第5节　苏联卫星发射抢先　美国落后心有不甘

除了地球之外，人类最熟悉的天体是太阳和月亮。太阳热气腾腾只能敬而远之，月亮则是一个宁静安详的亲密伙伴，犹如一名守卫着地球的士兵，人类亲切地称它为“卫星”。那么，我们是否首先可以发射一个人造物体，如同月亮那样绕着地球转呢？这个人造物体可以带上需要的仪器设备，代替人类从高处来观测地球、监控大气，研究地磁场以及海洋、潮汐、太阳黑子等，为我们提供各种服务，真正达到“守卫”地球的目的。也就是说，能否发射“人造卫星”？

肯定的答案早在1687年就被物理先驱牛顿给出。根据万有引力定律，任何两个物体之间都存在互相吸引的力，苹果下落、月亮绕圈，都是同一种力在起作用。地球绕着太阳转，月亮绕着地球转，但为什么会一个绕着另一个转，而不是像苹果那样掉到地面上呢？是因为它们有一定的速度（注：本书中经常使用“速度”一词，实际上指的是速率）。如果没有引力，被抛出的物体将顺着它的速度方向作直线运动，引力使它从直线偏离。比如说，我们从地面上抛石头，石头走的是曲线不是直线，因为地球对它的引力使它从直线偏离。

牛顿在认真研究引力问题时，设想了一个用“牛顿炮”发射人造卫星的思想实验。如图5-1（a）所示，位于高处的牛顿炮沿着水平方向射出一发炮弹，炮弹的初速度越大，便能够射得越远。速度小一些的时候，炮弹射到A点；如果加大速度，炮弹便能到达更远的B点；如果速度大到一定的数值（V₁₀），便有可能使炮弹绕过地球半径到达C点并且不再回到地面上，而是环绕地球作圆周运动。

能够使得抛射物体环绕地球作圆周运动的速度的数值，与发射点在地球表面的高度h有关，如果h=0，V₁₀=7.9km/s，叫作地球表面的第一宇宙速度。

设想发射点的高度不变，但抛射物体的速度继续增大，例如速度为图5-1（b）中的V₁₀、V₁₁、V₁₂、V₁₃等，抛射物体仍然绕地球转圈，作周期运动，但轨道变成椭圆。速度越大，椭圆越扁。即轨道的偏心率越大，意味着椭圆的长轴越长。当速度大到某个数值V₂₀时，长轴变到无穷大，也就是说，抛射出去的物体不再回到地球附近。这个使得物体“挣脱”了地球引力束缚的最小速度V₂₀为第二宇宙速度，它的数值是11.2km/s。如果速度再增加的话，物体有可能挣脱太阳的引力，飞出太阳系，那个极限速度叫作第三宇宙速度。与地球引力场有关的，只是第一和第二宇宙速度。以这两个速度之间的速度发射的物体，将类似于月球，理论上来说，不需要额外的动力就会永远围绕地球转圈，即成为地球的人造卫星。

当时科学家们建议发射人造卫星的呼声，也正好迎合了东、西两方政治家们的野心。“二战”之后世界力量重新组合，基本上是不打明仗来点“冷战”，双方的原子弹导弹暂时都是放在家里吓唬人的东西，如果能首先发射一颗人造卫星，不但显示国力，也应该还有真正的用途。20世纪50年代初期，英美各国的科学家们就开始在学术刊物上研讨相关问题。1955年7月29日，美国总统艾森豪威尔颇有些得意扬扬地宣布说：“美国将于1957年发射第一颗人造卫星！”在一个星期之后，苏共中央同意了科罗廖夫几年前有关人造卫星计划的建议。不过，苏联人善于保守秘密，美国人又大而化之，对苏联“太空计划”之细节不得而知，也从未听过科罗廖夫的名字，搞不清楚谁是苏联火箭技术的领导人，只称呼他为“主任设计师”，并且由此而小看了苏联的科技力量，总以为自己在导弹和宇航领域上理所当然地站在最前沿。

不料苏联却在1957年10月4日，给美国人投下了一颗重磅炸弹。苏联在8月26日成功发射洲际导弹后不到一个半月的工夫，就宣布发射了第一颗人造卫星“斯普特尼克1号”（Sputnik Ⅰ），见图5-2（a）。

苏联抢先发射人造卫星的消息，的确是一颗“心理炸弹”，投在了美国政府、媒体、民众、科学家的心上。媒体一片嘲讽，科技界人士沮丧，老百姓则有些惊慌，以为美国如今“技不如人”，安全会受到威胁。虽然艾森豪威尔及时地于10月9日发表电视演说，祝贺苏联的成就，并解释本国卫星研究的现状，保证美国没有安全问题，但股票市场仍然遭受重创，道琼斯指数从3日的465.82点，跌到22日的419.79点，3周内跌幅近10%。这个事件拉开了美苏太空竞赛的帷幕。

事实上，当初美国是有可能首先发射卫星的，但他们错误地估计了形势，自以为是。美国曾经在“斯普特尼克1号”发射之前尝试过两次发射人造卫星，但由于种种原因均告失败。况且，在这种大项目上，资本主义国家那种多条渠道分散科研的体制，显然没有集权制度来得有效。不过，这也激起了美国决策人员的重视和警惕，并改进了诸多科技方面的措施。比如说，美方技术人员在两天内便计算出了“斯普特尼克1号”的轨道；1958年，美国成立了美国宇航局（National Aeronautics and Space Administration, NASA），正式开启了一系列的航天计划；美国人开始重视教育，教育界人士想，我们怎么会落在苏联之后呢？可能是数学训练不够所致。因此，他们推动了新数学运动，要培养出一流科技人才。此外，国家科学基金会的设立，使科学界意外地获得了大量研究资金。

