小火箭讲述人类第一颗人造卫星的传奇
微信号：小火箭
微信ID：ixiaohuojian
小火箭出品
本文作者：邢强博士
本文共11815字，108图。预计阅读时间：1小时。
想要了解一项技术的未来发展方向，或许可以试着从追溯其最早的起源开始。今天是人类第一次把一颗人造地球卫星送入近地轨道60周年的大日子。
公元1957年10月4日，人类第一颗卫星斯普特尼克1号发射成功，开启了人类的太空时代。
小火箭将努力和大家一起回顾这颗卫星从设计到发射的细节以及她对人类技术发展史的影响。
竞赛
1957年7月1日至1958年12月31日期间，一项充满了理想主义情怀的跨国科学计划将要开始实施。
这是全球科学家与工程师的一次伟大的尝试。他们试着让科学跨越国界，试着让冷战铁幕两边的科学家们联合起来共同进行研究。
这一年，被称作国际地球物理年。
上上图的国际地球物理年的纪念邮票中的两只手来自米开朗基罗在西斯廷大教堂的壁画《创世纪》。
左侧为刚刚被创造出来的亚当，右侧的白衣老者则是上帝本人。他向亚当伸出右手，并把指尖对准亚当，仿佛是要向亚当传递生命之火。
1955年，全球科学家和工程师几乎都在为这个如此有情怀的会议做着准备。但是，随之而来的美苏两国的声明却最终给国际地球物理年赋予了浓郁的竞争色彩。
美国在1955年7月底宣布：将要在国际地球物理年期间，率先发射人类第一颗人造地球卫星！
而苏联当然也不甘示弱，立即也宣布：苏联在这期间也要发射人类第一颗人造地球卫星！
当然，在这个领域的第一只有一个，竞赛由此拉开帷幕。
计划
实际上，苏联敢于应对这样的挑战，还是有底气的：
有关洲际弹道导弹与运载火箭的液体火箭发动机已经研制完成。
RD-107火箭发动机全高2.865米，整体外框直径1.85米，真空比冲313秒。这款自上世纪50年代来到这个世界的发动机，设计优秀，性能优良。不知道她有没有想到，60年后，人们依然在使用着她的改进型号。
上图为一个主燃烧室被剖开后的RD-107，我们能够看到圆柱段顶端的喷注盘（有337个喷注孔，这是小火箭的好友橡树高工亲自数过的）。燃烧室内壁亮闪闪的是耐高温铜合金。另外，小火箭认为RD-107的设计还有一个妙处：煤油紧贴燃烧室内壁流下，形成了一层液膜，使燃烧室内壁免遭高温燃气的灼伤。
有关发动机喷管的设计和流场仿真，详见小火箭的公号文章《RD-170：世界上推力最大的液体火箭发动机》。RD-170虽然比RD-107的燃烧室压力大得多，但是计算原理相通。感兴趣的同学可以自行计算一下。
有关洲际弹道导弹与运载火箭初级阶段的理论研究已经接近尾声。无论是设计火箭的工程师还是进行弹道和轨道计算的力学家，都已齐备。
这张合影可以说是厉害了！
小火箭觉得，从左到右这四个人分别是：
苏联火箭设计师科罗廖夫、苏联原子弹之父库尔恰托夫博士、苏联数学家与力学家凯尔迪什院士、苏联火箭设计师瓦西里·米申院士。
库尔恰托夫博士的山羊胡子的辨识度还是蛮高的。
1955年8月30日，也就是美国和苏联纷纷表示要在国际地球物理年发射人造地球卫星的1个月后，苏联几十名科学家与工程师聚集在一起召开了一场小规模的会议。
这场会议在人类航天技术发展史上有着难以替代的地位。会议上，有科学家对人造地球卫星的近地轨道的可行性进行了分析，也有工程师汇报了火箭发动机的研制近况。
而当大家把目光集中在科罗廖夫身上的时候，他上台开始不紧不慢地演讲了。不过，科罗廖夫本人并未对人造地球卫星的事情发表太多意见。实际上他这场报告的主题是：有关探测月球的轨道设计与登月计划的可行性。
在他看来，发射人造地球卫星的可行性不容置疑，还不如借这个机会来讨论一下去月球的事情。
会议顺利结束，有关月球轨道的事情，大家讨论得很开心，而有关人造地球卫星的事情，也在这次会议上被详细地规划好了。
