Проект Echo был первым экспериментом с пассивным спутником связи . Каждый из двух американских космических аппаратов, запущенных в 1960 и 1964 годах, представлял собой металлизированные шары-спутники, действующие 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 Echo были отправлены из Голдстоуна, Калифорния , в Кроуфорд-Хилл в Холмделе, Нью-Джерси , 12 августа 1960 года. Последний спутник Echo сошел с орбиты и сгорел в атмосфере 7 июня 1969 года. [2]
Концепция использования орбитальных спутников для передачи сообщений появилась еще до космических путешествий и была впервые выдвинута Артуром Кларком в 1945 году. Эксперименты с использованием Луны в качестве пассивной отражающей промежуточной станции для сообщений начались еще в 1946 году. [3] С запуском Спутника-1 , первого искусственного спутника Земли, в 1957 году, интерес к орбитальным спутникам связи быстро возрос.
В июле 1958 года на спонсируемой ВВС США встрече по спутникам связи инженер Bell Telephone Laboratories Джон Р. Пирс выступил с докладом о пассивной спутниковой ретрансляции, описав, как отражающее орбитальное тело может использоваться для отражения передач из одной точки на Земле в другую. Уильям Х. Пикеринг , директор Лаборатории реактивного движения (JPL), также присутствовал на конференции и предположил, что объекты JPL, в частности, полярно-установленная антенна диаметром 26 м (85 футов), установленная около озера Голдстоун-Драй в пустыне Мохаве , может быть использована 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 за атмосферными рефракционными эффектами с использованием спутников-отражателей. Полагая, что эксперимент продвинет исследования в направлении трансокеанской связи через спутники, два инженера представили доклад, в котором отстаивали запуск спутников-шаров для использования в качестве пассивных отражателей связи, на Национальном симпозиуме по расширенной дальности и космической связи 6 и 7 октября 1958 года.
В том же месяце было сформировано Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), а два месяца спустя JPL был переведен из армии США в новое агентство. Project Echo, первый проект NASA по созданию спутника связи, был официально представлен 22 января 1959 года на встрече с представителями NASA, JPL и Bell Telephone Laboratories, на которой был назначен первоначальный запуск на сентябрь 1959 года. [5]
Проект Echo был первопроходческой миссией с целью тестирования новых технологий и подготовки к будущим миссиям. Инженеры-космонавты использовали Echo для проверки новых идей и проверки пределов в аэродинамике, форме и размере спутников, конструкционных материалах, контроле температуры и слежении за спутниками. [6] Echo был разработан как эксперимент для демонстрации потенциала спутниковой связи, а не для функционирования в качестве глобальной системы связи.
Echo был спроектирован, одобрен и построен со следующими целями: [5]
Все эти цели были достигнуты с помощью проекта «Эхо». Дальнейшие эксперименты использовали спутник для проведения двустороннего телефонного разговора 15 августа 1960 года и для трансляции прямой телевизионной передачи в апреле 1962 года.
