Сеть Minitrack была первой сетью спутникового слежения в США, которая начала функционировать в 1957 году. Она использовалась для отслеживания полетов спутников Sputnik , Vanguard, Explorer и других первых космических исследований. Minitrack был прародителем сети слежения за космическими аппаратами и сбора данных (STADAN) и сети пилотируемых космических полетов (MSFN).
Происхождение
Когда в середине 1950-х годов появились предложения о спутниках, естественно возник вопрос об их отслеживании. Были рассмотрены три подхода:
- Оптическое слежение
- Использование радара
- Схема Лаборатории военно-морских исследований США (NRL), которая измеряла углы с помощью интерферометрии , основана на работе на ракетном полигоне Уайт-Сэндс .
Оптический и радиолокационный подходы не требовали совместной цели, но имели большую проблему с захватом или обнаружением цели в первую очередь, поскольку у них было очень маленькое поле зрения. Предложение NRL требовало наличия передатчика на цели, но могло легко измерить цель в любом месте в широком поле зрения. Предложение NRL было принято и положено в основу станций Minitrack.
Из исторического документа НАСА: [1]
В начале апреля 1955 года Милтон Розен, Джон Менгель и Роджер Истон неофициально собрались в NRL и подготовили документ, озаглавленный «Предложение о минимальном отслеживаемом спутнике (Minitrack)». В этом ключевом отчете не указана дата и авторы; но, по словам Розена, этому предшествовало лишь несколько дней более официального отчета под названием «Научная спутниковая программа» [2] 13 апреля 1955 г., написанного отделом разработки ракет NRL. Приложение B к этому документу было озаглавлено «Система Minitrack» и было почти идентично своему предшественнику на несколько дней. Название «Minitrack», впервые появляющееся на бумаге, было придумано Джоном Менгелем.
Разработка
В первоначальном предложении была только одна пара станций. Однако вскоре стало ясно, что этого недостаточно. Из истории НАСА: [3]
До конца 1955 года идеи кардинально изменились. Во-первых, было осознано, что одна пара станций обеспечит очень ограниченный географический охват, что затруднит сбор данных и очень замедлит накопление орбитальных данных. Затем были предложены четыре пары станций на юге США. В этом предложении подразумевалась идея «радиозабора»; т. е. создание длинной цепочки перекрывающихся диаграмм направленности антенн, которые спутник должен часто пересекать. Проблема заключалась в том, что запланированный наклон орбиты спутника Vanguard слишком большую часть времени удерживал его от южных штатов США. Следующим логическим шагом стало строительство длинного забора с севера на юг, через который спутник будет проходить почти на каждой орбите. Но программа «Авангард» не могла финансово поддерживать длинную цепочку парных станций; кроме того, дальнейшие размышления вскоре показали, что полные орбитальные данные могут быть вычислены только на основе углового (интерферометрического) слежения. Эти изменения в мышлении проявились в отчете, описывающем цепочку из девяти отдельных станций Minitrack, разбросанных вдоль 75-го меридиана . К сожалению некоторых инженеров, возможности измерения дальности и скорости были исключены.
Техническая целесообразность установки станций Minitrack на чужой территории - это одно; более сложными были переговоры по площадке, подготовка площадки и логистика. Ситуация была особенно острой в странах Южной Америки, которые очень болезненно относились к базам США и где средства транспорта и связи были примитивными. К сожалению, станциям Minitrack требовались радиомолчания, которые обычно несовместимы с желаемыми линиями связи и средствами снабжения.
[...]
Группа по выбору места выбрала шесть мест в Южной Америке: Гавана , Панама , Кито , Лима , Антофагаста и Сантьяго ; но кто возьмется за грандиозную задачу по созданию станций за пределами самих Соединенных Штатов? Армия США, в силу своего опыта IAGS, была логичным выбором. В сентябре 1956 года начальник инженерных войск армии начал строительство на шести объектах по запросу NRL. В частности, задача выпала на специально созданную оперативную группу Project Vanguard Картографической службы армии США. Здесь следует упомянуть, что южноамериканские объекты, хотя и находятся недалеко от крупных городов, обычно находились на некотором расстоянии от современных объектов и связанных с ними радиопомех. Изоляция и примитивные условия изначально вызвали проблемы с логистикой и моральным духом операторов.