苏联的第一颗人造地球卫星准备这样造：
项目名称：D工程；
节点时刻：1958年之前；
卫星计划质量：1吨~1.4吨；
科学载荷质量：0.2吨~0.3吨；
主管单位：苏联国防委员会；
统筹单位：苏联科学院；
火箭研制单位：苏联国防工业部；
卫星研制单位：苏联科学院；
遥测系统研制单位：无线电技术部；
若干工程专项：低温燃料生产与加注技术、发射系统、陀螺仪、弹载计算机、轨道设计、弹道计算、精密仪器远程运输技术。
提前
1957年，R-7导弹经过工程师们3年多的努力，终于横空出世。上图为矗立在发射场的R-7弹道导弹。有关该导弹及其同一家族的联盟运载火箭，详见小火箭的公号文章《1863次发射！开启人类航天时代的R-7导弹》。
能够携带核弹头的导弹成为了核威慑力量的中流砥柱。按照当时大部分工程师认同的观点，当一枚弹道导弹的射程超过5500公里的时候，就可以被称作洲际弹道导弹了。美苏当时基本上都具备了发展这种武器的条件，所以，逐渐地，争夺第一的竞赛开始变得白热化了。
1957年4月，一辆专列将R-7弹道导弹运送到拜科努尔发射中心附近。1957年5月15日，导弹发射。
但是，在飞行了88秒之后，导弹突发故障，随后，第一枚试射的R-7导弹坠毁在400公里外的沙漠上。
而这些活动，早已被美国盯上了。上图为从天上拍摄的R-7弹道导弹位于拜科努尔发射中心的发射塔架。
这张珍贵的照片来源于美国中央情报局，由1957年飞临拜科努尔上空的一架刚刚入役的U-2侦察机拍摄。多年来，美国一直在寻找苏联的弹道导弹和运载火箭的研发中心和发射基地。
终于，在1957年，趁着苏联的导弹试射活动开始密集出现的时候，美国的高空侦察机发现了位于丘拉塔姆小镇旁边的这个发射中心。
苏联第一次试射的失败让美国人感到机会来了。1957年6月初，一枚美国宇宙神弹道导弹拔地而起。
美国康维尔飞机公司于1948年和1949年之间在新墨西哥州白沙导弹试验场取得了不少成果，不过该公司没能说服美国空军进行支持。
但是，他们认为值得一拼，因此决定自筹经费继续进行研发。上图这枚宇宙神就是康维尔继续自己投了300万美元后的结果。可是，导弹发射后不久，就爆炸了，没能飞出洲际弹道导弹要求的飞行弹道。
1957年6月11日，得知美国人也在进行洲际弹道导弹试验的苏联人再次进行了一枚R-7弹道导弹的试验。
不过，这一次比上一次的飞行时间还要短。导弹升空后33秒，就出现了难以控制的滚转，在空中解体爆炸。
公元1957年8月21日，第3枚R-7弹道导弹被运往拜科努尔的发射架。当日，导弹从拜科努尔升空，冲出稠密大气，飞出了漂亮的亚轨道弹道，然后，导弹的弹头再入大气，一头扎进了太平洋。
5天后，苏联宣布成功进行了一枚洲际弹道导弹的试射，命中6000公里外的预定海域。
从此，洲际弹道导弹这类飞行器正式诞生了。R-7，这款初出茅庐的导弹使苏联成为了世界上最早掌握洲际弹道导弹技术的国家。
实际上，不甘心的美国人在1957年到1958年6月期间，共进行了8次试射，其中有6枚导弹在发射台上或者升空后不久爆炸，其中2枚试射部分成功，最远射程为966公里。后来宇宙神的射程达到了14480公里，这就是后话了。有关该导弹，详见小火箭的公号文章《从美国最早的洲际弹道导弹看项目管理》。
既然运载工具已经有了，而且已经有确切的情报显示美国会在1958年之前拥有发射人造地球卫星的能力。
于是，苏联决定，抢先一步，先把自己的卫星送上太空！最好是当年10月份就完成！
而当这个命令传达到苏联第一颗人造地球卫星的研制单位的时候，工程师们不干了。
1.4吨的卫星，要我们在10月份完工？这是不可能完成的任务！
好在当时的苏联采用了以技术为核心的管理方式，在工程技术人员做出反应之后，计划立刻被修改了。
小火箭总结了3条☆：
