Podbój kosmosu: Mały, prowizoryczny, pierwszy – Sputnik 1

Podbój kosmosu. Fot. Meteo Pomorze

Ważył niecałe 84 kg i miał średnicę 58 cm, ale wystarczył, aby zapewnić Związkowi Radzieckiemu prowadzenie w wyścigu kosmicznym. Dziś mija 61 lat od startu pierwszego sztucznego satelity Ziemi, Sputnika 1. Ponieważ w lipcu 2019 roku minie 50 lat od lotu misji Apollo 11, rozpoczynamy cykl wpisów Podbój Kosmosu, z opisem pierwszego lądowania na Księżycu w dniu jego 50. rocznicy.

Krótko po zakończeniu II wojny światowej, Związek Radziecki i świat zachodni oddzieliły się od siebie żelazną kurtyną. Oba supermocarstwa – ZSRR i USA, konkurowały praktycznie w każdej dziedzinie, a gdy Rosjanie wynaleźli swoją bombę atomową, rozpoczął się dosłowny wyścig zbrojeń. Kraje rywalizowały ze sobą o to kto szybciej, skuteczniej i z większej odległości, zlikwiduje przeciwnika. Aby najskuteczniej, najszybciej i najtaniej wynosić głowice jądrowe, oraz zaawansowane pociski, rozwijano technologię rakietową.

Efektem suborbitalnego wyścigu zbrojeń były coraz bardziej skomplikowane i coraz potężniejsze konstrukcje, będące bezpośrednio kolejnymi pokoleniami złowrogiej V-2. Po obu stronach pracowali bowiem niemieccy konstruktorzy, którzy wcześniej swoje umiejętności wykorzystywali, nie zawsze z własnej woli, do wzmocnienia potencjału militarnego III Rzeszy. Choć Werner von Braun, wraz ze znaczną część swojego zespołu zbiegł do USA, również sowietom udało się przechwycić niemieckich konstruktorów rakiet.

Efektem prac niemieckich i radzieckich konstruktorów była R-7, ciężka rakieta balistyczna, zdolna wynieść na odległość około 8 tys. km (w wersji R-7A na nawet 12 tys. km) ładunek w postaci głowicy termojądrowej o masie do 5,5 tony. Masa startowa pojazdu wyniosła aż 280 ton. Była to dwuczłonowa, napędzana w pierwszym etapie czterema silnikami bocznymi (boosterami) konstrukcja zasilana ciekłym, kriogenicznym paliwem. Po obiecujących testach, Sowieci postanowili użyć jej jako platformy startowej dla pierwszego satelity, który miał pokazać dominację ZSRR, a jednocześnie zebrać dane naukowe z kosmosu w celu przygotowania się do jego podboju.

Rakieta R-7, wersja 8K72K. Starszy model. 8K71PS wyniósł Sputnika 1. Źródło: archiwum Roskosmos

Sputnik 1, zwany również Простейший Спутник-1 (Prosteyshiy Sputnik-1, najprostszy satelita-1) pierwotnie miał… nie powstać! Pierwszym satelitom miał być późniejszy, znacznie bardziej skomplikowany Sputnik 3, jednak władze Związku Radzieckiego na wieść o postępach w amerykańskim projekcie Vanguard, zaczęły naciskać na inżynierów i naukowców, aby przyspieszyli prace nad swoim satelitom. Ówczesny szef radzieckiego biura kosmicznego, Siergiej Korolow zmienił koncepcję pierwszego satelity. Na prędce, nieco prowizorycznie i najpewniej bez konkretnych planów i rysunków technicznych, zmontowano połyskującą kulę o średnicy 58 cm z czterema antenami i umieszczono ją na szczycie zmodyfikowanej rakiety R-7. Tak oto powstał znajomy, wręcz kultowy kształt Sputnika 1.

Radziecki inżynier pracujący przy Sputniku 1. Fot. archiwa Roskosmos

Start początkowo planowano 6. października 2957 roku o godzinie 22:20 czasu miejscowego z poligonu rakietowego (obecnie kosmodromu) Bajkonur w kazachskiej SRR. Decyzję o nocnym stracie podjęto z powodu braku potencjalnych, amerykańskich samolotów szpiegowskich (brak możliwości robienia zdjęć w nocy), oraz dogodnego okna startowego dla pożądanej orbity. Osłona nocy pozwalała również przysłonić ewentualną porażkę, a katastrofę tłumaczyć wypadkiem testowej rakiety, a nie pierwszego satelity. Na cztery dni przed startem do Bajkonuru dotarła wiadomość o planowanym na 6. października zebraniu naukowców biorących udział w Międzynarodowym Roku Geograficznym. Z powodu błędnego tłumaczenia jednego z referatów, Korolow przełożył start o dwa dni wcześniej, na 4. października 1957 roku na godzinę 19:28 UTC.

