Проект Space Track был научно-исследовательским и опытно-конструкторским проектом ВВС США по созданию системы слежения за всеми искусственными спутниками Земли и космическими зондами , отечественными и зарубежными.
Проект Space Track был начат в 1957 году в Научно-исследовательской лаборатории ВВС на аэродроме Лоренса Г. Хэнскома (ныне база ВВС Хэнском ) в Бедфорде, штат Массачусетс, вскоре после запуска Спутника I. К 1960 году наблюдения были получены примерно от 150 датчиков по всему миру, и регулярные орбитальные прогнозы отправлялись датчикам и заинтересованным сторонам.
Space Track была единственной организацией, которая использовала наблюдения из всех типов источников: радиолокационные, оптические, радио и визуальные. Все несекретные наблюдения были переданы Смитсоновской астрофизической обсерватории . В 1961 году система была объявлена действующей и передана в новую 1-ю эскадрилью аэрокосмического наблюдения и контроля до 1976 года в качестве части Системы космического обнаружения и слежения NORAD (SPADATS).
29 ноября 1957 года, вскоре после запуска Спутника I 4 октября, два немецких эмигранта, доктор Г. Р. Мицайка (из Пруссии) и доктор Эберхарт В. Валь (из Берлина) основали проект Space Track (первоначально называвшийся Project Harvest Moon). [1] : 5 [2] : 1 Он был создан в здании 1535 Управления геофизических исследований (GRD), Исследовательского центра ВВС Кембриджа, Лоуренс Г. Хэнском Филд , Массачусетс. Оба ученых имели образование в области астрономии, хотя доктор Валь получил докторскую степень в области метеорологии.
Миссия Space Track состояла в создании системы слежения для отслеживания и вычисления орбит всех искусственных спутников Земли, включая как американские, так и советские полезные нагрузки, ракеты-носители и мусор. С запуском советской станции « Луна-1» 2 января 1959 года Space Track также начала отслеживать космические зонды . Первой крупной попыткой слежения стал «Спутник-2» , который был запущен 3 ноября 1957 года и содержал собаку Лайку .
В феврале 1959 года был создан офис программы электронной поддержки 496L в Уолтеме, штат Массачусетс, под руководством полковника Виктора А. Чербака-младшего. К концу 1959 года SPO получил дополнительные обязанности в рамках Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны (ARPA) по разработке методов и оборудования для военного наблюдения за спутниками [1]. Продолжающаяся разработка Space Track была неотъемлемой частью этих усилий.
С декабря 1958 года Space Track был временным Национальным центром управления космическим наблюдением. [1] : 5 В декабре 1959 года Space Track был перемещен в новое здание, Национальный центр управления космическим наблюдением (NSSCC), который был официально открыт 9 февраля 1960 года. [3] NSSCC был частью Подразделения развития командования и управления ВВС (неофициально известного как C²D²), Командования исследований и разработок в воздухе. Доктор Гарольд О. Кертис из Лаборатории Линкольна был директором NSSCC. Название Space Track продолжало использоваться.
К 1960 году в NSSCC насчитывалось около 70 человек, задействованных в операциях. [4] : 194
Space Track продолжал отслеживать спутники и космические зонды до 1961 года. В конце 1960 года заместитель начальника штаба ВВС США генерал Кертис Э. Лемей решил, что система исследований и разработок готова к вводу в эксплуатацию. [5] : 8
Одиннадцать офицеров и один старший мастер-сержант были отобраны в качестве начального состава того, что стало 1-й эскадрильей аэрокосмического наблюдения и управления. Начальный состав прибыл в Space Track для обучения, которое началось 7 ноября 1960 года. (Кадр был назначен в новую эскадрилью 6 марта 1961 года.)
1 июля 1961 года новая эскадрилья вступила в строй [6] под командованием ПВО ВВС США на авиабазе Энт , Колорадо-Спрингс, в рамках Системы обнаружения и слежения за космосом (SPADATS) НОРАД . Первым командиром эскадрильи был полковник Роберт Миллер. Организация Space Track на базе Хэнском-Филд взяла на себя резервную роль для операций эскадрильи.