☆原定于在1957年10月份发射1.4吨重的卫星的计划被修改，时间不变，但卫星可以被大幅度简化，质量可控制在0.1吨以内，以抢占第一名为最优先的任务；
☆同时或者短期内制造2颗轻量化的人造地球卫星，以便力保在1958年之前发射成功；
☆原计划的科学探测任务不会取消，反而得到了额外追加的经费，以便在合适的时机另行发射。
因此，在1957年，苏联的人造地球卫星计划在修改后，3颗卫星的研制工作就在紧锣密鼓地进行中了。
设计
由此，就诞生了人类第一颗人造地球卫星的设计方案。
上图为斯普特尼克1号卫星的图纸。
斯普特尼克是俄语Спутник的音译，原为旅行伴侣的意思。后来则成为了表示卫星的专有名词。也就出现了所谓“伴星”的这个译法。
本文咱们还是坚持用斯普特尼克这个音译的叫法，以便让全球对这个小家伙儿有较为统一的称呼。
这个带有4根尾巴的圆球就是斯普特尼克1号了。
她的球体部分直径58.31厘米，用铝球壳制成。该星的总质量为83.6公斤。
为了方便地球上的人对该卫星的观测和跟踪，同时为了尽量多地反射宇宙辐射，斯普特尼克1号的铝外壳被阳极氧化后打磨得锃明瓦亮。
通常来说，斯普特尼克卫星在公众面前的形象是这个样子的。
但是，本着向工程师精神致敬的态度和小火箭的一贯风格，我们需要了解卫星内部的详细构造。
这颗83.6公斤重的卫星内部是怎样的呢？
这家比较良心的博物馆展出了斯普特尼克1号卫星剖开后的样子。
哈！是双层壳体结构！
小火箭给出带注释的结构图吧：
由上图可见，斯普特尼克1号的外壳由两层铝金属球壳组成，内部那层球壳是密封的，而且充填了高纯度的加压氮气。
球壳内部的部件主要有3大块：信号发射机、电池组和通风扇。
啥？为什么要在密闭的星体里面安装通风扇呢？
答：这是因为苏联的工程师很早就意识到卫星轨道上的微重力环境。在这样的环境中，球体内部的气体虽有温度场，但却无法像在地面上那样形成对流环境。
因此，他们设计了通风扇，强制让星体内的氮气循环流动起来，以便带走信号发射机和电池组周围的热量，提高卫星的可靠性。
这就是斯普特尼克1号卫星的电池。卫星中共有3块银锌电池，分别独立地向2台功率为1瓦特的信号发射机和1台通风扇供电。
为了省电，工程师在信号发射机和通风扇之间安装了温度传感器。当星体内的温度高于30℃的时候，通风扇会自动启动，而当温度降到23℃以下的时候，通风扇会自动关闭，进入休眠状态。
物理学家和数学家的加入以及轨道动力学工程师的倾情奉献使得人类对斯普特尼克1号内部温度场的掌握比较自信。
物体在宇宙环境中会接收恒星的热辐射而升温；同时，物体本身也会以红外线的形式向外释放热量而降温。在茫茫太空中，该物体会形成一个动态平衡的温度状态，这个小火箭一定努力专门写一篇文章与大家一起计算和讨论。
这是斯普特尼克1号卫星的铝球壳内部的样子。
一层1毫米厚的铝球壳与一层2毫米厚的铝球壳之间留出空隙，这就形成了一个有助于保护星体内部仪器设备的双层球壳结构。
双层半球壳结构扣在一起后，内嵌一块精心制造的橡胶密封垫圈，然后再拧上整整36个螺栓，就成了一个密闭球壳。
当然，工程师们对于这样一颗卫星没能带上足够多的科学仪器而感到惋惜。
但是，很快，就有人想出了一个比较巧妙的方案，可以让她执行科学探测任务了！
工程师们给斯普特尼克1号卫星赋予的科学探测任务是：
研究人造物体在外太空飞行时遭遇微流星体撞击的情况。
这项研究非常有意义，能够为今后的人造卫星乃至大型宇宙飞船提供十分有价值的信息。毕竟，在斯普特尼克1号进入太空之前，人类对宇宙微流星体的撞击力度以及人造物体遇到微流星体的概率一无所知。
那这颗卫星是如何用如此有限的仪器设备完成如此复杂的科学任务的呢？
答案很简单，但也很巧妙。
工程师在卫星内部加装了一个气压传感器，然后给密封后的球壳内部充入了1.3个大气压的加压干燥氮气。
