المؤسسات النظرية المبكرة والتجربة السابقة للسن

إن حلم وضع جسم اصطناعي في مدار حول الأرض هو قديم منذ قرون، وقد وصفت تجربة السير إسحاق نيوتن الفكرية " كانون على سطح جبلي " أولا مبدأ الحركة المدارية في ] فلسفة كوكب برينسيبيا ماثيماتيكا ] (1687).

وفي أواخر القرنين التاسع عشر والعشرين، بدأ رائدو الصواريخ بتحويل نظرية نيوتن إلى إمكانية عملية، كما أن مدرس المدارس الروسية كونستانتين تسيولكوفسكي قد استخلص معادلة الصواريخ في عام 1903، واقترح أن تكون الصواريخ المتعددة المراحل هي الطريقة الوحيدة لتحقيق سرعة المدار، كما توخى محطات فضائية وسواتل اصطناعية، في الولايات المتحدة، أطلق روبرت غودروددشن أول صاروخ ذي بروتوك

وقد قام المهندسون الألمانيون تحت ويرنر فون براون بإنشاء صاروخ تسياري من طراز V2، وهو أول جسم من صنع الإنسان للوصول إلى الفضاء (وهو ارتفاع دون المداري يبلغ 176 كيلومترا في عام 194)، وبعد الحرب، استولت الولايات المتحدة والاتحاد السوفياتي على أجهزة وموظفين من طراز V - 2، وفي الولايات المتحدة، قامت عملية بوركليب بحمل فون براون وفريقه على ضغط الصواريخ الأمريكية التي تم دراستها في عام 1950).

"محلل الحرب الباردة" "و"بيس ريس

وقد وفر التنافس الجيوسياسي بين الولايات المتحدة والاتحاد السوفياتي بعد عام 1945 الإرادة السياسية والتمويل اللازمين لتحويل الأحلام الساتلية إلى واقع، وكانت كلتا القوى العظمى تقوم بتطوير قذائف تسيارية مشتركة بين القارات يمكن أن تُوصل رؤوس نووية، وكان جهاز إطلاق ساتلي أساساً جهازاً من أجهزة الإي بي سي إم يحمل حمولة خفيفة، وبالتالي فإن التكنولوجيا قابلة للنقل مباشرة.

وفي عام ١٩٥٥ أعلنت الولايات المتحدة أنها ستطلق ساتلا علميا كجزء من السنة الدولية للفيزياء الأرضية لعام ١٩٥٧-١٩٨٥، وقد يدير برنامج الولايات المتحدة، مشروع فانغارد، مختبر البحوث البحرية، ويستخدم صاروخا مدنيا جديدا، وفي الوقت نفسه، قام الاتحاد السوفياتي، سرا، بتطوير قدرته الساتلية الخاصة به تحت كوروليف، باستخدام جهاز الدفع الأمريكي R-7 Smyorka ICBM - وهو صاروخ ذو مرحلتين قويتين.

وفي 4 تشرين الأول/أكتوبر 1957، قام الاتحاد السوفياتي بتشويه العالم عن طريق إطلاق إشارة " بيبيز " (FLT:0) إلى Sputnik 1) (روسياً ل " المسافر المتجول " )، وهو أول ساتل اصطناعي في الأرض، حيث قام المجال الـ 83.6 ميكغ بإرسال إشارة " بسيطة على ترددات إذاعية، وكان الإطلاق بمثابة انتصار دعائي وصدمة تكنولوجية في المناقشة العامة الغربية، مما أدى إلى حدوث تصاعدة تكنولوجية.

الساتل الفنكي الأول

وكان سبوتنيك 1 من مسافات الألومنيوم المهبل 58 سم في قطرها، وكان يحتوي على جهازين لاسلكيين (20.005 و40.002 ميغاهرتز) تُستخدمان في البطاريات الفضية الزنكية التي استمرت لمدة ثلاثة أسابيع تقريبا، كما أن الساتل يحتوي على مفتاح ضغطي يُحدث إذا فقدت المساحة المختومة الغلاف الجوي، وإن لم يُعاد أي مشغلين لاسلكيين في جميع أنحاء العالم.

وعلى الرغم من أن Sputnik 1 تحمل حدا أدنى من الأجهزة، فإن إشاراتها اللاسلكية أثبتت قيمتها العلمية، فقد تعقب العلماء تحول دوبلر من الإشارات لتحديد مدار الساتل تحديدا دقيقا، وكشف هذا التتبع أن الغلاف الجوي العلوي للأرض - فوق مسافة ٢٠٠ كيلومتر - كان أكثر كثافة مما كان متوقعا، لأن طبقة Sputnik المدارية قد انقضت بسرعة أكبر من المتوقع، مما سمح للباحثين بحساب مدى سرعة حدوث تغيرات في الغلاف الجوي عند تلك الارتفاعات.

