小火箭講述人類第一顆人造衛星的傳奇

小火箭出品

本文作者：邢強博士

本文共11815字，108圖。預計閱讀時間：1小時。

想要了解一項技術的未來發展方向，或許可以試著從追溯其最早的起源開始。今天是人類第一次把一顆人造地球衛星送入近地軌道60周年的大日子。

公元1957年10月4日，人類第一顆衛星斯普特尼克1號發射成功，開啟了人類的太空時代。

小火箭將努力和大家一起回顧這顆衛星從設計到發射的細節以及她對人類技術發展史的影響。

競賽

1957年7月1日至1958年12月31日期間，一項充滿了理想主義情懷的跨國科學計劃將要開始實施。

這是全球科學家與工程師的一次偉大的嘗試。他們試著讓科學跨越國界，試著讓冷戰鐵幕兩邊的科學家們聯合起來共同進行研究。

這一年，被稱作國際地球物理年。

上上圖的國際地球物理年的紀念郵票中的兩隻手來自米開朗基羅在西斯廷大教堂的壁畫《創世紀》。

左側為剛剛被創造出來的亞當，右側的白衣老者則是上帝本人。他向亞當伸出右手，並把指尖對準亞當，彷彿是要向亞當傳遞生命之火。

1955年，全球科學家和工程師幾乎都在為這個如此有情懷的會議做著準備。但是，隨之而來的美蘇兩國的聲明卻最終給國際地球物理年賦予了濃郁的競爭色彩。

美國在1955年7月底宣布：將要在國際地球物理年期間，率先發射人類第一顆人造地球衛星！

而蘇聯當然也不甘示弱，立即也宣布：蘇聯在這期間也要發射人類第一顆人造地球衛星！

當然，在這個領域的第一隻有一個，競賽由此拉開帷幕。

計劃

實際上，蘇聯敢於應對這樣的挑戰，還是有底氣的：

有關洲際彈道導彈與運載火箭的液體火箭發動機已經研製完成。

RD-107火箭發動機全高2.865米，整體外框直徑1.85米，真空比沖313秒。這款自上世紀50年代來到這個世界的發動機，設計優秀，性能優良。不知道她有沒有想到，60年後，人們依然在使用著她的改進型號。

上圖為一個主燃燒室被剖開後的RD-107，我們能夠看到圓柱段頂端的噴注盤（有337個噴注孔，這是小火箭的好友橡樹高工親自數過的）。燃燒室內壁亮閃閃的是耐高溫銅合金。另外，小火箭認為RD-107的設計還有一個妙處：煤油緊貼燃燒室內壁流下，形成了一層液膜，使燃燒室內壁免遭高溫燃氣的灼傷。

有關發動機噴管的設計和流場模擬，詳見小火箭的公號文章《RD-170：世界上推力最大的液體火箭發動機》。RD-170雖然比RD-107的燃燒室壓力大得多，但是計算原理相通。感興趣的同學可以自行計算一下。

有關洲際彈道導彈與運載火箭初級階段的理論研究已經接近尾聲。無論是設計火箭的工程師還是進行彈道和軌道計算的力學家，都已齊備。

這張合影可以說是厲害了！

小火箭覺得，從左到右這四個人分別是：

蘇聯火箭設計師科羅廖夫、蘇聯原子彈之父庫爾恰托夫博士、蘇聯數學家與力學家凱爾迪什院士、蘇聯火箭設計師瓦西里·米申院士。

庫爾恰托夫博士的山羊鬍子的辨識度還是蠻高的。

1955年8月30日，也就是美國和蘇聯紛紛表示要在國際地球物理年發射人造地球衛星的1個月後，蘇聯幾十名科學家與工程師聚集在一起召開了一場小規模的會議。

這場會議在人類航天技術發展史上有著難以替代的地位。會議上，有科學家對人造地球衛星的近地軌道的可行性進行了分析，也有工程師彙報了火箭發動機的研製近況。

而當大家把目光集中在科羅廖夫身上的時候，他上台開始不緊不慢地演講了。不過，科羅廖夫本人並未對人造地球衛星的事情發表太多意見。實際上他這場報告的主題是：有關探測月球的軌道設計與登月計劃的可行性。