美国人如此不甘示弱，在4个月后，便也成功地发射了人造地球卫星“探险者1号”，见图5-2（b）。第一颗人造卫星的意义主要是象征性的，从图5-2中的尺寸比较，两方第一颗卫星的本体都不大，“斯普特尼克1号”是球形，“探险者1号”是长形，但前者的质量大（83.6kg），差不多是“探险者1号”质量的6倍。第一颗卫星看起来都只像是个简单的玩具，关键设备是能够将它们加速到第一宇宙速度（7.9km/s）、推上“天”去的运载火箭。推动“斯普特尼克1号”的火箭叫作R-7，推动“探险者”的火箭叫作“朱诺Ⅰ火箭”（注意：与NASA在2011年发射的木星探测器重名）。卫星虽然小巧玲珑，发射它们的火箭却都是庞然大物，火箭的尺寸，即高度和直径，都是卫星的10倍左右，质量达到几十吨。两个庞然大物分别由两方的首席火箭专家科罗廖夫和布劳恩设计。

科罗廖夫大胆采用三节捆绑式R-7火箭，成功地将世界上第一颗人造地球卫星“斯普特尼克1号”送入轨道。卫星上配有两台无线电广播发射器，它们持续工作了23天，连续不断地将“beep”的声音从太空传送给地球，让全世界的人对苏联不得不刮目相看。这无疑是科学上的重大成果，但是，设计者科罗廖夫的名字却不为人所知。据说诺贝尔奖委员会曾经有意为第一颗人造卫星颁奖，问到谁是设计研制者时，赫鲁晓夫回答：“是全体苏联人民！”诺贝尔奖不发给如此巨大的集体，那这个奖当然就无人可颁了。

紧接着，苏联又做出了一系列的第一名，使社会主义阵营脸面增光、扬眉吐气。1957年，人造地球卫星2号带小狗“莱卡”进入太空。“莱卡”是第一个在太空条件下生活过的生物，它只在太空存活了数小时便因中暑而死，所以也是动物中的第一个太空飞行牺牲者。1958年，苏联成功地发射了第一颗科学卫星（“卫星3号”）；1959年发射了“月球1号”探测器，标志着人造物体首次脱离地球轨道……

有意思的是，美国人总不接受教训，也学不会对他们认为是民用的航天计划来点“保密”措施。他们提前宣布在1961年5月上旬要把美国人送上太空。要知道苏联对此也是早就“万事俱备只欠东风”了。不过，那个年代的苏联在航天相关研究过程中出了一次大事故（本书在最后一章中有所介绍） 。炮兵元帅被炸死的阴影还在赫鲁晓夫的脑海里挥之不去，但最后在科罗廖夫的坚持下，苏联终于又抢先了一步。1961年4月12日，苏联人加加林成为首次进入太空的人，他乘坐“东方一号”飞船，绕地球一圈，在太空逗留了108min并安全返回地球。那天，焦虑不安地在电话旁守候了一个多小时的赫鲁晓夫听到铃声后抓起电话，第一句话是：“先告诉我，他是否活着？”

听见了肯定的答案后，赫鲁晓夫心中的石头落地，冒出第二句话：“让他高兴高兴吧！”

赫鲁晓夫问话中所担忧的加加林依然活着。不过他在短短的太空之行中险象环生，他的飞船呼啸翻滚着降落在离预计目标甚远（400km）的一片草原上，将地面撞出了一个大坑！他自己倒是幸运，从飞船中被弹射出来后，他撑着降落伞平稳地落在了一块软绵绵的耕地上。

加加林身穿橘红色宇航服，个头不高，1.57m。据说挑选小个头的加加林担此重任也是科罗廖夫精心考虑过的，以便更容易被塞进空间有限的飞船中。话说这位宇航员扒开被风吹得飘飘摇摇的降落伞，安然无恙地站起来后，立刻凭直觉认出了这里仍然是祖国苏联的领土。这是第一件大好事，因为根据预先设置的命令，如果降落在敌对国家的话，就得考虑引爆预先设置的炸弹，来个“光荣牺牲”，以避免背上“叛逃”的嫌疑。奇装异服的加加林朝正在耕地上劳动的一对母女走过去，一开始吓坏了她们。但最后，加加林在母女的帮助下，赶快打电话给莫斯科报告了这个喜讯，也立即高兴地得知了他已经被命名为“苏联英雄”并且军衔连升两级、成为少校的好消息。

加加林上天，实现了齐奥尔科夫斯基的名言：“地球是人类的摇篮，但人类不会永远停留在摇篮里。”世界各地的媒体都报导了这个消息，满面笑容的苏联人加加林代表人类，第一次离开了“摇篮”！

3个星期之后，美国也用“水星号”将第一个美国人阿兰·谢泼德送上了太空，但终究还是又一次错失了第一名。并且，这个美国的第一次载人太空旅行只是一次弹道似的，没有进入地球的轨道，飞行时间总共只有15min 22s。

这些为人类登月进行准备的航天活动中，苏联都走在了美国的前面，可惜好景不长，1969年至1970年的“阿波罗计划”为美国打了一个翻身仗。

苏联人为何没有登上月亮？美国人的月球计划是怎样取得成功的？月亮的运动有何特点？作者将在下一章中慢慢道来。

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(1)　马克≈ 3.8583元人民币，自1999年起被欧元代替。

(2)　英里=1609.344米。