ПЕРВЫЙ ИСКУССТВЕННЫЙ СПУТНИК ЗЕМЛИ
В Советском Союзе всегда с особым рвением готовились к различным годовщинам. Поэтому первоначально планировалось запустить искусственный спутник Земли 14 сентября 1957 года, в день столетия со дня рождения Циолковского. Однако по техническим причинам запуск модифицированной ракеты «Р-7» был отложен до 4 октября. Эта годовщина теперь принадлежит не только России, но и всему миру. Этот день можно по праву считать истинным началом космической эры – эры изучения и освоения космического пространства.
Спутник-1 — первый искусственный спутник Земли, был запущен на орбиту в СССР 4 октября 1957 года.
Кодовое обозначение спутника — ПС-1 (Простейший Спутник-1). Запуск осуществлялся с 5-го научно-исследовательского полигона министерства обороны СССР «Тюра-Там» (получившего впоследствии открытое наименование космодром Байконур) на ракете-носителе «Спутник» (Р-7).
Над созданием искусственного спутника Земли, во главе с основоположником практической космонавтики С. П. Королёвым, работали ученые М. В. Келдыш, М. К. Тихонравов, Н. С. Лидоренко, В. И. Лапко, Б. С. Чекунов, А. В. Бухтияров и многие другие.
Дата запуска считается началом космической эры человечества, а в России отмечается как памятный день Космических войск.
Корпус спутника состоял из двух полусфер диаметром 58 см из алюминиевого сплава со стыковочными шпангоутами, соединёнными между собой 36 болтами. Герметичность стыка обеспечивала резиновая прокладка. В верхней полуоболочке располагались две антенны, каждая из двух штырей по 2,4 м и по 2,9 м. Так как спутник был неориентирован, то четырёхантенная система давала равномерное излучение во все стороны.
Внутри герметичного корпуса были размещены: блок электрохимических источников; радиопередающее устройство; вентилятор; термореле и воздуховод системы терморегулирования; коммутирующее устройство бортовой электроавтоматики; датчики температуры и давления; бортовая кабельная сеть. Масса: 83,6 кг.
Полёту первого спутника предшествовала длительная работа советских ракетных конструкторов во главе с Сергеем Королёвым.
Ракета V-2 воплотила в своей конструкции идеи гениев-одиночек — Константина Циолковского, Германа Оберта, Роберта Годдарда. Эта первая в мире управляемая баллистическая ракета имела следующие основные характеристики:
• Максимальная дальность стрельбы … 270—300 км
• Начальная масса … до 13 500 кг
• Масса головной части … 1075 кг
• Компоненты топлива … жидкий кислород и этиловый спирт
• Тяга двигателя на старте … 27 т
Устойчивый полёт на активном участке обеспечивался автономной системой управления.
13 мая 1946 г. И. В. Сталин подписал постановление о создании в СССР ракетной отрасли науки и промышленности. В августе С. П. Королёв назначен главным конструктором баллистических ракет дальнего действия.
1947 году лётные испытания ракет Фау-2, собранных в Германии, положили начало советским работам по освоению ракетной техники.
В 1948 г. на полигоне Капустин Яр проводились уже испытания ракеты Р-1, которая являлась копией Фау-2, изготовляемой полностью в СССР. В том же году выходят постановления правительства о разработке и испытаниях ракеты Р-2 с дальностью полёта до 600 км и о проектировании ракеты с дальностью до 3000 км и массой головной части в 3 т. В 1949 г. ракеты Р-1 начали использоваться для проведения серии экспериментов по высотным пускам для исследования космического пространства. Ракеты Р-2 прошли испытания уже в 1950 г., а в 1951 г. были приняты на вооружение.
Создание ракеты Р-5 с дальностью до 1200 км стало первым отрывом от техники Фау-2. Эти ракеты прошли испытания в 1953 г, и сразу же начались исследования использования их как носителя ядерного оружия. Автоматика атомной бомбы была совмещена с ракетой, сама ракета доработана для принципиального повышения её надёжности. Одноступенчатая баллистическая ракета средней дальности получила название Р-5М. 2 февраля 1956 г. произведён первый в мире пуск ракеты с ядерным зарядом.
