第一颗人造卫星进入地球轨道 60 年了,它是如何改变了人类的历史进程?

2017-10-13 17:41 学而思 阅读 16416

作者:兰莲超

1957 年 10 月 4 日晚一颗沙滩排球大小的卫星从哈萨克斯坦的沙漠城市——拜科努尔(这里曾是前苏联的航天城)发射进入太空,卫星随后来到近地轨道,伴随地球开始围绕太阳旋转,它被取名为 Sputnik,在俄语中是“旅行伴侣”的意思。

Sputnik 大概每 90 多分钟就可以绕完地球一圈,每小时的运行距离达到 1.8 万英里,与此同时装有无线电广播发射器的它还会发出哔哔哔的信号声。地面上的人们透过双筒望远镜注视着 Sputnik 的一举一动,当时苏联的最高领导人赫鲁晓夫在接到发射消息之后,和儿子谢尔盖高兴地打开收音机,聆听卫星传来的哔哔声,然后回到卧室休息,谢尔盖回忆道,“当时我们根本没有意识到在随后的几小时里,世界会发生这么大的震动。”

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在此之前,地球一直孤单地在宇宙中旋转,Sputnik 的出现“像地平线上一道闪烁的火花”,成为了人类打破沉寂宇宙的开端,苏联GCD的要报《真理报》(Pravda)满怀克制的喜悦心情,只在标准两栏的版面中提及了第一颗人造卫星的消息,而西方媒体的相关报道则铺天盖地,发射 Sputnik 被认为是“太空界的珍珠港事件”。地球上的政治局势很快出现了决定性的变化,尽管在 3 个月之后,这位地球旅伴从轨道脱离,在与大气层的摩擦中结束生命。

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《真理报》刊登的相关报道

在 Sputnik 进入太空之后的 60 年间,人造卫星在科学、军事和民生等各个方面都获得了极其广泛的应用,对人类通讯方式带来了颠覆性的影响,揭开并深化了冷战,催生了互联网,进而彻底改变了人们认识自我、观看世界的方式。

它的应用如此广泛,以至于已经成为一种无形的基础设施。冷战后出生的人们默认它在生活中的存在与作用,但这无损于它的重要性。

北京时间 2017 年 10 月 10 日,2018 俄罗斯足球世界杯欧洲区预选赛最后一轮较量,冰岛击败科索沃首次获得小组头名直接出线,成为全球第 16 支晋级世界杯决赛圈的球队——也是世界杯历史上人口最少的参赛国,正是因为卫星电视的转播,全球亿万观众都见证了这一历史性的一刻。

还有依靠卫星向地球传送的无线电讯号网络的 GPS,它服务于消防队和救护车、航空交通管制、物流运输、农产品输送、金融银行,连你平时在健身 App 上追踪运动路径都借助于这项技术。

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面对美国和加勒比诸岛的大型飓风、印度洋的水灾等自然灾害,卫星拍摄的图像资料和追踪数据还能让全球更好地对极端天气进行预测和做出反应。

卫星甚至还变成了私营企业可以做的一门生意。特斯拉 CEO Elon Musk 在 2002 年创办太空探索公司 SpaceX,最新的计划是从 2019 年开始通过“猎鹰 9 号”火箭发射高速网络卫星,为全球提供高速网络服务,最终的目标是到 2024 年之前把 4425 颗卫星送入太空。而如今在我们头顶漂浮的人造卫星数量大概有 1459 颗,不再工作的卫星有超过 2000 颗,这意味着 SpaceX 的卫星计划超过了人类目前发射的所有卫星数的总和。

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今年 7 月 SpaceX 获得新一轮的融资 3.5 亿美元,成为全球 7 家估值超过 200 亿美元的私有科技公司之一。

第一颗人造卫星的发射成功,直接导致了冷战时期美俄两国的太空竞赛

几乎所有的史料在提及 Sputnik 发射后对国际局势的影响时,无一例外都会说到它揭开了冷战时期美俄两国的太空竞赛。但实际上,在此之前,人造卫星并不是双方精心准备要拿来开火的由头。

Sputnik 缘于一项毫不相干的计划:苏联迫切希望研制一枚能以氢弹打击美国的火箭,在军用导弹计划受到阻碍之时,科学家谢尔盖·科罗廖夫向克里姆林宫请求发射一枚卫星,因为美国打算在 1957 年 9 月发射卫星的计划在 1955 年就已经被披露。

