斯普特尼克1号(英文:Sputnik-1,俄文:Спутник-1,译为:卫星1号,俄语名意:“旅行者”),是
苏联研制发射的第一颗
人造地球卫星。
研制背景
苏联科学家
齐奥尔科夫斯基1895年在《关于地球、天空和万有引力效应的联想》一书中,第一次提出了创造
人造地球卫星的设想。1903年其著作《用喷气装置研究太空》出版,该著作成为他创造卫星的理论基础,也是他后来一切有关宇宙研究工作的指导。
1934年在
列宁格勒召开了第一次全苏平流层研究会上,科罗廖夫和吉洪拉沃夫的报告《用火箭飞行器研究平流层》接触到了用火箭把人送上
平流层,送上太空这一重要问题。吉洪拉沃夫描绘了卫星的形象。但从理论到现实的创造,直到战后的1945年才得以进行。首先需要运载工具,吉洪拉沃夫按自己的设想组织了一群专家研究制定有可容纳两个驾驶员的密封舱的高空火箭飞行器。
第二次世界大战后,苏联发明家获得德国技术作为战利品,尤其是
V-2导弹,其射程达320千米,完成了世界上首次亚轨道太空飞行。苏联科学家仔细研究了这一战利品,并在其基础上制造了一系列苏联导弹。苏联太空计划负责人科罗廖夫的名字被严格保密,在其领导下,1954年苏联研制了射程达9500千米的R-7导弹。1957年,R-7弹道导弹从秋拉-塔姆发射场(后更名为拜科努尔航天发射场)发射并击中堪察加半岛发射场的目标,苏联有了能将卫星送入轨道的运载工具。
20世纪50年代
美苏冷战期间,苏联空间科技的发展源于远程导弹技术的突破。冷战开始后,为抵御美国核优势,维护苏联国家安全,苏联以举国之力发展远程弹道导弹。然后在
斯大林时代,空间科技被认为妨碍国家军事进步,遭到严令禁止;苏联外空计划走向公开化是在
赫鲁晓夫时代。1953年末,
米哈伊尔·克拉夫基耶维奇·吉洪拉沃夫与
科罗廖夫开始人造卫星的研制工作,为取得苏联领导人支持,他们曾多次向上陈述卫星的军事和政治意义。在1954年的“人造地球卫星报告”中,吉洪拉沃夫认为:“苏联可以发射一颗设计简单的
人造卫星,在距地面170~110千米的高处传输地球影像和发射无线电电波。虽然这颗卫星不具有科研意义,但是这颗卫星将给苏联的国防带来极大的益处。”
虽然苏联军方对于尚无军用价值的卫星不感兴趣,但是科罗廖夫与吉洪拉沃夫的建议得到苏联科学院的支持。1954年秋苏联科学院天文学与成立了“跨部门星际通讯研究与协调委员会”,开始进行人造卫星相关数据的搜集工作,并不定期举办外空科学交流论坛。
在苏联空间科技发展之际,
美国政府的一个声明则完全改变了苏联空间科技的发展轨迹。1955年7月29日,美国
白宫的新闻秘书詹姆斯哈格迪在白宫发表声明称,“美国作为
地球物理年会的参加者,将在会议召开之际发射一枚小型的人造地球卫星。”而后科罗廖夫等人就苏联的人造卫星计划再次向
赫鲁晓夫与布尔加宁提交议案,表示在苏联导弹技术日益成熟的条件下,有必要在最短的时间内完成人造卫星的发射,抢在美国发射人造卫星之前完成这个计划。
研制历程
初期研制
苏联在初期制造第一颗人造卫星时,计划其质量为1000千克至1400千克,携带200千克至300千克研究设备。卫星方案之一甚至包括一个装有“生物载重”的容器,即一只实验狗。因此卫星不是一颗微型卫星,而是个庞然大物,原计划1957年至1958年用R-7火箭将其送入轨道。但苏联科学家很快发现,该工作量巨大的项目不可能在规定期限内完成。此外,苏联还获悉美国也在开展类似工作,并计划在相同时间发射“非载人最小轨道地球卫星”。科罗廖夫决定放弃“重量级”卫星,转而发射一颗只有两个无线电信标的轻型卫星。
研制进程
1953年科罗廖夫开始研究多级火箭。吉洪拉沃夫证明了多级火箭能把人造地球卫星送上太空,苏联第一次在技术上有了可能实现的发射卫星的方案。
1954年吉洪拉沃夫提出了关于制造人造地球卫星的可行性和必要性的建议,得到了科罗廖夫和凯尔德什的支持。
1956年1月30日,苏联部长会议颁布第149-88绝密级文件“1957-1958年制造不定向的地球卫星”的计划。文件批准了苏联科学院的卫星研制计划,决定在1957年
地球物理年之际发射一颗人造地球卫星,并把该卫星命名为“D物体”,即斯科特尼克1号卫星。从1956年2月已开始对卫星提出技术要求。在凯尔德什领导下,苏联科学院做了大量工作,苏共中央和苏联政府对科学家和设计师给予全面的帮助,监督计划和图纸的完成情况。
系统组成
卫星设计
斯普特尼克1号卫星看起来像个密封铝球,有4根天线,直径58厘米,重量只有83.6千克,内部有两个无线电发射机。此外,发射机频率便于业余无线电爱好者监听卫星。许多人记得“斯普特尼克”飞过时发出特有的“哔哔哔”声。卫星设计以极快的速度进行。圆球外面附着4根弹簧鞭状天线,其中一对长240厘米,另一对长290厘米。尽管3块银锌电池占据了它自身约60%的重量,且额定功率仅为1瓦,但这些都不妨碍它在发射后的3个星期内以20.005和40.002兆赫的频率向地球发送无线电波信号。第一颗卫星结构和“内芯”简单,只安了个传感器,研究无线电波如何穿过大气层。