13 февраля 1953 г. вышло первое постановление, обязывающее начать разработку двухступенчатой межконтинентальной баллистической ракеты с дальностью 7—8 тыс. км. Вначале предполагалось, что эта ракета станет носителем атомной бомбы тех же габаритов, что устанавливалась на Р-5М. Сразу после первого испытания термоядерного заряда 12 августа 1953 г. казалось, что создание ракеты-носителя для такой бомбы в ближайшие годы нереально.
В январе 1954 года состоялось совещание главных конструкторов, на котором и были разработаны основные принципы компоновки ракеты и наземного стартового оборудования. Отказ от традиционного стартового стола и использование подвески на отбрасываемых фермах позволили не нагружать нижнюю часть ракеты и уменьшить её массу. Впервые отказались от газоструйных рулей, традиционно применявшихся со времён Фау-2, их заменили двенадцатью рулевыми двигателями, которые одновременно должны были служить и тяговыми — для второй ступени на завершающей стадии активного полёта.
20 мая 1954 г. правительство выдало постановление о разработке двухступенчатой межконтинентальной ракеты Р-7. А уже 27 мая Королёв направил докладную министру оборонной промышленности Д. Ф. Устинову о разработке ИСЗ и возможности его запуска с помощью будущей ракеты Р-7. Теоретическим обоснованием для такого письма была серия научно-исследовательских работ «Исследования по вопросам создания искусственного спутника Земли», которая была проведена в 1950—1953 годах в НИИ-4 Министерства обороны под руководством М. К. Тихонравова.
Разработанный проект ракеты новой компоновки 20 ноября 1954 г. был одобрен Советом министров СССР. Необходимо было в кратчайшие сроки решить множество новых задач, в которые входили, кроме разработок и строительства самой ракеты, выбор места для стартового полигона, постройка стартовых сооружений, ввод в строй всех необходимых служб и оборудование наблюдательными пунктами всей 7000-километровой трассы полёта. Первый комплекс ракеты Р-7 был построен и испытан в течение 1955—1956 годов на Ленинградском металлическом заводе, одновременно, в соответствии с постановлением правительства от 12 февраля 1955 г. началось строительство НИИП-5 в районе станции Тюра-Там. Когда первая ракета в заводском цеху была уже в сборе, завод посетила делегация основных членов политбюро во главе с Н. С. Хрущёвым. Ракета оказала потрясающее впечатление не только на советское руководство, но и на ведущих учёных.
30 января 1956 г. правительством подписано постановление о создании и выводе на орбиту в 1957—1958 гг. «Объекта „Д“ — спутника массой 1000—1400 кг, несущего 200—300 кг научной аппаратуры. Разработка аппаратуры была поручена Академии наук СССР, постройка спутника — ОКБ-1, осуществление пуска — Министерству обороны. К концу 1956 г. стало ясно, что надёжная аппаратура для спутника не может быть создана в требуемые сроки.
14 января 1957 г. Советом Министров СССР утверждена программа лётных испытаний Р-7. Тогда же Королёв направил докладную записку в Совет Министров, где писал, что в апреле — июне 1957 года могут быть подготовлены две ракеты в спутниковом варианте, «и запущены сразу же после первых удачных пусков межконтинентальной ракеты». В феврале всё ещё продолжались строительные работы на полигоне, две ракеты уже были готовы к отправке. Королёв, убедившись в нереальности сроков изготовления орбитальной лаборатории, шлёт правительству неожиданное предложение вместо сложной лаборатории — объекта «Д» вывести в космос простейший спутник.
15 февраля это предложение было одобрено.
В начале марта первая ракета Р-7 № М1-5 доставлена на техническую позицию полигона, а 5 мая вывезена на стартовую площадку № 1. Подготовка к пуску длилась неделю, на восьмой день началась заправка. Пуск состоялся 15 мая в 19:00 по местному времени. Старт прошёл нормально, но на 98-й секунде полёта произошёл сбой в работе одного из боковых двигателей, ещё через 5 секунд все двигатели автоматически отключились, и ракета упала в 300 км от старта. Причиной аварии было возникновение пожара в результате разгерметизации топливной коммуникации высокого давления. Вторая ракета, Р-7 № 6Л подготовлена с учётом полученного опыта, но запустить её вовсе не удалось. 10—11 июня делались многократные попытки пуска, но в последние секунды срабатывала защитная автоматика. Выяснилось, что причиной была неправильная установка клапана азотной продувки и замерзание главного кислородного клапана. 12 июля пуск ракеты Р-7 № М1-7 снова прошёл неудачно, эта ракета пролетела всего 7 километров. Причиной на этот раз стало замыкание на корпус в одном из приборов системы управления, в результате чего прошла ложная команда на рулевые двигатели, ракета значительно отклонилась от курса и была автоматически остановлена.
