1.2.3 航天时代的开启

火箭技术、电子学及半导体器件的进展，为发射卫星创造了条件。科学界尤其是地球物理学界的迫切需求，也催促着政府尽早发射卫星。实际上，更为迫切的需求和起主要促进作用的是苏美两国都想抢先发射卫星，占据太空竞赛的领先地位。

1.2.3.1 人造地球卫星的诞生

20世纪四五十年代，美国和苏联都正式做出研制和发射人造卫星的决定，但在计划的具体执行上，美苏两国采取的路线却是完全不同的。苏联将运载火箭和洲际导弹通盘考虑、并行发展，从而大大加快了研制进度。美国则把人造卫星计划与洲际导弹研制截然分开。

1955年，苏联成立“人造地球卫星委员会”，负责人造卫星和运载火箭的研制，由科罗廖夫担任运载火箭的总设计师。

1957年8月21日，世界上第一枚洲际弹道导弹“P-7”成功进行了全程发射实验，射程达到了8000km。这次成功发射具有两个意义：一是苏联抢在美国之前（提前6个月）成功发射了洲际导弹，这使全世界东西两大阵营的军事力量对比发生了某种深远的变化，也在某种程度上提高了社会主义阵营的国际地位；二是为苏联率先跨入太空时代奠定了坚实的技术基础。

苏联宇航科学家米哈伊尔·克拉夫基耶维奇·吉洪拉沃夫（1900—1974年）提出了论证人造地球卫星的可行性和必要性的建议，他在《关于人造地球卫星》的报告中，充分论证了利用二级火箭可以达到第一宇宙速度并可用于发射人造卫星。受此启发，科罗廖夫认为导弹稍加改进就可以作为发射卫星的运载火箭。1955年6月25日在提交给苏联科学院的报告中，科罗廖夫指出，“利用火箭飞行器实现超远距离和无限高度的超高空飞行，在原理上是可行的。目前，制造人造地球卫星和进行载人高空飞行研究星际空间的火箭飞船日趋接近现实”。1956年1月30日，苏联政府正式做出在1957—1958年研制人造地球卫星（以下统称人造卫星）的决定，并于2月开始制定卫星的技术要求。

为了发射人造卫星和达到第一宇宙速度的要求，科罗廖夫及其“卫星小组”对“P-7”导弹进行了改进，主要是取消了武器有效载荷，改装后的运载火箭被定名为“卫星号”运载火箭。此时，苏联已先后完成了地面测控网和位于哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场的建设。

1957年10月4日，“卫星号”运载火箭携带世界上第一颗人造卫星“斯普特尼克1号”在拜科努尔航天发射场发射成功，进入近地点228.5km、远地点946.1km、轨道倾角65◦、周期96.2min的椭圆形轨道。该人造卫星在轨道上共运行了92天，绕地球飞行约1400圈，于1958年1月4日再入大气层时烧毁。如图1.5（a）所示，“斯普特尼克1号”卫星外形为球形，直径0.58m，质量83.6kg，安装了4根长约2m的天线。这颗人造卫星在技术上进行了星内温度压力试验、高空大气密度测量和电离层研究，并探测出几百千米高空的空气阻力。但同它的科学研究成果相比，它的政治影响和对科学技术发展的影响则更加深远。

图1.5 苏联与美国先后发射的首颗人造卫星

美国虽然制定了人造卫星发展规划，但由于提出人造卫星计划的单位有多个，一时难以取舍。几个大型火箭、人造卫星计划并存，多家单位互不相让，各行其是。第一个计划是以冯·布劳恩为首的陆军弹道导弹局和海军研究实验室于1954年联合提出的“轨道器”计划，采用的火箭是由“丘比特”中程导弹改装的。1955年春，海军研究实验室“海盗”探空火箭计划小组提出了一个“先锋”计划。空军有关单位也提出了用“宇宙神”导弹改装成运载火箭发射人造卫星的计划。航空喷气工程公司和洛克希德·马丁公司（简称马丁公司）也提出了各自的人造卫星计划。

1955年9月9日，经过权衡，美国国防部批准了海军研究实验室的“先锋”计划。虽然“先锋”计划小组及各承包公司在接下来的几年来一直都在不懈地努力，但由于这是一项十分庞大的工程，原方案又被多次修改，因此需要解决许多新的技术问题，加上美国公众的强烈反响和对美国人造卫星的期盼，致使“先锋”计划无法按正常的科学程序进行。当苏联成功发射第一颗人造卫星后，“先锋”号运载火箭还未进行过完整的试验。

1957年10月25日，美国国防部终于批准恢复原本已经取消的“轨道器”计划。在冯·布劳恩的主持下，于1958年1月31日用“朱诺1号”四级运载火箭将美国的第一颗卫星“探险者1号”送入轨道。如图1.5（b）所示，“探险者1号”卫星很小，本体质量为4.8kg，与末级火箭连在一起后的质量为14kg。不过，这颗卫星首先发现了地球辐射带，即范·艾伦带，在科学探测上取得了重要成果。地球辐射带是人类认识近地太空环境的第一个伟大发现。“探险者1号”一直在轨道上运行了12年，直到1970年3月31日才坠毁。

1.2.3.2 航天时代的到来

苏联和美国先后研制和成功发射了各自的第一颗人造卫星后，航天技术开始朝着进一步深化和应用化方向发展。在不断推出新型运载火箭的同时，人造卫星在军用和民用方面的应用也越来越多。航天技术对社会的巨大影响正逐步显现出来，航天活动越来越引人注目，航天事业的地位日益得到巩固。

人类发射的各种应用卫星，利用相对于地面位置更高的优势，能够更全面、及时地获取人类赖以生存的地球及其周围环境的信息，更好地开发地表、海洋和天空的资源为人类服务，也更广泛地为军事服务。人类借助通信卫星，可以实现远距离、大容量传递和中继各类信息，实现了信息技术革命；借助气象卫星，可以更好地为气象预报服务；利用资源卫星，可以大大提高矿产资源勘探的效率；通过导航卫星，可以为地球上任何位置的用户提供定位服务。航天技术对社会、经济、文化、科技甚至军事产生了巨大影响。继苏联和美国进入航天时代后，其他一些国家包括第三世界国家也都纷纷根据自己的国情制订了各自的航天发展计划，并且取得了不同的成就。表1.1列出了早期各国自主发射的首颗卫星的相关信息。

表1.1 各国自主发射的首颗卫星的相关信息