Xem: Quỹ đạo địa tĩnh và Quỹ đạo đồng bộ với Mặt Trời Satellites.

Sứ mệnh ban đầu

Vệ tinh nhân tạo đầu tiên là Sputnik 1 của Liên Xô, được dẫn lên vào ngày 4 tháng 10 năm 1957, và được trang bị cùng với máy phát radio làm việc trên hai tân số 20,005 và 40,002  MHz. Vệ tinh đầu tiên để liên lạc của Mĩ là kế hoạch SCORE năm 1958 sử dụng băng từ để ghi tin nhắn âm thanh. Nó được sử dụng để ghi và gửi một lời chúc mừng giáng sinh đến thế giới của tổng thống Mĩ Dwight D. Eisenhower. NASA phóng vệ tinh Echo vào năm 1960; một quả cầu 30m được mạ lớp PETfilm năm 1960; để phục vụ như là một gương phản xạ bị động cho việc liên lạc vô tuyến. Courier 1B được xây dựng bởi Philco cũng được phóng lên vào năm 1960 và là vệ tinh nhắc chủ động đầu tiên trên thế giới.

Telstar là vệ tinh liên lạc tiếp âm trực tiếp và động đầu tiên. Thuộc về công ty điện thoại, điện báo Mỹ (AT&T) như là một phần của hợp đồng đa quốc gia giữa AT&T, phòng thí nghiệm điện thoại Bell, NASA, bưu điện Anh, viễn thông Pháp để phát triển vệ liên lạc vệ tinh, nó được phóng lên bởi NASA từ mũi Canaveral vào ngày 10 tháng 7 năm 1962, là cuộc phóng vào không gian của tư nhân đầu tiên. Telstar được đặt trên một quỹ đạo elip (hoàn thành một chu kỳ sau 2 giờ and 37 phút), quay ở một góc 45° trên xích đạo.

Một tiền lệ trực tiếp của vệ tinh địa tĩnh là Huges Syncom 2 được phóng lên vào 26 tháng 7 năm 1963. Syncom 2 quay quanh Trái Đất mỗi lần một ngày với tốc độ không đổi, nhưng do vẫn còn có sự vận động bắc-nam, vẫn cần có thiết bị đặc biệt để theo dõi nó.

Quỹ đạo địa tĩnh

Một vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh xuất hiện trên một điểm cố định nhìn từ Trái Đất. Một vệ tinh địa tĩnh quay quanh Trái Đất với tốc độ không đổi mỗi lần một ngày trên xích đạo.

Quỹ đạo đĩa tĩnh có hữu ích cho ứng dụng liên lạc vì mặt đất được bố trí những ăngten, những cái phải trục tiếp hướng tới vệ tinh, có thể tổ điều hành hiệu quả không cần những thiết bị đắt tiền để theo dõi chuyển động của vệ tinh. Đặc biệt là những nhiệm vụ yêu câu số lượng lớn những ăng ten mặt đất như (truyền hình trực tiếp TV), tiết kiệm thiết bị mặt đất còn được nhiều hơn cả chi phí đắt đỏ đưa vệ tinh lên quỹ đạo địa tĩnh cao.

Ý tưởng nền tảng của vệ tinh liên lạc địa tĩnh được đề xuất lần đầu bởi Arthur C. Clarke, xây dựng hoạt động bởi Kóntantin Tsiolkovsky và năm 1929 thực hiện bởi Herman Potočnik. Vào tháng 10 năm 1945 Clarke xuất bản một bài viết mang tựa đề "Extra-terrestrial Relays" trên tạp chí Anh "Wireless World". Bài báo đã miêu tả nền tảng đằng sau sự pháp triển của vệ tinh nhân tạo trên quỹ đạo địa tĩnh nhằm mục đích tiếp âm cho tín hiệu radio. Vì vậy Arthur C.Clacke thường được bầu là người phát minh ra vệ tinh địa tĩnh.

