溯源:2018世界杯足球源于一颗卫星?

 

说起1970年的经典足球Telstar,它的诞生也与世界航天关系紧密。...



足球世界杯进行得如火如荼,很快成为了各大媒体、社交网站的主流话题。来自32个国家的足球队在俄罗斯多个场地展开一场场激烈的比赛,一颗小小的足球牵动着成千上万人的心。

常看球的球迷朋友都知道,基本每届世界杯都会更换足球,如下图所示,自1970年墨西哥世界杯开始,国际足联采用了各式各样的足球,并且历届世界杯用球均由阿迪达斯(adidas)提供。

历届世界杯用球,中心的是今年俄罗斯世界杯的 Telstar18


2017年11月10日,阿迪达斯正式发布2018年俄罗斯 FIFA 世界杯官方比赛用球——Telstar18(官方中文名:电视之星)。为什么叫“电视之星(Telstar)”,那个“18”是什么意思呢?

“18”指的是这款球是2018世界杯使用的,之所以加上这个数字,是因为这款新球其实是对以前足球的致敬——1970年墨西哥世界杯首款由阿迪达斯提供的世界杯用球正是名为 Telstar,是历史上首款黑白相间的足球。1970年的 Telstar 足球由32片手缝球皮(12片黑色五角型和20片白色五角形)组成当时最完美的圆形足球,至今普通的足球仍沿用这个原型,可以说是经典中的经典——一提起足球,很多人头脑中浮起的印象依然是那个多边形的黑白足球。这次2018俄罗斯世界杯所使用的 Telstar18 足球,是在此基础上进行的改进,黑白色的多边形外形更加酷炫。
1970年的 Telstar 足球


而说起这款1970年的经典足球 Telstar,它的诞生也与世界航天关系紧密。

1962年7月10日,美国国家航空和空间管理局利用德尔塔火箭将一枚名为“电星”一号(Telstar 1,其实所谓“电星”正是我们今天所说2018足球的“电视之星”)的卫星送入了近地椭圆形轨道。这是专门为美国电话电报公司发射的第一颗成功而有效的民用通信卫星。时至今日,曾有多颗电视广播卫星取名为 Telstar 。下图是 Telstar 1 的外形,它正是凸显了一种两色多边形的外形,与后来的 Telstar 足球非常的相似。
Telstar 1卫星外形


最早的 Telstar 是两颗几乎一样的试验性卫星:Telstar 1于1962年7月10日升天,运行到1963年2月21日,Telstar 2于1963年5月7日升天,运行到1965年5月16日。在运行期间,Telstar 1首次通过太空转播了电视影像、电话和电传图像,完成了首次跨大西洋电视实播。在我们广泛使用卫星电视转播观看世界杯的今天,可以说 Telstar 1 卫星正是这一切的开创者。

最初的 Telstar 属于美国电话电报公司,是该公司、贝尔实验室、美国国家航空航天局、英国邮政总局和法国电信之间的一项国际协议的一部分,该协议的目标在于开发试验性跨大西洋卫星通讯。

Telstar 卫星是由贝尔实验室的一个小组研制的,其中包括项目创始人约翰·皮尔斯、发明卫星里使用的行波管的鲁道尔夫·康普夫纳以及设计了卫星的三极管与太阳能板的詹姆斯·厄利。卫星的形状大致为球形,其直径为880毫米,重77千克。它通过自转来维持稳定性,在表面覆盖有太阳能电池来提供电力,电池功率为14瓦。携带1064只晶体管、1464只二极管和3600片太阳能电池,可以为1064个频道实行卫星转播。它有一个在当时很先进的转发器来传递数据,可以传送一个电视频道或者分频多工的电话联接。卫星中间那一圈装着多个小天线,组成全向天线,接收和转播6 MHz 的微波信号,转发器把信号混频为4 MHz ,使用一个行波管放大信号,然后全向发送。卫星头顶的螺旋天线是用来接收地面控制站的遥控指令的。
Telstar 1卫星装配


Telstar 1是椭圆轨道,轨道的公转周期为2小时37分钟,与赤道的倾角为45度,近地点离地面约1000千米,远地点离地面约6000千米。由于轨道特性,其实它每转一圈仅有20分钟时间可以进行跨大西洋转播。

不过,成功的是,在发射的当天 Telstar 1就从美国向法国转播了电视图像(安德沃地面站外的一面旗)。

在 Telstar 1发射之前,人们使用微波电视塔传递电视图像和其他通信信息,点对点进行传送,也能通过修建大量电视塔勉强实现信号传达全球。但一旦信号到达海洋,海上难以修筑电视塔,就要受到明显的限制。直到 Telstar 1,人们才能进一步憧憬全球电视直播这样便利的服务。
Telstar 1卫星发射


不幸的是,就在 Telstar 1卫星发射的前一天,也就是1962年7月9日,美国测试了一枚高空核炸弹(海星一号),也就是发射核弹到近地宇宙空间中引爆。这枚炸弹增加了地球周围的等离子体密度,加强了地球的范艾伦辐射带,Telstar 1 卫星所飞行的环境大大受到波及。在这里业已升高的放射性、加上后来继续进行的高空核武器试验(例如前苏联在同年10月也进行了试验)使得卫星上脆弱的三极管饱和,仅仅在1962年12月初卫星就停止了工作(只工作了不到半年)。1963年1月初,专家尝试绕过被破坏的三极管让卫星恢复工作,但卫星依然受到辐射的影响,再加上太阳辐射的作用,三极管再次损坏到无法挽救,因此1963年2月21日 Telstar 1 正式停止工作。
1962年7月9日海星一号高空核试验爆炸(截取自公布的视频)


不过 Telstar 1 卫星还是翻开了卫星技术的新篇章,带给全世界极大的影响。它使得长途通信发生了重要的变化,而且还大幅度减少了电视网的运营成本,重新改变了电视网的技术和经济格局。1970年墨西哥世界杯首次通过卫星电视向全球直播,但在当时全世界仍然以黑白电视机为主,为了让足球在黑白电视机上更容易辨认,设计了黑白相间的球体,并最终命名为 Telstar 足球。而我们今天所观战的2018俄罗斯世界杯所用的 Telstar18 足球,也是由它而生。

来源:中国科学院国家空间科学中心


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