Для тестирования проекта Echo использовались две наземные станции. Объект Goldstone, расположенный в озере Голдстоун-Драй в пустыне Мохаве, Калифорния, и объект Crawford Hill, расположенный в Холмделе, Нью-Джерси. На обоих объектах использовались отдельные антенны для передачи и приема. Передачи с запада на восток отправлялись из Goldstone с помощью 26-метровой (85 футов) параболической антенны, построенной для проекта Echo JPL. Сигналы принимались в Crawford Hill с помощью апертурной рупорно-рефлекторной антенны размером 6 × 6 м (20 × 20 футов). Известно, что рупорные антенны обладают низким уровнем шума. Была выбрана частота передачи 2390 мегагерц , поскольку это был запланированный диапазон частот для будущих спутниковых экспериментов. Передачи с востока на запад отправлялись из Crawford Hill с помощью параболической антенны диаметром 18 м (59 футов) и принимались в Goldstone с помощью существующей антенны программы Pioneer . Для связи в западном направлении использовалась частота передачи 960,05 мегагерц, поскольку приемник JPL уже был настроен на эту частоту в рамках лунной программы Pioneer. [5]
Захват и отслеживание спутника осуществлялись тремя методами: оптическим, цифровым ведомым и автоматическим радаром. Оптическое отслеживание было самым простым методом, но его можно было использовать только ночью, когда Солнце освещало спутник. Широкоугольные и узкоугольные телескопы с телевизионной камерой были установлены на конструкции антенны на каждом участке. Изображения с камеры отображались оператору сервопривода, который контролировал положение антенны для отслеживания спутника. Когда оптическое отслеживание не могло быть использовано, компьютерная система, называемая цифровым ведомым, могла захватывать и отслеживать Echo. Цифровое ведомое работало, получая первичные данные отслеживания от сети станций NASA Minitrack . Затем компьютер выдавал команды наведения антенны для управления антенной. Третий метод отслеживания представлял собой подсистему радара непрерывного излучения. Радар не подходил для захвата спутника, но как только Echo был захвачен оптическим или цифровым ведомым, сигналы радара можно было использовать для автоматического поддержания отслеживания. [5]
Космические аппараты Echo (Echo 1, Echo 1A и Echo 2) представляли собой большие тонкослойные сферы, которые надувались на орбите после выхода из атмосферы. Эти воздушные шары-спутники имели диаметр около 30 м (98 футов) с тонкой оболочкой из майлара (торговое название растянутого полиэтилентерефталата или BoPET) и были построены компанией GT Schjeldahl Company Гилмора Шьелдаля в Нортфилде, штат Миннесота . Спутники функционировали как отражатели, а не как приемопередатчики; после размещения на низкой околоземной орбите 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. Космический корабль был прозван участниками проекта «сателлуном» (гибридное название, объединяющее спутник и воздушный шар ). Он использовался для перенаправления трансконтинентальных и межконтинентальных телефонных , радио- и телевизионных сигналов. [8] В течение последней части своей жизни он использовался для оценки технической осуществимости спутниковой триангуляции .
Echo 1 был 30 м (98 футов) в диаметре, имел нежесткую оболочку из майлара толщиной 12,7 мкм (0,00050 дюйма) и имел общую массу 180 кг (400 фунтов), весил 71 кг (157 фунтов) при запуске. Во время наземных испытаний надувания для наполнения шара требовалось 18 000 кг (40 000 фунтов) воздуха, но на орбите для наполнения сферы требовалось всего несколько фунтов газа. Чтобы решить проблему проколов метеоритами и поддерживать сферу надутой, Echo 1 включал 15,12 кг (33,3 фунта) газовой системы подпитки, использующей два типа сублимирующих порошков — 9,1 кг (20 фунтов) антрахинона и 4,6 кг (10 фунтов) бензойной кислоты . [9] Он также имел 107,9 МГц телеметрические маяки, работающие 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] Он был скреплен Schjelbond, фирменным клеем, разработанным компанией Schjeldahl . [10]
Echo 2 был воздушным шаром-спутником диаметром 41,1 м (135 футов), последним, запущенным в рамках проекта Echo. Для воздушного шара использовалась переработанная система надувания, чтобы улучшить его гладкость и сферичность . Оболочка Echo 2 была жесткой, в отличие от оболочки Echo 1. Поэтому воздушный шар был способен сохранять свою форму без постоянного внутреннего давления; долгосрочная подача надувного газа не требовалась, и он мог легко выдерживать удары микрометеоритов . Воздушный шар был изготовлен из майларовой пленки толщиной 9 мкм (0,00035 дюйма), зажатой между и скрепленной двумя слоями алюминиевой фольги толщиной 4,5 мкм (0,00018 дюйма). [11] Он был надут до давления, которое заставило металлические слои ламината слегка пластически деформироваться, в то время как полимер все еще находился в диапазоне упругости. Это привело к получению жесткой и очень гладкой сферической оболочки. Система телеметрии маяка обеспечивала отслеживающий сигнал, контролировала температуру оболочки 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 ртутного столба до 0,5 мм ртутного столба, особенно на начальных этапах инфляции. Система состояла из двух сборок маяка, питаемых от солнечных батарей, и имела минимальную выходную мощность 45 мВт на частотах 136,02 МГц и 136,17 МГц. [12]
Пять суборбитальных баллистических испытаний для определения работоспособности механизмов запуска, развертывания и расширения были проведены с использованием испытательного аппарата Shotput, трехступенчатой ракеты. [13] Первый Shotput поднялся в 5:40 вечера 27 октября 1959 года. Shotput 1 успешно доставил прототип Echo на нужную высоту, но небольшое количество остаточного газа в складках воздушного шара резко расширилось, разорвав испытательный образец. Люди по всему побережью Атлантики стали свидетелями того, что выглядело как далекий фейерверк, когда тысячи кусков измельченного майлара отражали солнечный свет в показе, который длился около 10 минут. [6] Еще четыре испытания Shotput были проведены 16 января, 27 февраля, 1 апреля и 31 мая 1960 года. [14]
13 мая 1960 года была предпринята первая попытка вывести на орбиту спутник Echo. Миссия, которая также была первым рейсом ракеты -носителя Thor-Delta , потерпела неудачу до развертывания полезной нагрузки. Echo 1 стартовал с LC-17A на мысе Канаверал , и ступень Thor отработала нормально, но во время фазы движения по инерции двигатели управления ориентацией на непроверенной ступени Delta не зажглись, отправив полезную нагрузку в Атлантический океан вместо того, чтобы выйти на орбиту.
