Проект «Эхо» стал первым экспериментом со спутником пассивной связи . Каждый из двух американских космических кораблей, запущенных в 1960 и 1964 годах, представлял собой металлизированные спутники-зонды , действовавшие как пассивные отражатели микроволновых сигналов. Сигналы связи передавались из одного места на Земле и отражались от поверхности спутника в другое место на Земле. [1]
Первые передачи с использованием «Эха» были отправлены из Голдстоуна, штат Калифорния , на Кроуфорд-Хилл в Холмделе, штат Нью-Джерси , 12 августа 1960 года. Последний спутник «Эхо» сошел с орбиты и сгорел в атмосфере 7 июня 1969 года .
Идея использования орбитальных спутников для ретрансляции сообщений возникла еще до космических путешествий и впервые была выдвинута Артуром Кларком в 1945 году. Эксперименты с использованием Луны в качестве пассивной отражающей промежуточной станции для передачи сообщений начались еще в 1946 году. [3] С запуском спутника. 1 , первый искусственный спутник Земли, в 1957 году быстро возрос интерес к орбитальным спутникам связи.
В июле 1958 года на совещании по спутникам связи, спонсируемом ВВС США , инженер Bell Telephone Laboratories Джон Р. Пирс выступил с презентацией о пассивной спутниковой ретрансляции, описывая, как можно использовать отражающее орбитальное тело для отражения передач из одной точки Земли. другому. Уильям Х. Пикеринг , директор Лаборатории реактивного движения (JPL), также присутствовал на конференции и предложил использовать оборудование JPL, в частности, антенну диаметром 26 м (85 футов), установленную на полярном полюсе и установленную возле Сухого озера Голдстоун в пустыне Мохаве . в качестве наземной установки для экспериментов с таким спутником. [4]
В октябре 1958 года Пирс вместе с коллегой-инженером Bell Рудольфом Компфнером разработал эксперимент по наблюдению эффектов атмосферной рефракции с использованием отражающих спутников-зондов. Полагая, что этот эксперимент будет способствовать развитию исследований в области трансокеанской связи через спутники, два инженера представили на Национальном симпозиуме по расширенной дальности и космической связи 6 и 7 октября 1958 года документ, в котором предлагалось запустить спутники-зонды для использования в качестве пассивных отражателей связи.
В том же месяце было сформировано Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), а два месяца спустя JPL была передана из состава армии США в новое агентство. Проект «Эхо», первый проект спутника связи НАСА, был официально представлен на встрече 22 января 1959 года с представителями НАСА, JPL и Bell Telephone Laboratories, назначившей первоначальный запуск на сентябрь 1959 года .
Проект «Эхо» представлял собой первопроходческую миссию с целью тестирования новых технологий и подготовки к будущим миссиям. Инженеры космических полетов использовали Echo, чтобы доказать новые идеи и проверить пределы аэродинамики, формы и размера спутников, строительных материалов, контроля температуры и слежения за спутниками. [6] «Эхо» было задумано как эксперимент с целью продемонстрировать потенциал спутниковой связи, а не как глобальная система связи.
Echo был спроектирован, одобрен и построен со следующими целями: [5]
Все эти цели были достигнуты с помощью проекта «Эхо». В дальнейших экспериментах спутник использовался для двустороннего телефонного разговора 15 августа 1960 года и для ретрансляции прямой телепередачи в апреле 1962 года.
