Воздушный шар-спутник , иногда называемый « спутником », представляет собой спутник, надуваемый газом после его вывода на орбиту .
Первым летающим телом такого типа был Echo 1 , который был запущен на орбиту высотой 1600 километров (990 миль) 12 августа 1960 года Соединенными Штатами. Первоначально он имел сферическую форму размером 30 метров (98 футов) с тонкой металлизированной пластиковой оболочкой из майлара . Он служил для испытаний в качестве «пассивного» спутника связи и геодезического спутника.
Один из первых радиоконтактов с использованием спутника был успешным на расстоянии около 4000 километров (2500 миль) (между восточным побережьем США и Калифорнией). К тому времени, как Echo 1 сгорел в 1968 году, измерения его орбиты несколькими десятками наземных станций улучшили наши знания о точной форме планеты почти в десять раз. [ необходима цитата ]
Его преемником стал похожим образом построенный Echo 2 (1964-примерно 1970). Этот спутник вращался вокруг Земли примерно на 400 километров (250 миль) ниже, не под углом 47°, как у Echo 1, а по полярной орбите со средним углом 81°. Это позволяло проводить радиосвязь и измерения на более высоких широтах. В проверках орбиты Echo для анализа возмущений на его орбите и в гравитационном поле Земли принимали участие от тридцати до пятидесяти профессиональных наземных станций, а также около двухсот астрономов-любителей по всей планете на станциях «Moonwatch»; они внесли около половины всех наблюдений.
Теорема Пифагора позволяет нам легко рассчитать, насколько далеко виден спутник на такой большой высоте. Можно определить, что спутник на орбите высотой 1500 километров (930 миль) поднимается и заходит, когда горизонтальное расстояние составляет 4600 километров (2900 миль). Однако атмосфера заставляет эту цифру немного меняться. Таким образом, если две радиостанции находятся на расстоянии 9000 километров (5600 миль) друг от друга, а орбита спутника проходит между ними, они могут принимать отраженные радиосигналы друг друга, если сигналы достаточно сильны.
Однако оптическая видимость ниже, чем у радиоволн, потому что
Несмотря на это, нет никаких проблем с наблюдением за летящим телом, таким как Echo 1, для точных целей спутниковой геодезии, вплоть до возвышения 20°, что соответствует расстоянию 2900 километров (1800 миль). Теоретически это означает, что расстояния до 5000 километров (3100 миль) между точками измерения могут быть «соединены», а на практике это может быть достигнуто на расстоянии до 3000–4000 километров (1900–2500 миль).
Дополнительную информацию о визуальном и фотографическом наблюдении за яркими спутниками и воздушными шарами, а также об их геодезическом использовании см. в Echo 1 и Pageos .
Для специальных испытательных целей два или три спутника серии Explorer были построены в виде аэростатов (возможно, Explorer 19 и 38). [ указать ]
Echo 1 был признанным успехом радиотехники, но пассивный принцип телекоммуникаций (отражение радиоволн от поверхности шара) вскоре был заменен активными системами. Telstar 1 (1962) и Early Bird (1965) могли передавать несколько сотен аудиоканалов одновременно в дополнение к телевизионной программе, которой обменивались между континентами.
Спутниковая геодезия с Echo 1 и 2 смогла оправдать все ожидания не только на запланированные 2–3 года, но и на почти 10 лет. По этой причине NASA вскоре запланировало запуск еще большего 40-метрового (130 футов) воздушного шара Pageos. Название происходит от «passive geodesic satellite» («пассивный геодезический спутник») и звучит похоже на «Geos» — успешный активный электронный спутник 1965 года.
Pageos был специально запущен для «глобальной сети спутниковой геодезии », в которой до 1973 года участвовало около 20 постоянных наблюдательных групп по всему миру. Всего они записали 3000 пригодных для использования фотопластинок с 46 станций слежения с помощью калиброванных полностью электронных камер BC-4 (1:3 / фокусное расстояние 30 и 45 см (12 и 18 дюймов)). По этим изображениям они смогли рассчитать положение станций в трехмерном пространстве с точностью около 4 метров (13 футов). Координатором этого проекта был профессор Хельмут Шмид из Швейцарской высшей технической школы Цюриха .
Три станции глобальной сети располагались в Европе: Катания на Сицилии , Хоэнпейсенберг в Баварии и Тромсё на севере Норвегии. Для завершения навигационной сети требовались точные измерения расстояний; они проводились на четырех континентах и по всей Европе с точностью 0,5 миллиметра (0,020 дюйма) на километр.
Глобальная сеть позволила вычислить «геодезическую дату» (геоцентрическое положение измерительной системы) на разных континентах с точностью до нескольких метров. К началу 1970-х годов удалось рассчитать надежные значения почти для 100 коэффициентов гравитационного поля Земли.
Яркие воздушные шары-спутники хорошо видны и могли быть измерены на мелкозернистых (менее чувствительных) фотопластинках, даже в начале космических путешествий, но были проблемы с точной хронометрией траектории спутника. В те дни ее можно было определить только в течение нескольких миллисекунд.
Поскольку спутники вращаются вокруг Земли со скоростью около 7–8 километров в секунду (4,3–5,0 миль/с), ошибка времени в 0,002 секунды соответствует отклонению около 15 метров (49 футов). Для того чтобы достичь новой цели — измерения станций слежения точно в течение пары лет, около 1960 года был принят метод световых маяков.
Для построения трехмерной измерительной сети геодезии нужны точно определенные целевые точки, а не точное время. Такая точность легко достигается, если две станции слежения регистрируют одну и ту же серию вспышек с одного спутника.
Технология импульсных радиомаяков уже была развита в 1965 году, когда в ноябре 1965 года был запущен небольшой электронный спутник Geos (позже названный Geos 1) . Вместе со своим спутником Geos 2 , запущенным в январе 1968 года, система GEOS обеспечила значительное повышение точности измерений.
Начиная примерно с 1975 года почти все оптические методы измерения утратили свое значение, поскольку их обогнал быстрый прогресс в электронном измерении расстояний. Только недавно разработанные методы наблюдения с использованием ПЗС и высокоточные положения звезд астрометрического спутника Hipparcos сделали возможным дальнейшее улучшение измерения расстояний.
сокращения: