Echo projektu - Project Echo

Echo 1A
Echo-1.jpg
Echo 1 jest w pełni napompowane w hangarze marynarki wojennej w Weeksville w Północnej Karolinie
Operator NASA
Oznaczenie Harvarda 1960 alfa 11
ID COSPAR 1960-009A
SATCAT nr. 49
Właściwości statku kosmicznego
Producent Laboratoria Bell
Rozpocznij masę 66 kg (146 funtów)
Wymiary Kula o średnicy 30,48 m (100,0 ft) po napompowaniu
Początek misji
Data uruchomienia 03:39:43, 12 sierpnia 1960 (UTC) ( 1960-08-12T03:39:43Z )
Rakieta Thor-Delta
Uruchom witrynę Przylądek Canaveral AFS SLC-17A
Koniec misji
Data rozpadu 24 maja 1968 ( 1968.05.24 )
Parametry orbitalne
System odniesienia Geocentryczny
Ekscentryczność 0,01002
Wysokość perygeum 1524 km (947 mil)
Wysokość apogeum 1684 km (1046 mil)
Nachylenie 47,2°
Okres 118,3 min
 
Echo 2
Echo II.jpg
Echo 2 przechodzi próbę wytrzymałości na rozciąganie w hangarze sterowca w Weeksville w Północnej Karolinie
Operator NASA
ID COSPAR 1964-004A
SATCAT nr. 740
Właściwości statku kosmicznego
Producent Laboratoria Bell
Wymiary Kula o średnicy 41 m (135 stóp) po napompowaniu
Początek misji
Data uruchomienia 13:59:04, 25 stycznia 1964 (UTC) ( 1964-01-25T13:59:04Z )
Rakieta Thor-Agena B
Uruchom witrynę Vandenberg AFB
Koniec misji
Data rozpadu 7 czerwca 1969 ( 1969-06-07 )
Parametry orbitalne
System odniesienia Geocentryczny
Ekscentryczność 0,01899
Wysokość perygeum 1029 km (639 mil)
Wysokość apogeum 1,316 km (818 mil)
Nachylenie 81,5°
Okres 108,95 min
 

Projekt Echo był pierwszym eksperymentem z pasywną komunikacją satelitarną . Każdy z dwóch amerykańskich kosmicznych, rozpoczęto w 1960 i 1964, zostały metalizowane satelitów balon działają jako bierne reflektory z mikrofalowych sygnałów. Sygnały komunikacyjne były przesyłane z jednego miejsca na Ziemi i odbijały się od powierzchni satelity do innego miejsca na Ziemi. Pierwsze transmisje wykorzystujące Echo zostały wysłane z Goldstone w Kalifornii do Holmdel w stanie New Jersey 12 sierpnia 1960 roku. Ostatni satelita Echo zszedł z orbity i spłonął w atmosferze 7 czerwca 1969 roku.

Tło

Pomysł wykorzystania satelitów orbitalnych do przekazywania komunikatów poprzedzał podróże kosmiczne, po raz pierwszy rozwinięty przez Arthura C. Clarke'a w 1945 roku. Eksperymenty z wykorzystaniem księżyca jako pasywnej stacji naprowadzającej wiadomości rozpoczęły się już w 1946 roku. Wraz z wystrzeleniem Sputnika , pierwszego na Ziemi sztuczny satelita, w 1957 r. szybko wzrosło zainteresowanie orbitującymi satelitami komunikacyjnymi.

W lipcu 1958 r., na sponsorowanym przez Siły Powietrzne spotkaniu na satelitach komunikacyjnych, inżynier z Bell Telephone Laboratories, John R. Pierce, przedstawił prezentację dotyczącą pasywnego przekaźnika satelitarnego, opisując, w jaki sposób odblaskowe ciało orbitujące może być wykorzystane do odbijania transmisji z jednego punktu na Ziemi do inne. William H. Pickering , dyrektor Jet Propulsion Laboratory (JPL), uczestniczył również w konferencji i zasugerował, że JPL udogodnienia, konkretnie 85 stóp (26 m) średnica polar-zamontowane anteny zainstalowane blisko Goldstone'a suche jezioro w pustyni Mojave , może być używany jako obiekt naziemny do eksperymentów z takim satelitą.

W październiku 1958 roku Pierce wraz z innym inżynierem Bellem Rudolfem Kompfnerem zaprojektowali eksperyment polegający na obserwowaniu atmosferycznych efektów załamania światła za pomocą satelitów odbijających balon. Wierząc, że eksperyment przyczyni się do postępu w badaniach nad transoceaniczną komunikacją za pośrednictwem satelitów, dwaj inżynierowie przedstawili artykuł nawołujący do wystrzelenia satelitów balonowych jako pasywnych reflektorów komunikacyjnych na Narodowym Sympozjum o Rozszerzonym Zasięgu i Komunikacji Kosmicznej w dniach 6 i 7 października 1958 roku.

W tym samym miesiącu utworzono Narodową Agencję Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA), a dwa miesiące później JPL została przeniesiona z armii Stanów Zjednoczonych do nowej agencji. Project Echo, pierwszy projekt satelity komunikacyjnego NASA, został oficjalnie przedstawiony podczas spotkania 22 stycznia 1959 z przedstawicielami NASA, JPL i Bell Telephone Laboratories, ustalając pierwszy start na wrzesień 1959.

Cele

Projekt Echo był misją Pathfinder, której celem było przetestowanie nowych technologii i przygotowanie do przyszłych misji. Inżynierowie lotów kosmicznych wykorzystali Echo do udowodnienia nowych pomysłów i przetestowania ograniczeń w aerodynamice, kształcie i rozmiarze satelity, materiałach konstrukcyjnych, kontroli temperatury i śledzeniu satelitów. Echo zostało zaprojektowane jako eksperyment, aby zademonstrować potencjał komunikacji satelitarnej, a nie funkcjonować jako globalny system komunikacyjny.

Echo zostało zaprojektowane, zatwierdzone i zbudowane z następującymi celami.

  • Obserwuj i mierz wpływ oporu atmosferycznego
  • Pasywnie odzwierciedlają transmisje naziemne
  • Zademonstruj komunikację dwukierunkową
  • Wykazać zaangażowanie w rozwój amerykańskiego programu kosmicznego
  • Zapewnienie precedensu dla przelotu innych krajów przez satelity obserwacyjne

Każdy z tych celów został osiągnięty dzięki Project Echo. Dalsze eksperymenty wykorzystywały satelitę do nawiązania dwukierunkowej rozmowy telefonicznej 15 sierpnia 1960 r. i przekazania transmisji telewizyjnej na żywo w kwietniu 1962 r.

Stacje naziemne

Antena rogowa Holmdel , skonstruowana dla Projektu Echo, a później użyta do odkrycia kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła

Do testowania Projektu Echo wykorzystano dwie stacje naziemne. Obiekt Goldstone zlokalizowany w Goldstone Dry Lake na pustyni Mojave w Kalifornii oraz obiekt Holmdel zlokalizowany w Holmdel w stanie New Jersey. Obie strony używały oddzielnych anten do nadawania i odbioru. Transmisje z Zachodu na Wschód były wysyłane z Goldstone przez dwudziestosześciometrową antenę czaszową zbudowaną przez JPL dla Projektu Echo. Sygnały w Holmdel były odbierane przez antenę z reflektorem tubowym o wymiarach 6 na 6 metrów. Wiadomo, że anteny tubowe mają właściwości niskoszumowe. Wybrano częstotliwość transmisji 2390 megaherców, ponieważ było to planowane pasmo częstotliwości dla przyszłych eksperymentów satelitarnych. Transmisje ze wschodu na zachód były wysyłane z Holmdel przy użyciu anteny parabolicznej o średnicy osiemnastu metrów i odbierane w Goldstone przy użyciu istniejącej anteny programowej Pioneera . Do komunikacji w kierunku zachodnim użyto częstotliwości transmisji 960,05 megaherców, ponieważ odbiornik JPL był już dostrojony do tej częstotliwości z programu księżycowego Pioneera.

Pozyskiwanie i śledzenie satelitów przeprowadzono trzema metodami: optyczną, cyfrową podrzędną i automatycznym radarem. Śledzenie optyczne było najłatwiejszą metodą, ale mogło być stosowane tylko w nocy, kiedy słońce oświetlało satelitę. Do konstrukcji anteny w każdym miejscu zamontowano teleskopy szeroko- i wąskopolowe z kamerą telewizyjną. Obrazy z kamer były wyświetlane operatorowi serwo, który kontrolował położenie anteny w celu śledzenia satelity. Gdy nie można było użyć śledzenia optycznego, system komputerowy zwany cyfrowym niewolnikiem mógł pozyskiwać i śledzić Echo. Cyfrowe urządzenie podrzędne pracowało, otrzymując podstawowe dane śledzenia z sieci stacji NASA Minitrack. Komputer następnie wydawałby polecenia wskazujące antenę, aby sterować anteną. Trzecią metodą śledzenia był podsystem radaru fali ciągłej. Radar nie nadawał się do akwizycji satelity, ale gdy Echo zostało nabyte przez optyczne lub cyfrowe urządzenie podrzędne, sygnały radarowe mogły być używane do automatycznego utrzymywania śledzenia.