12 августа 1960 года Echo 1A (обычно называемый Echo 1 ) был успешно выведен на орбиту 944–1048 миль (1519–1687 км) другим Thor-Delta. [2] [15] Микроволновая передача из лаборатории JPL Goldstone в Калифорнии была передана спутником в Bell Laboratories в Холмделе, штат Нью-Джерси, в тот же день. [8] Первоначально предполагалось, что Echo 1A не проживет долго после своего четвертого погружения в атмосферу в июле 1963 года, хотя оценки допускали возможность того, что он продолжит находиться на орбите до 1964 года или дольше. [8] В итоге он прожил гораздо дольше, чем ожидалось, и, наконец, вернулся в атмосферу Земли и сгорел 24 мая 1968 года.
25 января 1964 года Echo 2 был запущен на ракете-носителе Thor Agena . Помимо экспериментов по пассивной связи, он использовался для исследования динамики больших космических аппаратов и для глобальной геометрической геодезии . Поскольку он был больше Echo 1A и вращался по околополярной орбите, Echo 2 был хорошо виден невооруженным глазом над всей Землей. Он вернулся в атмосферу Земли и сгорел 7 июня 1969 года.
Оба Echo 1A и Echo 2 испытали эффект солнечного паруса из-за их большого размера и малой массы. [16] Более поздние пассивные спутники связи, такие как OV1-08 PasComSat , решили проблемы, связанные с этим, используя конструкцию сетки-сферы вместо покрытой поверхности. Еще позже NASA полностью отказалось от пассивных систем связи в пользу активных спутников.
Проект Echo 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 Collins Radio Company и Naval Research Laboratory . Поскольку Echo был всего лишь пассивной системой, он был в первую очередь полезен для демонстрации будущего потенциала спутниковой связи и устарел до того, как был сведен с орбиты в 1968 году. Echo был наиболее известен широкой публике своей видимостью, поскольку его можно было увидеть ночью невооруженным глазом. [5]
Спутниковая программа Echo также предоставила астрономические опорные точки, необходимые для точного определения местонахождения Москвы . Эта улучшенная точность была необходима американским военным для нацеливания межконтинентальных баллистических ракет. [17]
Большая рупорная антенна в Холмделе, построенная Bell Labs для проекта Echo, позднее использовалась Арно Пензиасом и Робертом Вудро Вильсоном для их открытия космического микроволнового фонового излучения, за которое они получили Нобелевскую премию . [18]
15 декабря 1960 года Почта США выпустила почтовую марку с изображением Эхо-1.
В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .Наблюдаемые изменения орбиты Echo, обусловленные в первую очередь эффектами давления солнечного света, прекрасно согласуются с нашими теоретическими результатами. Высота перигея имеет большую амплитуду колебаний (приблизительно 600 км (370 миль)) и большой период (приблизительно 300 дней), что оказывает решающее влияние на продолжительность жизни Echo I. По нашим нынешним оценкам, воздушный шар погибнет летом 1963 года.
В этой статье использован текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
