اسپوتنیک؛ اولین ماهواره‌ای که به فضا پرتاب شد

آغاز رقابت فضایی

ترجمه: مهرناز زاوه اسپوتنیک ۱، اولین ماهواره فضایی کل جهان بود. اتحاد جماهیر شوروی در ۴ اکتبر ۱۹۵۷ اسپوتنیک را به مدار زمین پرتاب کرد. یک کره فلزی به قطر ۵۸ سانتی‌متر با چهار آنتن رادیوی خارجی برای پخش پالس‌های رادیویی. این ماهواره در سرتاسر زمین قابل مشاهده و پالس‌های آن قابل تشخیص بود. موفقیت اسپوتنیک موجب بروز بحران اسپوتنیک آمریکایی و شروع رقابت فضایی شد که بخشی از جنگ سرد بود. پرتاب این ماهواره توسعه سیاسی، نظامی، فناوری و علمی را با خود آورد. ردیابی و بررسی اسپوتنیک از زمین، اطلاعات ارزشمندی به دانشمندان داد؛ هرچند که خود ماهواره مجهز به سنسور نبود. از کشیده‌شدن آن بر مدار می‌شد استنباط کرد که تراکم اتمسفر بالاست و انتشار سیگنال‌های رادیویی، اطلاعاتی درباره یونسفر ارائه می‌داد. این ماهواره در هر ساعت حدود ۲۹ هزار کیلومتر طی می‌کرد و یک دور کامل آن ۲/ ۹۶ دقیقه طول می‌کشید. فرکانس آن روی ۴۰.۰۰۲ مگاهرتز تنظیم شده بود و توسط همه اپراتورهای رادیویی در دنیا قابل‌ردیابی بود. سیگنال‌ها به مدت ۲۱ روز، تا زمانی که باتری‌های فرستنده در ۲۶ اکتبر ۱۹۵۷ از کار ایستادند، ادامه پیدا کرد. اسپوتنیک در ۴ ژانویه ۱۹۵۸ پس از سه ماه، ۱۴۴۰ دور کامل به دور زمین و طی مسافت حدود ۷۰ میلیون کیلومتر، هنگام ورود به جو زمین به کل سوخت.

پروژه ساخت ماهواره

در ۱۷ دسامبر ۱۹۵۴ سرگئی کرولف، دانشمند ارشد موشکی شوروی، طرح یک ماهواره را به وزیر دفاع، دیمیتری اوستیوف داد. کرولف همراه آن گزارشی از میخائیل تیکونرووف از پروژه‌ای مشابه در خارج از کشور فرستاد که تیکونرووف در آن تاکید می‌کرد پرتاب ماهواره یک مرحله اجتناب‌ناپذیر در توسعه تکنولوژی موشک به‌حساب می‌آید. در ۲۹ ژوئیه ۱۹۵۵ رئیس‌جمهوری ایالات‌متحده، آیزنهاور، از طریق دبیر مطبوعاتی‌اش اعلام کرد که آمریکا می‌خواهد در سال ژئوفیزیکی بین‌المللی (IGY) یک ماهواره به فضا پرتاب کند. یک هفته بعد، در ۸ اوت، پلیت‌بوروی کمیته مرکزی حزب کمونیست اتحاد شوروی پیشنهاد ساخت ماهواره را تصویب کرد. در ۳۰ اوت واسیلی ریبیکوف، رئیس کمیته ایالتی پرتاب آزمایشی موشک، دیداری ترتیب داد که طی آن کروسلوف اطلاعات محاسباتی مسیر سفر فضایی به ماه را ارائه داد. آنها تصمیم گرفتند یک نسخه سه‌مرحله‌ای از موشک آر.۷ را برای پرتاب به فضا آماده کنند.

در ۳۰ ژانویه سال ۱۹۵۶ شورای وزیران کار عملی روی یک ماهواره در مدار زمین را تصویب کرد. برنامه این بود که این ماهواره با نام آبجکت-دی تا ۱۹۵۷-۵۸ کامل شود. وزن آن هزار تا هزار و ۴۰۰ کیلوگرم بود و قادر بود ۲۰۰ تا ۳۰۰ کیلوگرم ابزار تخصصی را حمل کند. اولین پرتاب آزمایشی آبجکت-دی برای سال ۱۹۵۷ برنامه‌ریزی شد و وزارت دفاع مسوولیت هدایت آن را بر عهده گرفت. طرح اولیه تا ۱۹۵۶ به پایان رسید و وظایف علمی که ماهواره باید انجام می‌داد مشخص شد. این وظایف شامل اندازه‌گیری تراکم اتمسفر و ترکیب یون آن، باد خورشیدی، میدان مغناطیسی و پرتوهای کیهانی می‌شد. این اطلاعات برای ساخت ماهواره‌های بعدی بسیار ارزشمند بود. یک سیستم ایستگاه زمینی برای جمع‌آوری داده‌هایی که توسط ماهواره فرستاده می‌شد، مشاهده چرخش ماهواره و مخابره دستورات به ماهواره ایجاد شد.

