지구에서 쏘아 올려 지구의 둘레를 궤도비행(軌道飛行)하는 인공적인 달. 과학위성·기상위성·통신위성·방송위성 등을 말하며, 지구 이외의 행성을 주회하는 인공 행성위성을 말하는 경우도 있다.

인공위성의 궤도는 보통 타원이다. 또정지형(靜止型) 위성 이외에서는 궤도면이 적도면(赤道面)과 어떤 경사를 가지며 궤도경사각으로 그 경사를 나타낸다. 이 경사각은 인공위성을 발사하는 로켓 발사장의 위치 및 발사조건에 따라서 결정된다.

보통의 위성은 지구 자전에 따른 접선속도(接線速度)가 로켓의 비행속도에 가중하도록 진동(眞東) 방향으로 향해서 발사된다. 적도상에 있어서의 자전속도는 초속 약 465 m로, 위도가 높아지면서 감소하고 극(極)에서는 0이 된다. 예를 들면, 대략 위치 북위 30 °에서 진동으로 발사한 경우, 지구 자전속도에 의한 이득은 초속 약 400 m가 된다.

진동으로 발사된 로켓은 항상 지구의 중심으로 끌리므로 점차 남하 진로를 진행하여 적도를 가로질러 남위 약 30 °까지 남하하면 이번에는 북위 30 °까지 북상한다. 즉, 적도에 대하여 경사각 30 °의 궤도를 잡는다. 자전속도에 의한 이득을 생각하지 않고, 또 로켓의 힘에 여유가 있다면 어느 방향으로 발사하는 것도 가능하며, 임의의 경사각을 가진 궤도에도 발사할 수 있다.

그러나 실제로는 다단식(多段式) 로켓을 사용하여 순차적으로 이탈시키면서 가게 되므로 그것들을 낙하시키는 대책을 세워야 한다는 점에서도 발사방향은 상당한 제약을 받는다. 그 때문에 진동으로 발사하여 초기적인 궤도에 진입시키고 나서 궤도면이나 고도 등을 변경시키는, 이른바 궤도변환 조작을 실시하는 일이 많다. 복잡한 궤도변환의 한 예로는 정지형 궤도에의 변환이다.

정지형 궤도는 지구가 자전하는 각속도(角速度)와 같은 각속도로 적도 상공의 원 또는 그것에 가까운 타원궤도를 주회하게 되므로 이 궤도를 동쪽으로 주회하는 인공위성은 그 상공에 정지하고 있는 것처럼 보이기 때문에 이렇게 부른다.

이 궤도속도는 초속 약 3.08 km이며, 필요한 반지름은 지구 반지름의 약 6.6배인 4만 2188 km가 되며, 고도는 적도 상공 3만 5810 km이다. 이러한 궤도에 위성을 단번에 들여보내는 것은 로켓의 에너지를 유효하게 사용하기 위해서는 유리하지 못하다. 그래서 먼저 위성을 발사기점의 위도에 대응한 경사각을 이루는 장원궤도에 발사한 다음에 위성에 조립되어 들어 있는 애포지모터(apogee motor)라고 하는 로켓엔진을 원지점 고도에서 작동시켜 궤도면 및 고도를 바꾼다.

이런 경우 추진력이 작용하는 방향을 바르게 조정하기 위해 위성의 자세를 정확하게 제어해야 하며, 애포지모터의 작동위치나 작동시간 등 일련의 조작을 정밀하게 실시할 필요가 있다. 정지형 통신위성인 경우, 초기중량(初期重量)의 약 반을 애포지모터가 차지하며, 다시 자세제어 및 이후의 궤도수정에 필요한 추진제(推進劑)를 상당히 적재해야 한다.

정지형과 비슷한 것으로 준정지형(準靜止型)이라고 하는 궤도가 있다. 이것은 정지형 궤도의 인공위성인 경우, 지구의 광역(廣域)을 내려다볼 수 있는 반면에, 극에 가까운 고위도 지대는 포괄할 수 없으므로, 약간 경사각을 가지게 하여 적도 상공을 축으로 하여 마치 8자형으로 남북을 이동할 수 있게 한 것이다.

