人类第一颗人造卫星_人类第一颗人造卫星发射成功时间

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人类第一颗人造卫星的诞生，起因竟是苏联导弹威力过剩
人类第一颗人造卫星的诞生，起因竟是苏联导弹威力过剩！科罗廖夫：干脆打向太空试试！
大家好，我是以史为鉴。
20世纪可以说是人类历史迄今为止最重要的一百年，在二十世纪中，先后爆发了两次世界大战，人类第一次研制并且在战场上使用了核武器；
此外，在20世纪中，人类还成功地发射了第一颗人造卫星，诞生了第一个走出大气层的航天员，以及第一次有人类登上地球之外的星球……

可以说20世纪是一个惨痛的世纪，因为爆发了两次世界大战，还有持续几十年的冷战；但是，也可以说20世纪是一个大爆发的世纪，人类许多跨越式的科技爆发都在20世纪。
本期@以史为鉴 跟大家简单聊一下人类第一颗人造卫星诞生的故事。
第二次世界大战结束后，人类认识到了核武器的巨大威力，以美苏为代表的两个超级强国也迅速从携手抗击轴心国转而进入互相敌视状态。
在这样的大背景下，苏联人也迅速研发出了原子弹、氢弹，双方开始在军事、政治、科技、经济、文化、外交……全方位互相比拼国家实力，于是世界都成为了美苏两强的冷战的战场。
尤其是导弹。

图注：二战末期德国的V2导弹
在二战结束后，苏联就迅速着手抢占了德国V2导弹的部分资料、残骸，以及大量的研究人员和技术员，但是许多顶级的科学家比如V2的总设计师冯布劳恩都被美国抢先一步，接到了美国。
苏联在这样的情况下，依然很快就仿造V2研制出来了自己的R1型导弹。
因为美苏两国相隔大洋，双方都地大物博，防空实力强大，苏联认为通过轰炸机来投送核武器，对于美苏这样的领土纵深极大的国家，效率以及实战性都很低，于是苏联高层决定开展能攻击到美国本土的洲际导弹的研究。
1950年12月4日，苏联关于“对射程为5000至10000公里的液体火箭和1至10公吨弹头的研制要求”的项目获得批准，由科罗廖夫领导 。

图注：谢尔盖·帕夫洛维奇·科罗廖夫，苏联航天之父
从1953年开始，科罗廖夫为首的苏联导弹研发团队把全部精力都放在了这个名为R-7的导弹上，经过科学家和工程师们四年的努力，R-7洲际导弹终于研制成功。
R-7可以说是一个庞然大物，它高达34米，火箭重达280吨，分为两级点火，以液氧煤油为燃料，可以将一颗三百万吨TNT当量的热核弹头投送至8800千米外的目标，精度为5千米。
R-7的第一次试射仅仅持续了88秒就坠毁在400公里外的沙漠上失败了，但是R-7的超远射程和庞大体型都让世界为之惊讶。仅仅3个月后，世界上第一枚洲际弹道导弹R-7试射成功，北约代号SS-6“警棍”。

图注：巨大的R-7洲际导弹
但是R-7体型虽然巨大，射程夸张，但是就一款武器而言，却拥有着知名的问题。
首先，R-7发射准备复杂
它从接到准备发射的命令开始，直到可以发射，需要加注燃料等各项准备工作长达20个小时；
而加注了燃料的R-7需要在一天内发射出去，它的待命时间不能超过一天；
其次，R-7精度不够。
作为世界上第一个洲际导弹，R-7的精度只有5000米，误差不小，精度不够；
第三，苏联核武器小型化技术不足
苏联人之所以把导弹设计得如此巨大，其实就是因为苏联当时的核武器小型化技术不足，为了配合巨大的核武器，只能制造更加巨大的导弹了。

图注：有多达20个主喷口的R-7
R-7制造出来后，苏联人头疼的不是没完成任务，而是R-7的运输能力过于强大，以至于当时研制匹配它的氢弹吨位都显得小了。
在上世纪五十年代，美苏两国在任何一个方面都陷入比拼，任何领域都要确保自己压对方一头才行。
当时多国都提出让器械或者人进入太空搞宇宙科学观察，美国人信誓旦旦以为自己肯定是第一个。
但是为美国人感到遗憾，因为此时苏联主持航天研究的人是科罗廖夫。
科罗廖夫研制的R-7导弹可能不是一款好的导弹，但是作为运载火箭，R7之前的缺点又都不算啥了。

