El AN / FPS-17 era un sistema de radar de haz fijo en tierra que se instaló en tres ubicaciones en todo el mundo, incluida la Base Aérea Pirinçlik (antes Estación Aérea Diyarbakir) en el sureste de Turquía , Laredo, Texas y la Isla Shemya, Alaska.
Este sistema se implementó para satisfacer los requisitos de recopilación de inteligencia científica y técnica durante la Guerra Fría . La primera instalación (designada AN / FPS-17, XW-1) en Diyarbakir fue originalmente pensada para proporcionar vigilancia del rango de prueba de misiles de la URSS en Kapustin Yar al sur de Stalingrado , especialmente para detectar lanzamientos de misiles. Los datos que produjo, sin embargo, excedieron los requisitos de vigilancia, permitiendo la derivación de trayectorias de misiles, la identificación de lanzamientos de satélites terrestres, el cálculo de las efemérides de un satélite.(posición y órbita) y la síntesis del rendimiento del cohete propulsor. El éxito logrado por este radar de haz fijo llevó a la ubicación conjunta de un radar de seguimiento (AN / FPS-79), a partir de mediados de 1964. Juntos, estos radares tenían la capacidad de estimar la configuración y dimensiones de satélites o misiles y observar la reentrada de vehículos tripulados o no tripulados.
Se realizó una segunda instalación de FPS-17 en Laredo, Texas, que se utilizó principalmente como un sitio de investigación y desarrollo. La instalación operativa final se realizó en la isla Shemya, Alaska, para la detección de misiles.
Génesis
La experimentación con la detección de misiles por un radar SCR-270 modificado en 1948 y 1949 en la Base de la Fuerza Aérea Holloman , Nuevo México, junto con la experiencia estadounidense en el uso de componentes de alta potencia en otros radares, creó una base para creer que un megavatio- El radar clasificado podría fabricarse para funcionar en rangos mucho más largos que nunca. Como la necesidad de inteligencia sobre la actividad de los misiles soviéticos era aguda, se estableció un requisito formal para tal radar, y se le dio al Centro de Desarrollo Aéreo de Roma la responsabilidad de diseñar el sistema.
En octubre de 1954, General Electric , que tenía experiencia en la producción de equipos y radares VHF de alta potencia , obtuvo un contrato para la fabricación, instalación y prueba de lo que sería en ese momento el radar operativo más grande y poderoso del mundo. El contrato estipulaba que el equipo debía estar en funcionamiento en el Sitio IX cerca de Diyarbakir dentro de nueve meses: el 1 de junio de 1955. La construcción comenzó en febrero, y la fecha operativa programada se perdió por quince minutos.
La instalación de la antena original era un gran reflector parabólico DS Kennedy , de 175 pies (53 m) de alto por 110 pies (34 m) de ancho, que irradiaba en el rango de frecuencia de 175 a 215 megahercios. Inicialmente se utilizaron transmisores de televisión de alta potencia estándar de GE, modificados para el funcionamiento por pulsos.
La vigilancia se llevó a cabo mediante seis vigas horizontales sobre el área de Kapustin Yar . En 1958, se instalaron una segunda antena, de 150 pies (46 m) de alto por 300 pies (90 m) de largo (llamada antena Cinerama), y nuevos transmisores de 1.2 megavatios como parte de un kit de modificación que proporcionó tres haces horizontales adicionales, un ventilador vertical de siete haces y mayor capacidad de alcance.
El elaborado sistema incluía circuitos de alarma automática, circuitos de localización de distancias y equipos de procesamiento de datos; estaba equipado para realizar grabaciones fotográficas de 35 mm de todas las señales recibidas. Se logró una reducción preliminar de datos en el sitio, pero el procesamiento final se realizó en la División de Tecnología Extranjera en la Base de la Fuerza Aérea Wright Patterson .
Desde el 15 de junio de 1955, cuando se detectó el primer misil soviético, hasta el 1 de marzo de 1964, se reportaron 508 incidentes (avistamientos), 147 de ellos durante los dos últimos años del período.
Operación
El sistema Pirinçlik posterior a 1958 tenía ocho conjuntos o canales de radar separados, cada uno con su propio excitador , transmisor , duplexor , receptor y unidad de visualización de datos. Estos ocho canales alimentaron energía electromagnética en dieciséis haces fijos formados por las dos antenas, cada canal, o combinación de transmisor-receptor, siendo compartido en el tiempo entre dos haces. Los interruptores accionados neumáticamente operaban en un ciclo de tres segundos para alimentar cada haz alternativamente durante 1,5 segundos. Había alimentaciones de antena para dos haces adicionales que podrían funcionar con algunos retazos en el cableado.
Las alimentaciones de la antena se colocaron para producir en el espacio el patrón de haz representado en la figura. Los haces 1 y 18 eran los que normalmente no estaban energizados. Los haces 1 a 7 utilizaron la más antigua de las dos antenas; 8 a 18 fueron formados por la nueva antena "cinerama", cuyo ancho de 300 pies (90 m) les dio su estrecha dimensión horizontal.
Las vigas 2 a 9 se proyectaron en disposición horizontal; 10 a 17 (aunque 10 en realidad se encuentra en la fila horizontal) se agruparon como el componente vertical. Todos los haces de cada grupo se alimentaron simultáneamente. Excepto por ser controlado por una señal de temporización maestra, cada uno de los ocho canales operaba independientemente de los demás. Cada transmisor estaba en una frecuencia ligeramente diferente para evitar la interacción con los demás. El pulso transmitido, de 2000 microsegundos de duración, se codificó o etiquetó al pasar a través de una línea de retardo con derivaciones que puede invertir la fase a intervalos de 20 microsegundos. Tras la recepción, la señal devuelta se pasó a través de la misma línea de retardo con derivación y se comprimió 100: 1 a 20 microsegundos para aumentar la precisión y resolución de la medición de rango, que por supuesto era una función del intervalo entre la transmisión y el retorno.