이 궤도의 위성은 북반구에 12시간, 남반구에 12시간의 비율로 원형운동을 하게 된다. 이것과는 다른 준정지형 궤도에는 정지형과 마찬가지로 적도 상공에 있지만 고도를 정지형보다 약 2,000 km 낮은 곳에 발사하는 방법이 있다. 이 궤도에 들어간 위성은 매일 약 30 °씩 동쪽으로 이동하였다가 12일 후에 본래의 위치로 되돌아온다. 이것을 궤도에 몇 대 이상 배치해 두면 순차적으로 접근하여 오는 위성을 이용할 수 있다.

인공위성을 사용목적별로 분류하면, ① 과학관측·연구, ② 지구상의 경제사회 활동의 지원, ③ 군사를 포함하는 안전보장상 필요한 정보수집, ④ 우주공간을 이용하는 산업활동 등이 있다. 우주공간의 과학관측이나 연구 분야는 인공위성이 실용화된 초기에는 고층대기나 지구의 자기권(磁氣圈) 등이 연구 대상이었다.

그 후 태양활동과 지구 환경과의 상관(相關)이나 행성간 대기의 물리학적 조사·관측 등에 확대되어, 태양계뿐만 아니라 은하계나 우주구조 등 광범위하게 미치고 있다. 그 때문에 과학위성은 점차 전문화되어 국제 공동연구로 실시되는 경우도 많아지고 있다.

스페이스 셔틀에 탑재되는 우주실험실 스페이스래브에서는 대량의 관측·실험장치를 한 번에 탑재할 수 있으므로 여러 분야의 연구가 동시에 실시되고, 또한 전문과학자가 탑승하는 일도 있어서 큰 성과를 기대할 수 있다. 국제통신, 기상관측, 자원·환경탐사 등은 인공위성을 응용하여 지상의 경제사회 활동을 지원하는 분야이다. 특히, 통신은 1970년대 후반에는 국내용으로서도 이용되는 경향이 강해지고 있다.

또 76년 9월 정부간 해사협의기구(IMCO:Inter-Governmental Maritime Consultative Organization)는 국제해사위성기구(INMARSAT:International Marine Satellite Organization)의 설립을 결의하고, 80년대 해사위성(海事衛星)을 발사하여 해상항행 중의 선박과 지상간 통신 연락체제의 정비를 하게 되어 있다.

64년 8월 발족한 국제상업통신위성기구는 73년 2월부터 항구조직(恒久組織)으로 되어 국제전기통신위성기구(INTELSAT)로 개칭되어, 현재 대서양·태평양·인도양 상공에 15개의 상업통신위성을 정지형 궤도에 배치하여 활발한 국제통신 중계업무를 수행하고 있다. 또 항공기를 대상으로 하는 에어로샛 위성조직의 설립도 국제간에서 협의되고 있다.

자원·환경탐사에서는 미국이 72년 7월 발사한 어츠 1호(ERTS 1:뒤에 Landsat 1호로 개칭)의 성과가 예상 외로 크고 세계 각국으로부터의 탐사제안도 수백 건에 이르렀기 때문에 계획은 순조롭게 확대·발전하여 탐사 데이터의 이용범위도 확대되고 있다. 또 이러한 탐사를 육상에만 그치지 않고 해양자원·환경에도 미치기 때문에 미국에서는 해양탐사위성을 발사하고 있다.

제16회 유엔 총회의 결의에 따라 세계기상기구(WMO)는 67년 세계기상감시(WWW) 계획을 채택하여 5항목의 과제를 대상으로 하여 기상업무의 충실·정비를 도모하게 되었다. 그 중의 하나는 인공위성에 의한 지구대기연구계획(GARP:Global Atmospheric Research Program)이다.

