“天頂-2”的改進型，即“天頂-4”所攜帶的主遙感器是1台鏡頭焦距為3000毫米的相機。為了將它裝入直徑僅為2300毫米的艙內，設計師們把相機的光路加以摺疊，使其向後轉。
由於飛行時間短，“天頂-4”沒有採用“天頂-2”那樣既裝有光學相機又裝有信號情報搜集設備的通用型偵察衛星方案，不再攜帶信號情報搜集設備，信號情報搜集任務改用較小的專用衛星來執行。
首顆“天頂-4”衛星是1963年11月16日發射的“宇
宙-22”號。1968年，改進型的“天頂-4M”衛星開始正式服役。差不多與此同時，另一種變型衛星“天頂-4MK”也登場了，這種衛星主要供測繪之用。
在1969年以前，“天頂-4”的年發射率與“天頂-2”大緻相同，每年發射10~13顆，而且兩者的軌道參數也基本相同。最後一顆“天頂-4”是1970年8月7日發射的“宇宙-355”號。這種型號的衛星總共發射了74顆。
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其實，“天頂”係列照相偵察衛星還包括多種不同類型：“天頂-2”是蘇聯第一代普查型偵察衛星；“天頂-4”是第一代詳查型衛星；“天頂-2M”是第一代普查壽命延長型；“天頂-4M”是第二代詳查型；“天頂-4MK”是第三代詳查型；“天頂-4MK/M”也是第三代詳查型；“天頂-4MT”是第三代普查/測地型；“天頂-6”是第三代普查型；“天頂-8”是第三代偵察衛星，有普查、詳查兩種。
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