在他看來，發射人造地球衛星的可行性不容置疑，還不如借這個機會來討論一下去月球的事情。

會議順利結束，有關月球軌道的事情，大家討論得很開心，而有關人造地球衛星的事情，也在這次會議上被詳細地規劃好了。

蘇聯的第一顆人造地球衛星準備這樣造：

項目名稱：D工程；

節點時刻：1958年之前；

衛星計劃質量：1噸~1.4噸；

科學載荷質量：0.2噸~0.3噸；

主管單位：蘇聯國防委員會；

統籌單位：蘇聯科學院；

火箭研製單位：蘇聯國防工業部；

衛星研製單位：蘇聯科學院；

遙測系統研製單位：無線電技術部；

若干工程專項：低溫燃料生產與加註技術、發射系統、陀螺儀、彈載計算機、軌道設計、彈道計算、精密儀器遠程運輸技術。

提前

1957年，R-7導彈經過工程師們3年多的努力，終於橫空出世。上圖為矗立在發射場的R-7彈道導彈。有關該導彈及其同一家族的聯盟運載火箭，詳見小火箭的公號文章《1863次發射！開啟人類航天時代的R-7導彈》。

能夠攜帶核彈頭的導彈成為了核威懾力量的中流砥柱。按照當時大部分工程師認同的觀點，當一枚彈道導彈的射程超過5500公里的時候，就可以被稱作洲際彈道導彈了。美蘇當時基本上都具備了發展這種武器的條件，所以，逐漸地，爭奪第一的競賽開始變得白熱化了。

1957年4月，一輛專列將R-7彈道導彈運送到拜科努爾發射中心附近。1957年5月15日，導彈發射。

但是，在飛行了88秒之後，導彈突發故障，隨後，第一枚試射的R-7導彈墜毀在400公里外的沙漠上。

而這些活動，早已被美國盯上了。上圖為從天上拍攝的R-7彈道導彈位於拜科努爾發射中心的發射塔架。

這張珍貴的照片來源於美國中央情報局，由1957年飛臨拜科努爾上空的一架剛剛入役的U-2偵察機拍攝。多年來，美國一直在尋找蘇聯的彈道導彈和運載火箭的研發中心和發射基地。

終於，在1957年，趁著蘇聯的導彈試射活動開始密集出現的時候，美國的高空偵察機發現了位於丘拉塔姆小鎮旁邊的這個發射中心。

蘇聯第一次試射的失敗讓美國人感到機會來了。1957年6月初，一枚美國宇宙神彈道導彈拔地而起。

美國康維爾飛機公司於1948年和1949年之間在新墨西哥州白沙導彈試驗場取得了不少成果，不過該公司沒能說服美國空軍進行支持。

但是，他們認為值得一拼，因此決定自籌經費繼續進行研發。上圖這枚宇宙神就是康維爾繼續自己投了300萬美元後的結果。可是，導彈發射後不久，就爆炸了，沒能飛出洲際彈道導彈要求的飛行彈道。

1957年6月11日，得知美國人也在進行洲際彈道導彈試驗的蘇聯人再次進行了一枚R-7彈道導彈的試驗。

不過，這一次比上一次的飛行時間還要短。導彈升空後33秒，就出現了難以控制的滾轉，在空中解體爆炸。

公元1957年8月21日，第3枚R-7彈道導彈被運往拜科努爾的發射架。當日，導彈從拜科努爾升空，衝出稠密大氣，飛出了漂亮的亞軌道彈道，然後，導彈的彈頭再入大氣，一頭扎進了太平洋。

5天後，蘇聯宣布成功進行了一枚洲際彈道導彈的試射，命中6000公里外的預定海域。

從此，洲際彈道導彈這類飛行器正式誕生了。R-7，這款初出茅廬的導彈使蘇聯成為了世界上最早掌握洲際彈道導彈技術的國家。

實際上，不甘心的美國人在1957年到1958年6月期間，共進行了8次試射，其中有6枚導彈在發射台上或者升空後不久爆炸，其中2枚試射部分成功，最遠射程為966公里。後來宇宙神的射程達到了14480公里，這就是後話了。有關該導彈，詳見小火箭的公號文章《從美國最早的洲際彈道導彈看項目管理》。