一旦有微流星体击中卫星并且其力道大到足以击穿双层铝壳体的时候，星体内部必然会因氮气泄露到太空而失压，舱内温度也会出现异常情况。
当气压传感器的输出值小于0.35个大气压或者温度传感器的输出值低于0℃或者高于50℃时，就认定星体遭遇了微流星体的撞击并且力度相当巨大。
这个方案虽有值得推敲之处，但是在当时的条件下，也难以给出更优的方案了。
可是，问题又来了。就算是传感器捕捉到了这样的信号，那该怎样告诉人类呢？
要知道，斯普特尼克1号卫星是抢先之作，其重量要求能减就减，以方便当时刚刚做过洲际弹道导弹测试的R-7导弹发射。
其电路更是要能省就省，按照苏联理论物理学家的判断，太空中很有可能会有强度非常高的辐射，复杂电路说不定刚一进入太空就被高能带电粒子给轰击坏了。
小火箭注：这些判断非常之精准。
这是我找到的人类第一颗卫星斯普特尼克1号的部分电路的电路图。
够简洁吧！正在做电子电路实习的同学们是不是有自己焊接一个出来的冲动呢？
看完电路图，我们能够得出一个结论：
斯普特尼克1号卫星不具备向地球直接发回传感器测量数据的能力（根本就没有编码解码电路，更没有集成电路，就是一堆电阻电感和电容）。
无非是通过振荡电路来产生 哔~哔~哔 的声音。
在小火箭公号此文的原文中，大家可以向后拉，找到小火箭搜集的1957年世界多个地方接收到的斯普特尼克1号卫星信号的珍贵音频。
工程师们正是利用了这样的哔哔声来试着传递信息的。
斯普特尼克1号卫星当然不是在太空中瞎~哔哔，而是有章法地~哔哔。
当一切正常的时候，她每隔0.2秒哔一声。当气压传感器的输出值小于0.35个大气压或者温度传感器的输出值低于0℃或者高于50℃时，她改为每隔0.4秒哔一声。
哎呀，问题又来了！
在茫茫宇宙中，孤零零的斯普特尼克1号怎样把哔哔声传给地面上的人类呢？
这个问题是康斯坦丁·格里高兹博士解决的。
康斯坦丁在1918年出生于一个药剂师家庭，但是他从小就热爱飞行而对医学并无太大兴趣。1947年，29岁的他以超强的工程师水准得以进入科罗廖夫团队，成为了一名火箭工程师。1949年，31岁的康斯坦丁获得博士学位。
在1957年，已经39岁的康斯坦丁博士因为对火箭和卫星的热爱依然坚持奋斗在科研第一线。这位大叔率先提出了对地球电离层的分析和一整套星际通讯的解决方案。
他认为，虽然人类从未在外太空向地球发送过信号，但是通过对电离层的理解和分析，工程师们依然能够给出靠谱的天线设计方案。
通过康斯坦丁博士的努力，斯普特尼克1号卫星的信号发射器的发射频率被锁定为2个：
20.005MHz和40.002MHz。
卫星采用4根鞭状天线，分为2组，呈70°角布置。
第一组天线长2.401米，第二组天线长2.903米。
没错，人类第一颗卫星就已经在采用双频通信方案了。
卫星准备好了！开始发射吧。
发射
在那个年代，想要把东西送上太空，找苏联的科罗廖夫是没错的。
上图是小火箭找到的他设计火箭时所绘制的手稿。有关弹道高度与弹道倾角的优化问题，之后详细讨论。本文就只关注上图右下那枚火箭的草图就行了。
这就是著名的R-7洲际弹道导弹/运载火箭家族诞生之初的样子。有关该火箭家族，详见小火箭的公号文章《1863次发射！开启人类航天时代的R-7导弹》。
公元1957年10月4日（如果大家在小火箭发送此文的当天看的话，就是整整60年前），一枚由R-7洲际弹道导弹改装而成的运载火箭拔地而起。
小火箭相信，在今后我们或者我们的后代在星际远征的旅途上，蓦然回首这一时刻的时候，会对此报以崇敬的凝视和欣然的微笑的。
期待那时候咱们能够一起探讨更多的太空技术。
回到斯普特尼克1号。这次发射还是蛮刺激的。要知道，仅仅不到2个月之前，也就是在1957年8月21日，R-7洲际弹道导弹才刚刚进行了第3次试射，而这也是该导弹首次成功的试射。
