上世紀(jì)60年代以前，人們想要建立遠(yuǎn)距離的通訊，只有兩個(gè)辦法：要么通過(guò)海底的電纜傳輸，要么通過(guò)電離層反彈無(wú)線電信號(hào)。

然而，這兩種通訊手段都有許多缺點(diǎn)，海底電纜很可能因?yàn)楦鞣N原因被截?cái)啵婋x層的通訊對(duì)于自由電子的密度和無(wú)線電波的波長(zhǎng)都有很高的要求，只有特定的波長(zhǎng)遇到特定的電子密度后才能在地面和電離層間來(lái)回反彈，從而達(dá)到遠(yuǎn)距離傳播的效果。

但是，電離層的電子密度取決于它吸收的太陽(yáng)和宇宙中其它輻射源的輻射劑量，如果是夜間少了太陽(yáng)的輻射，基本就無(wú)法建立通訊了，或者十分不穩(wěn)定。

對(duì)于二戰(zhàn)剛剛結(jié)束沒(méi)多久的世界來(lái)說(shuō)，各國(guó)的局勢(shì)都不明朗，特別是美國(guó)和蘇聯(lián)當(dāng)時(shí)處在緊張的冷戰(zhàn)中，這種不穩(wěn)定的通訊技術(shù)明顯不夠用。

所以，當(dāng)時(shí)的科學(xué)家絞盡腦汁，希望建立全新的通訊系統(tǒng)，其中就包括美國(guó)科學(xué)家向太空發(fā)射了超過(guò)4.8億根銅針。

那么，這些銅針為什么能夠幫助建立通訊呢?現(xiàn)在這些銅針怎么樣了呢?

西福特計(jì)劃：銅針的作用

美國(guó)向太空發(fā)射銅針的項(xiàng)目被稱作“西福特計(jì)劃”，是1958年由麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家沃爾特·E·莫羅(Walter E. Morrow)所提出。

目的就是用數(shù)億根細(xì)微的銅針在地球上空建立一個(gè)環(huán)繞地球的“銅針環(huán)”，這個(gè)環(huán)可以永久性地反射無(wú)線電信號(hào)，而不受限于太陽(yáng)和其它干擾，完美地代替原有的電離層方案。

1961年10月21日，他們開(kāi)始了第一次測(cè)試，超過(guò)一億根銅針被發(fā)射，但不幸的是，由于針銅在軌道上沒(méi)有按計(jì)劃分散開(kāi)來(lái)，所以這次測(cè)試失敗了。

1963年5月9日，吸取教訓(xùn)之后，美國(guó)進(jìn)行了第二次嘗試，一批3.5億根銅針再次被送入軌道。

這次他們將這些銅針緊密地?cái)D在由萘凝膠制成的裝置中，整包針頭僅20公斤重，然后跟隨衛(wèi)星一起發(fā)送到地球軌道，萘凝膠會(huì)在太空中迅速蒸發(fā)，并釋放銅針。

按照原計(jì)劃，3.5億根銅針會(huì)在2個(gè)月的時(shí)間內(nèi)逐漸在地球軌道上釋放，然后形成一個(gè)環(huán)繞地球的環(huán)(如果成功的話地球會(huì)和土星一樣擁有一個(gè)光環(huán))。

最終，這個(gè)光環(huán)的寬度會(huì)達(dá)到15公里，厚30公里，在3700公里的高度沿著穿過(guò)南極和北極的軌道環(huán)繞地球運(yùn)行。

西福特計(jì)劃的銅針長(zhǎng)1.8厘米，直徑0.0018厘米，重量?jī)H為 40 微克，這個(gè)正好是8000 MHz微波波長(zhǎng)的一半。

當(dāng)這個(gè)波長(zhǎng)的微波撞擊銅針時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射，實(shí)際上這時(shí)候的銅針就是充當(dāng)微小的偶極天線，每個(gè)天線都在各個(gè)方向重復(fù)它們接收到的完全相同的信號(hào)。

5月14日，也就是發(fā)射的5天后，科學(xué)家首次嘗試使用西福特銅針進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。

這時(shí)候，偶極天線(銅針)還沒(méi)有完全散開(kāi)以填滿它們的整個(gè)軌道環(huán)，所以它們彼此的間距還比較密集。

當(dāng)天，西福特計(jì)劃的工程師在加利福尼亞州和馬薩諸塞州同時(shí)使用18.5米的微波碟形天線發(fā)送語(yǔ)音傳輸，數(shù)據(jù)的傳輸速率大約是每秒 20000 比特——和1992年電話調(diào)制解調(diào)器的速度差不多。