이것은 정지형 궤도에 5대, 극주회(極周回) 궤도에 2대의 기상관측 위성을 발사하여 입체적 관측을 항시 실시할 것을 목표로 하였다. 그리고 미국과 러시아가 각 2대, 일본이 1대의 정지형 기상위성을 분담하여 발사하였다. 군사를 포함하는 안전보장상의 정보수집을 인공위성에 의하여 실시하는 것은 우주활동 개시 때부터 실시되어 왔으며, 근년에는 점차 범위가 확대되어 대규모적이고 정밀한 것이 되고 있다.

주요한 것은 사진정찰·적외선탐지·전자정찰(電子偵察)·군사통신·기상관측·측거(測距) 등이며, 특히 미사일 발사기지의 상황이나 미사일 성능의 평가, 부대의 이동·전개의 추적 등이 중요 항목이다. 현재로는 미국과 러시아가 주로 실행하고 있다. 장래의 인공위성의 이용으로는 스페이스 셔틀과 같은 대형물체를 궤도에 운반하는 수단을 실용화하여 우주공간의 무중량(無重量)이나 고진공 등의 특수환경을 이용하여 지상에서는 제작·합성할 수 없는 재료나 물질을 생산할 계획이 진행되고 있다.

지금까지 로켓이나 인공위성의 개발과정에서 이루어낸 신기술을 민간산업에 응용하는 데 그친 우주기술을 보다 적극적으로 산업면에서 이용하려는 것이다. 또 초대면적의 태양전지 패널을 궤도에 올려 태양광선으로 얻은 대전력을 마이크로파로 변환하여 지상에 보내고 수전설비(受電設備)로 이것을 다시 전력으로 바꾸는 태양발전위성(太陽發電衛星)도 검토하고 있다.

보다 원대한 계획에는 달의 암석을 정련하여 얻어지는 금속재료를 주로 사용하여 우주콜로니[植民地]를 건설하려는 계획이 있다. 이것들은 현재 가지고 있는 기술로 충분히 실현가능하다는 것은 알고 있으나 건설에 소요되는 방대한 경비가 제약 요인이 되고 있다.

70년대 후반부터 인공위성의 전성시대를 맞이하였는데 94년 현재까지 지구에서 발사한 인공위성은 대략 6천여 개에 이르고 있으나 이 가운데 폐기하거나 대기권에 진입하여 타서 없어진 것을 제외하면 현재 운용되고 있는 것은 약 2,000여 개에 불과하다.

미국·러시아 외에 독자적으로 개발한 로켓으로 인공위성을 발사한 나라는 프랑스·영국·일본·중국·인도·이스라엘 등으로, 영국은 1회만 실시하고 활동을 정지하였고, 프랑스는 그 후 독일 등 서유럽 여러 나라와 함께 결성한 유럽우주기구(ESA)의 중심이 되어 공동으로 아리안이라는 대형로켓을 계획하여 현재 아리안 4까지 개발한 상태이고 아리안 5가 개발중에 있다. 일본도 인공위성발사를 몇 번 시도하였고, 중국도 인공위성을 발사하였으며, 그 중에서 몇 개는 회수하기까지도 하였다.

한편, 동유럽 여러 나라도 러시아의 힘을 빌려 우주연구·이용조직을 만들어 과학위성이나 생물실험위성을 발사하고 있다. 그 밖에 국토가 넓고 미개발지역을 안고 있는 나라에서는 통신위성이 통신체계 정비에 유리하다는 데서 미국에 통신위성 발사를 위탁하는 나라가 70년대부터 급격히 늘어나고 있다.

이미 영국·캐나다 등에서도 실시하고 있으며, 인도네시아에서도 국내용 통신위성 파라파를 미국의 로켓으로 발사하여 사용하고 있다. 한국은 1992년 8월 소형 실험위성인 우리별 1호를 발사하여 국적위성을 보유한 22번째 나라가 되었고, 93년 9월에는 우리별 2호를 발사하였다. 최근에는 통신·방송위성인 무궁화 1호(95)와 무궁화 2호(96)를 발사, 궤도진입에 성공하여 위성관련 첨단기술 개발과 우주개발 경쟁에 대비하고 있다.