Statek kosmiczny

Statki kosmiczne Echo (Echo 1, Echo 1A i Echo 2) były dużymi kulami o cienkiej skórze, które zostały nadmuchane na orbicie po opuszczeniu atmosfery. Te satelity balonowe miały około 100 stóp (30 m) średnicy z cienką powłoką wykonaną z folii BoPET (Mylar) i zostały zbudowane przez GT Schjeldahl Company Gilmore Schjeldahla w Northfield w Minnesocie . Satelity działały jako reflektor, a nie nadajnik-odbiornik; po umieszczeniu na niskiej orbicie okołoziemskiej sygnały mogą być wysyłane ze stacji naziemnej, odbijane od jej powierzchni i zwracane na Ziemię.

Ponieważ jego błyszcząca powierzchnia odbijała również w zakresie widzialnego światła, Echo było łatwo widoczne gołym okiem na większości powierzchni Ziemi. Sonda została nazwana przez osoby zaangażowane w projekt „satelitą” ( portmanteau łączący satelitę i balon ). Służył do przekierowywania transkontynentalnych i międzykontynentalnych sygnałów telefonicznych , radiowych i telewizyjnych . W dalszej części swojego życia był używany do oceny technicznej wykonalności triangulacji satelitarnej .

T. Keith Glennan pokazuje LBJ Aluminized Mylar Film używany do tworzenia Echo I

Echo 1

Echo 1 miało średnicę 100 stóp (30 m), niesztywną skórę wykonaną z Mylaru o grubości 0,5 mil (12,7  μm ) i całkowitą masę 397 funtów (180 kg) o wadze 156,995 funtów (71,212 kg). na starcie. Podczas testów nadmuchiwania naziemnego do wypełnienia balonu potrzeba było 40 000 funtów (18 000  kg ) powietrza, ale na orbicie wystarczyło kilka funtów gazu, aby wypełnić kulę. Aby rozwiązać problem przebijania się meteorytów i utrzymać napompowaną kulę, Echo 1 zawierał system gazowy do makijażu o wadze 33,34 funta (15,12 kg) przy użyciu dwóch rodzajów proszków sublimujących . Posiadał również radiolatarnie telemetryczne 107,9 MHz, zasilane pięcioma bateriami niklowo-kadmowymi, ładowanymi przez 70 ogniw słonecznych zamontowanych na balonie. Sonda była przydatna do obliczania gęstości atmosfery i ciśnienia słonecznego ze względu na duży stosunek powierzchni do masy.

Echo 2

Echo 2 to satelita balonowy o średnicy 41,1 metra (135 stóp), ostatni wystrzelony przez Project Echo. W balonie zastosowano zmieniony system napełniania, aby poprawić jego gładkość i kulistość . Skóra Echo 2 była usztywniana, w przeciwieństwie do Echo 1. Dlatego balon był w stanie utrzymać swój kształt bez stałego ciśnienia wewnętrznego; długoterminowa dostawa gazu inflacyjnego nie była potrzebna i mogłaby z łatwością przetrwać uderzenia mikrometeoroidów . Balon skonstruowano z folii mylarowej o grubości 0,35 mil (9 µm) umieszczonej pomiędzy i połączonej dwiema warstwami folii aluminiowej o grubości 0,18 mil (4,5 µm). Został napompowany do ciśnienia, które spowodowało, że metalowe warstwy laminatu nieznacznie odkształciły się plastycznie, podczas gdy polimer nadal znajdował się w zakresie sprężystości. W rezultacie uzyskano sztywną i bardzo gładką kulistą powłokę.

System telemetrii nawigacyjnej dostarczał sygnał śledzenia, monitorował temperaturę skóry statku kosmicznego w zakresie od -120 do +16 °C (od 184 do 61 °F) i mierzył ciśnienie wewnętrzne statku kosmicznego między 0,00005 mm słupa rtęci a 0,5 mm słupa rtęci, zwłaszcza podczas początkowych etapów inflacji. System składał się z dwóch zestawów beaconów zasilanych z paneli słonecznych i miał minimalną moc wyjściową 45 mW przy 136,02 MHz i 136,17 MHz.