斯捷克洛夫数学研究所的弹道计算大师们为这枚R-7运载火箭设计了方案弹道。
而作为人类首款洲际弹道导弹，R-7上面的陀螺仪也是相当给力的。V-142陀螺仪为弹上（箭上）加速度计提供了稳定的平台。
火箭按照设计的弹道平稳飞行。
然而，在发射升空116秒后，火箭传感器突然报错：压力异常！
测控大厅内短暂的一阵喧闹后，工程师在计算后认为卫星入轨参数会有变化，但不影响成功进入近地轨道这一最优先任务。
V-142陀螺仪依然工作正常，而V-139型加速度计本身就是通过感知不平衡的陀螺进动来测量加速度的。
说起陀螺仪，一起感受一下欧拉方程的美妙吧！
刚体的运动，当然要按照欧拉的意愿来进行。
早些年俄国对数学和力学的尊重终于在这一时刻得到了回报！
想当年，欧洲最厉害的力学家族伯努利家族，有两位正值壮年的伯努利：丹尼尔·伯努利和尼古拉斯·伯努利都在圣彼得堡工作。
对！那个丹尼尔·伯努利就是流体力学中的伯努利方程的那个伯努利。
伯努利方程虽然在如今被一些人用来简单粗暴地解答诸如“飞机为什么能飞”“流量计是如何工作的”等问题，但伯努利家族对力学的贡献以后有机会的话，还是需要和大家详细探讨的。
另外就是小火箭期待所有有志于学习空气动力学的好友都早日跨过伯努利的阶段，开始进军库塔茹科夫斯基，开始认真细致地分析涡与张量。
1727年，神学、数学、哲学和力学大师欧拉，受丹尼尔·伯努利与叶卡捷琳娜本人的盛情邀请，在20岁时来到俄国。在这里，他把最美好的时光和最伟大的成就都留了下来。
当我们把函数写成f(x)的时候，就能够感受到欧拉的浅笑了，因为这是他发明的写法。
回到斯普特尼克1号卫星。
地面测控人员认为火箭将要入轨了。而箭上陀螺仪已经开始报告弹道倾角开始向0收敛。
然后，R-7运载火箭的主发动机关机。游动发动机继续工作，调整火箭的姿态。
20秒后，在弹簧和液氧罐子伸出的一根高压管路的共同作用下，斯普特尼克1号与R-7火箭成功分离，成功入轨！
虽然出了点儿小状况，但最终工程师们还是把人类第一颗人造地球卫星送入了近地轨道。
斯普特尼克1号卫星轨道的远地点比预定的少了86.67公里，但对于第一次来说，这样的结果还是非常让人满意的！
斯普特尼克1号卫星的近地点为215公里，远地点为939公里，轨道周期为96分钟12秒，轨道倾角为65.1°。
1957年10月4日，人类成功发射了第一颗人造地球卫星。
小火箭风格，具体的时刻为：
协调世界时UTC公元1957年10月4日19点28分34.00秒。
这是人类太空探索时代开始的时刻。
影响
苏联赢得了人类太空竞赛的第一局。
这是苏联在南极的一支科考队在1957年收到的斯普特尼克1号卫星发送的信号。
两个高峰就是斯普特尼克1号的哔哔声。两个高峰之间的信号为干扰杂波和信号在电离层和地面之间经过多次折射和反射后产生的现象。
通过对这些信号的测量和分析，工程师们把电离层F层的厚度从原来200公里的估计值拓展为320公里。
斯普特尼克1号的成功入轨引起了全球无线电爱好者的极大兴趣。
他们架设天线，调试设备，彻夜不眠地跟踪和录制信号。
人类第一颗人造地球卫星向地面传来的信号到底是怎样的？
小火箭满足你！
这就是斯普特尼克1号卫星发出的哔哔声！（受跨平台传输音频的影响，这段2分17秒的音频或许在发出后只能在小火箭微信公号原文中才能出现。）
小火箭搜集了目前能够找到的全球在1957年对斯普特尼克1号卫星信号的跟踪录制记录，并把它们整合为一段音频。
上段音频分为4段。
第1段：斯普特尼克1号卫星测试的声音，时长4.06秒；
第2段：在捷克斯洛伐克捕获到的斯普特尼克1号卫星信号，时长12.17秒；
第3段：在德国收听到的斯普特尼克1号卫星的信号，时长21.03秒；