В небрежном неуважении к Положению ВВС по этому вопросу, в котором четко указано, что несекретные прозвища, такие как Space Track, должны состоять из двух слов (в то время как кодовые слова, такие как CORONA, которые затем сами были засекречены, должны состоять только из одного слова), ADC немедленно решил переименовать Space Track в SPACETRACK [7] : 38 и это название закрепилось с тех пор — хотя веб-сайт 614-го Центра воздушно-космических операций, который в настоящее время выполняет миссию, вернулся к двухсловному формату. [8] 614-й является частью Объединенного центра космических операций на авиабазе Ванденберг , Калифорния.
Министерство обороны решило, что ВВС США должны разработать систему управления и контроля для отслеживания спутников, а армия США и ВМС США должны разработать датчики для этой цели. Разработка ВМС США велась в Дальгрене, Вирджиния , а программа армии США — на Абердинском испытательном полигоне , Мэриленд.
Доктора Микзайка и Валь составили список объектов, которые могли отслеживать спутники, либо с помощью телеметрии, либо с помощью радара. Последние были в основном астрономическими радиотелескопами, оснащенными радарами, используемыми для изучения Луны (например, обсерватория Джодрелл-Бэнк в Англии под руководством сэра Бернарда Ловелла , Миллстоун-Хилл лаборатории Линкольна в Массачусетсе под руководством доктора Гордона Петтингилла и радар в Стэнфордском исследовательском институте в Калифорнии под руководством Уолтера Джея). Два радара ВВС США, один на острове Шемья на Алеутских островах, а другой в Диярбакыре, Турция , были построены для наблюдения за запусками советских ракет и стали также ценными для отслеживания спутников. Прототип радаров BMEWS на Тринидаде также участвовал. Обычно первые радиолокационные сообщения о новом запуске спутника с Тюратама (Байконура) приходили из Шемии, а первые сообщения о новом запуске с Капустина Яра приходили из Диярбакыра. Позднее в эксперименте также участвовали радар ВВС США на испытательном полигоне Ларедо в Техасе и один в Мурстауне, Нью-Джерси . Наблюдения были получены с исследовательского радара Королевских канадских ВВС в Принс-Альберте, Саскачеван , Канада. Объект Голдстоун Лаборатории реактивного движения был исключительно полезен для радионаблюдений за советскими космическими зондами.
В целом, наблюдения были в форме времени, азимута и высоты (и дальности, с радаров), измеренных на месте или, в некоторых случаях, как в Голдстоуне, в астрономической форме (прямое восхождение и склонение) [9] : 5–4 [10] Некоторые ранние наблюдения были очень примитивными, например, сообщение о том, что спутник прошел вблизи звезды, которую можно было идентифицировать. [11] : 3
В редких случаях наблюдения были чисто словесными. Например, люди на кораблях, самолетах и островах в Карибском море сообщали о наблюдениях распада спутника 1957 β, [11] хотя один самолет смог предоставить подробное наблюдение, потому что навигатор как раз заканчивал небесное определение в точное время [11] : 24
Некоторые сайты могли регистрировать доплеровский сдвиг спутниковой передачи или, в некоторых случаях, доплеровский сдвиг от их собственных передач, отраженных от орбитального объекта. Одним из сайтов доплеровского наблюдения был Space Track Doppler Field Site в Биллерике, Массачусетс . Наблюдения, полученные с помощью этой техники, были временем наибольшего сближения со станцией. [9] : 21
Программа ВМС США была запущена как NAVSPASUR, а сейчас запущена ВВС США. Армейская программа, хотя и достигла точных результатов слежения с помощью доплеровских методов и предоставила наблюдения Space Track, не получила финансирования для развертывания.
Одним из вкладов СПАСУР в спутниковое слежение было изобретение карты Земли, которая показывала оба полюса, так что положение всех спутников, включая те, что находятся на полярных орбитах, можно было показать. Это было невозможно с Меркаторской или другими проекциями, которые не показывают всю Землю. Карта была, конечно, очень искажена на полюсах ( Северный полюс был всей верхней линией длинной карты), но концепция оказалась очень полезной.
Оптические датчики включали двенадцать камер слежения за спутниками Бейкера-Нанна, эксплуатируемых для НАСА Смитсоновской астрофизической обсерваторией (SAO), три камеры Бейкера-Нанна, эксплуатируемые ВВС США, и камеру Бостонского университета на авиабазе Патрик, эксплуатируемую Уолтером Мэннингом.