Наконец, 21 августа 1957 г. осуществился успешный запуск, ракета № 8Л нормально прошла весь активный участок полёта и достигла заданного района — полигона на Камчатке. Головная часть её полностью сгорела при входе в плотные слои атмосферы, несмотря на это 27 августа ТАСС сообщило о создании в СССР межконтинентальной баллистической ракеты. 7 сентября осуществлён второй полностью успешный полёт ракеты, но головная часть снова не выдержала температурной нагрузки, и Королёв вплотную занялся подготовкой к космическому запуску.
Проектирование простейшего спутника началось в ноябре 1956 года, а в начале сентября 1957 г. ПС-1 прошёл окончательные испытания на вибростенде и в термокамере. Спутник был разработан как очень простой аппарат с двумя радиомаяками для проведения траекторных измерений. Диапазон передатчиков простейшего спутника был выбран так, чтобы слежение за спутником могли осуществлять радиолюбители.
22 сентября в Тюра-Там прибыла ракета Р-7 № 8К71ПС (изделие М1-ПС «Союз»). По сравнению со штатными, она была значительно облегчена: массивная головная часть заменена переходом под спутник, снята аппаратура системы радиоуправления и одна из систем телеметрии, упрощена автоматика выключения двигателей; масса ракеты в результате была уменьшена на 7 тонн.
2 октября Королёвым был подписан приказ о лётных испытаниях ПС-1 и направлено в Москву уведомление о готовности. Ответных указаний не пришло, и Королёв самостоятельно принял решение о постановке ракеты со спутником на стартовую позицию.
Спутник перед запуском
В пятницу, 4 октября, в 22 часа 28 минут 34 секунды по московскому времени (19 часов 28 минут 34 секунды по Гринвичу) был совершён успешный запуск. Через 295 секунд после старта ПС-1 и центральный блок ракеты весом 7,5 тонны были выведены на эллиптическую орбиту высотой в апогее 947 км, в перигее 288 км. На 314,5 секунде после старта произошло отделение Спутника, и он подал свой голос. «Бип! Бип!» — так звучали его позывные. На полигоне их ловили 2 минуты, потом Спутник ушёл за горизонт. Люди на космодроме выбежали на улицу, кричали «Ура!», качали конструкторов и военных. И ещё на первом витке прозвучало сообщение ТАСС: «…В результате большой напряжённой работы научно-исследовательских институтов и конструкторских бюро создан первый в мире искусственный спутник Земли…»
Только после приёма первых сигналов Спутника поступили результаты обработки телеметрических данных и выяснилось, что лишь доли секунды отделяли от неудачи. Один из двигателей «запаздывал», а время выхода на режим жёстко контролируется и при его превышении старт автоматически отменяется. Блок вышел на режим менее чем за секунду до контрольного времени. На 16-й секунде полёта отказала система управления подачи топлива, и из-за повышенного расхода керосина центральный двигатель отключился на 1 секунду раньше расчётного времени.
Спутник летал 92 дня, до 4 января 1958 года, совершив 1440 оборотов вокруг Земли (около 60 млн. км), а его радиопередатчики работали в течение двух недель после старта. Из-за трения о верхние слои атмосферы спутник потерял скорость, вошёл в плотные слои атмосферы и сгорел вследствие трения о воздух.
Аналог первого ИСЗ и его обтекатель в музее РКК «Энергия»
Официально «Спутник-1», как и «Спутник-2», Советский Союз запускал в соответствии с принятыми на себя обязательствами по Международному Геофизическому Году. Спутник излучал радиоволны на двух частотах 20,005 и 40,002 МГц в виде телеграфных посылок длительностью 0,3 с. Это позволяло изучать верхние слои ионосферы, ведь до запуска первого спутника можно было наблюдать только за отражением радиоволн от областей ионосферы, лежащих ниже зоны максимальной ионизации ионосферных слоёв.
