列、日本無線電中繼衛星的Fuji—1系列，以及Rohini-3系列（用於遙感試驗）。這種趨勢一直持續到20世紀90年代和21世紀。一些著名的例子包括：Astrid-1（1995年）和Astrid-2（1998年）可用於科學研究，Falconsat-1（2000年）用於科技示範，開展等離子體尾流中的離子電流的採集分析；UNISAT-2（2002年）可進行科學研究；HAMSAT（2005年）可用於業餘無線電通信；ANDE（Atmospheric Neutral Density Experiment，大氣中性密度試驗）（2009年）可用 于從地面跟蹤的同時對低地球軌道大氣的密度和成分進行測量：WNISAT（2012年）遙感衛星和NEOSSat（Near Earth Object Surveillance Satellite）近地球目標監視衛星 （2013年）（見圖1.33）可用於發現和跟蹤可能威脅地球的小行星，以及跟蹤衛星和軌道碎片。
（四）納米衛星
納米衛星的濕質量範圍在1～10kg。牠們可以作為單獨的衛星發射，也可以作為衛星組，共同執行預定任務。有些設計需要一顆更大的衛星，一般稱之為「母衛星」，用於與地面控制站進行通信，或者用於發射和對接納米衛星。術語「衛星群（swarm）」通常用來指一組這樣的衛星。隨著電子技術的進步，納米衛星儘管縮小了體積，但仍能實現以前微型和迷你衛星實現的功能，所以納米衛星正在迅速占據空間應用的市場。這樣的一個例子是，35顆納米衛星組成的星座，每個質量為8kg，可以取代5顆RapidEye衛星的星座，每個重達156kg，完成同樣成本的地球成像的應用任務，而重訪時間可以從24h顯著降低到3.5h。其他一些納米衛星任務的例子包括：UniBRITE和BRITE，形成6顆衛星的BRITE星座的一部分，設計用於一大批明亮恆星的亮度變化的精確測量；AAUSAT-2和AAUSAT-3，由丹麥奧爾堡（Aalborg）大學開發；STRAND（Surrey Training Research And Nano satellite Demonstrator，薩里訓練研究和納米衛星演示），由薩里大學開發；NASA的 ELaNa （Educational Launch of Nano satellites，納米衛星教育發射）與幾所大學合作，發 射小型衛星用於研究目的。
納米和微微型衛星中的一個常用術語是「立方體衛星（CubeSat）」。立方體衛星是一種小型衛星，有10cm見方的尺寸，質量不大於1.33kg。標準的10cmx10cmx10cm的基本立方體衛星也被稱為IU CubeSat，其中IU代表一個單位。立方體衛星只能沿一條軸線以IU為增量進行擴展。因此，2U、3U和4U立方體衛星的尺寸將分別是20cmx10cmx10cm、30cmx10cmx10cm和40cmx10cmx10cm。因為無論長度有多長，所有的CubeSat都是10cmx10cm，所以牠們都可以由一個普通的部署系統來發射和部署。
（五）微微型衛星
微微型衛星的濕質量範圍在0.1～1kg。牠們通常作為一組衛星（衛星群）發射，形成編隊完成預定的任務目標。與納米衛星類似，一些微微型衛星的設計也需要更大的母衛星與地面控制站通信，或發射和對接微微型衛星。在前文中描述的標準立方體衛星的設計是最大的微微型衛星或最小的納米衛星的例子。
微微型衛星為碩士研究生和博士研究生的衛星系統設計獲得實踐經驗提供了一些方便。例如：UWE-1（University of Würzburg＇s Experimental satellite，烏爾茲堡大學實驗衛星）微 微型衛星，其質量小於1kg，該衛星由德國的烏爾茲堡（Würzburg）大學和Weingarten 高等專科學院的學生開發和研製，於2005年發射，可用於測試網路協議對太空環境的適應性。但該測試結論表明，由於相較於地面鏈接有更遠的距離以及更大的噪聲乾擾水準，出現了顯著信號傳播延遲的特點。微微型衛星本身以及小於1kg級的微微型衛星的發射機會，現在都可以通過商業市場獲得。
（六）毫微微型衛星
毫微微型衛星的濕質量範圍在10～100g。與納米衛星和微微型衛星一樣，有些設計需要較大的母衛星與地面控制器通信。隨著微米和納米技術的進步，當今已經有可能在單個芯片上製造衛星子系統，甚至整個衛星本身。這些衛星被稱為芯片衛星（chipsat）。
三個原型的芯片衛星已經由奮進號（Endeavor）航天飛機於2011年5月在其最後的任務中發射到國際空間站（International Space Station，ISS）。微芯片衛星，別名是「精靈（Sprite）」， 安裝在材料國際空間站實驗（Materials International Space Station Experiment，MISSE-8）托 盤，並跟其一同被連接到國際空間站，可測試牠們在惡劣環境中的運行狀況。這些指甲蓋大小的衛星被設計用來收集太陽風的化學、輻射和粒子碰撞的數據。另一個例子是，KickSat使命計畫推出了250顆這樣的小精靈衛星，並將其送入低地球軌道（見圖1.35）。計畫將由 SpaceX公司的獵鷹（Falcon）—9火箭搭載，於2014年年初發射。該任務將提供這樣一個機會，只需每顆衛星耗資約300美元，任何人都可以擁有個人衛星。小精靈衛星具有一枚郵票的大小，它的硬體包括太陽能電池、無線電收發器，以及具有記憶體和傳感器的小規模的微控制器。第一個版本能夠傳輸其名稱以及幾個比特的數據，而未來的版本可以包括其他類型的傳感器等增強功能。