运载火箭
斯普特尼克1号卫星发射采用苏联R-7型弹道导弹。
苏联当时正在研制一种可以携带一枚氢弹打击美国的导弹,即R-7型弹道导弹。R-7(俄语:Семёрка,北约代号:SS-6“警棍”)是世界上第一枚真正意义上的
洲际弹道导弹,由苏联在冷战时期开发研制,1959年定型生产并装备苏联战略火箭军。R-7导弹为单级液体燃料单弹头导弹,由于燃料加注等问题使得其并没有实际战斗能力。在该导弹弹头项目遇到阻碍时,科罗廖夫抓住了机会,劝说苏联政府用R-7发射一颗卫星。苏联政府1957年1月批准科罗廖夫的请求,确定采用R-7导弹作为发射卫星的运载火箭。
1957年5月和7月,R-7导弹两次试验发射失败。1957年8月21日,R-7导弹首次成功飞行,从拜科努尔飞往堪察加半岛。科罗廖夫对弹头再入飞行器及其头罩进行进一步调整。同年9月7日,R-7导弹进行了第二次成功的试飞。
斯普特尼克1号卫星的运载火箭为R-7火箭8K71PS型号,编号M1-1PS。该火箭为了卫星发射进行了几次升级,取消了军用弹头及其测量硬件、包含振动监测系统的顶部航空电子部分、连接火箭和弹头的电缆以及包括无线电控制系统,一些弹载电池也被拆除。火箭的总质量从最初的R-7火箭的280吨下降到太空发射器的272.83吨(或升空时的267吨)。R-7火箭8K71PS型的发动机总推力为398吨。
发射场区
斯普特尼克1号卫星在哈萨克拜科努尔航天中心发射升空。该发射场位于哈萨克斯坦西南部克孜勒奥尔达州的航天发射中心,也是苏联最大的导弹和各种航天飞行器发射场地,由俄罗斯和哈萨克斯坦两国共同使用。
拜科努尔航天中心为世界第一座、也是规模最大的空间发射中心,始建于1955年6月,是苏联建造的航天器发射场和导弹试验基地。基地由发射区、保障区和测控站等组成。发射区发射场布局呈“Y”型,划分为三个区域:中心发射区、东发射区和西发射区。中心发射区由R-7及R-9ICBM(洲际弹道导弹)发射场发展而来,主要设施有总装测试厂房、控制测试大楼、大型地面发射台、地下发射井、推进剂贮存库、液氧工厂和其他辅助设施以及行政管理、训练和住宅等建筑。东、西发射区建有大型运载火箭和航天器的试验发射设施、控制设施和辅助设施。东部发射区自20世纪60年代起主要负责弹道导弹及空间运载火箭的发射,R-16及其发展型R-36、MR-UR-100、R-36M及R-36M2也在这里发射。
性能数据
发射动态
发射升空
斯普特尼克1号卫星于1957年10月4日莫斯科时间22时28分,在拜科努尔发射场由R-7运载火箭发射升空。
斯普特尼克1号卫星主要用于获取高层大气密度、
无线电电离层传输等方面测量数据。
空间运行
斯普特尼克1号卫星在轨工作了92天,围绕地球飞行了1440圈,飞行了6000万千米。卫星上的无线电发射机发射后工作了两周。由于与高层大气摩擦,卫星逐渐失速,于1958年1月4日再入大气层烧毁。人类第一颗卫星存在时间不长,卫星在轨运行期间还探测到空间
微流星体。
技术创新
斯普特尼克1号卫星在轨飞行期间,测量并获得200~500千米高度的大气密度、电离层电子密度、温度、压力、磁场、紫外线和X射线等数据。
斯普特尼克1号发射升空之时,正值是联合国所公布的国际地球观测年(又译作
国际地球物理年),卫星以每小时29000千米的速度脱离地球引力,成为第一个进入外层空间的人造物体,在外层空间向地球发送无线电波信号,并可由业余无线电用户所接收。该卫星发送信号一直持续至1957年10月26日,才因为电池用尽而中断。
斯普特尼克1号升空通过量度其轨道变化,有助研究高空地球大气层的密度,并为于电离层作无线电波传递提供原始的资料。由于卫星填充了压缩氮,斯普特尼克1号亦因此作了第一次人造物体作陨石探测的尝试,由于高温的陨石穿透了斯普特尼克1号的表面,导致其内压泄漏,此亦为陨石之极端高温提供证据。
总体评价
斯普特尼克1号卫星是苏联研制发射的第一颗地球卫星,也是人类研制发射的第一颗人造地球卫星,开启了人类的航天时代。这一划时代的举动震惊了全世界,更令正与前苏联冷战的美国沮丧。
苏联发射斯普特尼克1号卫星的消息是个爆炸新闻,世界各地的记者称之为“宇宙的震撼”,“不仅是一项重大科学成就,也是世界历史上最伟大的事件之一”。美国媒体称这颗卫星为“红色月亮”(Red Moon)。苏联主要报纸《真理报》呼吁全世界的人仰望天空。美国作家雷·布莱伯利回忆说:“斯普特尼克号第一次划过天空的那个夜晚,我抬头仰望,思考了未来的命运。毕竟,那颗快速从天空的一边移动到另一边的小小星火是全人类的未来。我知道,尽管俄罗斯人的努力很出色,但我们很快会跟随他们,在天空中占据适当的位置。”
斯普特尼克1号卫星的发射不仅具有科学意义,而且具有重大的政治意义。(环球网 评)