既然運載工具已經有了，而且已經有確切的情報顯示美國會在1958年之前擁有發射人造地球衛星的能力。

於是，蘇聯決定，搶先一步，先把自己的衛星送上太空！最好是當年10月份就完成！

而當這個命令傳達到蘇聯第一顆人造地球衛星的研製單位的時候，工程師們不幹了。

1.4噸的衛星，要我們在10月份完工？這是不可能完成的任務！

好在當時的蘇聯採用了以技術為核心的管理方式，在工程技術人員做出反應之後，計劃立刻被修改了。

小火箭總結了3條☆：

☆原定於在1957年10月份發射1.4噸重的衛星的計劃被修改，時間不變，但衛星可以被大幅度簡化，質量可控制在0.1噸以內，以搶佔第一名為最優先的任務；

☆同時或者短期內製造2顆輕量化的人造地球衛星，以便力保在1958年之前發射成功；

☆原計劃的科學探測任務不會取消，反而得到了額外追加的經費，以便在合適的時機另行發射。

因此，在1957年，蘇聯的人造地球衛星計劃在修改後，3顆衛星的研製工作就在緊鑼密鼓地進行中了。

設計

由此，就誕生了人類第一顆人造地球衛星的設計方案。

上圖為斯普特尼克1號衛星的圖紙。

斯普特尼克是俄語Спутник的音譯，原為旅行伴侶的意思。後來則成為了表示衛星的專有名詞。也就出現了所謂「伴星」的這個譯法。

本文咱們還是堅持用斯普特尼克這個音譯的叫法，以便讓全球對這個小傢伙兒有較為統一的稱呼。

這個帶有4根尾巴的圓球就是斯普特尼克1號了。

她的球體部分直徑58.31厘米，用鋁球殼製成。該星的總質量為83.6公斤。

為了方便地球上的人對該衛星的觀測和跟蹤，同時為了盡量多地反射宇宙輻射，斯普特尼克1號的鋁外殼被陽極氧化後打磨得鋥明瓦亮。

通常來說，斯普特尼克衛星在公眾面前的形象是這個樣子的。

但是，本著向工程師精神致敬的態度和小火箭的一貫風格，我們需要了解衛星內部的詳細構造。

這顆83.6公斤重的衛星內部是怎樣的呢？

這家比較良心的博物館展出了斯普特尼克1號衛星剖開後的樣子。

哈！是雙層殼體結構！

小火箭給出帶注釋的結構圖吧：

由上圖可見，斯普特尼克1號的外殼由兩層鋁金屬球殼組成，內部那層球殼是密封的，而且充填了高純度的加壓氮氣。

球殼內部的部件主要有3大塊：信號發射機、電池組和通風扇。

啥？為什麼要在密閉的星體裡面安裝通風扇呢？

答：這是因為蘇聯的工程師很早就意識到衛星軌道上的微重力環境。在這樣的環境中，球體內部的氣體雖有溫度場，但卻無法像在地面上那樣形成對流環境。

因此，他們設計了通風扇，強制讓星體內的氮氣循環流動起來，以便帶走信號發射機和電池組周圍的熱量，提高衛星的可靠性。

這就是斯普特尼克1號衛星的電池。衛星中共有3塊銀鋅電池，分別獨立地向2台功率為1瓦特的信號發射機和1台通風扇供電。

為了省電，工程師在信號發射機和通風扇之間安裝了溫度感測器。當星體內的溫度高於30℃的時候，通風扇會自動啟動，而當溫度降到23℃以下的時候，通風扇會自動關閉，進入休眠狀態。

物理學家和數學家的加入以及軌道動力學工程師的傾情奉獻使得人類對斯普特尼克1號內部溫度場的掌握比較自信。

物體在宇宙環境中會接收恆星的熱輻射而升溫；同時，物體本身也會以紅外線的形式向外釋放熱量而降溫。在茫茫太空中，該物體會形成一個動態平衡的溫度狀態，這個小火箭一定努力專門寫一篇文章與大家一起計算和討論。

這是斯普特尼克1號衛星的鋁球殼內部的樣子。

一層1毫米厚的鋁球殼與一層2毫米厚的鋁球殼之間留出空隙，這就形成了一個有助於保護星體內部儀器設備的雙層球殼結構。

雙層半球殼結構扣在一起後，內嵌一塊精心製造的橡膠密封墊圈，然後再擰上整整36個螺栓，就成了一個密閉球殼。

當然，工程師們對於這樣一顆衛星沒能帶上足夠多的科學儀器而感到惋惜。

但是，很快，就有人想出了一個比較巧妙的方案，可以讓她執行科學探測任務了！

工程師們給斯普特尼克1號衛星賦予的科學探測任務是：

研究人造物體在外太空飛行時遭遇微流星體撞擊的情況。

這項研究非常有意義，能夠為今後的人造衛星乃至大型宇宙飛船提供十分有價值的信息。畢竟，在斯普特尼克1號進入太空之前，人類對宇宙微流星體的撞擊力度以及人造物體遇到微流星體的概率一無所知。

