正是基于伴飞卫星这么多的优点，从世界范围来看，各国都在伴飞卫星的探索上不遗余力。
特别是30年来空间站技术发展迅速，前苏联、美国礼炮系列空间站、天空实验室空间站、和平号空间站的相继发射。发射的一个直观结果是空间站系统越来越庞大，越来越复杂，围绕空间站的航天活动也越来越频繁，应用面也越来越广阔。
在这种背景下，针对空间站发展的这些特点，从保障空间站的安全、保证各种航天活动顺利进行的角度考虑，发射空间站伴飞卫星显得迫在眉睫。
虽然迄今为止还没有一颗空间站伴飞卫星真正应用，但世界各国已经在积极探索和试验。比较典型的、具有空间站伴飞卫星功能的研究和发展计划有：以德国为首的Inspector计划、美国的XSS飞行器、Livermore微小卫星、AERCam微小卫星、法国CNES天文观测任务、德国的TerraSAR-X雷达卫星计划、SSFTS遥控机器人装置及徘徊者遥控机器人飞行试验计划等。这当中尤以Inspector计划最为著名。与此同时，西欧、日本等国家也正在加紧空间站技术的研究。
现状：空间站已有航天器伴飞
虽然目前还没有伴飞卫星发射应用，但是已有航天器作伴飞运动的尝试。美国、俄罗斯等国家的一些航天飞机、飞船在与空间站交会对接过程中，要先绕空间站转一圈，观测空间站的飞行状态等情况，然后进行对接。在执行完任务撤离空间站时，再绕空间站飞行一段时间后离开。
2000年6月28日，俄罗斯把3颗微小卫星发射入太空，卫星上的微推进系统使卫星完成与其他卫星的空间汇合并在近距离对其进行拍照，实现空间近距离观测。
随着航天技术的不断发展，卫星和载人航天器之间的编队飞行、交会对接和互相拦截等将会越来越多，这些都要涉及到伴飞运动和伴飞轨道。
美国就曾在航天飞机上通过航天员发射释放了仅重5kg的纳米卫星。释放后的纳星由自带电池供电，冷氙气推进，可由航天员在舱内遥控操纵卫星调整姿态和喷气变轨，或在航天员监视下自主飞行。释放后的微小卫星可以对航天员和航天飞机进行几个小时的近距离视频和照相观测。该项目主要用于验证微小伴星对主航天器的表面检测、自主对接和在轨回收等技术，回收充电后的微小伴星可以多次使用。
与大卫星相比，小卫星的成本往往只有大卫星的几十分之一。大、小卫星一般由多星运载火箭一并带入太空；小卫星搭着大卫星的“顺风车”，在合适的时候被由航天员通过机械操作或者通过地面系统操作后放飞。
而这个飞出去的初速度很重要，速度太快了，就会离绕飞目标太远，失去了绕飞的目标。而如果离得太近，可能会出现两个航天器相撞的情况。当然，要真正接近很难。2006年，美国一个小飞行器从几百公里接近绕飞目标后，在几公里的地方燃料耗尽，最终未能相撞。而在载人环境下，为了保证航天员安全，需要保证一定的安全距离。上世纪90年代末，在空间站航天器所作的伴飞运动里，两个目标的距离已经实现了只有几百米，从而实现了对航天员或者航天器的近距离观测。
曾有人描绘这样一幅图像：如果有数个“小个头”，不管它们执行的是同一任务还是不同任务，将它们有机地组装在一颗母星上，由运载火箭一次发射升空。这些“小个头”能在空中像魔方般灵活组合：单飞、组网、编队、伴飞、故障诊断、运输服务，或者，索性像一大颗综合卫星般工作。
比如要实现通信，或者将来相互之间的联合，要进行组网或者编队，都需要两个以上的航天器，而如果距离比较远，就需要小卫星进行配合试验。未来，两个航天器之间的交互对接一般是这种情况，即一个航天器在轨道，另一个在同轨道比较远的地方，或者需要从地面发射上去。而要实现这种近距离的对接，伴飞卫星将是一种重要的试验手段。
分析人士认为，由两颗以上的航天器采用协同工作或相互作用的方式，开展伴飞飞行，对空间目标进行近距离观测、监视、空间通信、新技术试验和深空探测等已成为国际航天技术发展的热点和趋势之一。我国在“神七”飞行任务中进行的小伴星伴飞试验，将是对我国大型航天器、规划建立的空间站进行近距离观测的有效准备。