第4段：在美国华盛顿特区，用高灵敏度监听设备截获的斯普特尼克1号卫星的信号，时长1分37.04秒。
同样是哔哔声，听起来各不相同，这有电离层干扰的因素，也有卫星高速绕地球转动而产生的多普勒效应的因素。
这是LIFE在1957年10月份的刊物上登出的封面。
该封面用漫画的形式重现了美国科学家跟踪和绘制斯普特尼克1号卫星轨道的场景。
纽约时报在当天的头版头条报道了卫星发射的情况。
原本应该用来庆祝的一件科学大事，但是在比较狭隘的按国籍和民族来划分人群的人看来，却着实成了一件值得热议的事情。
当月，就有美国人开始质问“为什么美国输掉了这场竞赛？”
就在苏联的斯普特尼克1号卫星进入太空后不久，华尔街爆发了股灾。
美国人的自豪感和自尊心遭到了巨大的打击，而市场对人们信心的反馈又往往是最迅速的。
1957年斯普特尼克1号的成功发射在美国道琼斯指数走势图上永久地留下了印记。
当时美国流行说这样的一段话：
“苏联人用4年时间追上了美国的原子弹技术，用2年时间追上了美国的氢弹技术。可是，老天啊！我们美国人得用多长时间才能追赶上苏联的太空技术啊！”
美国漫画家对曾经一度痴迷于削减各种研发经费的艾森豪威尔总统的讽刺开始不再遮遮掩掩。
上图中，太空中传来的哔哔声终于惊醒了这位酣睡已久的老翁。底下一行小字，写着“终于还是醒来了？”
不过，美国的反应还是挺快的。
以冯·布劳恩博士为代表的大批原本在德国工作的科学家和工程师开始被重用。
1945年5月27日，美军按照《奥森伯格名单》，开始系统地在德国搜集科学家和工程师。包括冯·布劳恩博士在内的100多名与V-2导弹直接相关的设计人员被转移到美军占领区。
到了1945年9月20日，涉及到工程技术的多个领域的700多名科学家被转移到美国的纽卡斯尔基地。
苏联的成功引起了部分美国人的恐慌。于是，为了安抚民众，显示美国人在航天领域也并不落后，美国政府完全忘掉了当年对布劳恩博士的藐视，开始用他设计的红石导弹作为救命稻草。
当时美国能够拿得出手的性能比较可靠的导弹或者火箭，也就只有布劳恩博士设计的红石导弹了。
就这样，一枚崭新的红石弹道导弹被运到了美国纽约中央车站的大厅中，供民众参观。
虽然纽约中央车站大厅的天花板非常高，但是红石导弹的尖端还是碰触到了天花板。在负责展览的人员询问能否把导弹的尖端削掉一块的时候，布劳恩的回答很简单：No！
于是，不得已，为了能够让导弹矗立起来，中央车站大厅的天花板上被钻了一个洞。如今，导弹已经不在了，不过，那个洞还在那里，讲述着红石导弹和布劳恩博士的种种传奇。
苏联布拉贡拉沃夫被邀请来向美国人讲述苏联人造地球卫星的设计理念与一些工程细节。
艾森豪威尔一改对导弹与火箭事业不温不火的态度，开始对其进行大力扶持。
这样的扶持并没有仅仅局限在火箭与导弹本身，还最终催生了美国庞大的教育和科研体系，其影响一直延续到今天。
1958年，美国成立了国防部高等研究计划局。
如果大家像小火箭一样，花些时间去翻阅该部门成立伊始的宣言的话，就能够和我一样对斯普特尼克1号给美国带来如此深远的影响而心生感慨。
该宣言如下：
“1958年2月7日，美国国防高等研究计划局创立。本部门的首要使命，是为了防止类似斯普特尼克1号危机那种事件再次发生。”
小火箭注：1957年10月4日，人类第一颗卫星进入太空，短短4个月之后，这个部门就成立了！
回到今日，再看该部门的宣言，斯普特尼克1号卫星的影子依然存在：
“斯普特尼克1号卫星的成功发射标志着苏联在太空竞赛中曾经打败了美国。我们的使命是防止此类事件再次发生。这个使命将随着时代的变化而自动演进。今天，美国国防高等研究计划局的使命依然是防止美国的科技在任何领域被其他国家超越，同时我们也将针对我们的竞争对手而在科技领域不断产生新的突破。”
