ماهواره اسپوتنیک Sputnik؛ آشنایی با اولین ماهواره تاریخ

ماهواره اسپوتنیک نخستین ماهواره مصنوعی زمین بود که توسط اتحاد جماهیر شوروی سابق در تاریخ ۴ اکتبر ۱۹۵۷ به مدار زمین پرتاب شد. این ماهواره ساده که به نام اسپوتنیک ۱ شناخته می‌شود، یک کره فلزی براق با قطر حدود ۵۸ سانتی‌متر و وزن ۸۳.۶ کیلوگرم بود و تنها وظیفه آن ارسال سیگنال‌های رادیویی ساده به زمین بود.

پرتاب اسپوتنیک نه تنها آغاز عصر فضایی را رقم زد، بلکه شوک بزرگی به ایالات متحده وارد کرد و رقابت فضایی میان دو ابرقدرت جنگ سرد را شعله‌ور ساخت. ماهواره با موشک آر-۷ (R-7) که بر پایه موشک بالستیک قاره‌پیما ساخته شده بود، به مدار فرستاده شد و سیگنال‌های “بیپ-بیپ” آن توسط رادیوآماتورهای سراسر جهان شنیده می‌شد. اسپوتنیک بخشی از برنامه فضایی شوروی بود که تحت رهبری سرگئی کورولف پیش می‌رفت و هدف اصلی آن اثبات توانایی پرتاب اشیاء به مدار زمین بود.

بررسی تمام ماهواره‌های سری اسپوتنیک

برنامه اسپوتنیک شامل چندین ماهواره بود که سه تای آن‌ها به مدار رسیدند. ماهواره اسپوتنیک ۱ در ۴ اکتبر ۱۹۵۷ پرتاب شد و ساده‌ترین مدل بود: یک کره فلزی بدون ابزار علمی پیشرفته، تنها با فرستنده رادیویی. اسپوتنیک ۲ در ۳ نوامبر ۱۹۵۷ پرتاب شد و نخستین ماهواره حامل موجود زنده بود؛ سگ لایکا را به همراه داشت و ابزارهایی برای اندازه‌گیری اشعه‌های کیهانی و پرتوهای خورشیدی حمل می‌کرد. این ماهواره مخروطی شکل با وزن حدود ۵۰۸ کیلوگرم بود و از مرحله بالایی موشک جدا نشد.

ماهواره اسپوتنیک ۳ در ۱۵ می ۱۹۵۸ پرتاب شد و نخستین ماهواره علمی کامل بود که ابتدا قرار بود اولین ماهواره باشد اما به دلیل تأخیر، اسپوتنیک ۱ و ۲ پیش از آن پرتاب شدند. این ماهواره سنگین‌ترین در زمان خود با وزن ۱۳۲۷ کیلوگرم بود و ۱۲ ابزار علمی برای مطالعه جو بالا، میدان مغناطیسی زمین و اشعه‌های کیهانی داشت. مدل‌های بعدی مانند کورابل-اسپوتنیک بخشی از برنامه وستوک بودند و برای آزمایش فضاپیماهای سرنشین‌دار استفاده شدند، اما نام اسپوتنیک عمدتاً به سه مدل اولیه اشاره دارد.

جدول کامل از ماهواره‌های سری اسپوتنیک (از شماره 1 تا آخر)

ماهواره اسپوتنیک ۱، کوچک‌ترین جسمی که تاریخ بشریت را برای همیشه تغییر داد

در شب چهارم اکتبر ۱۹۵۷، یک کره فلزی به قطر تنها ۵۸ سانتی‌متر و وزن ۸۳.۶ کیلوگرم از پایگاه فضایی بایکونور قزاقستان به آسمان پرتاب شد و با چهار آنتن بلند خود سیگنال‌های رادیویی ساده «بیپ… بیپ… بیپ…» را به سراسر زمین فرستاد. این جسم کوچک که نامش اسپوتنیک ۱ (به معنای همسفر) بود، اولین شیء ساخت دست بشر شد که به مدار زمین رسید و آغازگر عصر فضا گردید. پرتاب اسپوتنیک نه تنها اتحاد جماهیر شوروی را یک‌شبه به قدرت برتر فناوری جهان تبدیل کرد، بلکه مسابقه فضایی میان دو ابرقدرت جنگ سرد را شعله‌ور ساخت و مسیر تاریخ علم، سیاست و حتی فرهنگ قرن بیستم را دگرگون نمود.

زمینه سیاسی و فنی پیش از پرتاب اسپوتنیک

در اواسط دهه ۱۹۵۰، ایالات متحده و شوروی هر دو در حال توسعه موشک‌های بالستیک قاره‌پیما بودند. شوروی پروژه R-7 (معروف به سمیورکا) را زیر نظر سرگئی کورولف، مهندس نابغه‌ای که سال‌ها در گولاگ زندانی بود، پیش می‌برد. آمریکایی‌ها نیز برنامه ونگارد را برای پرتاب اولین ماهواره داشتند و قرار بود در سال بین‌المللی ژئوفیزیک (۱۹۵۷–۱۹۵۸) ماهواره‌ای کوچک به فضا بفرستند.

