在上世紀60年代,一個大膽而富有爭議的計劃悄然展開。它不涉及人類或衛星,而是數億根微小的銅針。美國的西福特計劃,旨在通過在地球軌道上散布4億3000萬根銅制偶極天線,來創建一個巨大的通信網絡。
這些銅針,每根僅1.78厘米長,被設計來反射地面發射的無線電信號,以實現全球范圍內的通信覆蓋。數十年過去了,這場旨在提高通信能力的嘗試是否值得如此巨大的代價?
斯普特尼克1號與加加林的壯舉
上世紀50年代中期,隨著美蘇彈道導彈的問世,太空競賽的萌芽開始生長。1957年,蘇聯科學家謝爾蓋·科羅廖夫在蘇聯科學院創立了一個委員會,這個委員會的成立是為了“在進入地球軌道進程中”打敗美國。
科羅廖夫,這位被譽為“蘇聯航天之父”的科學家,憑借其卓越的領導能力和科學才智,迅速帶領蘇聯在太空探索領域取得了顯著的進展。這一委員會的成立標志著太空競賽的正式開始。蘇聯在太空探索領域的進展迅速而顯著,但這些進展卻成為了國家機密,不對外公開。
當時的蘇聯,整個國家都籠罩在保密的氣氛中,任何關于太空計劃的信息都被嚴格控制。科羅廖夫和他的團隊在絕對保密的環境中夜以繼日地工作,經過無數次的試驗和失敗,他們終于在1957年10月4日成功發射了人類歷史上第一顆人造地球衛星——斯普特尼克1號。
這個鋁制球形衛星,直徑僅58厘米,重約83.6公斤,搭載了一個簡單的無線電發射器,能發出連續的“滴滴”聲信號。斯普特尼克1號的成功發射在全球范圍內引發了轟動效應。
在這顆衛星發射后的幾天內,全世界的新聞頭條都在報道這一歷史性事件,許多人通過無線電接收器親自聆聽到了來自太空的信號。此時的美國,原本在國際舞臺上自認為在科技領域領先,對蘇聯的成功感到震驚和壓力,促使其重新評估自身的太空計劃。
在斯普特尼克的激勵下,美國加緊了自己的航天努力,最終在1958年成功發射了自己的第一顆人造衛星探險家1號。然而,斯普特尼克1號的發射仍舊是一個轉折點,美蘇之間的太空競賽日益激烈。
1961年4月12日,進一步擴大了蘇聯在太空競賽中的領先地位,尤里·加加林成為了首位進入太空的人類。加加林乘坐的東方1號飛船從拜科努爾發射場升空,完成了繞地球一圈的飛行。加加林的飛船在軌道上的飛行時間不到兩小時,但這足以使他成為全球的英雄。
在飛行期間,加加林通過無線電與地面控制中心保持聯系,他的聲音穿越大氣層,被全世界的聽眾接收到。在加加林安全返回地面后,他被蘇聯政府迎接為英雄,隨后在全世界范圍內進行了巡回訪問,成為推動和平利用外太空的象征。
阿波羅11號與登月成功
在蘇聯取得一系列領先地位之后,美國認識到需要迅速并有效地應對太空競賽中的落后局面。于是,美國政府和美國宇航局(NASA)加大了資源投入,以太空探索為國家戰略的重點項目。
在這種強烈的國家意志推動下,美國的航天科技和研發力量得到了集中和充分的激發。1969年7月20日,歷史性的一刻終于到來。美國宇航員尼爾·阿姆斯特朗和巴茲·奧爾德林乘坐阿波羅11號飛船成功登上月球表面,實現了人類歷史上的巨大突破。
這次任務從準備到實施,歷時數年,涉及成千上萬的科學家、工程師和技術人員。在發射前的幾個月,阿波羅11號的每一部分都經過了無數次的測試和檢查,以確保一切按計劃進行。
阿波羅11號的飛行計劃精密復雜,涉及到超過一百萬個獨立的電子部件和數千個機械系統,它們必須在極端條件下無誤地工作。飛船在發射后三天達到月球軌道,然后阿姆斯特朗和奧爾德林轉移至登月艙“老鷹”,而邁克爾·柯林斯則留在指揮艙中繼續圍繞月球軌道飛行。
當“老鷹”登月艙最終著陸在月球的靜海區域時,全世界都屏息以待。阿姆斯特朗首先走出艙門,他的那一步成為了“人類的一大步”,同時也象征著美國在太空競賽中的強勢反超。
他們在月球表面停留了大約21個小時,期間進行了地質采樣,設置了科學實驗裝置,并拍攝了大量的照片和視頻。
阿波羅11號的任務成功后,宇航員們安全返回地球,受到了全世界的熱烈歡迎和贊揚。這次登月成功極大地提振了美國民眾的國家自豪感,也激發了新一代年輕人對科學和探索的熱情。