وبالإضافة إلى ذلك، كان جهاز إرسال الترددات 20 ميغاهرتز بمثابة منارة للمحطات الأرضية في جميع أنحاء العالم، مما يدل على جدوى تعقب السواتل والاتصالات، وقد مدار الساتل لمدة 92 يوما، حيث أنهى 440 1 مدارا قبل أن يحترق في الغلاف الجوي في 4 كانون الثاني/يناير 1958.

The immediate Aftermath: Sputnik 2 and Laika

وقد استعجل الاتحاد السوفياتي، الذي اكتسبه نجاح سبوتنيك ١، بإطلاق ساتل أثقل وأكثر طموحا في ٣ تشرين الثاني/نوفمبر ١٩٥٧ - بعد ذلك بشهر واحد فقط. ]Sputnik 2، وزنه ٥٠٨ كغم وحمل نظاما لدعم الحياة وكلبا اسمه لايكا، وكان هذا أول تجربة بيولوجية في المدار، تهدف إلى اختبار ما إذا كان يمكن أن تنجو بيئة فضائية حية.

وكان حجرة لايكا تضم مروحا وموزعا للأغذية وأدوات لقياس معدل قلبها وارتعاشها وضغط الدم، وللأسف، فشل نظام المراقبة الحرارية بعد إطلاقه بفترة وجيزة، وتوفيت لايكا بسبب الإجهاد والتسخين المفرط في غضون ساعات قليلة )تأكيد الحاجة إلى دعم موثوق للحياة في بعثات لاحقة( واستمر الساتل نفسه في المدار لمدة ١٦٢ يوما، ولكن مهمتها الأولية - لإثبات أن التأثيرات الكيماوية يمكن أن تنجو من الارتداد.

The American Response: Explorer 1 and the Discovery of the Van Allen Belts

وقد نقلت الولايات المتحدة بسرعة جهودها الساتلية بعد إطلاق " سبوتنيك " ، وقد عانى برنامج فانغارد من فشل مذل في 6 كانون الأول/ديسمبر 1957 عندما انفجر الصاروخ على مهبط الإطلاق، وكانت وكالة القذائف التسيارية التابعة للجيش، بقيادة " فيرنر فون براون " ، قد قامت بتطوير جهاز قاذف سواتل احتياطي يعرف باسم " جوبيتر - سي " (صاروخ محر - كربون) معدل.

وكان المستكشف ١ أسطوانة صغيرة )٥١ كيلوغراما، ٢٠٣ سنتيمترا( صممها وبنىها مختبر القذف، وكان أهم أداة علمية له هي مضمار غيغر - مولر الذي حمله الدكتور جيمس فان ألين من جامعة ايوا، وقد صمم فان ألين التجربة لقياس الإشعاع الكوني، وخلال المدار، صامت مضد الاشعاعات الغيلية في بعض الارتفاعات، وهو جهازي المض.

وقد أدت هذه البيانات المذهلة إلى اكتشاف أحزمة إشعاع فان آلن ]FLT:0[Van Allen radiation، وهما منطقتان مترابطتان من البروتونات والكهرباء عالية الطاقة محصورتان في المجال المغناطيسي للأرض، كما أن اكتشاف المستكشف 1 كان واحدا من أول اكتشافات علمية رئيسية للعمر الإلكتروني للفضاء، وقد غير فهمنا بصورة أساسية للبيئة القريبة من الفضاء.

فانغارد 1 وظل الأرض

وبعد فشل فاندرز الأولي، نجح البرنامج في نهاية المطاف في Vanguard 1] في 17 آذار/مارس 1958، وكان هذا الساتل الصغير، 1.47 كلغ سبهري، أول ساتل يُستخدم في تشغيله خلايا شمسية - ستة ألواح صغيرة من السيليكون، أبقت البطاريات محملة وسمحت للسواتل بأن تنقل لسنوات بدلا من أسابيع.

وكان المدفع العلمي الحقيقي هو تتبع مسار فانغارد، وكان هناك اضطراب في مسار الساتل، حيث كان الجيوديسيون يكملون الى حد ما قياس الأرض على مداره، وكان متوسط الانجازات الأرضية المتطورة في مسار الساتل.