به‌دلیل محدودیت زمانی، مشاهدات تنها برای ۷ تا ۱۰ روز برنامه‌ریزی شد و انتظار نمی‌رفت که محاسبات مدار کاملا دقیق باشد. در پایان سال ۱۹۵۶ مشخص شد که پیچیدگی طراحی بلندپروازانه این ماهواره به این معنی بود که آبجکت-دی نمی‌توانست به‌موقع آماده شود؛ بنابراین دولت آوریل ۱۹۵۸ را برای پرتاب آن در نظر گرفت. از ترس اینکه ایالات‌متحده پیش از شوروی ماهواره‌ به فضا پرتاب کند، آنها تصمیم به ساخت و پرتاب یک ماهواره دیگر در آوریل-مه ۱۹۵۷ گرفتند، پیش از آنکه پروژه IGY در ژوئیه ۱۹۵۷ آغاز شود. ماهواره جدید ساده و سبک بود، فرآیند ساخت آسان‌تری داشت و فرستنده‌ رادیویی آن ساده بود. در ۱۵ فوریه ۱۹۵۷ شورای وزیران اتحادجماهیر‌شوروی این ماهواره ساده به نام آبجکت-پی.‌اس را تایید کرد. این نسخه اجازه می‌داد که ماهواره توسط ناظران زمینی ردیابی شود. پرتاب دو ماهواره پی.اس‌یک و پی.اس۲ با دو راکت آر.۷ تایید و باعث شد حداقل دو پرواز آزمایشی موفق توسط آر.۷ انجام شود. در ۲۲ سپتامبر یک موشک اصلاح‌شده آر.۷ به نام اسپوتنیک به محل آزمایش برده شد و آماده‌سازی‌ها برای پرتاب پی.اس‌یک آغاز شد.

مجموعه نظارت

پی.اس‌یک برای کنترل شدن طراحی نشده بود و تنها می‌‌توانست مشاهده شود. داده‌های اولیه در محل راه‌اندازی از شش رصدخانه جداگانه جمع‌آوری و به NII-۴تلگراف می‌شدند که مرکز تحقیقاتی علمی وزارت دفاع برای توسعه موشکی بود. برای ردیابی ماهواره پس از جدا شدن از موشک، دومین مجموعه مشاهداتی ملی هم تاسیس شد که شامل مرکز هماهنگی و هفت ایستگاه بود که در مسیر زمینی ماهواره قرار داشتند. داده‌های مخابره‌شده به NII-۴ توسط متخصصان بالستیک بررسی و پارامترهای مدار محاسبه می‌شدند. این مجموعه به نمونه اولیه مرکز کنترل پرواز شوروی تبدیل شد.

رصدخانه‌ها از یک سیستم اندازه‌گیری مسیر به نام ترال استفاده می‌کردند که اطلاعات توسط آن از فرستنده نصب‌شده بر موشک دریافت و نظارت می‌شد. این اطلاعات از همان مرحله دوم جدایی ماهواره از موشک مفید بودند. مکان اسپوتنیک توسط داده‌های موقعیت مرحله دوم محاسبه می‌شد که آن را با یک فاصله مشخص دنبال می‌کرد. دوربین‌های ردیابی تنها تا ارتفاع ۲۰۰ کیلومتری به کار می‌آمدند اما رادار می‌‌توانست تقریبا تا ارتفاع ۴۰۰ کیلومتری ماهواره را ردیابی کند. خارج از اتحاد جماهیر شوروی، ماهواره ازسوی اپراتورهای رادیویی آماتور در بسیاری از کشورها ردیابی می‌شد. دولت ایالات‌متحده آن را از لابراتوار مرکزی رادیو در اداره ملی استانداردها دنبال می‌کرد. موشک کمکی هم توسط بریتانیا با استفاده از تلسکوپ لاول در رصدخانه جودرل بنک ردیابی می‌شد که این تنها تلسکوپ در دنیا بود که قادر بود موشک کمکی اسپوتنیک را با رادار ردیابی کند. رصدخانه نیوبروک در کانادا هم برای اولین بار در آمریکای شمالی توانست از اسپوتنیک عکس بگیرد.

