Hat uns Sputnik 1 mehr als „Piep“ gesagt? Welche Wissenschaft wurde durch Informationen verbessert, die aus seiner Erdumkreisung gewonnen wurden?

Schussantwort:

War Sputnik-1 "nur für Piep" - nein, war es nicht :)

Es war ein technischer Test von R-7 als Weltraumrakete und ein Test von Raumfahrzeugen im Orbit (obwohl sehr einfache Raumfahrzeuge).

Auch Wissenschaftler haben zumindest versucht , mit Sputnik-1 Atmosphärenforschung zu betreiben. (Aus meinen aktuellen Suchergebnissen bin ich mir nicht sicher, ob sie viel gefunden haben.)

Lange Antwort:

Es ist der aktuelle Stand meiner Ausgrabung. Ich werde aktualisieren, wenn ich mehr finde.

Nicht so sehr "harte Beweise", sondern eine Reihe unvollständiger Quellen als "gutgläubig" betrachten:

Sputnik-1 wurde für 3 wissenschaftliche Zwecke verwendet

1. Untersuchung der Funktionsweise von Raumfahrzeugen während des Weltraumflugs. ( Es hat Telemetrie gesendet , nein, sieht so aus, als hätte es keine)

2. Untersuchung der Dichte der oberen Atmosphäre (durch Flugbahnverfolgung)

3. Radiowissenschaftliche Untersuchung der Ionosphäre.

Für Ionosphärenstudien habe ich dies gefunden (auf Russisch). Dieses Dokument zitiert Arbeiten von Yakov Alpert aus dem Jahr 1958 . Zitate:

2. Обзор первой научной публикации на основе анализа данных наблюдений за «Спутником-1» [Альперт и др., 1958]

... В статье описывается один из возможных методов наблюдений за радиосигналами спутника, основанный на определении моментов времени его «радиовосхода» и «радиозахода», позволяющий определять распределение электронной концентрации N(z) ионосферы выше максимума. . Анализ результатов работы приводит к некоторым важным и интересным представлениям о внешней ионосфере — получены количественные характеристики убывания электронной концентрации, а также некоторые соображения о «границе», где атмосфера соприкасается с межпланетным газом.

... Нами рассмотрены результаты приёма радиосигналов спутника лишь за 5, 6 und 7 октября . Во всей совокупности данных (около 600 моментов начала и окончания приёма сигналов) только примерно в 60–70 случаях выполнялись условия, когда не было сложных траекторий волны на частоте 40 МГц и наблюдался «радиовосход» и «радиозаход» спутника в чистом виде, когда ωс /ω < ωс/ωэ или ωс/ω ≥ ωс/ωэ . Пwor И, наоборот, в некоторых случаях при имевшем место отношении частот ωс/ω < ωс/ωэ дальность приёма превышала на несколько сот км максимальные теоретически возможные расстояния. Создаётся впечатление, что в некоторых сеансах это было обусловлено тем, что траектория волны была скользяй.

Übersetzung:

2. Überprüfung der ersten wissenschaftlichen Veröffentlichung basierend auf der Analyse von Beobachtungsdaten für "Sputnik-1" [Alpert et al., 1958]

... Der Artikel beschreibt eine der möglichen Methoden zur Beobachtung von Satellitenfunksignalen, basierend auf der Bestimmung der Zeitpunkte ihres "Erscheinens" und "Verschwindens", was es ermöglicht, die Verteilung der Elektronenkonzentration N (z) von zu bestimmen die Ionosphäre über dem Maximum. Vorläufige Ergebnisse der entsprechenden Verarbeitung experimenteller Daten werden vorgestellt. Die Analyse der Ergebnisse der Arbeit führt zu einigen wichtigen und interessanten Ideen über die äußere Ionosphäre - quantitative Eigenschaften der abnehmenden Elektronenkonzentration sowie einige Überlegungen über die "Grenze", an der die Atmosphäre mit dem interplanetaren Gas in Kontakt steht.

... Wir haben die Ergebnisse des Empfangs von Satellitenfunksignalen nur für den 5., 6. und 7. Oktober berücksichtigt[1957]. Im gesamten Datensatz (ca. 600 Zeitpunkte von Beginn und Ende des Signalempfangs) waren nur in ca. 60–70 Fällen die Bedingungen erfüllt, z. B. keine komplexen Wellenbahnen auf der Frequenz 40 MHz und ein „Funksonnenaufgang“ und "Radio Entry" des Satelliten wurde in sauberer Form beobachtet, wenn ωs / ω < ωs / ωe oder ωs / ω ≥ ωs / ωe ... Bei einer genaueren Analyse dieser Daten stellte sich heraus, dass manchmal die Hörbarkeit dadurch unterbrochen wurde ein unbekannter Grund bei kürzeren Entfernungen. Und umgekehrt wird in manchen Fällen bei dem bestehenden Frequenzverhältnis ωs/ω < ωs/ωe die Empfangsreichweite um mehrere hundert km die maximal theoretisch mögliche Distanz überschritten. Man bekommt den Eindruck, dass dies in manchen Sitzungen daran lag, dass die Wellenbahn gleitete.