Для тестирования проекта «Эхо» использовались две наземные станции. Завод в Голдстоуне, расположенный на Сухом озере Голдстоун в пустыне Мохаве, Калифорния, и завод в Кроуфорд-Хилл, расположенный в Холмделе, Нью-Джерси. Обе площадки использовали отдельные антенны для передачи и приема. Передачи с запада на восток передавались из Голдстоуна с помощью параболической антенны длиной 26 м (85 футов), построенной Лабораторией реактивного движения для проекта «Эхо». Сигналы принимались в Кроуфорд-Хилл с помощью рупорной отражательной антенны с апертурой 6 × 6 м (20 × 20 футов). Известно, что рупорные антенны обладают малошумящими свойствами. Была выбрана частота передачи 2390 МГц , поскольку это был запланированный диапазон частот для будущих спутниковых экспериментов. Передачи с востока на запад отправлялись из Кроуфорд-Хилл с использованием параболической антенны диаметром 18 м (59 футов) и принимались в Голдстоуне с использованием существующей антенны программы Pioneer . Частота передачи 960,05 мегагерц использовалась для связи в западном направлении, поскольку приемник JPL уже был настроен на эту частоту в рамках лунной программы «Пионер». [5]
Обнаружение и отслеживание спутников осуществлялось тремя методами: оптическим, цифровым ведомым и автоматическим радаром. Оптическое слежение было самым простым методом, но его можно было использовать только ночью, когда Солнце освещало спутник. На конструкции антенны на каждой площадке были закреплены телескопы широкого и узкого поля зрения с телекамерой . Изображения с камеры показывались сервооператору, который контролировал положение антенны для отслеживания спутника. Когда оптическое отслеживание невозможно было использовать, компьютерная система, называемая цифровым ведомым устройством, могла обнаруживать и отслеживать эхо. Цифровой ведомый работал, получая первичные данные отслеживания от сети станций NASA Minitrack . Затем компьютер выдавал команды наведения антенны для управления антенной. Третьим методом слежения была радиолокационная подсистема непрерывного действия. Радар не подходил для обнаружения спутника, но как только «Эхо» было обнаружено оптическим или цифровым ведомым устройством, сигналы радара можно было использовать для автоматического поддержания слежения. [5]
Космические корабли «Эхо» (Echo 1, Echo 1A и Echo 2) представляли собой большие тонкостенные сферы, которые надувались на орбите после выхода из атмосферы. Эти спутники-воздушные шары имели диаметр около 30 м (98 футов) с тонкой оболочкой из майлара (торговое название растянутого полиэтилентерефталата или BoPET) и были построены компанией GT Schjeldahl компании Гилмора Шьельдала в Нортфилде, штат Миннесота . Спутники работали как отражатель, а не как приемопередатчик; после вывода на низкую околоземную орбиту сигналы могли отправляться с наземной станции, отражаться от ее поверхности и возвращаться на Землю . [7]
Поскольку его блестящая поверхность также отражала видимый свет, Эхо было легко видно невооруженным глазом на большей части Земли. Участники проекта прозвали космический корабль «спутником» (чемодан, сочетающий в себе спутник и воздушный шар ). Он использовался для перенаправления трансконтинентальных и межконтинентальных телефонных , радио- и телевизионных сигналов. [8] Во второй половине своего существования он использовался для оценки технической осуществимости спутниковой триангуляции .
Echo 1 имел диаметр 30 м (98 футов), имел нежесткую обшивку из майлара толщиной 12,7 мкм (0,00050 дюйма) и имел общую массу 180 кг (400 фунтов) и вес 71 кг (157 фунтов). при запуске. Во время наземных испытаний для наполнения шара потребовалось 18 000 кг (40 000 фунтов) воздуха, но на орбите для заполнения сферы потребовалось всего несколько фунтов газа. Чтобы решить проблему проколов метеоритов и поддерживать сферу надутой, «Эхо 1» включало в себя систему подпиточного газа массой 15,12 кг (33,3 фунта), в которой использовались два типа сублимирующих порошков - 9,1 кг (20 фунтов) антрахинона и 4,6 кг (10 фунтов). бензойной кислоты . [9] Он также имел телеметрические маяки с частотой 107,9 МГц, питавшиеся от пяти никель-кадмиевых батарей , которые заряжались от 70 солнечных элементов, установленных на воздушном шаре. Космический корабль был полезен для расчета плотности атмосферы и солнечного давления из-за его большого отношения площади к массе. [8]
Echo 2 представлял собой спутник-зонд диаметром 41,1 м (135 футов), последний запущенный в рамках проекта Echo. Для воздушного шара была использована переработанная система надувания, чтобы улучшить его гладкость и сферичность . Кожа «Эхо-2» была жесткой, в отличие от кожи «Эхо-1». Таким образом, воздушный шар был способен сохранять свою форму без постоянного внутреннего давления; в долгосрочном снабжении инфляционным газом не было необходимости, и он мог легко пережить удары микрометеороидов . Баллон был изготовлен из майларовой пленки толщиной 9 мкм (0,00035 дюйма), зажатой между двумя слоями алюминиевой фольги толщиной 4,5 мкм (0,00018 дюйма) и соединенной ими. [10] Его накачивали до давления, которое вызывало легкую пластическую деформацию металлических слоев ламината, в то время как полимер все еще находился в диапазоне упругости. В результате получилась жесткая и очень гладкая сферическая оболочка. Система телеметрии маяка обеспечивала сигнал слежения, контролировала температуру обшивки космического корабля в диапазоне от -120 до +16 ° C (от -184 до 61 ° F) и измеряла внутреннее давление космического корабля в диапазоне от 0,00005 мм рт. ст. до 0,5 мм рт. ст., особенно на начальной стадии инфляции. Система состояла из двух блоков маяков, питающихся от солнечных батарей, и имела минимальную выходную мощность 45 мВт на частотах 136,02 МГц и 136,17 МГц. [11]
Пять суборбитальных баллистических испытаний, чтобы определить, будут ли работать механизмы запуска, развертывания и расширения, были проведены с использованием испытательного корабля Shotput, трехступенчатой ракеты. Первый Shotput взлетел в 17:40 27 октября 1959 года. Shotput 1 успешно доставил прототип Echo на желаемую высоту, но небольшое количество остаточного газа в складках воздушного шара резко расширилось, взорвав испытательный образец. Люди по всему Атлантическому побережью стали свидетелями того, что выглядело как далекий фейерверк: тысячи кусков измельченного майлара отражали солнечный свет, создавая зрелище, которое длилось около 10 минут. [6] Еще четыре испытания Shotput были проведены 16 января, 27 февраля, 1 апреля и 31 мая 1960 года. [12]
13 мая 1960 года была предпринята первая попытка вывести на орбиту спутник «Эхо». Миссия, которая также стала первым полетом ракеты-носителя «Тор-Дельта» , провалилась до развертывания полезной нагрузки. Echo 1 стартовал с LC-17A на мысе Канаверал , и ступень «Тор» работала правильно, но на этапе движения по инерции реактивные двигатели ориентации на недоказанной ступени «Дельта» не загорелись, в результате чего полезная нагрузка была отправлена в Атлантический океан , а не на орбиту. .