اما کورولف پیشنهاد کرد که به‌جای منتظر ماندن برای ماهواره پیچیده علمی PS-1، یک گوی فلزی ساده با فرستنده رادیویی بسازند تا فقط ثابت کنند می‌توانند جسمی را به مدار برسانند. استالین مرده بود و خروشچف که تازه قدرت را گرفته بود، با این پیشنهاد موافقت کرد چون می‌دانست چنین موفقیتی ضربه تبلیغاتی سنگینی به غرب خواهد زد.

مشخصات فنی دقیق اسپوتنیک ۱

ماهواره اسپوتنیک ۱ یک کره آلومینیومی با قطر ۵۸.۵ سانتی‌متر بود که از دو نیم‌کره به هم متصل شده بود. داخل آن:

• چهار آنتن Whip به طول ۲.۴ تا ۲.۹ متر برای ارسال سیگنال
• دو فرستنده رادیویی ۱ وات با فرکانس‌های ۲۰.۰۰۵ و ۴۰.۰۰۲ مگاهرتز
• باتری‌های نقره-روی که فقط برای ۲۲ روز انرژی تأمین می‌کردند
• سنسورهای دما و فشار برای ارسال اطلاعات ساده
• سیستم تنظیم حرارت با گاز نیتروژن و فن

وزن کل ۸۳.۶ کیلوگرم بود و با موشک R-7 (۸К۷۱PS) که نسخه ساده‌شده موشک بالستیک بود، به مدار بیضوی با ارتفاع ۲۱۵ تا ۹۴۷ کیلومتر و زاویه ۶۵ درجه پرتاب شد. سرعت مداری آن حدود ۲۹ هزار کیلومتر در ساعت بود و هر ۹۶ دقیقه یک دور کامل زمین می‌زد.

لحظه پرتاب و واکنش جهانی

پرتاب در ساعت ۲۲:۲۸ به وقت مسکو در چهارم اکتبر ۱۹۵۷ انجام شد. اولین سیگنال‌های «بیپ بیپ» توسط ایستگاه‌های رادیویی آماتور در سراسر جهان دریافت شد. خبر در صبح پنجم اکتبر توسط آژانس تاس اعلام گردید: «در نتیجه کار بسیار زیاد مؤسسات تحقیقاتی و طراحان، اولین ماهواره مصنوعی جهان در اتحاد شوروی ساخته شد.»

در آمریکا شوک عظیمی ایجاد شد. روزنامه‌ها تیتر زدند «قرمزها برنده شدند» و «ماهواره سرخ بالای سر ما». کنگره آمریکا بلافاصله تحقیقات گسترده‌ای آغاز کرد که چرا عقب افتاده‌اند. مردم شب‌ها به آسمان نگاه می‌کردند تا کره درخشان ماهواره اسپوتنیک را ببینند که با چشم غیرمسلح هم قابل رؤیت بود. اسپوتنیک ۱ پس از ۹۲ روز (دوم ژانویه ۱۹۵۸) در جو زمین سوخت و نابود شد، اما میراث آن هنوز در آسمان و زندگی روزمره ما ادامه دارد.

ماهواره اسپوتنیک ۲ و لائیکا، اولین موجود زنده در فضا

فقط ۲۹ روز بعد، در سوم نوامبر ۱۹۵۷، شوروی اسپوتنیک ۲ را با وزن ۵۰۸ کیلوگرم و حامل سگ لائیکا پرتاب کرد. این ماهواره بسیار پیچیده‌تر بود و دارای سیستم پشتیبانی حیات، سنسورهای فیزیولوژیک و حتی دوربین تلویزیونی بود. لائیکا پس از چند ساعت به دلیل گرمای بیش از حد و استرس جان باخت، اما پرواز او ثابت کرد موجود زنده می‌تواند (هرچند کوتاه) در فضا زنده بماند. موفقیت دوم ماهواره اسپوتنیک شوک دیگری به غرب وارد کرد.

مشخصات فنی و ساختار کروی ماهواره اسپوتنیک

اسپوتنیک ۱ یک کره آلومینیومی براق با قطر ۵۸ سانتی‌متر بود که از دو نیم‌کره ۲ میلی‌متری از آلیاژ آلومینیوم-منیزیوم-تیتانیوم (AMG6T) ساخته شده و با لایه حرارتی ۱ میلی‌متری پوشیده شده بود. نیم‌کره‌ها با ۳۶ پیچ و واشرهای رزینی مهر و موم شده بودند تا فشار داخلی ۱.۳ اتمسفر نیتروژن حفظ شود. داخل آن شامل فرستنده رادیویی، باتری‌های نقره-روی، فن خنک‌کننده و حسگرهای دما و فشار بود. ساختار کروی برای تحمل فشارهای فضایی و حرارتی انتخاب شد و سطح براق آن برای بازتاب نور خورشید و ردیابی نوری از زمین بود. این طراحی ساده اما مؤثر، ماهواره را به نمادی از سادگی مهندسی تبدیل کرد.

