В середине XX в. началась новая, космическая эра в истории человечества. Звездное небо, бесконечная Вселенная, которые манили людей многие тысячелетия, стали ближе. Человек сделал шаг из своей земной колыбели, и перспективы его движения к другим мирам уже не кажутся фантастикой.
Разработкой космической теории давно занимались как в Советском Союзе, так и в других странах. Признанными классиками в теории ракетной техники и космонавтики стали Циолковский, Цандер, Кондратюк, которые сделали соответствующие расчеты задолго до первых полетов в космос. После окончания Второй мировой войны космическим исследованиям в ведущих державах придавали особое значение. Естественно, не в последнюю очередь политиков интересовала военная сторона дела, перспектива установления своей гегемонии с помощью космического оружия. На разработку ракетной и космической техники были брошены лучшие научные силы США и СССР. В Советском Союзе руководителем космических программ стал специалист по ракетным системам Сергей Королев.
В первый раз вопрос о создании искусственного спутника Земли в СССР был поставлен в декабре 1953 г. при подготовке проекта по межконтинентальной баллистической ракете Р‑7. Предлагалось «организовать в НИИ‑88 научно‑исследовательский отдел с задачей разработки проблемных заданий совместно с Академией наук в области полета на высотах порядка 500 и более км, а также разработки вопросов, связанных с созданием искусственного спутника Земли и изучением межпланетного пространства с помощью изделия».
Эта задача рассматривалась в ОКБ Королева не как разовая, а с расчетом на создание специального направления в развитии ракетостроения. 16 марта 1954 г. состоялось совещание у директора Реактивного научно‑исследовательского института (НИИ‑1) Мстислава Келдыша, на котором был определен круг научных задач института. С помощью спутника ученые намеревались получить данные об ионосфере, сведения о первичном космическом излучении, наблюдать за ультрафиолетовой частью спектра звезд и Солнца, проверить некоторые следствия общей теории относительности и др. Намечались эксперименты с животными для изучения их поведения в условиях длительного отсутствия силы тяжести, а впоследствии и выведение на орбиту человека.
Но главным был вопрос, о котором не упоминали, но о котором все думали: кто же первым покорит космос – СССР или США?
Для отработки тактико‑технических характеристик межконтинентальной ракеты, запуска искусственных спутников Земли, выполнения научно‑исследовательских и экспериментальных работ по тематике ракетно‑космической техники в феврале 1955 г. в Казахстане, в районе поселка Тюра‑Там (Байконур), началось строительство полигона.
Постановление Совмина о работах по искусственному спутнику Земли было подписано 30 января 1956 г. Предусматривалось создание в 1957–1958 гг. на базе ракеты Р‑7 неориентированного спутника (объект Д) весом 1000–1400 кг. Устанавливался срок первого пробного пуска объекта Д – 1957 г. По ходу подготовки к запуску упрощались задачи и сама конструкция спутника, уменьшался его вес.
К июлю 1956 г. был готов эскизный проект искусственного спутника Земли. Стремление осуществить первый пуск спутника как можно быстрее, накладывало жесткие ограничения на техническую оснащенность эксперимента. Из‑за таких вынужденных ограничений приходилось рассчитывать всего на 7–10 суток полезной работы спутника при теоретическом времени существования от 2 до 12 недель, ограничить объем получаемой информации и не надеяться на достаточную точность измерений орбиты.
Разработчики назвали аппарат Простейшим спутником – ПС‑1. Он был сферической формы и оснащен радиопередатчиками, весил 83,6 кг. Контейнер был сделан из двух полуоболочек, соединенных болтами, а между ними для обеспечения герметичности была установлена прокладка из специальной резины, не терявшей своей эластичности в космосе. Аппаратура, смонтированная на раме, состояла из двух передатчиков, работавших на разных частотах: для их питания использовались химические батареи. Внутри контейнер заполнили азотом, специальный вентилятор поддерживал циркуляцию азота в условиях невесомости. Установленные на спутнике датчики контролировали давление и температуру в контейнере и через радиопередающую аппаратуру посылали данные на Землю.
Не все конструкторы и руководители государства поддерживали идею срочных работ по спутнику. Им казалось, что гораздо важнее доработать ракету Р‑7. Но Королев настойчиво указывал на важность проекта, в частности, постоянно напоминал, что США стараются всеми силами добиться приоритета в этой области. Так, в сентябре 1956 г. США сделали попытку запустить на базе Патрик, штат Флорида, трехступенчатую ракету со спутником на борту.
21 августа 1957 г. Р‑7 впервые полностью выполнила намеченный план полета. 4 октября 1957 г. в 22 часа 28 минут по московскому времени ракета с первым искусственным спутником Земли стартовала с Байконура. Через 295,4 с после старта ПС‑1 и центральный блок ракеты весом 7,5 т были выведены на эллиптическую орбиту высотой в апогее 947 км, в перигее 288 км, время обращения вокруг Земли – 96,2 минут. На 315‑й секунде после старта, искусственный спутник Земли отделился от второй ступени ракеты‑носителя и своим знаменитым «бип‑бип» возвестил начало новой эры. Спутник совершил 1440 оборотов вокруг Земли и прекратил свое существование 4 января 1958 г.
Информация о запуске стала мировой сенсацией. Само русское слово «спутник» вошло в словари. Американцы были шокированы. А уже 3 ноября СССР вывел на орбиту второй спутник – с собакой Лайкой на борту. 1‑й, 2‑й и 3‑й советские спутники позволили получить ряд сведений фундаментального значения: о высотном ходе и вариациях плотности, температуре и химическом составе верхней атмосферы Земли, распределении электронной концентрации в ионосфере, наличии и особенностях пространственно‑временной структуры в распределении заряженных частиц, захваченных геомагнитным полем. Результаты, полученные с помощью первых искусственных спутников Земли, легли в основу представлений о физике околоземного космического пространств.