Камеры SAO находились в Вумере , Австралия; Юпитер, Флорида ; Орган Пасс, Нью-Мексико; Олифантсфонтейн, Южно-Африканский Союз; Кадис, Испания ; Митака, Япония; Нани Тал, Индия; Арекипа, Перу ; Шираз, Иран ; Кюрасао, Нидерланды, Вест-Индия; Вилья Долорес, Аргентина; и Халеакала, Мауи, Гавайи. Камеры ВВС США находились в Осло, Норвегия ; на авиабазе Эдвардс , Калифорния, и Сантьяго, Чили .[2] Позднее в инвентарь ВВС США были добавлены еще две камеры — одна из камер ВВС США была передана Королевским канадским военно-воздушным силам в Колд-Лейк, Альберта , Канада в 1961 году.
Добровольцы-любители астрономии из команды SAO Moonwatch Team также внесли свой вклад в наблюдения. Среди этих многочисленных добровольцев был Артур С. Леонард из Дэвиса, Калифорния, руководитель команды Сакраменто, Калифорния.
К 1960 году Space Track насчитывал около 150 взаимодействующих датчиков. [9] : 6 Space Track была единственной организацией США, которая использовала все методы наблюдения для отслеживания спутников. [1] : 5
Наблюдения записывались на перфокарты IBM для компьютерной обработки. [9] : 23 Все несекретные наблюдения ежедневно передавались в Смитсоновскую астрофизическую обсерваторию в Кембридже, Массачусетс. [11] : 1 [12] : 3
Компания Space Track поддерживала тесные контакты с Агентством национальной безопасности США , Центром анализа зарубежных ракет и космического пространства ЦРУ (FMSAC) и штаб-квартирой разведки ВВС США под руководством майора Гарри Холмэна.
Полезно было то, что пресс-служба СССР, ТАСС , всегда оперативно объявляла о запуске новых советских спутников или космических зондов, поэтому Space Track мог свободно обсуждать новые объекты, не беспокоясь о компрометирующих источниках. Переводы российских объявлений предоставлялись Службой информации о иностранном вещании (FBIS).
Доктор Валь вычислял все спутниковые эфемериды вручную, используя калькулятор квадратного корня Фридена, самый совершенный механический калькулятор, доступный на тот момент.
Метод вычисления эфемерид (подробно описанный в отчете 1960 года П. М. Фицпатрика и Г. Б. Финдли [9] ) был первоначально разработан доктором Валем на основе исторических астрономических методов.
В конце августа 1958 года Space Track получила свой первый компьютер IBM 610 , использовавшийся совместно с IBM 650 Кембриджского исследовательского центра . IBM 610 была очень примитивной машиной, программирование которой осуществлялось с помощью платы расширения (похожей на те, что использовались в бухгалтерских машинах IBM в начале 1950-х годов) и перфоленты.
Новое здание NSSCC было оборудовано IBM 709 , а несколько месяцев спустя — IBM 7090. Основное программирование новых компьютеров было выполнено Aeronutronic Division of the Ford Motor Company, Newport Beach CA. Wolf Corporation также поддерживала NSSCC.
Расчеты эфемерид были выпущены в так называемом бюллетене. Бюллетень перечислял каждое экваториальное пересечение спутника и описывал путь между пересечениями. Космический трек также предоставлял «углы обзора», высоты и азимутальные направления, чтобы определенные датчики могли указывать в правильном направлении для захвата спутника. Специальные версии углов обзора были адаптированы для определенных мест, таких как проекты по разработке датчиков для армии и флота. [9] : 17 В NSSCC эти вычисления передавались дежурным контроллером. [9] : 18
Space Track также выпустили публичные каталоги, в которых перечислены все спутники, включая те, которые больше не находятся на орбите, называемые Satellite Situation Reports, в которых были указаны основные орбитальные элементы для каждой детали. Сначала это занимало меньше страницы. Смитсоновская астрофизическая обсерватория также выпустила аналогичный документ, но в 1961 году Центр космических полетов имени Годдарда НАСА взял на себя ответственность за оба отчета, объединив их в один документ. [13]
В октябре 1960 года Джордж Вестрам представил краткий курс по небесной механике для сотрудников NSSCC, которые хотели принять в нем участие [14].