Реакция мировой общественности на это событие была весьма бурной. Равнодушных не было. Миллионы и миллионы «простых людей» планеты восприняли это событие как величайшее достижение человеческой мысли и духа. Время прохождения спутника над различными населенными пунктами заранее объявлялось в печати, и люди на разных континентах выходили ночью из своих домов, смотрели на небо и видели: среди привычных неподвижных звезд одна — движется! Его полёт увидел весь мир, излучаемый им сигнал мог услышать любой радиолюбитель в любой точке земного шара. Журнал «Радио» заблаговременно опубликовал подробные рекомендации по приему сигналов из космоса.
Спутник имел большое политическое значение. В США запуск первого спутника произвел настоящий шок. Оказалось вдруг, что СССР, страна, не успевшая ещё толком оправиться от войны, имеет мощный научный, промышленный и военный потенциал, и что с ней надо считаться. Престиж США как мирового лидера в научно-технической и военной области пошатнулся. «Юнайтед пресс“ сообщило:“90 процентов разговоров об искусственных спутниках Земли приходилось на долю США. Как оказалось, 100 процентов дела пришлось на Россию…». Запуск первого спутника США состоялся лишь 1 февраля 1958 года, когда со второй попытки был запущен «Эксплорер-1», массой в 10 раз меньше ПС-1.
Целями запуска были: проверка расчетов и основных технических решений, принятых для запуска; ионосферные исследования прохождения радиоволн, излучаемых передатчиками спутника; экспериментальное определение плотности верхних слоев атмосферы по торможению спутника; исследование условий работы аппаратуры.
Несмотря на то, что на спутнике полностью отсутствовала какая-либо научная аппаратура, изучение характера радиосигнала и оптические наблюдения за орбитой позволили получить важные научные данные.
Сразу же после запуска на это событие обратил внимание совсем небольшой тогда коллектив учёных из только что созданной в Швеции Геофизической обсерватории Кируны (ныне Шведский институт космической физики). Под руководством Бенгта Хултквиста начали проводиться измерения суммарного электронного состава ионосферы с использованием эффекта Фарадея. При запусках следующих спутников подобные измерения были продолжены.
Задача оптического наблюдения ИСЗ была поставлена коллективу Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга МГУ. В. Г. Куртом, П. В. Щегловым и В. Ф. Есиповым разработана методика наблюдений с точным определением координат спутника с временной привязкой. Для этой цели была приспособлена аэрофотосъёмочная камера НАФА с 10-сантиметровым объективом, точные промежутки времени измерялись морским хронометром с электрическими контактами. После проявки плёнки треки спутника с помощью измерительного микроскопа «привязывались» к координатам звёзд, затем вручную (на механических счётных машинах) определяли шесть параметров орбиты. Время вычислений занимало 30—60 минут, на современных компьютерах для таких вычислений требуется не более 1—2 секунды. Фотографические наблюдения орбиты Спутника-1 проводились ежедневно, в течение двух недель В. Г. Куртом и П. В. Щегловым в Ташкенте, из астрономической обсерватории АН Узбекистана. Характер изменений орбиты позволил произвести предварительную оценку величины плотности атмосферы на орбитальных высотах, её высокое значение (порядка 108 атомов/куб. см) стало для геофизиков большой неожиданностью. Результаты измерения плотности высоких слоёв атмосферы позволили создать теорию торможения спутников, основы которой были заложены М. Л. Лидовым.
Памятник создателям первого в мире искусственного спутника Земли в Москве
4 октября 2007 года, в день 50-летия запуска ПС-1, в городе Королёве открылся памятник первому искусственному спутнику Земли.
Использованные источники:
1. Спутник-1 – Википедия [Электронный ресурс]. – 2012. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org.
2. Первый искусственный спутник Земли [Электронный ресурс]. – 2012. – Режим доступа: http://znaniya-sila.narod.ru.
3. Первый искусственный спутник Земли 4 октября 2011 – Новости [Электронный ресурс]. – 2012. – Режим доступа: http://colloquy.ucoz.ru.
4. Первый Искусственный Спутник Земли [Электронный ресурс]. – 2012. – Режим доступа: http://ufoglaz.ru.