Vệ tinh đĩa tĩnh đầu tiên thực sự được phóng lên quỹ đạo là Syncom 3, được phóng vào ngày 19 tháng 8 năm 1964. Nó được đặt vào quỹ đạo 180° đông (kinh độ), phía trên đường thời gian quốc tế (international date line). Nó được sử dụng trong năm đó để tiếp âm cho việc đưa tin truyền hình thí nghiệm của thế vận hội mùa hè năm 1964 ở Tokyo tới Mĩ, đây là thế vận hội đầu tiên được phát sóng quốc tế. Mặc dù Syncom 3 một vài lần được tán thành cùng với chương trình phát sóng tivi đầu tiên qua Thái Bình Dương, nhưng vệ tinh Relay 1 đã phát sóng từ Mĩ đến Nhật vào 22 tháng 11 năm 1963.[1]

Thời gian ngắn sau Syncom 3, Intelsat I, Early Bird được phóng lên vào ngày 6 tháng 4 năm 1965 và được đặt ở quỹ đạo 28° kin độ tây. Nó là vệ tinh địa tĩnh đầu tiên dùng cho liên lạc viễn thông qua Đại Tây DươngNgày 9 tháng 11 năm 1972, vệ tinh địa tĩnh đầu tiên phục vụ cho trong lục địa Anik A1 được phóng lên bởi Telesat Canada, cùng với Mĩ phóng Westar 1 bởi Western Union vào 13 tháng 4 năm 1974.

Ngày 19 tháng 12 năm 1974, vệ tinh liên lạc địa tĩnh đầu tiên trên thế giới được ổn định 3 trục phóng lên: Franco-German Symphonie/

Sau khi phóng Telstar, Syncom3, Early Bird, Anik A1 và Westar 1, RCA Americon (Sau GE americom bây giờ là SES Americom) Satcom 1 được phóng năm 1975. Nó là phương tiện cáp sớm giúp các kênh TV nhưHBO, CBN, ABC Family và kênh thời tiết (của Mĩ) trở nên thành công, bởi vì những kênh này phát các chương trình của họ đến tất cả các cáp TV địa phương sử dụng vệ tinh. Thêm nữa, đó là vệ tinh phát sóng lần đầu được sử dụng bởi mạng phát tivi ở Mĩ, giống như ABC, NBC, CBS, để đưa các kênh tới các trạm chi nhánh. Satcom 1 được sử dụng rộng rãi vì gấp đôi khả năng liên lạc của competing Westar 1 ở Mĩ, kết quả là giá thành hệ thống nhận phát tín hiệu rẻ hơn. Vệ tinh trong thập kỷ sau đó còn có nhiều hơn những hệ thống nhận phát.

Đến năm 2000, Hughes Space and Communications (bây giờ là Boeing Satellite Development Center) đã xây dựng gần 40 phần trăm của một trăm vệ tinh đang hoạt động toàn cầu. Nhánh nhà sản xuất vệ tinh khác gồm có Space Systems/Loral, Lockheed Martin Space Systems, Northrop Grumman, Alcetel Space, bây giờ là Thales Alenia Space, cùng với dòng Spacebus, và EADS Astrium.

Vệ tinh quỹ đạo Trái Đất thấp

Vệ tinh quỹ đạo Trái Đất tầm thấp (Low Earth Orbit hay là LEO) có quỹ đạo tròn điển hình cao 400 km so với bề mặt Trái Đất và tương ứng với chu kỳ (thời gian quay quanh Trái Đất) là khoảng 90  phút. Vì độ cao thấp của nó, những vệ tinh này chỉ có thể nhìn thấy trong vòng bán kính 1000 km từ điểm chiếu xuống của vệ tinh. Thêm nữa, những vệ tinh thấp thay đổi vị trí của chúng so với bề mặt Trái Đất rất nhanh. Vì vậy cho một ứng dụng tại một nơi, cần số lượng lớn các vệ tinh này để kết nối không bị ngắt quãng.Việc phóng vệ tinh Quỹ đạo trái đất tầm thấp không tốn phí bằng việc phóng vệ tinh địa tĩnh, và vì ở gần mặt đất nên không đòi hỏi tín hiệu có cường độ lớn (nhớ rằng cường độ tín hiệu giảm tỉ lệ với bình phương khoảng cách). Do vậy sẽ có một sự cân nhắc giữa số lượng vệ tinh và giá cả. Ngoài ra, cũng có một sự khác biệt quan trọng trong việc lựa chọn các thiết bị dùng cho vệ tinh và thiết bị kết nối trên mặt đất để có thể hỗ trợ được hai loại yêu cầu nhiệm vụ.