Loty

Za pomocą pojazdu testowego Shotput przeprowadzono pięć suborbitalnych testów balistycznych w celu ustalenia, czy mechanizmy wystrzeliwania, rozmieszczania i rozprężania będą działać. Pierwszy Shotput poleciał o 17:40 w dniu 27 października 1959 roku. Shotput 1 z powodzeniem dostarczył prototyp Echo na żądaną wysokość, ale niewielka ilość gazu resztkowego w zagięciach balonu gwałtownie rozszerzyła się, rozrywając testowany przedmiot. Ludzie na wybrzeżu Atlantyku byli świadkami czegoś, co wyglądało jak odległe fajerwerki, gdy tysiące kawałków rozdrobnionego Mylaru odbijało światło słoneczne w pokazie, który trwał około 10 minut. Kolejne cztery próby strzału odbyły się 16 stycznia, 27 lutego, 1 kwietnia i 31 maja 1960 roku.

13 maja 1960 roku podjęto pierwszą próbę okrążenia satelity Echo. Misja, która była jednocześnie dziewiczym rejsem rakiety nośnej Thor-Delta , zakończyła się niepowodzeniem przed rozmieszczeniem ładunku. Echo 1 wystartowało z LC-17A na Cape Canaveral , a etap Thora działał prawidłowo, ale podczas fazy wybiegu dysze kontrolujące orientację na niesprawdzonym etapie Delta nie zapaliły się, wysyłając ładunek do Oceanu Atlantyckiego zamiast na orbitę.

12 sierpnia 1960 r. Echo 1A (powszechnie określane jako Echo 1 ) zostało z powodzeniem wprowadzone na orbitę od 944 do 1048 mil (1519 do 1687 km) przez innego Thor-Deltę. Transmisja mikrofalowa z zakładu JPL Goldstone w Kalifornii została przekazana przez satelitę do Bell Laboratories w Holmdel w stanie New Jersey tego samego dnia. Początkowo oczekiwano, że Echo 1A nie przetrwa długo po swoim czwartym zanurzeniu w atmosferze w lipcu 1963, chociaż szacunki dopuszczały możliwość, że będzie krążył dalej do 1964 lub później. Skończyło się na tym, że przetrwał znacznie dłużej niż oczekiwano, aż w końcu ponownie wszedł w ziemską atmosferę i spłonął 24 maja 1968 roku.

25 stycznia 1964 roku Echo 2 zostało wystrzelone na rakiecie Thor Agena . Oprócz eksperymentów z pasywną komunikacją wykorzystano go do badania dynamiki dużych statków kosmicznych oraz do globalnej geodezji geometrycznej . Ponieważ był większy niż Echo 1A i krążył po orbicie okołobiegunowej, Echo 2 było wyraźnie widoczne gołym okiem nad całą Ziemią. Wszedł ponownie w ziemską atmosferę i spłonął 7 czerwca 1969 roku.

Zarówno Echo 1A, jak i Echo 2 doświadczyły efektu żagla słonecznego ze względu na ich duże rozmiary i niską masę. Późniejsze pasywne satelity komunikacyjne, takie jak OV1-08 PasComSat , rozwiązały związane z tym problemy, stosując konstrukcję sferyczną zamiast zakrytej powierzchni. Później NASA całkowicie zrezygnowała z pasywnych systemów komunikacyjnych na rzecz aktywnych satelitów.

Spuścizna

Projekt Echo ułatwił pierwszą udaną transmisję satelitarną i pierwszą dwukierunkową komunikację między zakładem JPL Goldstone a zakładem Bell Telephone Laboratories w Holmdel w stanie New Jersey . Inne grupy brały udział w eksperymentach, w tym Collins Radio Company i Naval Research Laboratory . Ponieważ Echo było tylko systemem pasywnym, było przede wszystkim przydatne w demonstrowaniu przyszłej ochrony łączności satelitarnej i stało się przestarzałe, zanim zejść z orbity w 1968 roku. Echo było najbardziej znane ogółowi społeczeństwa ze względu na jego widoczność, ponieważ można go było zobaczyć w nocy gołym okiem .

Program satelitarny Echo dostarczył również astronomicznych punktów odniesienia wymaganych do dokładnego zlokalizowania Moskwy . Ta ulepszona celność była poszukiwana przez wojsko USA w celu namierzania międzykontynentalnych pocisków balistycznych.

Duża antena róg w Holmdel skonstruowane przez Bell Labs za projekt Echo był później używany przez Arno Penziasa i Robert Woodrow Wilson ich nagrody Nobla -winning odkrycie kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła .

15 grudnia 1960 r. Poczta Stanów Zjednoczonych wydała znaczek pocztowy przedstawiający Echo 1.

Znaczek Echo 1 – wydanie 1960

Galeria

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki