Na počátku padesátých let dosáhla raketová technika
v SSSR takové úrovně, že se začalo uvažovat o vypuštění
umělé družice Země.
V té době však nebyl stupeň vědomostí o fyzikálních
vlastnostech horních vrstev atmosféry a kosmickém prostoru
v okolí Země příliš vysoký. Chyběly také konstrukční
zkušenosti z hermetizací družice, zabezpečení jejího
tepelného režimu v kosmických podmínkách, zajištením
napájení přístrojů elektrickou energií atd. Série prvních
umělých družic měla tedy prakticky vyřešit tyto problémy.
Družice musí být maximálně jednoduchá a spolehlivá.
Tvar družice musí být sférický, aby bylo možné s velkou
přesností měřit hustotu atmosféry při neorientovaném letu po
dráze kolem Země.
Družice musí vysílat nepřetržitě nejméně na dvou
frekvencích s dostatečným výstupním výkonem.
Pro vypracování metod měření parametrů dráhy pomocí
radiolokátorů je třeba upevnit na nosnou raketu koutové
odrážeče.
Napájení palubní aparatury družice zabezpečit chemickými
zdroji elektrické energie, schopnými zásobovat přístroje
energií po dobu až tří týdnů
Umístění družice na nosné raketě a její oddělení zajistit
tak, aby bylo dosaženo spolehlivého oddělení družice a
rozevření antén.
Rádiové stanice družice s výkonem 1 W budou pracovat na
frekvencích kolem 20 a 40 MHz a předávat údaje z teplotního
a tlakového čidla změnou délky vysílaných signálů a délky
pauzy mezi nimi.
Start musí zabezpečit praktickou prověrku procesů dopravy
družice na dráhu a oddělení od nosné rakety. Dále start
poslouží k vypracování rádiových a optických metod měření
drah družice. Nakonec umístěním družice na oběžnou dráhu se
prověří principy tepelné regulace a hermetizace v podmínkách
kosmického prostoru.
Družici tvořila hermetická schránka kulového tvaru
s vnějším průměrem 580 milimetrů. Schránka byla vyrobena
z hliníkové slitiny a tvořily ji dvě polokoule. Okraj každé
polokoule byl zakončen stykovým prstencem; hermetizace bylo
dosaženo vložením vakuové těsnicí gumy do kruhového vybrání
jednoho z prstenců. Zadní polokoule současně sloužila jako
vyzařovací povrch systému tepelné regulace. Hermeticky
uzavřená schránka družice byla naplněna bezvodým dusíkem o
tlaku 0,13 MPa. K plnění dusíku se použilo speciálního
ventilu a hrdla se zátkou a gumovým těsněním.
Uvnitř družice byla umístěna následující aparatura:
Blok chemických zdrojů elektrické energie, vysílací
aparatura, ventilátor a difuzor systému tepelné regulace,
přepínací zařízení, čidla teploty a tlaku, kabelová síť.
Blok chemických zdrojů elektrické energie se skládal ze
tří stříbrozinkových akumulátorů ve tvaru osmibokého hranolu
(výška 270 mm, příčný rozměr 450 milimetrů), v němž byla
umístěna vysílací aparatura. Toto uspořádání umožňovalo
symetrickou cirkulaci dusíku uvnitř hermetické schránky a
správné ochlazování vysílačů. Zdrojový blok byl připevněn
v osmi místech ke stykovému prstenci přední polokoule. Dva
akumulátory sloužily k napájení palubních vysílačů, třetí
napájel ventilátor systému tepelné regulace a přepínací
zařízení. Vysílací aparaturu tvořily dva vysílače, osazené
elektronkami (polovodiče mohly být ovlivněny radiací). Na
každé z obou frekvencí se vysílaly telegrafní signály o
délce od 0,2 do 0,6 s. Jeden vysílač pracoval v době
přestávky druhého.
Anténní systém tvořily čtyři pruty; dva měly délku 2,4
m, další dva délku 2,9 m. Pruty byly umístěny na
izolátorech. Správné nastavení úhlu antén po oddělení od
posledního stupně rakety zajistil pružinový mechanismus. Při
uznístění na posledním stupni byly antény složeny tak, aby
bylo možné družici zakrýt kónickým aerodynamickým krytem o
vrcholovém úhlu 40°. V této poloze byly antény drženy osmi
západkami. Po oddělení družice od nosné rakety se úhel mezi
anténami, umístěnými proti sobě, zvětšil na 70°. Tím se
dosáhlo nejlepšího vyzařovacího diagramu anténního systému.
Systém tepelné regulace sestával ze zdvojeného
bimetalického termorelé, ventilátoru s přívodem elektrické
energie, difuzoru, a zadní polokoule. Ventilátor se zapínal
při teplotě >30 °C, cirkulující dusík pak předával teplo
zadní polokouli. Při snížení teploty na 20 až 23 °C se
ventilátor vypínal.
Napájení vysílačů a systému tepelné regulace se po
uvedení na dráhu kolem Země zajišťovalo spínacím zařízením,
které seplo pólový kontakt v okamžiku oddělení družice od
posledního stupně nosné rakety.
Raketa s první družicí Země startovala 4. října 1957 ve
22.28 h moskevského času. Po oddělení družice od nosné
rakety začaly pracovat vysílače a na posledním stupni rakety
se rozevřel koutový odrážeč, jehož pomocí byl sledován pohyb
rakety. Pozorování po prvních pěti obězích ukázala, že
signály družice jsou dobře slyšitelné. Doba oběhu družice
činila 96,2 min., sklon oběžné dráhy k rovině rovníku 65° a
výška 227 - 945 km. Určování parametrů dráhy posledního
stupně nosné rakety probíhalo do konce listopadu 1957.
Při letu první družice se sledoval koeficient pohlcování
rádiových vln v ionosféře a vliv ionosféry na šíření
rádiových vln. Také optická pozorování dovolovala určit
parametry dráhy družice i posledního stupně nosné rakety.
Optických pozorování se používalo k upřesňování vypočtených
parametrů dráhy a k předpovědi přeletů družice.
Doba existence družice se určovala. podle změn oběžné doby. V důsledku tření
o atmosféru se doba oběhu družice na počátku letu zmenšovala o 1,8 s za 24 hodiny
(nebo po 15 obězích kolem Země). První družice setrvala na dráze kolem Země
92 dny a uskutečnila cca 1400 oběhů. Dne 4. ledna 1958 vstoupila do hustých
vrstev atmosféry a zanikla.