然而，讓工程師感到意外的是，隨著銅針的分散，數(shù)據(jù)傳輸速率顯著下降，到了6月18日，每秒只能傳輸 400 比特了。

這個(gè)時(shí)候的銅針還沒(méi)有完全填滿它的環(huán)，它還在繼續(xù)擴(kuò)散，到了7月2日，傳輸速率已經(jīng)沒(méi)法建立通訊了，所以項(xiàng)目終止。

事實(shí)上，這個(gè)項(xiàng)目在現(xiàn)在看來(lái)是很難成功的，因?yàn)殂~針被做得非常微小，它會(huì)因?yàn)楦鞣N原因而彼此遠(yuǎn)離并失去功能。

但那時(shí)候的人就是這么敢想和敢做，而且還嘗試了兩次。

銅針污染地球軌道

西福特計(jì)劃前后兩次總共向地球軌道發(fā)送了超過(guò)4.8億枚銅針，不知道你聽(tīng)到這樣的事情第一時(shí)間會(huì)想到什么，反正我想到的是難以處理的天空垃圾。

雖然，西福特計(jì)劃在技術(shù)上取得過(guò)成功——至少有過(guò)短暫的成功，但其實(shí)從這個(gè)項(xiàng)目從被提出來(lái)那一刻起，它就受到了社會(huì)各界的強(qiáng)烈反對(duì)。

當(dāng)然，那時(shí)候人類剛剛發(fā)送了人造衛(wèi)星，太空中的人造產(chǎn)物屈指可數(shù)，還沒(méi)有太空垃圾的概念，當(dāng)時(shí)的天文學(xué)家主要擔(dān)心的是這些密集的銅針會(huì)影響到天文觀測(cè)。

不過(guò)，那時(shí)候的美國(guó)并沒(méi)有因?yàn)閯e人的強(qiáng)烈反對(duì)而放棄這個(gè)注定失敗的項(xiàng)目，原因也很簡(jiǎn)單，代表人類未來(lái)的太空探索對(duì)他們來(lái)說(shuō)明顯可有可無(wú)，而當(dāng)下來(lái)自別的國(guó)家可能的威脅，他們認(rèn)為才是最需要解決的。

美國(guó)聲稱那些銅針經(jīng)過(guò)了精心設(shè)計(jì)，可以在發(fā)射后的幾年內(nèi)返回地球，同時(shí)那些銅針很小且距離也很遠(yuǎn)不會(huì)影響到天文觀測(cè)，以此為由不顧任何反對(duì)的聲音發(fā)射了銅針。

事實(shí)上，只要稍微理智一點(diǎn)的人都應(yīng)該知道，一個(gè)功能齊全、足以進(jìn)行可靠通信的“銅針環(huán)”，它的密度會(huì)小嗎?會(huì)讓它幾年時(shí)間就返回地球嗎?

所以，感謝這個(gè)項(xiàng)目失敗了，不然地球軌道上會(huì)布滿銅針。

不過(guò)，好在這些只是進(jìn)行測(cè)試的銅針確實(shí)在1970年左右，大批量重新進(jìn)入地球大氣層，由于它們太小了，在重新進(jìn)入時(shí)基本毫發(fā)無(wú)損，慢慢地飄落到地球表面。

現(xiàn)在這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)很少有人關(guān)注了，唯一能查到的數(shù)據(jù)是，截至 2020 年 3 月，已知仍有 36根針在軌道上運(yùn)行。

這些還在軌道上的已知銅針都會(huì)被標(biāo)記，在它即將影響到航天器時(shí)就會(huì)被處理，避免造成損失。

然而，沒(méi)人知道還有多少銅針未被觀察到，這些太空垃圾雖然微小，但對(duì)于太空事業(yè)來(lái)說(shuō)，它們的威脅一點(diǎn)也不小。

最后

據(jù)信，70年代有研究表明，大部分銅針落到了北極高地，大約達(dá)到每平方公里有五根銅針左右。

當(dāng)時(shí)的美國(guó)試圖找到這些銅針，因?yàn)檫@樣可以幫助他們了解太空環(huán)境，而他們還試圖恢復(fù)項(xiàng)目。

然而，要在數(shù)十億噸北極冰雪中找到這種微小的銅針，無(wú)異于大海撈針，也就不得不放棄了。

其實(shí)，到了70年代這樣的項(xiàng)目已經(jīng)完全沒(méi)有必要了，因?yàn)閹缀鹾瓦@個(gè)項(xiàng)目同一時(shí)期，通訊衛(wèi)星出現(xiàn)了。

或許，“銅針環(huán)”會(huì)比通訊衛(wèi)星更加抗打吧!