图注：斯普特尼克一号人造卫星
短短的三个月时间，科罗廖夫就在R-7的基础上搞成了运载火箭，还顺手研制了苏联乃至人类的第一颗人造卫星——斯普特尼克一号。
“Sputnik”这个名字来自一个俄语单词，意思是“世界旅行伙伴”，这个卫星重量达到83公斤携带一个温度计和两个无线电发射机。
1957年10月4日，改装自R-7的斯普特尼克一号发射成功，苏联人成了人类历史上第一个人造卫星的发射，在全球获得了巨大的轰动。

图注：在罗马一家百货商店展出的苏联人造卫星一号的模型。
斯普特尼克一号人造卫星的模型迅速在世界各地展出：
有的挂在纽约市联合国大楼，有的挂在华盛顿特区航空航天博物馆；在英格兰利物浦的世界博物馆有一个，哈钦森的堪萨斯宇宙空间中心和洛杉矶的加利福尼亚科学中心也有一个。
甚至连赫鲁晓夫都对科罗廖夫说：“我们本来不信你能用你的卫星超过美国人，但你真做成了。”
而苏联的成功也让美国如坐针毡，很快美国国防部迅速拨款给另一个美国卫星项目，美国航天之父冯布劳恩也开始更加宏大的探索者项目，后来的登月就是其中之一。

图注：R-7A导弹示意图
后来，R-7作为导弹很快就被淘汰了，但是改装后的R-7却成为了苏联必不可少的运载火箭！
R-7系列火箭的命名，主要是根据其发射任务，比如发射卫星的卫星号（Sputnik），月球号（Luna），东方号（Vostok），闪电号（Molniya），上升号（Voskhod）和联盟号（Soyuz）......
R-7火箭除了发射了人类第一颗人造卫星，R-7东方号还发射了尤里加加林上天，加加林成为全球第一个进入太空的人；甚至于R-7的衍生型号——联盟号飞船直到现在也依然在用。

图注：R-7、斯普尼克号、东方号、上升号、联盟号
根据不完全统计，截至2018年，R-7和它的各类改型运载火箭，已经发射了约1900次 ，是世界上发射最频繁，发射数量最多的系列火箭。
R-7在作为导弹时，拉开了人类洲际导弹的序幕，让全球冷战加剧；
而R-7在作为火箭时，正是它为人类打开了航天的大门，直到今天，人类还在使用联盟号飞船，可以说这一切都来自于六十多年前科罗廖夫那个大胆的决定。
文/以史为鉴
图/网络
参考资料/
R-7 missile and launch vehicle
The Story of Sputnik 1 Earth's First Artificial Satellite
[兵器面面观]世界上第一枚洲际弹道导弹：R-7导弹
它是280吨重的巨型怪物：世界上第一种洲际导弹
R-7/联盟系列运载火箭演化历程漫谈
我们的母亲地球----从人造卫星的升空开始，我们对地球的认识越来越深刻
1957年10月4日，苏联发射了世界上第一颗人造卫星进入环绕地球轨道，它的名字叫做斯普特尼克一号，也叫卫星一号，人类正式进入太空时代。探索太空已经不再是科幻故事中的场景。而实际上，卫星一号是一个很小的卫星，直径仅有58厘米，重量则为83千克；它绕地球一周需要97分17秒，在其近日点时距离地球228千米，远日点为947千米。尽管貌不惊人，但是它作为第一颗进入太空的人造卫星，象征着人类的历史踏入了新纪元。

“orbit（轨道）”这个单词从那以后有了特定的意义。轨道可以描述卫星或其他天体的在受到引力或其他作用力下，围绕着地球或其他天体运行的路径或轨迹。尽管自然的力量在根本上决定了人造卫星轨道的形状及大小，但是人类的智慧与想象力将轨道的细节描绘得无比确切。
地球的形状是决定人造卫星近地轨道的重要因素。到了19世纪50年代，人们才知道两极与地心的距离比赤道大约要近21千米。太空时代为我们带来了新精度、新观察。1958年，一项对卫星绕地轨道的分析表明，两极的直径比赤道的直径短42.77千米。两极较为扁平这一点得到了验证，但是原本的计算略有170米的夸大。同年，科学家发现预计进入500千米圆形轨道的美国卫星先锋一号偏离了原定轨道。

天文学家约翰·奥克菲解释了其中的差异，因为比之曾经的理论，实际上地球的顶端较为狭窄，而中部更为宽大。同时这些发现还证明了，比之北极，南极离地心近40米。这也让科学家们认为地球是预先成形的。
英国皇家飞机研究院的德斯蒙德·金海对这一观点进行了精修。他和他的同时G.E.库克根据27个卫星轨迹对地球的形状进行了详尽研究。得出的结论是，南极比原来的数据低25.8米，北极则略高18.9米。换句话说，南极比北极离地心近44.7米。这一不对称导致人造地球卫星的轨道有了10千米的偏移，大约是造成这一差异的地心到两极距离差异的数百倍。这也表明，如果卫星轨道的精确度能达到200米，对地球的具体大小的计算精度能以米计算。