Fett ist meins.

Auf Seite 7 ist ein Bild des Ionosphärenmodells, das aus radiowissenschaftlichen Sputnik-Daten erstellt wurde.

Über die Verfolgung von Sputnik-1 - laut russischem Wikipedia-Artikel wurde er von mehreren optischen Stationen mit Marinechronometern verfolgt. Auf den Fotos wurde Sputnik in Bezug auf bekannte Sterne geortet, die es erlaubten, aktuelle Bahnparameter zu berechnen. Aktives Radar oder Radio-Doppler-Effekt wurden von den Sowjets meines Wissens nicht verwendet. Obwohl der Wiki-Artikel keine Links enthält, um dies zu bestätigen .

Es wird auch behauptet, dass die Flugbahn von Sputnik-1 tageszeitliche Schwankungen der Dichte der oberen Atmosphäre zeigte – hier sind Memoiren (auf Russisch) , die dies erwähnen, aber ohne Links zu wissenschaftlichen Veröffentlichungen.

Zitieren:

И вот запущен первый спутник. Он, конечно, тормозится в верхней атмосфере и поэтому его орбита постепенно изменяется, большмая ось орбиты. По идее, наблюдая эти изменения, можно решать обратную задачу механики - по траектории определять действующие силы, например, силы аэродинамического торможения и, как следствие, плотность атмосферы. Это только по идее. На пути осуществления ее стояло немало трудностей, блестяще преодоленных М.Л. Лидовым. Он не только разработал алгоритмы определения атмосферы и использовал эти алгоритмы для фактического определения плотности, но и открыл удивительные вариации плотности, например, суточные. . поэтому на фиксированной высоте атмосфера плотнее днем, нежели ночью. Я помню, как Лидов докладывал эти результаты на совещании у М.В. Келдыша. Присутствующие геофизики были потрясены.

Und so wurde der erste Satellit gestartet. Es wird natürlich in der oberen Atmosphäre abgebremst und daher ändert sich seine Umlaufbahn allmählich, die Hauptachse der Umlaufbahn nimmt ab. Theoretisch ist es durch Beobachtung dieser Änderungen möglich, das umgekehrte Problem der Mechanik zu lösen - durch die Flugbahn, um die wirkenden Kräfte zu bestimmen, beispielsweise die Kräfte des aerodynamischen Bremsens und folglich die Dichte der Atmosphäre. Dies ist nur eine Idee. Viele Schwierigkeiten standen seiner Umsetzung im Wege, die ML Lidov brillant überwunden hat. Er entwickelte nicht nur Algorithmen zur Bestimmung der Atmosphäre und verwendete diese Algorithmen, um die Dichte tatsächlich zu bestimmen, sondern entdeckte auch erstaunliche Variationen der Dichte, wie z. Auf der Sonnenseite der Erde "schwillt" die aufgeheizte Atmosphäre an, Linien gleicher Dichte ziehen sich zur Sonne hin; Daher ist die Atmosphäre in einer festen Höhe tagsüber dichter als nachts. Ich erinnere mich, wie Lidov diese Ergebnisse bei einem Treffen mit MV Keldysh berichtete . Die anwesenden Geophysiker waren schockiert.

Hyperlinks in Anführungszeichen sind meine.

WARNUNG!

Ich schlage vor, die Informationen ohne "harte Quellen" mit Salzkorn zu nehmen. Es kann zu einem gewissen historischen Revisionismus oder zumindest zu Fehlern neigen. Zum Beispiel zitiert die Wikipedia-Seite Memoiren des schwedischen Wissenschaftlers Bengt Hultqvist , aber wenn man sich das verlinkte Buch ansieht, ist klar, dass er mit den Daten von Sputnik-3 gearbeitet hat, nicht von Sputnik-1. ( http://www.iki.rsi.ru/books/2007pervaya_r.pdf - 7 MB, auf Russisch)

Zitieren:

Мы, как и миллионы других людей по всему миру, наблюдали за маленькой яркой точкой, пересекающей небо в часы заката и восхода, и ловили сигналы «бип-бип-бип» Спутника по радио. Мы с большим интересом следили за тем, какой громкий резонанс вызвало это событие во всех средствах массовой информации, и скоро начали думать над тем, как можно было бы использовать радиоизлучение Спутника для научных исследований. Мы начали измерения суммарного электронного состава ионосферы, используя эффект Фарадея, и одна из первых докторских диссертаций, написанных в обсерватории, основывалась на подобных измерениях по радиопередачам Спутника-3 .

Übersetzung:

Wir, wie Millionen andere Menschen auf der ganzen Welt, beobachteten einen kleinen hellen Punkt, der bei Sonnenuntergang und Sonnenaufgang den Himmel überquerte, und hörten die Signale "piep-piep-piep" des Satelliten im Radio. Mit großem Interesse verfolgten wir die große Resonanz, die dieses Ereignis in allen Medien auslöste, und begannen bald darüber nachzudenken, wie es sein könnte, die Satellitenradio-Emission für die wissenschaftliche Forschung zu nutzen. Wir haben begonnen, die gesamte elektronische Zusammensetzung der Ionosphäre unter Verwendung des Faraday-Effekts zu messen, und eine der ersten Doktorarbeiten, die am Observatorium geschrieben wurde, basierte auf ähnlichen Messungen von Sputnik-3- Funkübertragungen.