Một nhóm các vệ tinh làm việc nhịp nhàng được gọi là một chòm vệ tinh. Hai chòm vệ tinh dự kiến sẽ cung cấp dịch vụ điện thoại vệ tinh, trực tếp đến nơi xa là hệ thống vệ tinh Iridium và Globarsatr. Hệ thống Iridium có 66 vệ tinh. Chòm vệ tinh khác tên là Teledesic, đứng sau là chủ hãng Microsoft Paul Allen có trên 840 vệ tinh. Chòm này sau này được giảm xuống còn 288 vệ tinh và đến cuối cùng kết thúc chỉ có một vệ tinh thử nghiệm được phóng.Người ta còn có khả năng yêu cầu gián đoạn việc đưa tin, sử dụng một vệ tinh quỹ đạo thấp của việc lưu dữ liệu nhận được trong khi đi ngang qua một phần của Trái Đất và chuyển nó muộn hơn trong khi nó sang phần kia của Trái Đất. Đó là hệ thống CASCADE của CASSIOPE Canada. Một hệ thống khác sử dụng phương pháp này là Orbcomm

Vệ tinh Molniya

Như đã nói, vệ tinh địa tĩnh được đặt để hoạt động trên đường xích đạo. Hệ quả là không phải lúc nào nó cũng thích hợp để cung cấp các dịch vụ ở các vĩ độ cao. Vệ tinh địa tĩnh thấp sẽ xuất hiện ở các đường chân trời, ảnh hưởng đến khả năng kết nối và là nguyên nhân của hiện tượng nhiễu đa đường (do giao thoa của sóng tới và sóng phản xạ từ mặt đất vào ăng-ten). Vệ tinh đầu tiên của họ vệ tinh Molniya được phóng vào 23 tháng 4 năm 1965 và được sử dụng để thí nghiệm truyền sóng TV đường dài từ Moscow đến một trạm thu tại Siberia và vùng viễn đông của Nga như Norilsk, Khabarovsk, Magada, Vladivostok. Tháng 11 năm 1967, các kỹ sư Xô Viết tạo ra hệ thống mạng TV quốc gia được truyền phát qua vệ tinh gọi là Orbita. Đó chính là cơ sở của vệ tinh Molniya.

Quỹ đạo Molniya có thể là một sự thay thế trong những trường hợp đó. Quỹ đạo Molniya có độ nghiêng cao, đảm bảo được độ cao (độ cao của vệ tinh so với đường chân trời. Một vệ tinh có độ cao bằng 0 tức là nằm trên đường chân trời, nếu có độ cao là 90° tức là vuông góc với đường chân trời) trên những điểm được chọn trong cả phần cực bắc của quỹ đạo.

Xa hơn nữa, Quỹ đạo Molniya được thiết kế để vệ tinh di chuyển phần lớn thời gian của nó trên những vĩ tuyến bắc xa, trong khi đó đường chiếu xuỗng đất của quỹ đạo chỉ di chuyển nhỏ. Chu kỳ của nó là một nửa ngày, vì vậy vệ tinh có mặt cho mỗi nhiệm vụ trên một vùng 8h mỗi vòng. Theo cách này, một chòm 3 vệ tinh Molniya (cả dự phòng) có thể cung cấp độ phủ sóng không bị ngắt quãng.Vệ tinh Molniya được sử dụng điển hình cho điện thoại và các dịch vụ TV xuyên Nga. Một chức năng khác là sử dụng chúng cho hệ thống radio di động (cả khi ở vĩ độ thấp) từ khi mà những chiếc xe đi xuyên qua các vùng thành phố cần truy cập tới vệ tinh ở độ cao lớn nhằm mục đích đảm bảo khả năng kết nối (ví dụ khi ở dưới các tòa nhà cao).