طراحی

سازنده اصلی اسپوتنیک، میخائیل خومایکوف بود. او یک جسم کروی به قطر ۵۸۵ میلی‌متر ساخت که از دو نیمکره تشکیل شده و با پیچ و مهره به هم متصل شده بود. وزن این ماهواره ۶/ ۸۳ کیلوگرم بود. نیمکره‌ها ۲ میلی‌متر ضخامت داشتند و با یک محافظ مقاوم ساخته‌شده از آلیاژ آلومینیوم، منیزیم و تیتانیوم پوشیده شده بودند. این ماهواره دو جفت آنتن با خود حمل می‌کرد که توسط لابراتوار آنتن OKB-۱ و میخائیل کرایوشکین طراحی شده بود. هر آنتن از دو قسمت شلاق‌مانند ۴/ ۲ و ۹/ ۲ متری ساخته شده بود و الگوی تابش نسبتا مدوری داشت که باعث می‌شد صدای بوق ماهواره با نیرویی برابر در تمام جهات فرستاده شود و دریافت سیگنال‌ها را مستقل از چرخش ماهواره می‌کرد.

منبع تغذیه با وزنی معادل ۵۱ کیلوگرم به شکل یک هشت‌ضلعی بود و فرستنده رادیو در سوراخ آن قرار داشت. این منبع تغذیه شامل سه باتری نقره‌ای-رویی بود که در موسسه تحقیقات منابع انسانی اتحاد جماهیر شوروی تحت مدیریت نیکولای لیدورنکوف ساخته شد. دوتا از این باتری‌ها فرستنده رادیویی را روشن می‌کردند و آن‌یکی سیستم تنظیم دما را. منبع تغذیه در لحظه جدایی ماهواره از مرحله دوم موشک به‌طور خودکار روشن می‌شد. به علاوه یک واحد فرستنده رادیویی یک واتی هم داخل ماهواره بود. سیستم تنظیم دمای آن مجهز به یک خنک‌کننده، سوئیچ حرارتی دوگانه و سوئیچ حرارتی کنترل بود. اگر دمای درون ماهواره از ۳۶ درجه سانتیگراد بالاتر می‌رفت، خنک‌کننده روشن و هنگامی که دما به کمتر از ۲۰ درجه می‌رسید با سوئیچ حرارتی دوگانه خاموش می‌شد. در مواقعی که دما بالای ۵۰ یا زیر صفر درجه بود، یک سوئیچ حرارتی دیگر فعال می‌شد.  آزمایش این ماهواره توسط OKB-۱ اداره و تحت فرماندهی اولگ ایوانفسکی انجام شد.

تاثیرات اسپوتنیک

رئیس‌جمهور آمریکا، آیزنهاور در ابتدا از پرتاب اسپوتنیک چندان متعجب نشد. او با استفاده از اطلاعات رسیده از عکس‌های هوایی هواپیمای جاسوسی یو.۲ نسبت به قابلیت آر.۷ پرده‌برداری کرد. آیزنهاور حتی خوشحال هم بود که اولین ماهواره را شوروی به فضا پرتاب کرده، نه آمریکا؛ چون هنوز آن را نامطمئن می‌دید. آمریکا کمی بعد چند ماهواره موفق ساخت.  واکنش عمومی به اسپوتنیک منجر به ساخت آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته شد. پرتاب اسپوتنیک نه تنها آمریکا را وارد عرصه مسابقات فضایی کرد بلکه موجب راه‌اندازی ناسا از طریق لایحه قانون فضایی شد. اسپوتنیک مستقیما به اهمیت توجه به علم و تکنولوژی در مدارس و دانشگاه‌های آمریکایی کمک کرد و الهام‌بخش بسیاری از مهندسان و دانشمندان شد.

در نظرسنجی انجام‌شده توسط دانشگاه میشیگان پس از پرتاب اسپوتنیک، نشان داده شد که ۲۶ درصد از آمریکایی‌ها دانش و مهندسی روسی را برتر از کشور خودشان تصور می‌کنند؛ هرچند یک سال بعد و پس از اینکه آمریکا موشک‌هایش را به فضا پرتاب کرد، این رقم به ۱۰ درصد رسید. یکی دیگر از نتایج شوک‌آور پرتاب اسپوتنیک مشاهده شکاف موشکی بود که در مبارزات انتخاباتی سال ۱۹۶۰ به یکی از موضوعات اصلی تبدیل شد.  از عجیب‌ترین اتفاقات در رابطه با پرتاب این موشک به فضا، بی‌اهمیت جلوه‌دادن اتفاق به این بزرگی از سوی خود اتحاد جماهیر شوروی بود. روزنامه حزب کمونیست در ۴ اکتبر تنها چند پاراگراف درباره اسپوتنیک نوشت و در روزهای بعد و پس از مشاهده واکنش شدید دنیا، تازه شوروی شروع کرد به جشن گرفتن.