这个口气好像很大的样子，尤其在崇尚口头谦虚的东方文明看来，简直是可以称得上狂妄了。但是，实际上，这个部门在科技领域的确颇有建树。
小火箭仅举几个例子：互联网、激光、高性能芯片、电磁炮、空天飞行器、全球定位系统、隐身技术。
这些技术如果追本溯源的话，几乎都能找到国防高等研究计划局的影子。
这个神秘的部门，拥有140位科研人员，每年平均掌握着29.7亿美元的科研经费，直接向美国国防部最高层负责。
1958年7月29日，时任美国总统艾森豪威尔签署美国85-568公共法案，成立了美国国家航空航天局，也就是NASA。
同一年，美国的航空咨询委员会，也就是NACA宣布解散。
从此，机构臃肿，更倾向于民用技术和航空领域的NACA正式被可以向美国总统直接汇报，并且更加倾向于先进太空技术的NASA所取代。
美国从此结束了先进太空技术的研究部门委身于臃肿庞大的航空部门旗下的状态。
实际上，NASA的建立使得美国率先打破了航空与航天技术领域的界限，开始以技术为核心发展目标。
NASA在这将近60年的时间里，做了哪些事情，大家也都是看在眼里的。而这一切，如果不是苏联斯普特尼克1号卫星的成功发射，恐怕是不会这么快实现的。
美国开始大力发展基础科学和工程科学，努力培养科学家与工程师团队。
成立于1950年的美国国家科学基金会不再有名无实。
艾森豪威尔开始大力发展科学。在苏联斯普特尼克1号卫星进入太空之前，美国国家科学基金会最多的经费也只有每年3400万美元。
而在斯普特尼克1号卫星进入太空之后的第二年，美国国家科学基金会的经费就在保留原3400万美元的基础上，以每年追加1亿美元专项经费的形式逐年递增。
到2007年，也就是斯普特尼克1号卫星进入太空50年之后，美国国家科学基金已升至59.11亿美元的规模。
这个趋势虽然在2008年美国金融危机期间有所减缓，但该基金仍是一项巨大的科研扶持力量。美国有五分之一以上的大学，其基础科学研究就因此而直接获益。
美国制定了一系列政策来鼓励优秀学生进入工程领域。
上世纪50年代，美国的理想职业是医生、律师和金融行业从业人员。长期以来，对数学和物理的忽视终于在1957年10月4日让美国品尝到了苦果。
美国创建了“新数学”工程，大幅提升了基础数学教育的难度。另外，女孩子也被鼓励来学习数学。
上图为美国喷气推进实验室JPL的工作室内，大量年轻女孩儿在从事科学计算工作。
在多年的悉心教育下，大批优秀的工程技术人才开始涌现，这其中当然也不乏能够从事科学研究，或者在某些科学研究领域成为领军人物的女性。
不过，在苏联的宣传攻势下，欧美西方国家的数学功底差这个传闻被传播到了世界各地，甚至至今仍被广为提及。
哈！斯普特尼克1号卫星上了天，孩子们赢在了起跑线哇！
美国、法国和英国等国家为了吸引民众对太空的兴趣可谓是不遗余力了。当然，这种又酷又时尚的元素本来就足够引起流行了。
上图为斯普特尼克小姐。
到了万圣节，人们有了更加时髦的打扮：
原本是魔法师打扮的人改为了苏联军官打扮，原本是大南瓜打扮的人则干脆成为了一颗毛绒绒的斯普特尼克卫星。
这是一位美国制片人的助理抱着一颗斯普特尼克1号卫星的模型走在大街上，引起人们驻足观看。
这是意大利街头的民众在仔细观看一个斯普特尼克1号的模型。
在游乐场，斯普特尼克太空舱很受欢迎。
街头的太空狗，这个头盔有名字：斯普特尼克式头盔。
在苏联，有关太空探索的事情更是如火如荼地进行着。
R-7洲际弹道导弹的计划进行得相当顺利。（详见小火箭的公号文章《1863次发射！开启人类航天时代的R-7导弹》）
各种有关卫星与火箭的宣传画、纪念邮票和徽章也层出不穷。
R-7火箭本身也被做成了雕塑，以供后人膜拜。
| 日期 | 事件 制表：邢强 |
| 1957年01月05日 | 苏联决定先发射较小的卫星 |