尽管苏联政府在 1956 年 1 月对此予以批准,但他们打心底里认为卫星并没有什么价值,仍然记挂的是氢弹计划。

谢尔盖·科罗廖夫在不到 3 个月的时间里基于之前较为成熟的科研结果,火速设计出了一枚超简单的人造卫星,连科学仪器都没来得及往上装,就把 Sputnik 送入了太空,因为他很清楚一旦晚一步,开创太空时代的就是美国人了。

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苏联技术人员对 Sputnik 进行调试

而另一边, Explorer I 也根本不是美国计划中的第一颗卫星,因为它的科研价值有限。1955 年美国的科研人造卫星项目面向三军进行招标(因为当时只有军队有能力发射火箭),最终海军 Vanguard 计划中标,原计划是在  1957 年 9 月发射。

但 Sputnik 的成功发射,震惊美国的同时,也给他们带来了巨大的压力,更准确地说,是恐惧。美国人甚至认为苏联已经可以把核武器投射到美国的任何地方(其实还不可以)。

艾森豪威尔总统随后向海军施压尽快发射一颗卫星上空。已经延期发射的 Vanguard  TV3 在 12 月的发射失败的画面通过电视直播出来,更是冲撞了美国公众的情绪。《纽约时报》说是“打击美国的声望”,参议员林登·约翰逊更是称之为“羞辱”。

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Vanguard TV3 发射失败

1958 年 1 月,美国终于成功发射了自己的第一颗人造卫星 Explorer I。

3 月,Vanguard 1 上天,它也是全球第一个科学卫星,至今依然在绕轨飞行。

但那个时候,驱动大国太空探索项目的动力不是探索,而是意识形态竞争和国家荣誉。Sputnik 的政治意义很清楚的一点是:在它之前,没人想着太空竞赛。

美国国会在 1958 年 1 月通过了太空行动计划,同年 10 月 1 日 NASA 诞生。

Sputnik 的升空对美国国内政局也产生了影响,肯尼迪在竞选时承诺要在太空探索和导弹防御上扳回一局,这被认为是他最终以微弱优势击败时任美国副总统的理查德·尼克松,成为总统的原因之一。但就在肯尼迪当选后没多久,1961 年 4 月 12 日,苏联人加加林乘坐东方 1 号宇宙飞船花了 1 小时 48 分,绕着地球飞了一圈,完成了人类历史上第一次宇宙飞行。

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这激发了美国想要在登月计划中领先的决心,1961 年 5 月 25 日,肯尼迪在参、众两院特别会议中宣布支持阿波罗计划,太空人弗兰克·博尔曼形容阿波罗计划“只是冷战的一场战役”。或许可以说如果没有最初苏联的那颗人造卫星,美国的阿波罗计划不会这么快实现,大国进行太空探索的动力也不会这么足。

跨度长达十年的阿波罗计划有 3 次飞行令人印象深刻。1968 年 12 月,阿波罗 8 号的宇航员们围绕月球轨道飞行了 20 小时,近距离地观赏了“透着空虚、广阔又寂寞”的月球。1969 年 7 月 20 日,阿波罗 11 号的宇航员尼尔·阿姆斯特朗在月球上迈出了人类的一大步。而阿波罗 13 号虽然执行飞行任务失败,但 3 位宇航员奇迹生还的故事让人类深刻体会到宇宙的“危险和美丽”。

《纽约时报》对阿波罗 13 号点评道,惊心动魄的飞行之旅反向激发了公众对太空探索极大的兴趣。

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环球影片公司于 1995 年推出了电影《阿波罗 13 号》,由汤姆·汉克斯等人主演

这一系列的太空对抗引发了美国对科技教育的倾斜,美国《国防教育法》通过后,国家拨了几十亿美元,让主修数学、工程和科学的学生享受低利率的贷款,到 1968 年,国家科学基金会的预算从 10 年前的 3400 万美元增长到 5 亿美元。

大洋彼岸的大英帝国同样对此感到紧张,保守党政府在这一时期开办了 8 所新大学,包括东安格利亚大学和萨塞克斯大学,希望缩短和苏联之间的科技差距。

太空竞赛的入场者也在增多,“东方红一号”在 1970 年 4 月 24 日升空,中国成为继苏联、美国、法国、日本之后世界上第五个能独立自主研制并发射人造地球卫星的国家。