空中通信的革命:西福特計劃的誕生與實施
在上世紀70年代初,冷戰的陰影籠罩著全球。這個時期,國際通信的安全和穩定成為了各大國關注的焦點。主要的通信手段,海底電纜,雖然相對可靠,但一旦被敵對國家切斷,后果將不堪設想。
此外,依賴電離層反射的無線電通信,雖廣泛使用,但其傳輸質量受氣候和其他環境因素的影響極大,經常出現信號不穩定的情況。在這樣的背景下,美國軍方開始考慮新的解決方案,以確保即使在極端情況下也能保持通信的穩定性。
他們提出了一個前所未有的想法,即通過在地球低軌道上散布大量的銅制偶極天線來創建一個可以反射無線電信號的人造“云”,這就是后來被稱為西福特計劃的項目。這個計劃不是一蹴而就的。
事實上,回到1960年代,美國的科學家們就已經開始探索這一領域的可能性。他們最初的實驗包括在地面上模擬和測試銅針的反射特性,以及研究它們在空間環境中的行為模式。
通過一系列的試驗,科學家們逐漸完善了銅針的設計,確定了最優的長度和直徑,最終定型為1.78厘米長,直徑在25.4微米至17.8微米之間的尺寸。1970年,隨著技術的成熟和戰略需求的迫切,西福特計劃正式啟動。
計劃中,要向軌道送上4億3000萬根銅針,這些銅針將被特制的發射載具帶入太空,并在預定軌道上釋放。為了實現這一壯觀的場景,美國的工程師們設計了一種特殊的分散機制,可以在軌道上均勻地散布這些銅針。
西福特鎮的衛星天線也在此時建成,它的任務是與軌道上的銅針云進行互動,發送和接收通過銅針云反射的信號。這個小鎮位于馬薩諸塞州,選擇這里作為通信基地,是因為其地理位置能提供較寬的視野和較少的電磁干擾,有利于信號的清晰接收。
然而,盡管計劃在技術上得到了突破,西福特計劃的實施過程中也遇到了不少困難。首次發射嘗試在1971年進行,但由于技術故障,銅針沒有成功展開,未能形成預期的環狀結構,導致通信效果大打折扣。
西福特計劃的實施與失敗
不甘心首次失敗,美國軍方和科研團隊進行了為期三年的重新設計和測試,對計劃中的技術難題進行了深入分析和修正。1966年,美方進行了第二次嘗試。
這次,他們使用了更精確的發射和展開技術,成功將銅針散布在地球軌道上,并且這些銅針成功展開,形成了預期中的環狀結構。據記錄,這些銅針主要分布在3500公里到3800公里的高度之間,軌道傾角在96度到87度之間。
成功形成的人工環狀針云在實際通信應用中表現出了較高的效能。通過地面站發射的無線電信號能夠被銅針云有效反射,實現了遠距離的通信覆蓋。這種通信方式在理論和實際測試中證明了其潛力,為全球軍事和民用通信提供了新的可能性。
然而,盡管技術上取得了成功,西福特計劃卻迅速引發了國際社會的廣泛關注和爭議。國際各界對西福特計劃的抗議主要集中在環保和空間安全方面。
許多科學家和環保組織擔心,這些大量的銅針可能會對地球軌道環境造成長期的負面影響,增加太空碎片的數量,從而對未來的航天活動構成潛在威脅。此外,部分國家對于美國利用這種技術可能帶來的軍事優勢感到憂慮,擔心這將打破國際力量平衡。
面對強烈的國際反對,西福特計劃最終被迫中止。已經散布在軌道上的數億根銅針,因為沒有持續的維護和后續計劃的支持,逐漸淪為被忽視的太空垃圾。
盡管美國聯合國大使阿德萊·史蒂文森曾公開表示這些銅針將在太陽輻射壓力的作用下三年內脫離軌道并燒毀,但現實情況并非如此樂觀。長期的軌道觀測和分析顯示,直到今天,仍有約34萬根銅針殘留在太空軌道上。
這些殘留的銅針繼續在軌道上存在,成為現代航天探測和空間活動的障礙。它們的存在提醒人們在進行類似的太空活動時需要更加謹慎,考慮長期的環境影響和國際責任。
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參考資料:
[1]楊孝文.美曾試圖為地球套天線[J].環球軍事,2013(18):60-61
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