| 1957年10月04日 | 斯普特尼克1号卫星成功入轨 |
| 1957年10月25日 | 斯普特尼克1号卫星电池耗尽 |
| 1958年01月04日 | 斯普特尼克1号卫星再入大气 |
1957年10月25日，斯普特尼克1号卫星的电池达到预期寿命，耗尽。地面失去了她的哔哔声。
1957年12月25日（圣诞节），斯普特尼克1号卫星的轨道衰减严重。
轨道由近地点215公里，远地点939公里的轨道衰减为近地点190公里，远地点458公里的轨道。
公元1958年1月4日，斯普特尼克1号卫星再入稠密大气层，焚毁。
此时，斯普特尼克1号绕着地球飞了1440圈。
在斯普特尼克1号在太空正常运行的3个星期的时间里，哔哔声不断，而且其频率一直在正常范围内。如果信号发射机没问题的话，这就表明卫星壳体并未被微流星体所击穿，星体内的温度也在正常范围内。
这是个好消息！
之前很多人担心大气层外的辐射和微流星体等威胁会让航天飞行器处于非常危险的环境中，而斯普特尼克1号卫星在3个星期的飞行中是安然无恙的。
这着实给未来的航天飞行器提供了重要的依据。而且，今后的航天器也不必设计厚重的护盾了。
矗立在莫斯科街头的人类第一颗人造地球卫星纪念雕塑。
在苏联火箭发射基地中的卫星雕塑。
为纪念斯普特尼克1号卫星成功发射而发行的邮票。
发轫
缓过神来的美国人终于在1958年2月1日发射了他们的第一枚人造地球卫星（重13.97千克）。这颗卫星是他们用83天时间赶工出来的。
上图为在确定卫星进入轨道后，威廉·海达德·皮克林博士（生于新西兰的导弹设计师，美国喷气推进实验室的主任）、詹姆斯·范·艾伦（生于美国的物理学家，范·艾伦辐射带就是以他的名字命名的）和冯·布劳恩在华盛顿新闻发布会上展示了探索者一号的1:1比例模型。
然而，R-7系列火箭再一次创造了历史：
1958年5月15日，就在第一枚R-7导弹试射失败一周年的时候，苏联人将一枚载满地球物理探测设备的卫星送入了太空。在长达692天的轨道运行时间里，该卫星进行了大量观测和试验。
令人感慨的是，这枚卫星重达1.327吨！其质量是美国100多天前发射的人造卫星的95倍！
最右是R-7运载火箭，而左侧是美国同时期的各型运载火箭（基本上都会出现在小火箭的后续文章中）。仅仅从个头上来看，R-7系列火箭在当时算是独孤求败了。
R-7运载火箭开了个好头，今后有联盟系列运载火箭、N-1火箭和能源号火箭还有暴风雪号航天飞机。不过，此后的事情倒是令人唏嘘了。
纪念斯普特尼克1号卫星进入太空10周年的邮票。注意，其轨道画得非常讲究。黄色的为地球绕太阳公转的轨道，把表示邮票面值的10正好围了进去，表示地球公转了10圈，过了10年时间。
而红色的椭圆轨道则是斯普特尼克1号入轨时的轨道。小火箭量了一下发现，无论是轨道倾角还是近地点和远地点的相对位置，这张邮票展示得都很到位。
自信，出自专注与严谨。小火箭与大家共勉之。
苏联的斯普特尼克卫星纪念款腕表。
斯普特尼克1号卫星成为了太空文化的一个象征符号，其模型本身也成为各大博物馆的馆藏必备。
斯普特尼克1号卫星的设计理念也影响了欧美的诸多卫星。
斯普特尼克卫星的设计对时尚的影响是深远的。上图这把椅子，就带有不少斯普特尼克的元素。
当然，如果椅子上还站着一只神似莱卡的小狗的时候，感觉就更棒了吧！
这是新视野号探测器在2015年发回的冥王星的高清照片。
在右下角的心形区域里，有一片广袤的冰冻平原。这块平原，就被命名为斯普特尼克平原。
这是新视野探测器在距离冥王星1.8万公里处拍摄的斯普特尼克平原的细节。
小火箭感谢斯普特尼克号开启了人类的太空时代，也感谢大家和小火箭一起回顾这段传奇！
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