斯普特尼克1号（又名“Sputnik 1”，"Satellite-1"，"PS-1"，“Простейший Спутник-1”，“Prosteyshiy Sputnik-1”，"Elementary Satellite 1"）是人类历史上第一颗人造地球卫星，由前苏联研制发射。它外表是一个直径58厘米的抛光金属球，带有四个外部无线电天线来广播无线电脉冲。卫星的成功发射开启了一个政治，军事，技术和科学发展新时代，引发了美国人造卫星危机和冷战时期的太空竞赛。在天文环境中解释时，“Sputnik”在俄语的意思是“卫星”，其本意是“旅行者”。

历史

1954年12月17日，苏联首席火箭科学家谢尔盖·科罗廖夫（Sergei Korolev）向国防工业部长乌斯季诺夫（Dimitri Ustinov）提出了人造卫星的发展计划。稍后乌斯季诺夫向他的上级米海·吉洪腊沃夫报告（Mikhail Tikhonravov），并由之向苏联最高苏维埃反映，获得重视。吉洪腊沃夫强调指出，发射轨道卫星是火箭技术发展的必然阶段。

1955年7月29日，美国总统艾森豪威尔（Dwight D. Eisenhower）通过白宫新闻秘书宣布，将在国际地球物理年（IGY）期间发射第一枚人造卫星。四天后，苏联著名物理学家列昂尼德·塞多夫（Leonid I. Sedov）宣布，他们也将发射人造卫星。8月8日，苏联共产党政治局批准了建造人造卫星的提议。 8月30日，当时主导卫星号火箭研制工作的国家委员会委员瓦西里·拉比亚科夫（Vasily Ryabikov）召开了有关人造卫星计划的第一次会议，会上除听取了科罗廖夫关于发射往月球飞船的轨道数据汇报外，亦决定以三节捆绑式卫星号火箭发射斯普特尼克1号。

1956年1月30日，部长会议批准了人造地球轨道卫星的实际工作。计划这颗名为“对象D”的卫星计划于1957-58年间完成，质量为1,000至1,400千克，将承载200至300千克的科学仪器，定于1957年进行“对象D”的首次试射。

最终，卫星初步设计工作于1956年7月完成，并确定了它需要执行的科学任务，包括测量大气密度及其离子组成，太阳风，磁场和宇宙射线，这些数据对于未来人造卫星的设计很有价值。同时苏联将开发一个地面站系统，来收集卫星发送的数据，观察卫星的轨道并向卫星发送命令。由于时间有限，计划只进行了7至10天的观测，而且轨道计算预计不会非常准确。

到1956年底，因为制造科学仪器的难度很大，而完整的R-7发动机产生的比冲却很低（取而代之的是304秒），设计的复杂性意味着“对象D”无法及时启动，因此，政府将发射时间重新安排为1958年4月。

由于担心美国会先于苏联发射人造卫星，OKB-1提出第一颗卫星不应迟于1957年7月国际地球观测年开始前（精确来说应是当年的4或5月）发射，由于时间已所剩无几，因此设计被大幅简化：简单、轻型（仅100公斤）、易于操作并只携带一台简陋的无线电发送器。1957年2月15日，苏联部长会议准许了这一简化方案，并为此计划立下“PS”代号，以观测地球轨迹及接受人造卫星讯号为目标。计划希望于卫星号火箭发射成功后一或两次后，再用它将计划中的“PS-1”和“PS-2”发射（即后来的斯普特尼克1号及2号）。

运载工具与发射

卫星号(8K71PS)的前身是OKB-1设计的洲际弹道导弹（ICBM）R-7。苏联共产党中央委员会和苏联部长会议于1954年5月20日作出开始建造的决定。由于无法确定氢弹的有效载荷有多重，因此设计的推力很大。前三枚R-7火箭均发射失败，8月21日莫斯科时间15:25，第四枚火箭（8K71-No.8）发射成功，火箭的核心将虚拟弹头提升至目标高度和速度，重新进入大气层，并在行驶6,000公里后在10公里的高度爆裂。前苏联著名通讯社塔斯社在8月27日发表了关于成功发射长距离多级洲际弹道导弹的声明。9月7日，第5架R-7火箭（8K71-No.9）发射成功，虽然其乘载的假人在重返大气层时损坏，但该火箭被认为适合于卫星发射，科罗廖夫得以说服州委员会允许使用下一个R-7发射PS-1。

9月22日，一架名为Sputnik的改进型R-7火箭（索引号为8K71PS）到达了试验场，开始了PS-1发射的准备工作。与军用R-7试验车相比，8K71PS的质量从280吨减少到272吨；PS-1的长度为29.167米，升空时的推力为3.90 MN。

详细构造

科学目的

该卫星具有五个主要的科学目的：

• 测试将人造卫星放入地球轨道的方法；
• 通过计算其在轨道上的寿命来提供有关大气密度的信息；
• 测试轨道跟踪的无线电和光学方法；
• 确定无线电波通过大气传播的影响；
• 检查卫星上使用的加压原理。

卫星设计

卫星主要建设者是米哈伊尔·S·霍姆雅科夫（Mikhail S. Khomyakov）。该卫星是一个重83.6千克，直径58毫米的球体，由两个2毫米厚的半球组装而成，用O形圈密封，并用36个螺栓连接。半球表面覆盖有高度抛光的1毫米厚的热屏蔽层，该热屏蔽层由铝-镁-钛合金AMG6T制成。这颗卫星搭载了两对天线，每个天线由两个鞭状部分组成，长度分别为2.4和2.9米，并具有近乎球形的辐射方向图。