那這顆衛星是如何用如此有限的儀器設備完成如此複雜的科學任務的呢？

答案很簡單，但也很巧妙。

工程師在衛星內部加裝了一個氣壓感測器，然後給密封后的球殼內部充入了1.3個大氣壓的加壓乾燥氮氣。

一旦有微流星體擊中衛星並且其力道大到足以擊穿雙層鋁殼體的時候，星體內部必然會因氮氣泄露到太空而失壓，艙內溫度也會出現異常情況。

當氣壓感測器的輸出值小於0.35個大氣壓或者溫度感測器的輸出值低於0℃或者高於50℃時，就認定星體遭遇了微流星體的撞擊並且力度相當巨大。

這個方案雖有值得推敲之處，但是在當時的條件下，也難以給出更優的方案了。

可是，問題又來了。就算是感測器捕捉到了這樣的信號，那該怎樣告訴人類呢？

要知道，斯普特尼克1號衛星是搶先之作，其重量要求能減就減，以方便當時剛剛做過洲際彈道導彈測試的R-7導彈發射。

其電路更是要能省就省，按照蘇聯理論物理學家的判斷，太空中很有可能會有強度非常高的輻射，複雜電路說不定剛一進入太空就被高能帶電粒子給轟擊壞了。

小火箭註：這些判斷非常之精準。

這是我找到的人類第一顆衛星斯普特尼克1號的部分電路的電路圖。

夠簡潔吧！正在做電子電路實習的同學們是不是有自己焊接一個出來的衝動呢？

看完電路圖，我們能夠得出一個結論：

斯普特尼克1號衛星不具備向地球直接發回感測器測量數據的能力（根本就沒有編碼解碼電路，更沒有集成電路，就是一堆電阻電感和電容）。

無非是通過振蕩電路來產生 嗶~嗶~嗶 的聲音。

在小火箭公號此文的原文中，大家可以向後拉，找到小火箭搜集的1957年世界多個地方接收到的斯普特尼克1號衛星信號的珍貴音頻。

工程師們正是利用了這樣的嗶嗶聲來試著傳遞信息的。

斯普特尼克1號衛星當然不是在太空中瞎~嗶嗶，而是有章法地~嗶嗶。

當一切正常的時候，她每隔0.2秒嗶一聲。當氣壓感測器的輸出值小於0.35個大氣壓或者溫度感測器的輸出值低於0℃或者高於50℃時，她改為每隔0.4秒嗶一聲。

哎呀，問題又來了！

在茫茫宇宙中，孤零零的斯普特尼克1號怎樣把嗶嗶聲傳給地面上的人類呢？

這個問題是康斯坦丁·格里高茲博士解決的。

康斯坦丁在1918年出生於一個藥劑師家庭，但是他從小就熱愛飛行而對醫學並無太大興趣。1947年，29歲的他以超強的工程師水準得以進入科羅廖夫團隊，成為了一名火箭工程師。1949年，31歲的康斯坦丁獲得博士學位。

在1957年，已經39歲的康斯坦丁博士因為對火箭和衛星的熱愛依然堅持奮鬥在科研第一線。這位大叔率先提出了對地球電離層的分析和一整套星際通訊的解決方案。

他認為，雖然人類從未在外太空向地球發送過信號，但是通過對電離層的理解和分析，工程師們依然能夠給出靠譜的天線設計方案。

通過康斯坦丁博士的努力，斯普特尼克1號衛星的信號發射器的發射頻率被鎖定為2個：

20.005MHz和40.002MHz。

衛星採用4根鞭狀天線，分為2組，呈70°角布置。

第一組天線長2.401米，第二組天線長2.903米。

沒錯，人類第一顆衛星就已經在採用雙頻通信方案了。

衛星準備好了！開始發射吧。

發射

在那個年代，想要把東西送上太空，找蘇聯的科羅廖夫是沒錯的。

上圖是小火箭找到的他設計火箭時所繪製的手稿。有關彈道高度與彈道傾角的優化問題，之後詳細討論。本文就只關註上圖右下那枚火箭的草圖就行了。

這就是著名的R-7洲際彈道導彈/運載火箭家族誕生之初的樣子。有關該火箭家族，詳見小火箭的公號文章《1863次發射！開啟人類航天時代的R-7導彈》。

公元1957年10月4日（如果大家在小火箭發送此文的當天看的話，就是整整60年前），一枚由R-7洲際彈道導彈改裝而成的運載火箭拔地而起。

小火箭相信，在今後我們或者我們的後代在星際遠征的旅途上，驀然回首這一時刻的時候，會對此報以崇敬的凝視和欣然的微笑的。

期待那時候咱們能夠一起探討更多的太空技術。

回到斯普特尼克1號。這次發射還是蠻刺激的。要知道，僅僅不到2個月之前，也就是在1957年8月21日，R-7洲際彈道導彈才剛剛進行了第3次試射，而這也是該導彈首次成功的試射。