12 августа 1960 года «Эхо 1А» (обычно называемое « Эхо 1 ») было успешно выведено на орбиту высотой от 944 до 1048 миль (от 1519 до 1687 км) другим спутником «Тор-Дельта». [2] [13] В тот же день микроволновая передача с объекта JPL Goldstone в Калифорнии была передана через спутник в Bell Laboratories в Холмделе, штат Нью-Джерси. [8] Первоначально ожидалось, что Echo 1A не проживет долго после своего четвертого погружения в атмосферу в июле 1963 года, хотя оценки допускали возможность того, что оно продолжит находиться на орбите до 1964 года или позже. [8] В итоге он просуществовал гораздо дольше, чем ожидалось, и, наконец, снова вошел в атмосферу Земли и сгорел 24 мая 1968 года.
25 января 1964 года «Эхо-2» было запущено на ракете-носителе «Тор Аджена» . Помимо экспериментов по пассивной связи, он использовался для исследования динамики больших космических кораблей и для глобальной геометрической геодезии . Поскольку оно было больше, чем «Эхо 1А», и вращалось по околополярной орбите, «Эхо 2» было хорошо видно невооруженным глазом по всей Земле. Он вернулся в атмосферу Земли и сгорел 7 июня 1969 года.
И Echo 1A, и Echo 2 испытали эффект солнечного паруса из-за своего большого размера и малой массы. [14] Более поздние спутники пассивной связи, такие как OV1-08 PasComSat , решили связанные с этим проблемы за счет использования конструкции решетчатой сферы вместо покрытой поверхности. Позже НАСА вообще отказалось от пассивных систем связи в пользу активных спутников.
Проект «Эхо» способствовал первой успешной спутниковой передаче и первой двусторонней связи между объектом JPL Goldstone и объектом Bell Telephone Laboratories в Холмделе, штат Нью-Джерси. В экспериментах участвовали и другие группы, включая Радиокомпанию Коллинза и Военно-морскую исследовательскую лабораторию . Поскольку Echo была всего лишь пассивной системой, она была в первую очередь полезна для демонстрации будущего потенциала спутниковой связи и устарела еще до того, как была свернута с орбиты в 1968 году. Echo была наиболее известна широкой публике благодаря своей заметности, поскольку ее можно было увидеть ночью обнаженным. глаз. [5]
Спутниковая программа «Эхо» также предоставила астрономические ориентиры, необходимые для точного определения местоположения Москвы . Эта повышенная точность была необходима американским военным для нацеливания на межконтинентальные баллистические ракеты. [15]
Большая рупорная антенна в Холмделе, построенная Bell Labs для проекта «Эхо», позже использовалась Арно Пензиасом и Робертом Вудро Вильсоном для открытия космического микроволнового фонового излучения, получившего Нобелевскую премию . [16]
15 декабря 1960 года почтовое отделение США выпустило почтовую марку с изображением «Эхо-1».
В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .Наблюдаемые изменения орбиты Эха, обусловленные, прежде всего, воздействием давления солнечного света, находятся в прекрасном согласии с нашими теоретическими результатами. Высота перигея имеет колебания большой амплитуды (приблизительно равные 600 км (370 миль)) и длительного периода (приблизительно равные 300 дням), что оказывает решающее влияние на время жизни Эха I. Наша лучшая оценка состоит в том, что воздушный шар погибнет летом 1963 года.
. Эта статья включает текст из этого источника, который в общественном достоянии .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