质量为51千克的电源形状像八角形螺母，无线电发射器位于其孔中。它由三块银锌电池组成。其中两个电池为无线电发射器供电，一个电池为温度调节系统供电。电池的预期寿命为两周，可工作22天。卫星与火箭第二级分离时，电源会自动打开。

斯普特尼克1号的发射机组件

斯普特尼克1号的发射机原理图

卫星内部装有一个1瓦，3.5千克的无线电发射单元，在两个频率上工作，20.005 MHz和40.002 MHz。在第一频率上的信号以0.3 s脉冲（在f=3f=3 Hz附近）发射，第二频率上的脉冲填充了相同持续时间的间歇。无线电信号的分析用于收集有关电离层电子密度的信息。在无线电蜂鸣声的持续时间内对温度和压力进行编码。一个温度调节系统包含一个风扇，一个双热敏开关和一个控制热敏开关。如果卫星内部的温度超过36 ℃，则打开风扇；当温度降至20 ℃以下时，双热开关将风扇关闭。如果温度超过50 ℃或低于0 ℃，则会激活另一个控制热敏开关，从而更改无线电信号脉冲的持续时间，以此告知地面。斯普特尼克1号内部填充了干燥的氮气，加压至1.3个大气压。卫星具有气压开关，如果卫星内部的压力降至130 kPa以下，则该开关会被激活，这将表明压力容器发生故障或被流星击穿，并会改变无线电信号脉冲的持续时间。

作为卫星的关键设备，伴侣一号的发射机由SRI-885研制，而它的技术细节作为苏联的国家秘密封存了几十年之久。2013年，在一群俄罗斯无线电爱好者的努力搜寻下得以重见天日。两个发射机各包括三只真空电子管，其中一只用于晶体振荡器，另外两只用于推挽功率放大。电路并不复杂，如果能够找到合适的元器件，仿制一台相信不是难事。

运行状态

卫星以每小时约29,000公里的速度在轨道上运行，沿轨道飞行一周耗时96.2分钟。它持续发射了21天的信号，1957年10月26日，卫星飞行326圈后，电池耗尽。1958年1月4日，斯普特尼克1号再入地球大气层烧毁，三个月总共绕地飞行了1440圈，飞行距离约为7000万公里。R-7的芯级在轨道上停留了两个月，直到1957年12月2日再入地球大气层。

政治宣传

苏联开始时对斯普特尼克1号的反应非常低调，担心秘密泄露。后期苏联人开始宣传斯普特尼克1号时，特别强调苏联技术的发达，认为苏联人比西方人优越。苏联当局鼓励人们在广播中收听人造卫星的信号（周期性的“哔哔”声[4]），并在夜空中寻找人造卫星。虽然人造卫星本身经过了高度抛光，但其体积小巧，几乎无法用肉眼看到，大多数观察者实际上看到的是R-7更加显眼的26米芯级。在斯普特尼克1号发射后不久，赫鲁晓夫便催促科罗廖夫发射另一颗卫星，来庆祝十月革命40周年。

斯普特尼克1号的发射使美国公众感到惊讶，这打破了美国公众认为苏联是远不及美国的落后国家的观念。然而，美国中央情报局和艾森豪威尔总统已经从秘密间谍飞机的图像上得知苏联人对人造卫星取得的进展。美国陆军弹道导弹局与喷气推进实验室（JPL）共同建造了1958年1月31日发射的Explorer 1（探索者1号）。在这之前，苏联于1957年11月3日发射了第二颗卫星斯普特尼克2号（Sputnik 2）。艾森豪威尔大大低估了美国公众的反应，他们对苏联人造卫星的发射成功和本国卫星Vanguard TV3发射失败感到震惊。民主政治家和专业的冷战战士激起了人们的焦虑感，讽刺了美国的悲惨境遇。

影响

1. 美国人在新兴的太空竞赛中更加激进，从而对科学技术的研究非常重视，在从军事到教育系统的许多领域进行了改革。成立了高级研究计划局（1972年更名为国防高级研究设计局）和NASA。这些研究机构为美国开发了诸如洲际弹道导弹和导弹防御系统之类的武器以及间谍卫星。
2. 在教育上，联邦政府开始在科学，工程和数学等方面投资。美国国会1958年颁布了《国防教育法》，为数学和科学专业的学生提供了大学学费的低息贷款。
3. 人造卫星的发射启发了一代工程师和科学家。例如太空中的第一位美国人宇航员艾伦·谢泼德（Alan Shepard）和宇航员德克·史莱顿（Deke Slayton）后来在回忆录中写道，斯普特尼克1号越过头顶的景象使他们立志投身此行业。
4. 为现代卫星导航的发展埋下了种子。卫星发射后，约翰·霍普金斯大学应用物理实验室（APL）的两位美国物理学家威廉·吉尔（William Guier）和乔治·韦芬巴赫（George Weiffenbach）决定监视人造卫星的无线电传输，并很快意识到，由于多普勒效应，他们可以查明卫星沿卫星的位置轨道。次年初，APL副主任弗兰克·麦克卢尔（Frank McClure）要求吉尔和韦芬巴赫研究反问题：在给定卫星位置的情况下，精确定位用户的位置。这与当时美国海军的一项潜艇任务密切相关。导致他们和APL共同开发了TRANSIT系统，这是现代全球定位系统（GPS）卫星的先驱。
5. 斯普特尼克1号（Sputnik 1）的发射使英语的后缀-nik重新流行。1958年4月2日，美国作家赫尔·卡恩（Herb Caen）受到启发，与《旧金山纪事》一书中创造了“ beatnik ”一词。
6. 俄罗斯城市卡卢加（Kaluga）作为康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基（Konstantin Tsiolkovsky）的出生地，非常注重太空，其市旗上有一个小型人造卫星。