目前在轨道上运行的卫星中有 40% 以上都属于美国政府和私人公司,中国以超过 10% 的卫星数量跻身第二,俄罗斯滑落到第三名。

通讯卫星促进了全球化,并改变了人们观看自我、观看世界的方式

从 1960 年代开始,通信卫星逐渐取代了微波中继站,装有电视的家庭拆掉房顶上的线状天线,换上了大锅口一样的抛物面天线。

NASA 在成立 2 年后终于发射了第一颗专门用于全球通信的人造卫星“回声 1 号”,这是一个直径 30 米的大气球,表面镀铝,只能反射地面电磁信号,但没有放大和指向作用,因受到陨石撞击,不久就爆毁了。

而美国第一颗真正有实用价值的民用通信卫星,是 NASA 在 1962 年 7 月 10 日为美国电话电报公司发射的“电星号”,造价 100 万美元,可以在美国缅因州东部的安多佛地面站和设在英国的贡希利镇和法国菲尼斯泰尔省普勒默——博多的欧洲站之间,传送多路电话通信和电视图像。

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“电星号”

“电星号”升空后 2 天,法国和英国首次通过通讯卫星将电视节目播送给美国人,第一场节目时长 7 分多钟,其中包含法国歌手 Yves Montand 的一段歌声。不过值得注意的是,其实通信卫星的理论在 1945 年——早在 Sputnik 进入太空之前就已经由英国工程师阿瑟·C·克拉克公诸于世。

卫星电视直播让激烈的大型体育比赛现场变得更加直观可感,胜负终决顷刻间就能让电视机前的全球观众知晓。1964 年 10 月 10 日至 24 日,第 18 届奥运会在日本东京举行,这是亚洲国家第一次举办奥林匹克运动会,在那一年,美国发射的”辛科姆”通讯卫星使得奥运会首次实现了全球转播。

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1964 年东京奥运会开幕式

这还开创了一个从前并不存在的奥运会转播权交易市场。为了解决资金问题办好比赛,国际奥委会允许奥组委对转播奥运会的传媒机构进行收费。1972 年慕尼黑奥运会,国际奥委明确了电视转播权的商业价值, 主导了销售电视转播权费用的分成,并且收回了转播权由主办城市进行销售的权利,为以后奥运会“竞买”销售奠定了基础。

国际足联同样受益于此。在 2014 年,国际足联就已经获得了 24.28 亿美元的世界杯电视转播收入,今年甚至还“狮子大开口”,朝 2018 世界杯主办方俄罗斯索取 1.2 亿美元的转播费——这几乎是从上一届东道主巴西拿到的转播费(3200 万美元)的 4 倍。

卫星电视改变了人们观看世界的方式,通过共享信息的方式极大地拓展了人们的视野,人们日益意识到所谓“地球村”的存在。在相对浪漫的 1960、1970 年代,“世界公民”一度是引领年轻人探索未来的重要思维方式——人们思考问题不再站在区域的角度,而是把整个世界纳入自己的思考范畴。它催生了拥抱多元文化的嬉皮运动,以及“盖娅”的生态学说(虽然这个学说的发展如今看来有可商榷的空间)。当然,还有互联网。

现代互联网的雏形,源自美俄冷战时期的太空竞赛。在前不久我们发布的“害怕核战争的人们,如何在冷战期间推动了互联网的诞生”这篇文章中,有过详细的解读。简单来说,如果不是军队有发动战争的需求,互联网很可能就不会诞生。或者不会诞生在美国国防部高级研究计划局(Advanced Research Projects Agency,简称 ARPA)手中,这是一个在 1958 年建立的,旨在帮助美国在太空竞赛中赶超苏联的组织。

如今,全球互联网的用户数已经突破 30 亿。

远程教育、远程医疗、自然灾害预测……通过卫星所实现的这些社会功能,对于贫穷地区更是意义深远

卫星也让不少偏远的发展中国家获取知识和信息的途径变得简单,2004 年印度在孟加拉湾的一个航空基地发射了世界上首颗教育卫星名叫 EDUSAT,这颗卫星的 12 个异频雷达收发器地毯式覆盖印度全国,定向天线技术还能使卫星给特定区域发送当地方言的教育节目——因为印度族群繁多,至少有 30 种不同的语言和上千种方言。