По международному соглашению в рамках Международного астрономического союза спутники и космические зонды изначально назывались греческими буквами, следуя системе наименования звезд в созвездиях. Год запуска был включен в названия запусков, так что Спутник I был 1957 Альфа. Полезная нагрузка называлась Альфа I, когда была известна - в случае Спутника I изначально не было ясно, что это за полезная нагрузка, поэтому полезная нагрузка стала Альфа II. Другие части также были пронумерованы, так что ракета-носитель обычно называлась Альфа II. Вскоре были использованы 24 греческие буквы, так что следующая последовательность начиналась с Альфа Альфа и так далее. К 1962 году была запущена Бета Пси, и стало ясно, что система греческого алфавита больше не будет работать. После этого запуски нумеровались, начиная с 1963-1, а полезная нагрузка обычно имела номер 1963-1A и т. д.
Как только запускался новый спутник или космический зонд, Space Track оповещал основные датчики и обрабатывал наблюдения по мере их поступления, оперативно выпуская предварительный бюллетень слежения и обновляя его примерно через 24 часа, когда были получены дополнительные наблюдения со всего мира. Регулярные бюллетени продолжали выпускаться регулярно по мере необходимости, чтобы идти в ногу с меняющимися орбитами, некоторые из которых довольно быстро разрушались в атмосфере. Был еще один всплеск активности, когда произошли последние обороты, поскольку было трудно предсказать точный путь возвращения.
В NSSCC была комната, выделенная в качестве центра фильтрации для мониторинга коммуникаций и получения наблюдений. Центр фильтрации имел дисплеи, на которых отображались орбитальные и вышедшие из строя спутники, и проекционную систему, которая могла показывать движение одного спутника над Землей. Дисплеи были разработаны A/3C Питером П. Камровски. [15] Центром управляли дежурный контролер и его помощники. Центр был спроектирован старшим контролером 1-м лейтенантом Коттером на основе его более раннего опыта в качестве добровольного члена Корпуса наземных наблюдателей ВВС США (центры фильтрации Корпуса наземных наблюдателей, в свою очередь, были основаны на центрах слежения за самолетами Великобритании, разработанных во время Второй мировой войны для отслеживания нацистских самолетов).
К 1960 году была учреждена должность дежурного аналитика. После того, как наблюдения были сокращены, дежурный аналитик просматривал их и решал, какие орбиты необходимо пересчитать, чтобы привести их в соответствие с текущими данными. В случае новых запусков или распада спутников один аналитик был выделен для обработки наблюдений для этого спутника. [9] : 5
Как и многие другие виды деятельности на заре космической эры, операции Space Track часто включали в себя выполнение действий, для которых не существовало прецедентов.
2 января 1959 года Советы запустили Луну-1 (также известную как Мечта), свой первый лунный зонд. Данные слежения были получены для Space Track сайтом Голдстоун Калифорнийского технологического института, который подтвердил, что зонд направился к Луне. Доктор Кертис использовал график этих данных в презентации комитету Палаты представителей США. Его презентация помогла повлиять на президента Кеннеди, чтобы основать программу Apollo . Кеннет Э. Кисселл позже опубликовал анализ траектории Project Space Track. [16]
В этот период 6594-е испытательное аэрокосмическое крыло пыталось осуществить успешный запуск в рамках программы спутников Discoverer. Спутники, запущенные с авиабазы Ванденберг, находились на полярных орбитах. Они контролировались 6594-м в Пало-Альто (позже Центром управления спутниками ВВС в Саннивейле, Калифорния). Лейтенант Коттер был офицером связи между Space Track и 6594-м. Первые 12 попыток запуска были неудачными; первым успешным был Discoverer 1 (1959 Beta). Корпорация Lockheed, подрядчик по разработке, получила свою премию, потому что телеметрия показала, что спутник достиг орбиты, но его больше никто не видел, несмотря на массированные усилия Space Track и другие усилия по его поиску.