Сайты Minitrack в континентальной части США были созданы с большей легкостью. Военно-морской флот создал и эксплуатировал станции Blossom Point и Сан-Диего ; последний находился на вспомогательной авиационной базе ВМС Браун, недалеко от Чула-Виста, Калифорния , и находился в ведении Лаборатории военно-морской электроники . Станции, расположенные ниже мыса Канаверал, были созданы в сотрудничестве с Великобританией и эксплуатируются ВМС и ВВС США. После обсуждения требований к отслеживанию, материально-технического обеспечения и вспомогательных средств, Антигуа и Гранд-Терк были наконец выбраны для станций нижнего уровня вместо первоначально запланированных Барбуда и Маягуана .
[...]
Станция Blossom Point, расположенная всего в 56 км к юго-востоку от Вашингтона , была введена в эксплуатацию в июле 1956 года и вскоре была использована в качестве учебного центра для операторов Minitrack и испытательного центра для оборудования Minitrack. Во время МГГ и после него многие иностранцы прошли курс Minitrack в Blossom Point. Фактически, готовность NRL и NASA нанимать и обучать иностранных граждан на станциях Minitrack и STADAN значительно облегчила задачу размещения американских объектов на чужой территории. Станции Minitrack многократно «зарабатывали» как неполитические, беспристрастные представители Соединенных Штатов.
Полная сеть Minitrack из десяти станций была введена в эксплуатацию в октябре 1957 года, а одиннадцатая, в Вумере, Австралия , была добавлена месяц спустя. Уже должно быть очевидно, что сеть Minitrack не была статичной. Станции добавлялись и вычитались по мере необходимости космической программы. Более крупные спутники с большей мощностью передатчика сделали такие станции, как Antofagasta, избыточными. Политические преследования на Кубе показали, что еще в сентябре 1957 года станцию в Гаване, вероятно, придется перенести.
Технические проблемы
Хотя станция Minitrack могла очень точно измерять углы до спутников, использование этой информации для определения орбиты потребовало дополнительной работы. [4]
- Местоположение станции должно быть известно очень точно. До появления спутников у каждого континента была своя собственная геодезическая система координат, и взаимосвязь между этими системами не была точно известна.
- Время на станции нужно знать точно. Решением было установить точные часы на каждой станции и откалибровать их, сравнивая с радиопередачами WWV .
- Поскольку для определения точной орбиты требуется более одного наблюдения, данные с каждой станции должны быть отправлены в центральное место для определения орбиты. Это было сложно, так как станции располагались в тихих для радиосвязи районах, которые, следовательно, имели слабую инфраструктуру связи. Армия США разбила станции и построила новые средства связи.
Минитрек и Спутник
К 1 октября 1957 года Minitrack был завершен, за исключением проверки некоторых телетайпов и калибровки некоторых станций. Три дня спустя Sputnik 1 начал пересекать забор Minitrack каждые 96 минут; но он передавал на 20 и 40 МГц. Операторы Minitrack знали, что Спутник-1 проходит над головой, но не могли отслеживать его с помощью интерферометров на 108 МГц.
Спутник-1 вел передачу в любительских радиодиапазонах и получил широкую огласку, поскольку радиолюбители по всему миру принимали сигналы. Армейские радиоинженеры и многие любители провели ночь 4 октября, строя и модифицируя свое оборудование для доплеровского слежения. Грубые орбитальные данные были доступны в течение дня. В NRL команда minitrack уже начала модифицировать Minitrack для приема на 40 МГц. Оповещенные по радио о запуске спутника, они сожгли полуночную нефть, разрезая диполи на 40 МГц и планируя модификацию сети. Крестовины 40 МГц были быстро установлены в Блоссом-Пойнт, Сан-Диего и Лиме; а позже - в Сантьяго и Вумере. Через несколько дней были получены хорошие данные отслеживания. Спутник 1 и Спутник 2, по сути, дали Minitrack хорошие шейкдауны. [5]
Средний возраст: 1958-1962 гг.