斯捷克洛夫數學研究所的彈道計算大師們為這枚R-7運載火箭設計了方案彈道。

而作為人類首款洲際彈道導彈，R-7上面的陀螺儀也是相當給力的。V-142陀螺儀為彈上（箭上）加速度計提供了穩定的平台。

火箭按照設計的彈道平穩飛行。

然而，在發射升空116秒後，火箭感測器突然報錯：壓力異常！

測控大廳內短暫的一陣喧鬧後，工程師在計算後認為衛星入軌參數會有變化，但不影響成功進入近地軌道這一最優先任務。

V-142陀螺儀依然工作正常，而V-139型加速度計本身就是通過感知不平衡的陀螺進動來測量加速度的。

說起陀螺儀，一起感受一下歐拉方程的美妙吧！

剛體的運動，當然要按照歐拉的意願來進行。

早些年俄國對數學和力學的尊重終於在這一時刻得到了回報！

想當年，歐洲最厲害的力學家族伯努利家族，有兩位正值壯年的伯努利：丹尼爾·伯努利和尼古拉斯·伯努利都在聖彼得堡工作。

對！那個丹尼爾·伯努利就是流體力學中的伯努利方程的那個伯努利。

伯努利方程雖然在如今被一些人用來簡單粗暴地解答諸如「飛機為什麼能飛」「流量計是如何工作的」等問題，但伯努利家族對力學的貢獻以後有機會的話，還是需要和大家詳細探討的。

另外就是小火箭期待所有有志於學習空氣動力學的好友都早日跨過伯努利的階段，開始進軍庫塔茹科夫斯基，開始認真細緻地分析渦與張量。

1727年，神學、數學、哲學和力學大師歐拉，受丹尼爾·伯努利與葉卡捷琳娜本人的盛情邀請，在20歲時來到俄國。在這裡，他把最美好的時光和最偉大的成就都留了下來。

當我們把函數寫成f(x)的時候，就能夠感受到歐拉的淺笑了，因為這是他發明的寫法。

回到斯普特尼克1號衛星。

地面測控人員認為火箭將要入軌了。而箭上陀螺儀已經開始報告彈道傾角開始向0收斂。

然後，R-7運載火箭的主發動機關機。遊動發動機繼續工作，調整火箭的姿態。

20秒後，在彈簧和液氧罐子伸出的一根高壓管路的共同作用下，斯普特尼克1號與R-7火箭成功分離，成功入軌！

雖然出了點兒小狀況，但最終工程師們還是把人類第一顆人造地球衛星送入了近地軌道。

斯普特尼克1號衛星軌道的遠地點比預定的少了86.67公里，但對於第一次來說，這樣的結果還是非常讓人滿意的！

斯普特尼克1號衛星的近地點為215公里，遠地點為939公里，軌道周期為96分鐘12秒，軌道傾角為65.1°。

1957年10月4日，人類成功發射了第一顆人造地球衛星。

小火箭風格，具體的時刻為：

協調世界時UTC公元1957年10月4日19點28分34.00秒。

這是人類太空探索時代開始的時刻。

影響

蘇聯贏得了人類太空競賽的第一局。

這是蘇聯在南極的一支科考隊在1957年收到的斯普特尼克1號衛星發送的信號。

兩個高峰就是斯普特尼克1號的嗶嗶聲。兩個高峰之間的信號為干擾雜波和信號在電離層和地面之間經過多次折射和反射後產生的現象。

通過對這些信號的測量和分析，工程師們把電離層F層的厚度從原來200公里的估計值拓展為320公里。

斯普特尼克1號的成功入軌引起了全球無線電愛好者的極大興趣。

他們架設天線，調試設備，徹夜不眠地跟蹤和錄製信號。

人類第一顆人造地球衛星向地面傳來的信號到底是怎樣的？

小火箭滿足你！

這就是斯普特尼克1號衛星發出的嗶嗶聲！（受跨平台傳輸音頻的影響，這段2分17秒的音頻或許在發出後只能在小火箭微信公號原文中才能出現。）

小火箭搜集了目前能夠找到的全球在1957年對斯普特尼克1號衛星信號的跟蹤錄製記錄，並把它們整合為一段音頻。

上段音頻分為4段。

第1段：斯普特尼克1號衛星測試的聲音，時長4.06秒；

第2段：在捷克斯洛伐克捕獲到的斯普特尼克1號衛星信號，時長12.17秒；

第3段：在德國收聽到的斯普特尼克1號衛星的信號，時長21.03秒；

第4段：在美國華盛頓特區，用高靈敏度監聽設備截獲的斯普特尼克1號衛星的信號，時長1分37.04秒。

同樣是嗶嗶聲，聽起來各不相同，這有電離層干擾的因素，也有衛星高速繞地球轉動而產生的多普勒效應的因素。

這是LIFE在1957年10月份的刊物上登出的封面。

該封面用漫畫的形式重現了美國科學家跟蹤和繪製斯普特尼克1號衛星軌道的場景。

紐約時報在當天的頭版頭條報道了衛星發射的情況。

原本應該用來慶祝的一件科學大事，但是在比較狹隘的按國籍和民族來劃分人群的人看來，卻著實成了一件值得熱議的事情。

當月，就有美國人開始質問「為什麼美國輸掉了這場競賽？」

就在蘇聯的斯普特尼克1號衛星進入太空後不久，華爾街爆發了股災。

美國人的自豪感和自尊心遭到了巨大的打擊，而市場對人們信心的反饋又往往是最迅速的。

1957年斯普特尼克1號的成功發射在美國道瓊斯指數走勢圖上永久地留下了印記。

當時美國流行說這樣的一段話：

「蘇聯人用4年時間追上了美國的原子彈技術，用2年時間追上了美國的氫彈技術。可是，老天啊！我們美國人得用多長時間才能追趕上蘇聯的太空技術啊！」

美國漫畫家對曾經一度痴迷於削減各種研發經費的艾森豪威爾總統的諷刺開始不再遮遮掩掩。

上圖中，太空中傳來的嗶嗶聲終於驚醒了這位酣睡已久的老翁。底下一行小字，寫著「終於還是醒來了？」

不過，美國的反應還是挺快的。

以馮·布勞恩博士為代表的大批原本在德國工作的科學家和工程師開始被重用。

1945年5月27日，美軍按照《奧森伯格名單》，開始系統地在德國搜集科學家和工程師。包括馮·布勞恩博士在內的100多名與V-2導彈直接相關的設計人員被轉移到美軍佔領區。

到了1945年9月20日，涉及到工程技術的多個領域的700多名科學家被轉移到美國的紐卡斯爾基地。

蘇聯的成功引起了部分美國人的恐慌。於是，為了安撫民眾，顯示美國人在航天領域也並不落後，美國政府完全忘掉了當年對布勞恩博士的藐視，開始用他設計的紅石導彈作為救命稻草。

當時美國能夠拿得出手的性能比較可靠的導彈或者火箭，也就只有布勞恩博士設計的紅石導彈了。

就這樣，一枚嶄新的紅石彈道導彈被運到了美國紐約中央車站的大廳中，供民眾參觀。

雖然紐約中央車站大廳的天花板非常高，但是紅石導彈的尖端還是碰觸到了天花板。在負責展覽的人員詢問能否把導彈的尖端削掉一塊的時候，布勞恩的回答很簡單：No！

於是，不得已，為了能夠讓導彈矗立起來，中央車站大廳的天花板上被鑽了一個洞。如今，導彈已經不在了，不過，那個洞還在那裡，講述著紅石導彈和布勞恩博士的種種傳奇。

蘇聯布拉貢拉沃夫被邀請來向美國人講述蘇聯人造地球衛星的設計理念與一些工程細節。

艾森豪威爾一改對導彈與火箭事業不溫不火的態度，開始對其進行大力扶持。

這樣的扶持並沒有僅僅局限在火箭與導彈本身，還最終催生了美國龐大的教育和科研體系，其影響一直延續到今天。

1958年，美國成立了國防部高等研究計劃局。

如果大家像小火箭一樣，花些時間去翻閱該部門成立伊始的宣言的話，就能夠和我一樣對斯普特尼克1號給美國帶來如此深遠的影響而心生感慨。

該宣言如下：

「1958年2月7日，美國國防高等研究計劃局創立。本部門的首要使命，是為了防止類似斯普特尼克1號危機那種事件再次發生。」

小火箭註：1957年10月4日，人類第一顆衛星進入太空，短短4個月之後，這個部門就成立了！

回到今日，再看該部門的宣言，斯普特尼克1號衛星的影子依然存在：

「斯普特尼克1號衛星的成功發射標誌著蘇聯在太空競賽中曾經打敗了美國。我們的使命是防止此類事件再次發生。這個使命將隨著時代的變化而自動演進。今天，美國國防高等研究計劃局的使命依然是防止美國的科技在任何領域被其他國家超越，同時我們也將針對我們的競爭對手而在科技領域不斷產生新的突破。」