К этому времени Space Track имел контакты со многими датчиками по всему миру. Один из них находился на Южном полюсе , в рамках Международного геофизического года . Одно из девяноста наблюдений Discoverer 2 (1959 Gamma) было отправлено со станции Берд, в котором говорилось, что спутник прошел слева от зенита на 2,25 градуса, что подразумевает наклон орбиты в 89,9 градуса. [17] : 3, 11 [18] Этот отчет, вероятно, является единственным прямым наблюдением наклона орбиты спутника, которое когда-либо было сделано. [ необходима цитата ]
Поскольку спутники Discoverer несли полезные грузы, которые были сведены с орбиты и извлечены с парашютами самолетами 6594-го аэрокосмического испытательного крыла, базирующегося на Гавайях, время схода с орбиты имело решающее значение. (Попытка схода с орбиты полезной нагрузки Discoverer 2 пошла серьезной неудачей: полезная нагрузка приземлилась на Шпицбергене , вместо того чтобы спуститься над Тихим океаном. Ее извлекли российские шахтеры, вероятно, очень полезные для российской разведки и российской космической программы в целом [19] ). Позже, чтобы повысить точность команд схода с орбиты, орбитальные аналитики лейтенант Альгимантас Шимолюнас, Лоуренс Катберт или Эд Кейси обновляли эфемериды Space Track для каждого Discoverer в последнюю минуту и отправляли обновление на 6594-й. 6594-й имел глобальную сеть станций слежения (включая Аляску, Гавайи, Сейшельские острова, Гуам и Великобританию), используемых для командования и управления спутниками на орбите. Однако данные слежения были получены с помощью телеметрического мониторинга и не были такими точными, как данные Space Track, которые в основном основывались на радиолокационном и оптическом слежении.
Lockheed решила поместить небольшой свет на Discoverer XI (1960 Delta). Space Track выступила в качестве связующего звена между 6594-м и Смитсоновской астрофизической обсерваторией, чтобы использовать их камеру Бейкера-Нанна в Кадисе, Испания, для фотографирования света. Это дало бы Lockheed ценную информацию о точности их орбитальных вычислений. Эксперимент прошел очень хорошо и не был повторен. [5] : 8
Discoverer XIX (1960 Tau) имел полезную нагрузку под названием MIDAS, экспериментальную версию того, что позже стало Программой поддержки обороны. ВВС решили, что орбита MIDAS должна быть засекречена, что означало, что наблюдения датчика Space Track также должны быть засекречены. Это привело к тайной передаче данных ночью в центре Конкорда, Массачусетс, между доктором Гордоном Петтингиллом из Миллстоун-Хилл и лейтенантом Коттером, поскольку не было защищенного телетайпа или телефона. [5] : 8
Возможно, вызвав непреднамеренный фейерверк в честь активации 1-й эскадрильи аэрокосмического наблюдения и управления, ступень Ablestar для спутника ВМС Transit 4A, 1961 Omicron, который был запущен 29 июня 1961 года, взорвалась примерно через 77 минут после выхода на орбиту, в 0608Z. Система раннего предупреждения о баллистических ракетах NORAD (BMEWS) провела ранние радиолокационные наблюдения, и г-н Леонард из команды Moonwatch в Сакраменто, Калифорния, оповестил Space Track, когда увидел много фрагментов там, где от запуска ожидалось всего несколько спутников. В течение следующих нескольких дней это дало проекту Space Track его первую крупную попытку в качестве резерва для новой эскадрильи. Лоуренс У. Катберт, 1-й лейтенант Альгимантас Шимолюнас и Эд Кейси достигли вехи в отслеживании спутников, вручную нанося наблюдения и определяя орбиты для 296 фрагментов. [20] Орбитальные аналитики из 1st Aero также были активно вовлечены в достижение. Наблюдения из-за ограждения SPASUR были очень полезны для отслеживания фрагментов (SPASUR изначально отказывался отправлять индивидуальные наблюдения Space Track, отправляя вместо этого только орбитальные параметры, но эта политика, к счастью, была изменена к 1961 году).