另一个关键的数值是地球的赤道长度。赤道的半径是6378.14千米，两极半径为6356.79千米，两者相差约21千米。这一差值也影响了卫星绕地轨道。当卫星从南半球向北半球西行时，其轨道平面在赤道处的引力作用下向西摆动。如果卫星从东到西的方向进入北半球，轨道平面就会向东摆动。这种扰动称为“交点退行”。“交点”是卫星穿过地球赤道平面的点。

除了交点的移动外，地面观察者发现轨道平面有另一个明显的旋转。这是由于地球每天绕地轴自转造成的。在低轨道卫星的时候完成一次完整的轨道(以一个半小时计算)，地球会向东转动22.5o。观察者会发现轨道的平面向西移动22.5°。
卫星为大地测量学(测量和绘制地球表面的科学)增加了新的维度。他们通过揭示地球引力的异常，帮助科学家勾勒出地球的真实形状。此外，卫星已成为确定位置、距离和方向的精确工具，这些工具在导航、地球物理勘探、土木工程和洲际导弹部署等领域都大有作为。
尽管根据地球是梨形的，可以推测赤道是一个正圆，但是事实上赤道也是一个椭圆。

地球的形状随经度和纬度而变化。对大量卫星轨道的分析揭示了地球的新侧面。地球表面的基本参考形状的重力等势，称为“大地水准面”，几乎与海洋的平均海平面一致(忽略潮汐、风等的影响)，山脉和山谷叠加在上面。如果详细了解地心引力，就能知道海平面的形状。引力的大小可以由卫星运行轨道的微小变化来推断。

地球是梨形的，它的大地水准面图显示了地球的新特征。一项基于80万次观测结果的研究显示，印度南部有一个110米深的洼地，新几内亚附近有一个81米高的驼峰。美国宇航局于1978年发射的“海洋卫星”通过监测海平面高度的偏差，收集了大量关于地球形状的数据。这是由雷达测高仪完成的，它通过记录发送到地面的短雷达脉冲的往返时间来测量地面与它的距离。

利用激光束可以提高大地测量的精度。这点已经得到了广泛的研究。1992年，两颗意大利人造卫星“Lageos一号”和“Lageos二号”进入环绕地球轨道，轨道高度590千米，但运行方向不同。它们各有426个等距的立方体角反射器，看起来像一个高尔夫球。激光由地面站发射，卫星接收。来自30个国家的研究人员对往返延误进行了比较。地质学家能够依靠这些数据监测地球地壳板块的运动，测量地轴的摆动，更好地了解海洋潮汐。
阿波罗11号登月任务极大地揭示了对运行轨道进行精确重力测量的重要。人们现在知道，尼尔·阿姆斯特朗在离原定目标6公里的地方着陆，因为当时月球表面的重力还不明确。

2004年4月，美国国家航空航天局和斯坦福大学联合发射了“重力探测器-B”，进入了640千米的绕地轨道。引力定义为大质量物体对时空的扭曲变形。
这颗卫星对像行星这样的大型天体扭曲空间和时间结构的方式进行了有史以来最精确的测量，正如爱因斯坦所预测的空间曲折一样。测量方法是以四个完美的球形石英陀螺仪，在卫星上保持接近绝对零度的温度，并对准恒星IM Pegasi/ HR 8703，观察陀螺仪微小的方向变化。
陀螺仪的精度可以达到0.041弧秒。重力的变化为海洋运动及其对气候的影响提供了不同寻常的见解。

地壳内部质量分布的不均匀是引力差异的成因。地球的重心随着地球表面质量的重新分布而不断变化，这是由于海洋内部质量的移动以及土壤水分、雪和地下水的移动造成的。欧洲遥感卫星ERS-1和托帕克斯卫星（也叫波塞冬卫星）收集的高度计数据显示海洋重力场异常。托帕克斯卫星上安装了DORIS（测轨定位系统），它可以测量卫星在参考椭球(地球表面的近似值)上方的位置和高度，精度可达10cm。
2004年的地震(过去100年来第四大地震)稍微改变了地球的形状。它使北极移动了几厘米，估计为2.5厘米。它使扁率(即地球的顶部扁平赤道凸起之比率)减少了一百亿分之一。科学家们说，地球将持续变扁，地震只是一个延续。而这次地震使一天的时间缩短了2.68微秒。

科学家们还发现,地球的核心旋转速度比其表面每年快约0.3o到0.5o。地球固体内核的直径为2400千米，而流体外核的直径为7000千米。1936年，人们才发现了地核，而知道25年前，人们才证明地核是固体而不是液体。
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3. spaceyug- Maurice-Space Yug
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