這個口氣好像很大的樣子，尤其在崇尚口頭謙虛的東方文明看來，簡直是可以稱得上狂妄了。但是，實際上，這個部門在科技領域的確頗有建樹。

小火箭僅舉幾個例子：互聯網、激光、高性能晶元、電磁炮、空天飛行器、全球定位系統、隱身技術。

這些技術如果追本溯源的話，幾乎都能找到國防高等研究計劃局的影子。

這個神秘的部門，擁有140位科研人員，每年平均掌握著29.7億美元的科研經費，直接向美國國防部最高層負責。

1958年7月29日，時任美國總統艾森豪威爾簽署美國85-568公共法案，成立了美國國家航空航天局，也就是NASA。

同一年，美國的航空諮詢委員會，也就是NACA宣布解散。

從此，機構臃腫，更傾向於民用技術和航空領域的NACA正式被可以向美國總統直接彙報，並且更加傾向於先進太空技術的NASA所取代。

美國從此結束了先進太空技術的研究部門委身於臃腫龐大的航空部門旗下的狀態。

實際上，NASA的建立使得美國率先打破了航空與航天技術領域的界限，開始以技術為核心發展目標。

NASA在這將近60年的時間裡，做了哪些事情，大家也都是看在眼裡的。而這一切，如果不是蘇聯斯普特尼克1號衛星的成功發射，恐怕是不會這麼快實現的。

美國開始大力發展基礎科學和工程科學，努力培養科學家與工程師團隊。

成立於1950年的美國國家科學基金會不再有名無實。

艾森豪威爾開始大力發展科學。在蘇聯斯普特尼克1號衛星進入太空之前，美國國家科學基金會最多的經費也只有每年3400萬美元。

而在斯普特尼克1號衛星進入太空之後的第二年，美國國家科學基金會的經費就在保留原3400萬美元的基礎上，以每年追加1億美元專項經費的形式逐年遞增。

到2007年，也就是斯普特尼克1號衛星進入太空50年之後，美國國家科學基金已升至59.11億美元的規模。

這個趨勢雖然在2008年美國金融危機期間有所減緩，但該基金仍是一項巨大的科研扶持力量。美國有五分之一以上的大學，其基礎科學研究就因此而直接獲益。

美國制定了一系列政策來鼓勵優秀學生進入工程領域。

上世紀50年代，美國的理想職業是醫生、律師和金融行業從業人員。長期以來，對數學和物理的忽視終於在1957年10月4日讓美國品嘗到了苦果。

美國創建了「新數學」工程，大幅提升了基礎數學教育的難度。另外，女孩子也被鼓勵來學習數學。

上圖為美國噴氣推進實驗室JPL的工作室內，大量年輕女孩兒在從事科學計算工作。

在多年的悉心教育下，大批優秀的工程技術人才開始湧現，這其中當然也不乏能夠從事科學研究，或者在某些科學研究領域成為領軍人物的女性。

不過，在蘇聯的宣傳攻勢下，歐美西方國家的數學功底差這個傳聞被傳播到了世界各地，甚至至今仍被廣為提及。

哈！斯普特尼克1號衛星上了天，孩子們贏在了起跑線哇！

美國、法國和英國等國家為了吸引民眾對太空的興趣可謂是不遺餘力了。當然，這種又酷又時尚的元素本來就足夠引起流行了。

上圖為斯普特尼克小姐。

到了萬聖節，人們有了更加時髦的打扮：

原本是魔法師打扮的人改為了蘇聯軍官打扮，原本是大南瓜打扮的人則乾脆成為了一顆毛絨絨的斯普特尼克衛星。

這是一位美國製片人的助理抱著一顆斯普特尼克1號衛星的模型走在大街上，引起人們駐足觀看。

這是義大利街頭的民眾在仔細觀看一個斯普特尼克1號的模型。

在遊樂場，斯普特尼克太空艙很受歡迎。

街頭的太空狗，這個頭盔有名字：斯普特尼克式頭盔。

在蘇聯，有關太空探索的事情更是如火如荼地進行著。

R-7洲際彈道導彈的計划進行得相當順利。（詳見小火箭的公號文章《1863次發射！開啟人類航天時代的R-7導彈》）

各種有關衛星與火箭的宣傳畫、紀念郵票和徽章也層出不窮。