EDUSAT 让印度全国 1.1 万多个乡村学校的学生都能远程上课,讲课的老师出现在电视屏幕里,虚拟课堂大大减轻了印度政府修学校请老师的财政负担。

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这一招对于科技教育落后的非洲国家同样适用,多病多灾的非洲地区还开发了另一项卫星服务——远程医疗。在非洲,乡村医疗的重担大多数落在缺乏正规医疗训练的基层卫生员肩上,每位卫生员平均对应上万名患者,而医院往往路途遥远,患者看一次病就意味着要长途跋涉好几天,国际医生利用远程诊治,能让病人得到及时治疗。

1999 年,在美国的协助下南非发射了第一颗卫星,11 年之后南非成立了自己的太空总署,作为南部非洲最大的空间机构,南非太空总署经常向南非区域提供灾害监测预告,对航空业至关重要。同时南非还利用卫星监控人类定居点的增长和住房改造,观测城市化进程,这能为城市规划提供有用的信息。

另外在动荡的非洲地区,卫星还有一个特殊用途,就是监测极端组织的活动,尼日利亚曾经利用 SatX 和 Sat2 卫星找回了被 Boko Haram 绑架的 273 名少女。

从政治上的太空竞赛,到商业上的宇宙经济

月球之后,火星就是人类的下一个目标。殖民火星正是美国商业航天企业 SpaceX 雄心勃勃想要实现的计划,而利用卫星为全球用户提供高速上网服务也是创始人 Elon Musk 的另一个重要目标,这项斥资估计在 50 亿美元到 100 亿美元左右的计划将利用 SpaceX 成功回收的“二手火箭”进行发射,尽可能降低总成本。

这个“二手火箭”正是 SpaceX 旗下大名鼎鼎的“猎鹰”系列,就在上个月 28 号,SpaceX 还在庆祝猎鹰 1 号发射的九周年纪念日,但实际上这天对于 Elon Musk 而言算是个相当伤感的日子,因为在此之前,他搞砸了三次火箭发射,一时间,SpaceX 的钱几乎用光了,濒临破产边缘,他在第四次发射上赌上了所有钱,幸运的是,发射成功了。

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现在的 SpaceX 看起来像是 NASA 的承包商,为了确保美国到 2017 年能够恢复进行载人航天发射的能力,NASA 和 SpaceX 签署了一项关于大型载人航天器的开发合约,尽管波音同样也是 NASA 这个项目的客户,但 SpaceX 作为一家初创公司无疑要备受瞩目得多,它比 1916 年成立的波音要晚 86 年诞生,波音的雇员超过 15 万人,SpaceX 却只有 4000 人。

NASA 非常青睐 SpaceX 这个小体量的公司,去年底 SpaceX 拿下 NASA 的第 10 份订单,任务是在 2021 年发射一枚卫星,对地球表面的水资源分布进行勘探考察,这也是人类历史上首次进行该类型的调查。

作为推动民营卫星的重要力量, SpaceX 已经能让卫星发射的成本控制在 6000 万美元之内(中国的长征 3 号乙型火箭的发射价格高于这个价),建设低轨卫星通信网络已经不仅是 SpaceX 一家的愿景,OneWeb、Telesat 等公司都是对手。

OneWeb 的创始人 Greg Wyler 打算用 648 颗近地卫星来组成一个可覆盖全球的高速通讯网络,最新的消息是这个计划还要再增加近 2000 颗卫星。创立于 2012 年的 OneWeb 已经拿到了来自软银、维珍、空客等大公司超过 17 亿美元的融资。

太空已经从国家实力的象征变成了商业冒险的新领地。

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太空商业旅行是重要的方向之一,众多公司都竞相在 2018 年打开太空旅行的市场——这一年刚好是阿波罗 8 号首次绕月飞行 50 周年。

SpaceX 准备先在 2018 年第二季度将人类送上太空,进行绕月旅行;亿万富翁布兰森创立的维珍银河公司也计划在 2018 年实现商业太空旅行,一趟花费 25 万美元;最近另一家私人太空公司蓝色起源(Blue Origin)宣布把自家首枚运载太空旅客的火箭发射日期从 2018 年推迟到 2019 年 4 月,蓝色起源由亚马逊的创始人杰夫·贝索斯在 2000 年创立。

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在这 60 年间,人类的通讯方式发生了太多变化,最终普通人进入太空可能也不再是一件难事——而这一切都开始于 Sputnik 在 1957 年进入太空后发出的那一连串哔哔哔的信号声。

精彩评论

桥水 10 天前
期待Elon Musk今年12月份Falcon Heavy的发射!

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