Метод, используемый для идентификации нескольких объектов, вращающихся в одной и той же орбитальной плоскости, был усовершенствован Лоуренсом Катбертом и опубликован в виде автоматизированной программы корпорацией Wolf Corporation [21] [Позже Ларри работал с Бобом Моррисом, главным орбитальным аналитиком в Колорадо-Спрингс, над разработкой программы для получения орбитальных элементов для всех неизвестных радиолокационных треков; методология сработала, и она стала известна как алгоритм Катберта-Морриса. Полученная программа была названа «Breakup, Lost and Decay» и, наряду с последующими улучшениями, она нашла тысячи объектов в каталоге космических спутников. Это по-прежнему стандарт астродинамики ВВС для обработки некоррелированных целей (UCT). [22] [23] [24]
Большая часть общения по программе Space Track осуществлялась с помощью телетайпа или, в некоторых случаях, по телефону, почте или через курьера. [9] : 21
Бюллетени и углы обзора изначально печатались вручную летчиками в офисе связи и отправлялись телетайпом всем участвующим датчикам. Телетайпные аппараты использовали перфорированную бумажную ленту, до изобретения ленты без чеда.
В конце концов, Рой Норрис и лейтенант Коттер уговорили IBM 610 нарезать бумажные ленты для спутниковых бюллетеней, чтобы летчикам в отделе связи не приходилось вручную набирать все данные. Это не входило в конструкцию IBM 610 и стало сюрпризом для персонала IBM. [5] : 2 Более поздние компьютеры также автоматически подготавливали ленты с данными бюллетеней и углов обзора. [4] : 193
Существовала ограниченная защищенная связь: одним из методов, пригодных для отправки секретной информации, была пара одноразовых блокнотов . Каждый из этих блокнотов состоял из двух наборов страниц, верхний из которых имел все буквы и цифры на строке, возможно, по 40 строк на страницу. Верхний лист был сделан из самокопирующей бумаги. Чтобы использовать листы, нужно было обвести каждую букву или цифру ряд за рядом на верхнем листе. Это отмечало второй лист, на котором все буквы и цифры были зашифрованы. Затем зашифрованную версию можно было передать по телетайпу или телефону получателю, который, используя свой соответствующий набор одноразовых блокнотов, мог обратить процесс и прочитать защищенное сообщение.
Другим методом, который позже применил Space Track, был защищенный телетайпный аппарат, к которому была прикреплена предварительно перфорированная бумажная лента. Лента служила для искажения каждой напечатанной буквы, которую затем можно было расшифровать с помощью обратной процедуры на другом конце линии телетайпа. Эта система использовалась для связи с разведкой ВВС в Пентагоне. Позже появилось более сложное криптографическое оборудование.
В дополнение к передаче данных Space Track опубликовал ряд технических отчетов (например, см. Ссылки, [11] [12] [17] ).
Доктор Валь представил подробные описания деятельности Space Track на первых двух Международных симпозиумах по ракетам и астронавтике в Токио в 1959 и 1960 годах. [4] [25] Доктор Кертис и лейтенант Коттер сделали аналогичную презентацию в 1960 году. [26]
В 1960 году Aeronutronic , подразделение Ford Motor Company, заключило контракт с Space Track на разработку усовершенствованных методов прогнозирования орбит разрушающихся спутников, компьютерной программы Spiral Decay и другого программного обеспечения для новых компьютеров в новом здании. (Aeronutronic была нанята для проведения системного анализа центра управления 1 октября 1959 года. [2] : 2 Подробные отчеты об этой и другой поддержке Aeronutronic проекта Space Track хранятся в офисах Lockheed Martin (ранее Loral Corporation) в Колорадо-Спрингс, штат Колорадо. Индекс отчетов находится в Национальном музее ВВС. [27] )
Другой очень важной группой были сотрудники Wolf R&D Corporation (Конкорд, Массачусетс), которая занималась программированием и имела контракт на эксплуатацию компьютеров в NSSCC, включая мэйнфрейм IBM 7090.
{{cite magazine}}: CS1 maint: дата и год ( ссылка )- включает в себя освещение эпохи Project Space TrackЗа исключением отмеченных случаев, все упомянутые документы находятся в архивах Национального музея ВВС США , авиабаза Райт-Паттерсон, штат Огайо. Для получения копий ссылок в формате JPEG см. страницу обсуждения.
Катберт, Лоуренс В.: Ballbuster на орбите. Официальная история Spacetrack. [Юмор] Проект Space Track: Бедфорд, Массачусетс: июнь 1965 г.