... Wenn ich Zugang zu russischen wissenschaftlichen Veröffentlichungen der späten 1950er Jahre hätte, könnte ich etwas Genaueres sagen, aber ich habe es nicht.

Ich weiß nicht, was die UdSSR damit vorhatte, aber ich weiß, was die US-Marine damit gemacht hat. Forscher des Applied Physics Lab der Johns Hopkins University verwendeten die Doppler-Verschiebung des 20-MHz-Tons, um die Umlaufbahn von Sputnik-1 sowie die ionosphärische Elektronendichte und ein paar andere Dinge (wie einen Senderfrequenzversatz von ~1 kHz von den nominellen 20 MHz) zu bestimmen ) und entwarf dann das erste Satellitennavigationssystem, Transit , basierend auf diesem Prinzip, das noch heute in DORIS verwendet wird, um zentimetergenaue Genauigkeit für erdwissenschaftliche Radaraltimetrie- Missionen zu erzielen .

Sputnik 1 wurde mit Stickstoff bei 1,3 atm unter Druck gesetzt. Die Dauer des Piepsens war an einen Drucksensor gebunden. Die Logik war, dass, wenn etwas (wie ein Mikrometeoroid) in den Satelliten eindrang, die Druckänderung dies erkennen und die Wissenschaftler am Boden informieren würde. Dieser einfache Test hatte wissenschaftlichen Wert für die späteren Programme mit lebenden Proben (einschließlich bemannter Raumfahrzeuge). Quellen:

Eine kurze Geschichte von Sputnik 1

Sputnik 1 (Wikipedia)

Sowohl der Innendruck als auch die Temperatur von Sputnik 1 waren im Funksignal kodiert.

Die Analyse der Funksignale wurde verwendet, um Informationen über die Elektronendichte der Ionosphäre zu sammeln. Wenn die Temperatur 50 ° C (122 ° F) überstieg oder unter 0 ° C (32 ° F) fiel, wurde ein weiterer thermischer Steuerschalter aktiviert, der die Dauer der Funksignalimpulse änderte. Sputnik 1 war mit trockenem Stickstoff gefüllt und auf 1,3 atm unter Druck gesetzt.[40] Der Satellit hatte einen barometrischen Schalter, der aktiviert wurde, wenn der Druck im Inneren des Satelliten unter 130 kPa fiel, was auf einen Ausfall des Druckbehälters oder ein Loch durch einen Meteor hindeutet und die Dauer des Funksignalimpulses geändert hätte.

Quelle Wikipedia .

Aber es war keine analoge Codierung und keine digitale Codierung mit einer kleinen Anzahl von Bits. Nur die Zustände:

• Temperatur über 50 °C
• Temperatur unter 50 °C und über 0 °C
• Temperatur unter 0 °C
• Druck über 130 kPa
• Druck unter 130 kPa

wie die Dauer der Funkimpulse übertragen wurden und nicht mehr.

Im Nachhinein hatte Sputnik 1 einen gewissen wissenschaftlichen Wert. Aber alles, was es tat, war ein Piepton. Das ist ein Fakt. Es hatte keine wissenschaftlichen Nutzlasten.

Egal wie sehr man die nachträglichen wissenschaftlichen Entdeckungen beschönigt, die aus der Umlaufbahn von Sputnik-1 abgeleitet wurden, Tatsache ist, dass die Sowjetunion Sputnik-1 absichtlich alle wissenschaftlichen Instrumente entzogen hat, die die Akademie der Wissenschaften der UdSSR auf diesem ersten Raumschiff installieren wollte um die Erde zu umkreisen und sie durch einen Funksender zu ersetzen, der einen vernachlässigbaren wissenschaftlichen Wert hatte. Viele dieser wissenschaftlichen Instrumente wurden gebaut und auf Sputnik-3 installiert. Sputnik-3 wurde jedoch gestartet, nachdem die USA Vanguard-1 gestartet hatten, das ebenfalls über wissenschaftliche Nutzlasten verfügte.

Der einzige Zweck von Sputnik-1 war es, das erste Objekt zu sein, das von der Menschheit in die Umlaufbahn geschickt wurde, und der Welt beweisen zu können, dass es sich im Weltraum befindet (durch Senden von Pieptönen). Als Erster im Weltraum zu sein, war an und für sich schon eine spektakuläre Leistung, und die Führung der Sowjetunion wusste das sehr gut. Trotz der Tatsache, dass alles, was es tat, ein Piepton war, hat Sputnik-1 historisch eine viel, viel höhere Bedeutung als Vanguard-1 oder Sputnik-3, die beide wissenschaftlich viel, viel wichtiger sind als Sputnik-1.