بررسی وزن، ابعاد و آنتن‌های ماهواره

وزن اسپوتنیک ۱ دقیقاً ۸۳.۶ کیلوگرم بود که بیش از نیمی از آن (۵۱ کیلوگرم) به باتری‌ها اختصاص داشت. ابعاد کره اصلی ۵۸ سانتی‌متر قطر بود و چهار آنتن شلاقی مانند به طول ۲.۴ تا ۲.۹ متر از آن خارج می‌شدند که دو جفت بودند و زاویه ۳۵ درجه با محور ماهواره داشتند. آنتن‌ها برای پخش سیگنال‌های رادیویی در همه جهت‌ها طراحی شده بودند و مانند سبیل‌های بلند به نظر می‌رسیدند. این آنتن‌ها پس از جدایی از موشک با مکانیزم فنری باز می‌شدند. وزن کم و ابعاد کوچک آن را برای پرتاب با موشک آر-۷ مناسب کرد.

سیستم رادیویی و فرکانس‌های انتشار سیگنال

سیستم رادیویی اسپوتنیک ۱ بسیار ساده بود و از دو فرستنده ۱ واتی با لامپ‌های خلأ ساخته شده بود. سیگنال‌ها روی فرکانس‌های ۲۰.۰۰۵ و ۴۰.۰۰۲ مگاهرتز ارسال می‌شدند و به صورت پالس‌های “بیپ” متناوب بودند که هر پالس حدود ۰.۳ ثانیه طول می‌کشید. این سیگنال‌ها برای ردیابی ماهواره و مطالعه انتشار امواج رادیویی در یونوسفر استفاده می‌شدند. سیستم توسط باتری‌ها تغذیه می‌شد و تا ۲۱ روز کار کرد. سیگنال‌ها آنقدر قوی بودند که توسط رادیوآماتورهای سراسر جهان شنیده می‌شدند.

نحوه قرارگیری اسپوتنیک در مدار زمین

اسپوتنیک ۱ با موشک آر-۷ (نسخه اسپوتنیک ۸K۷۱PS) از پایگاه بایکنور پرتاب شد. موشک دو مرحله‌ای بود و مرحله مرکزی نیز به مدار رسید. ماهواره در ارتفاع پریجی ۲۱۵ کیلومتر و آپوجی ۹۳۹ کیلومتر با زاویه تمایل ۶۵ درجه قرار گرفت و هر دور مدار حدود ۹۶ دقیقه طول می‌کشید. سرعت آن حدود ۲۹ هزار کیلومتر در ساعت بود. جدایی ماهواره از موشک با سیستم خودکار انجام شد و آنتن‌ها بلافاصله باز شدند.

اهداف علمی مأموریت اسپوتنیک

هرچند اسپوتنیک ۱ ابزار علمی پیشرفته نداشت، اما اهداف آن شامل اثبات امکان پرتاب ماهواره، مطالعه تراکم جو بالا از طریق کاهش مدار، و بررسی انتشار امواج رادیویی در یونوسفر بود. سیگنال‌های رادیویی داده‌هایی در مورد لایه‌های بالای جو فراهم کردند و پرتاب آن بخشی از سال ژئوفیزیک بین‌المللی بود. مدل‌های بعدی مانند اسپوتنیک ۳ اهداف علمی گسترده‌تری مانند اندازه‌گیری میدان مغناطیسی و اشعه‌های کیهانی داشتند.

پرتاب ماهواره اسپوتنیک ۱ آمریکا را شوکه کرد و “بحران اسپوتنیک” را ایجاد کرد. این رویداد نشان‌دهنده برتری موشکی شوروی بود و آمریکا را وادار به تأسیس ناسا در ۱۹۵۸ و افزایش بودجه فضایی کرد. رقابت فضایی منجر به پرتاب اکسپلورر ۱ توسط آمریکا، سپس برنامه آپولو و فرود روی ماه شد. اسپوتنیک آغاز عصر فضایی و رقابت ایدئولوژیک بود.

مقایسه اسپوتنیک با ماهواره‌های امروزی

اسپوتنیک ۱ با وزن ۸۳ کیلوگرم و اندازه یک توپ ساحلی، تنها سیگنال رادیویی ارسال می‌کرد و ۲۱ روز فعال بود، در حالی که ماهواره‌های مدرن مانند استارلینک هزاران کیلوگرم وزن دارند، پنل خورشیدی و باتری لیتیومی برای سال‌ها کار، کامپیوترهای پیشرفته، دوربین‌ها و اینترنت پرسرعت ارائه می‌دهند. ماهواره اسپوتنیک بدون GPS یا کنترل دقیق بود، اما مدرن‌ها مدار دقیق نگه می‌دارند و داده‌های عظیم ارسال می‌کنند. تفاوت اصلی در قدرت محاسباتی، انرژی پایدار و اهداف چندمنظوره است.