بعثات علمية مبكرة أخرى

وشهدت السنوات ١٩٥٨-١٩٦٠ تدفقا من عمليات الإطلاق بواسطة السواتل من قبل كل من القوى العظمى، وكل منها يحمل حمولات علمية مركزة:

  • Explorer 3] (March 1958): Card a tape recorder to store radiation measurements and played them back to Earth, confirming the Van Allen belts’ existence and providing more detailed data.
  • SCORE] (كانون الأول/ديسمبر 1958): أول ساتل للاتصالات - وهو ساتل يبث رسالة عيد الميلاد للرئيس إيسناهاور، ويثبت أن السواتل يمكنها أن تبث إشارات إذاعية تمهد الطريق أمام الاتصالات العالمية.
  • Vanguard 2] (February 1959): Card photocells to measure cloud cover, but the satellite tbled due to a design flaw, limiting its feasibility.
  • Explorer 6] (آب/أغسطس 1959): Also known as “the paddlewheel satellite,” it transmitted the first crude television image of Earth from space and measured cosmic rays, magnetic fields, and micrometeoroids.
  • TIROS-1] (نيسان/أبريل 1960): أول ساتل مخصص لطقس الطقس، تديره ناسا، وقد أعاد آلاف الصور السحابية وشكل بداية للأرصاد الجوية التشغيلية من الفضاء.
  • Transit 1B ] (نيسان/أبريل 1960): الساتل التجريبي الأول للملاحة، سلف النظام العالمي لتحديد المواقع، استخدم دوبلر نوبات إشاراته للسماح للغواصات بتحديد مواقعها.

وقد أظهرت هذه الرحلات الجوية المبكرة تنوع التطبيقات العلمية والعملية للسواتل الصناعية، وحددت المرحلة للبرامج الأكثر طموحا في الستينات.

الابتكارات التكنولوجية المستمدة من السواتل المبكرة

وكانت السواتل الأولى رائعة ليس فقط بالنسبة لمساهماتها العلمية، بل أيضا بالنسبة للانجازات الهندسية التي تحتاجها، كما أن تصغير الأجهزة الالكترونية - الأنابيب الفراغية، والمقاومة، والمكثفات - كان لا بد أن يتحمل يقظة الإطلاق وفراغ الفضاء، وقد تحققت السيطرة الحرارية من خلال الاختيار الدقيق للمعاطف والمواد؛ واستخدمت شركة Sputnik 1 سطحا مهذبا للحفاظ على درجات حرارة مستقرة، بينما استخدمت شركة فانغارد 1 مجموعة من الطلاءات الذهب.

وقد أصبحت الخلايا الشمسية، التي تم اختبارها لأول مرة في فانغارد 1، مصدر الطاقة الموحد لجميع السواتل اللاحقة تقريباً، وتطورت نظم التطبيب عن بعد منارات الموجات المستمرة البسيطة (سبوتنيك) إلى إعادة تسجيل أجهزة التسجيل (المصدر 3) وفي نهاية المطاف إلى تركيب أجهزة تكييف تعمل بالأشعة فوق الصوتية (المستكشف 6) التي يمكن أن تنقل بيانات أكثر بكثير.

ليجاشي وداون العصر الفضائي

وقد حققت السواتل الاصطناعية الأولى قدرا أكبر بكثير من مستوى تحدي مصمميها، وحولت علوم الأرض عن طريق توفير منظور عالمي في الغلاف الجوي والغلاف المغنطيفي ومجال الجاذبية، وأطلقت مجالات الفيزياء الفضائية، والجيوديسيا الساتلية، والبحوث المتعلقة بالطقس الفضائية، واكتشفت أحزمة فان ألين وقياس الجر في الغلاف الجوي، ورسمت اليوم سحابات سلائف الأرض الحقيقية.

ومن الناحية السياسية، انتهت السواتل الأولى من الوهم الذي يمكن لأي أمة أن تهيمن على " أرض مرتفعة " الفضاء من جانب واحد، كما أن روح السنة الدولية للفيزياء الأرضية - تبادل البيانات والنشر المفتوح - أثرت على الاتفاق الذي أبرم لاحقا لجعل الفضاء مجالا للاستخدام السلمي، وتوجت بمعاهدة الفضاء الخارجي لعام ١٩٦٧، وبدأت البرامج الأمريكية والسوفيتية أيضا، رغم تنافسيتها، التبادلات العلمية والندوات المشتركة، مما أدى إلى إرساء الأساس للتعاون في نهاية المطاف على مشروع الفضاء Apol.

وفي العقود التي أعقبت ذلك، أصبحت السواتل لا غنى عنها في مجالات الاتصالات والملاحة ورصد الأرض واستكشاف الفضاء العميق، فكل ساتل حديث - من وحدة النظام العالمي لتحديد المواقع في سيارة إلى مدار للمريخ - يدين وجوده للعمل الرائد في هذه المجالات الصغيرة الأولى والأسطوانات، وقد أثبت المهندسون والعلماء الذين بنىوها، مع قواعد الشريحة في كثير من الأحيان، وباعوا الحديد، أن البشرية يمكن أن تترك مهدها وتتعلم من أعلاه.

]

" أول سواتل علمتنا أن السماء ليست الحد - بل هي مجرد بداية لحدود أكبر بكثير " - جيمس فان ألين، ١٩٥٨ ]FLT:1][

For further reading, see the NASA History Division’s Sputnik page], the ]Jet Propulsion Laboratory’s Explorer 1 mission overview], and the NOA’s archived Vanguard 1 data