R-7火箭本身也被做成了雕塑，以供後人膜拜。

1957年10月25日，斯普特尼克1號衛星的電池達到預期壽命，耗盡。地面失去了她的嗶嗶聲。

1957年12月25日（聖誕節），斯普特尼克1號衛星的軌道衰減嚴重。

軌道由近地點215公里，遠地點939公里的軌道衰減為近地點190公里，遠地點458公里的軌道。

公元1958年1月4日，斯普特尼克1號衛星再入稠密大氣層，焚毀。

此時，斯普特尼克1號繞著地球飛了1440圈。

在斯普特尼克1號在太空正常運行的3個星期的時間裡，嗶嗶聲不斷，而且其頻率一直在正常範圍內。如果信號發射機沒問題的話，這就表明衛星殼體並未被微流星體所擊穿，星體內的溫度也在正常範圍內。

這是個好消息！

之前很多人擔心大氣層外的輻射和微流星體等威脅會讓航天飛行器處於非常危險的環境中，而斯普特尼克1號衛星在3個星期的飛行中是安然無恙的。

這著實給未來的航天飛行器提供了重要的依據。而且，今後的航天器也不必設計厚重的護盾了。

矗立在莫斯科街頭的人類第一顆人造地球衛星紀念雕塑。

在蘇聯火箭發射基地中的衛星雕塑。

為紀念斯普特尼克1號衛星成功發射而發行的郵票。

發軔

緩過神來的美國人終於在1958年2月1日發射了他們的第一枚人造地球衛星（重13.97千克）。這顆衛星是他們用83天時間趕工出來的。

上圖為在確定衛星進入軌道後，威廉·海達德·皮克林博士（生於紐西蘭的導彈設計師，美國噴氣推進實驗室的主任）、詹姆斯·范·艾倫（生於美國的物理學家，范·艾倫輻射帶就是以他的名字命名的）和馮·布勞恩在華盛頓新聞發布會上展示了探索者一號的1:1比例模型。

然而，R-7系列火箭再一次創造了歷史：

1958年5月15日，就在第一枚R-7導彈試射失敗一周年的時候，蘇聯人將一枚載滿地球物理探測設備的衛星送入了太空。在長達692天的軌道運行時間裡，該衛星進行了大量觀測和試驗。

令人感慨的是，這枚衛星重達1.327噸！其質量是美國100多天前發射的人造衛星的95倍！

最右是R-7運載火箭，而左側是美國同時期的各型運載火箭（基本上都會出現在小火箭的後續文章中）。僅僅從個頭上來看，R-7系列火箭在當時算是獨孤求敗了。

R-7運載火箭開了個好頭，今後有聯盟系列運載火箭、N-1火箭和能源號火箭還有暴風雪號太空梭。不過，此後的事情倒是令人唏噓了。

紀念斯普特尼克1號衛星進入太空10周年的郵票。注意，其軌道畫得非常講究。黃色的為地球繞太陽公轉的軌道，把表示郵票面值的10正好圍了進去，表示地球公轉了10圈，過了10年時間。

而紅色的橢圓軌道則是斯普特尼克1號入軌時的軌道。小火箭量了一下發現，無論是軌道傾角還是近地點和遠地點的相對位置，這張郵票展示得都很到位。

自信，出自專註與嚴謹。小火箭與大家共勉之。

蘇聯的斯普特尼克衛星紀念款腕錶。

斯普特尼克1號衛星成為了太空文化的一個象徵符號，其模型本身也成為各大博物館的館藏必備。

斯普特尼克1號衛星的設計理念也影響了歐美的諸多衛星。

斯普特尼克衛星的設計對時尚的影響是深遠的。上圖這把椅子，就帶有不少斯普特尼克的元素。

當然，如果椅子上還站著一隻神似萊卡的小狗的時候，感覺就更棒了吧！

這是新視野號探測器在2015年發回的冥王星的高清照片。

在右下角的心形區域里，有一片廣袤的冰凍平原。這塊平原，就被命名為斯普特尼克平原。

這是新視野探測器在距離冥王星1.8萬公里處拍攝的斯普特尼克平原的細節。

小火箭感謝斯普特尼克號開啟了人類的太空時代，也感謝大家和小火箭一起回顧這段傳奇！

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