Когда несколько месяцев спустя были запущены американские спутники Explorer и Vanguard, Minitrack смогла легко их отследить. Это работало достаточно хорошо, чтобы интерферометры Minitrack также стали основным методом отслеживания в последующей сети STADAN. [6]
Последняя основная станция IGY Minitrack была введена в эксплуатацию в Вумере в октябре 1957 года. За исключением некоторых незначительных перестановок и добавления площадок, а также восстановления временных установок, никаких серьезных изменений в Minitrack не производилось до тех пор, пока на новой установке не была установлена большая 26-метровая параболоидальная антенна. Сайт Фэрбенкс в мае 1962 года. [...] В течение этого периода сеть Minitrack легко отслеживала несколько относительно простых научных спутников, пролетающих над головой. Это было время интенсивного планирования, исследований и разработок, поскольку нация планировала космические программы, которые вскоре полностью исчерпали возможности Minitrack. [7]
Превращение в STADAN
По мере того, как спутники становились все больше и сложнее, возник ряд проблем, с которыми Minitrack не мог справиться должным образом, и некоторые возможности, в которых не было необходимости. К ним относятся:
- Спутники на полярных орбитах. Это требовало новых сайтов для отслеживания.
- Спутники на синхронных орбитах. У них есть подшипники, которые меняются медленно (или могут быть полностью неподвижными). Это делает отслеживание угла менее полезным. В этом случае, особенно при маневрах таких спутников, нужны дальность и дальность. Minitrack не смог выполнить эти измерения. Очень похожая ситуация существует для спутников, находящихся вблизи апогея на эксцентрических орбитах. [8]
- Необходимость в гораздо большей полосе пропускания передачи данных и, следовательно, в антеннах большего размера. Nimbus был первым спутником, который обратил внимание на эту проблему, поскольку он начал возвращать изображения, а не только базовую телеметрию. [9]
- Все больше и больше автоматизированных средств телеметрии и управления по мере увеличения количества спутников и их сложности.
- Намного меньше необходимости в слепом отслеживании. Поскольку дальность пуска улучшила их отслеживание, хорошие орбитальные элементы были доступны еще до того, как ракета даже покинула диапазон. [10]
Чтобы удовлетворить эти новые потребности, в сеть Minitrack был внесен ряд фундаментальных изменений. [11]
- Изменения, закрытия и дополнения сайта.
- На некоторых участках добавляются более крупные 12-метровые и 26-метровые тарелки.
- Добавление оборудования Годдарда для отслеживания дальности и дальности (GRARR). [12]
- Добавление новой телеметрии автоматического слежения и командных антенн (SATAN). [13]
- Более крупные и автоматизированные наземные линии связи между станциями.
Образовавшаяся в начале 1960-х сеть была названа Сетью слежения за космическими аппаратами и сбора данных или STADAN.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Корлисс, стр. 17
- ^ "Научная спутниковая программа" . 5 июля 1955 г. Записка NRL 487.
- ^ Корлисс, стр. 21.
- ^ Корлисс, стр. 28 год
- ^ Корлисс, стр. 29.
- ^ Корлисс, стр. 30.
- ^ Корлисс, стр. 36.
- ^ Корлисс, стр. 50.
- ^ Корлисс, стр. 49.
- ^ Корлисс, стр. 47.
- ^ Корлисс, стр. 47
- ^ Корлисс, стр. 52.
- ^ Корлисс, стр. 54.
Библиография
- Уильям Р. Корлисс (1974). «Технический отчет НАСА CR 140390, Истории сети слежения за космосом и сбора данных (STADAN), сети пилотируемых космических полетов (MSFN) и сети связи НАСА (NASCOM)». НАСА. ЛВП : 2060/19750002909 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь )PDF-файл размером 100 МБ. Явно не защищен авторским правом. - Шредер, Калифорния; Луни младший, Швейцария; Карпентер-младший, HE (1957). "Отчет о проекте Авангард № 18" . Лаборатория военно-морских исследований, Вашингтон, округ Колумбия. Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь )CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )