人造地球卫星的研制与发射历程

出于科学研究的目的，在第二次世界大战后许多国家的科学家都尝试为了和平目的和开发宇宙的需要研制发射人造地球卫星。1954年夏天，国际无线电科学协会和国际地形学和地球物理联合会通过了在地球物理年（1957—1958）间发射一颗人造地球卫星的决议。这一决议得到了美国、苏联等国的支持和相应。

季洪拉沃夫是苏联第一个人造地球卫星的积极倡导者。1950年3月15日他在苏联科学院应用物理学分会科学技术会议全体大会上做报告《关于人造地球卫星》。在报告中，他公开宣布：近期可全部解决研制人造地球卫星的问题。1954年5月26日科罗廖夫向苏共中央委员会和苏联部长委员会递交了关于实现人造地球卫星应用性研制的建议信。在信中附带了季洪拉沃夫《关于人造地球卫星》的报告记录，以及美国在该领域开展工作的翻译材料，并做了结论，即“目前可以及时并目的明确地组建科学研究部门，用于开展首批卫星的探索性工作”（Ершов，2010）61。

1956年1月30日，苏联共产党中央委员会和苏联部长委员会通过了第149-88сс号决议，批准建造重约1000—1400千克的第一颗人造地球卫星（简称为D工程）。由科罗廖夫领导的第一试验设计局担任牵头单位。格鲁什科、皮留金、梁赞斯基、巴尔明和库兹涅佐夫等首席设计师参加到这项工作中。同年7月，第一试验设计局提交了人造地球卫星的设计草案。9月3日政府批准由科学研究所和设计局共同合作研制卫星和各种地面设备。苏联国防部第四科学研究所参与了这项工作，主要研究弹道保障、指挥—测量综合体初步设计和建造、人造地球卫星用于解决国防任务可能性的论证。第五科研试验发射场主持卫星和运载火箭发射准备及发射工作。在Р-7火箭成功发射后，1957年8月总设计师科罗廖夫在出席国家委员会全体大会上发言，建议加快人造地球卫星发射的准备工作。根据他的意见，发射准备工作应在1到2个月后准备完毕。第一颗人造地球卫星的研制计划包括四个组成部分：研制运载火箭；建设发射场；研制卫星本体和星上科学仪器；建立地面测控网。

运载火箭的研制与发展洲际弹道火箭是一致的。为了满足发射人造地球卫星和达到第一宇宙速度的要求，对Р-7进行了改进，主要是取消了顶部有效载荷。这枚运载火箭是由科罗廖夫主持设计和研制的，定名为“卫星”号运载火箭，总起飞推力为4880千牛，为当时世界上最大的航天运载火箭（李成智，1997）69。Р-7改装为“卫星”号运载火箭时，进行了一些改动。首先是调整芯级发动机工作状态，将其推力调小到588千牛左右，直到级间分离后芯级才以914千牛的最大推力工作。但这样可能使级间分离遇到困难。为此，决定延长两级分离时间，既可以减少分离时的载荷，也有利于保证芯级推进剂贮箱的安全。

图4-3　“卫星”号运载火箭（Уманский，1986）

起飞质量：267吨 有效携带质量：1.327吨 燃料质量：245吨 总长：29167毫米
推力：1级（地球）：3904千牛，2级（太空）：912千牛 最大速度：8000米/秒
（1-顶部单元，2-中央控制单元，3-侧面单元，4-氧化剂箱，5-燃料箱，6-过氧化氢箱，7-液氮箱，8-液体—喷气发动机的主室，9-转向相机液体喷气发动机，10-空气舵，11-发动机稳固架，12-发动机组，13-第一颗人造卫星ПС-1。）(www.xing528.com)

研制人造地球卫星的草案，由科罗廖夫领导下的第88科学研究院设计局的科学团队制定。这个项目实际上经过了季洪拉诺夫率领的国防部第4科学研究院的专家组成员多年的研究。该专家组成员包括：雅聪斯基、巴仁诺夫、布雷克夫、格尔科夫斯基、古尔科、马克西莫夫、莫斯卡连科和索尔达托娃（Кузнецов，2007）。为了缩减发射准备时间，季洪拉沃夫建议制造普通的卫星，有着最简单的装备：无线电发射器、天线、电源箱、最简单的温度调节系统、与运载火箭的通信体系和保护从火箭分离及箭载电缆网分离后的卫星的头部整流罩。

苏联第一颗人造地球卫星代号为ПС-1，即“最简单的卫星-1”（Простейший спутник-один）。这个球形卫星重达83.6千克，以铝合金制成，有4个2.4—2.9米长度不等的鞭状天线。设备及电源装置在一个密封的壳体内部。卫星的无线电信号发射器（两个频率）可以以中波频率每隔0.3秒发射类似电报的数据。可以从947千米的轨道远地点向全世界发射首次穿越太空的信号（Глушко，1973）。莫斯科时间1957年10月4日22点28分34秒实现了发射。2954秒之后卫星和运载火箭中央组件进入轨道，卫星轨道的倾角是65.1°，近地点228千米，远地点947千米，旋转周期96.17分钟。该卫星在太空中运行了92天，绕地球1400圈，沿轨道巡航约600万千米（Черток，2007）。第一枚人造地球卫星发射时，Р-7洲际弹道火箭已经进行了7次试射，而这次是第三次成功的发射（Ершов，2010）63。

尽管第一颗人造地球卫星如此简单，但它在科学探测方面取得的成果是极为显著的。例如，功率为1瓦特的无线电发射机用20.005兆赫兹和40.002兆赫兹的频率不间断地发射脉冲电波，并根据人造地球卫星内部的温度和压力不断变化时长。这样就实现了从太空向地球的最初级无线电信号传输。通过接收到的卫星信号，科学家们可以确定在其上方的电离层电子密度。电离层的无线电波是在不同海拔高度上获得的数据。同时，科学家们也精确地测量了上层大气的密度，直到极光区域的高度。首次实现了长时间太空飞行的多普勒效应的无线电测量，这对研究新型高效的测量设备有着积极作用。另外还考察了热条件对创造生物体飞行条件的影响（Кузнецов，2007）。

第一颗人造地球卫星的发射是具有划时代意义的事件，意味着人类太空时代的开启。1958年1月4日，苏联国家领导人赫鲁晓夫在与丹麦报纸编辑的会谈中指出，这一事件“首先是苏联在科学和技术领域取得的巨大成就，同时苏联在科技进步领域针对资本主义国家的美国确立了领先的优势。”（Ершов，2010）123此外，在冷战条件下，第一颗人造地球卫星的政治影响比对科学技术的影响更为深远，它表明苏美太空竞赛的第一个回合的胜利者是苏联。至此，人类真正开启了航天时代。