Planowana orbita miała wymiary 223 na 1450 kilometrów z okresem obiegu wokół Ziemi równym 101 minut i 30 sekund. Trajektorię przeliczył Gieorgij Grieczko, późniejszy kosmonauta z trzema lotami kosmicznymi na koncie. Start nie był jednak łatwy i niemal zakończył się katastrofą. Jeden z boosterów (blok G) nie osiągnął po zapłonie pełnej mocy startowej, przez co sześć sekund po starcie silniki korekcyjne wychyliły się o dwa stopnie. Dwie sekundy później rakieta zaczęła gwałtowną korektę kursu poprzez silne wychylenia lotek i dysz silników. Booster ostatecznie osiągnął pełną moc startową, zaledwie sekundę przed automatycznym włączeniem komendy przerwania startu. Wówczas R-7 ze Sputnikiem rozbiłaby się o kazachski step, najwyżej kilka kilometrów od platformy startowej. Około 16 sekund po starcie nawalił również regulator pompy paliwa, przez co wzrosło zużycie wysoko rafinowanej nafty (RP-1) w głównym członie. Z tego powodu turbopompa zwiększyła swoje obroty, a ciąg wzrósł o około 4%. Silniki zgasły około sekundę szybciej niż planowano – w 295 sekundzie lotu, gdy rozpędzona, pusta turbopompa osiągnęła krytyczną prędkość obrotów. W zbiornikach zostało jednak aż 375 kg niewykorzystanego, ciekłego tlenu (LOX).

Ostatecznie Sputnik 1 osiągnął jednak orbitę o perygeum na planowanej wysokości, czyli 223 km, jednak apogeum znalazło się aż o 500 km niżej niż zakładano, na wysokości 950 km i o okresie obiegu 96 minut i 19 sekund. Około 20 sekund po wyłączeniu się silników, satelita odłączył się od członu głównego i rozpoczął nadawanie. Było to potwierdzeniem dla nasłuchujących, radzieckich badaczy, że Sputnik działa i poprawnie się odłączył, jednak dopiero po nieco ponad półtorej godzinie, gdy mieli gwarancję, że jest na orbicie, poinformowali 1. sekretarza ZSRR, Nikitę Chruszczowa.

Wizja artystyczna Sputnika 1 na orbicie. Źródło: Wikimedia Commons

Choć na pokładzie satelity znalazła się aparatura naukowa, oraz akumulatory, była jedynie biedną i zmontowaną na szybko prowizorką, która miała zagwarantować ZSRR prowadzenie w wyścigu kosmicznym. Hermetyczną, połyskującą kulę wypełniono azotem, którego poziom stale monitorowano – wyciek wskazywałby na uderzenie mikrometeoru, jednak do takowego nie doszło. Anteny ustawione pod kątem 35° od osi podłużnej satelity miały nieznacznie zwiększyć stawiany przez niego opór w górnych warstwach atmosfery, co pozwoliło na zbadanie ich gęstości. Sprawdzono również rozchodzenie się fal radiowych w jonosferze, oraz część założeń technicznych i teorii naukowych odnośnie górnej części atmosfery i niskiej orbity ziemi. Satelita nadawał trzy razy na sekundę sygnał na falach o długości 15 i 7,5 metra (20,005 i 40,002 MHz), przesyłając dane telemetryczne, w tym ciśnienie wewnątrz, czy temperaturę poszycia. Choć pobierał tylko około 1 W energii, zamontowane wewnątrz, trzy baterie srebrno-cynkowe, dość szybko się wyładowały i już 25. października sygnału nie odbierały nawet najczulsze stacje antenowe. Sputnik krążył jeszcze po orbicie kilka miesięcy, po czym spłonął w gęstszych warstwach atmosfery 4. stycznia 1958 roku. W międzyczasie okrążył Ziemię 1400 razy i pokonał 70 mln kilometrów.