Una línea de retardo era un desvío de transmisión artificial que servía para retardar la señal, compuesto por inductancias en serie y capacitancias en paralelo que producían un retardo constante. Los puntos de recogida a intervalos de 20 microsegundos permitieron extraer estos subpulsos en tal secuencia que llegaran todos juntos, para lograr el efecto de compresión.
La cobertura azimutal total fue de 18 ° a 49,7 °. El sistema normalmente detectaba misiles o satélites lanzados desde Kapustin Yar a un rango nominal de 800 millas náuticas (1.500 km); rastreó un tipo de misil hasta 1.625 millas náuticas (3.010 km). Los misiles y satélites no se detectaron en su rango máximo detectable porque la cobertura de la configuración del haz fijo no se ajustaba al diseño del rango de prueba.
Las características eléctricas de cada uno de los canales fueron:
Frecuencia ............................... 175-215 megahertz Potencia máxima por haz ..................... 1,2 megavatios Duración del pulso ... 2000 microsegundos Tasa de repetición de pulso ... 30 ciclos por segundo Ciclo de trabajo (porción de tiempo de transmisión) 0.06 Ancho del haz (alargado horizontalmente) ..... 2.5 ° x 1.8 ° Ancho de haz (alargado verticalmente) ....... 1 ° x 2 ° Relación de compresión de pulso ................. 100: 1 Precisión de alcance .......................... dentro de 5 nmi (9 km)
Para ilustrar cómo se calcula la capacidad del sistema, podemos tomar registros típicos que muestran el canal 4, por ejemplo, operando con los siguientes parámetros:
Salida de potencia máxima .............. 1.0 megavatio Señal mínima discernible ... 130 decibelios por debajo de un milivatio Frecuencia ...................... 192 megahertz
El rango máximo de capacidad de intercepción del canal 4 para un objetivo de un metro cuadrado de sección transversal se determina utilizando estos parámetros en la ecuación del rango del radar.
dónde:
Sustituyendo,
dónde:
- es la velocidad de la luz en metros por segundo
- es la frecuencia en hercios (1 / s)
mudado.
y
- Alcance = 4.184 kilómetros (2.260 millas náuticas).
Los avistamientos realizados por el sistema de haz fijo incluyeron disparos verticales (para vehículos de investigación de la atmósfera superior o verificación de refuerzo), misiles balísticos disparados a las 650 millas náuticas nominales (1.200 km), 1.050 millas náuticas (1.940 km) y Áreas de impacto de 2.000 millas náuticas (3.700 km), lanzamientos de satélites Cosmos , satélites en órbita y anomalías naturales como perturbaciones ionosféricas o auroras .
Mediciones y procesamiento
Los datos sobre los misiles o satélites objetivo se registraron en cada canal de radar fotografiando un osciloscopio de intensidad modulada de cinco pulgadas (127 mm) con el obturador de la cámara abierto en una película de 35 mm que se mueve aproximadamente cinco pulgadas por minuto. El rango de un objetivo individual se representó por su ubicación en el ancho de la película, el tiempo por un código dotdash a lo largo de la longitud. Además de esta información posicional, la velocidad radial aproximada del objetivo (velocidad en la dirección de observación) se determinó midiendo el cambio de frecuencia Doppler en la señal del radar cuando regresó. El desplazamiento Doppler se encontró dentro de los 500 ciclos determinando cuál de los dieciocho filtros de frecuencia que cubren bandas sucesivas de 500 ciclos por segundo de ancho pasó la señal de retorno. Esta medida de la velocidad radial fue de -4 a -f-4 millas náuticas (7 km) por segundo en incrementos de 0,219 millas náuticas (0,406 km). Todos estos datos, junto con la elevación y el azimut del haz de observación, se convirtieron automáticamente a forma serial, se codificaron en un código estándar de teleimpresora y se perforaron en una cinta de papel para su transmisión.
Por lo tanto, los datos fueron recibidos en la División de Tecnología Extranjera de Wright-Patterson (FTD) primero por teleimpresora y luego en película, esta última acompañada de registros que brindan datos sobre el objetivo leídos por el personal del sitio y datos sobre el rendimiento del equipo, como la potencia máxima transmitida, la frecuencia, y sensibilidad del receptor. A su llegada, la película cuando fue editada y marcada para facilitar la lectura en el equipo "Oscar" (procesamiento preliminar). Los objetivos se clasificaron por diferencias en el rango y la tasa de cambio de rango, y los rendimientos de cada uno se numeraron en una secuencia de tiempo.
El equipo FTD Oscar consistía en un lector de película que proporcionaba datos de tiempo y rango en forma analógica, una unidad convertidora que los cambiaba a formato digital y un perforador de tarjetas de impresión IBM que recibía los datos digitales. El equipo Oscar y el operador humano generaron así una baraja de cartas de IBM para el procesamiento informático que contiene el historial de la posición de cada objetivo a lo largo del tiempo.
El primer paso en el procesamiento de la computadora fue traducir las unidades Oscar al alcance real del radar, el tiempo "Z" (promedio de Greenwich) y el número de haz, este último fijando el acimut y la elevación del retorno. Durante este primer paso, se realizaron tres comprobaciones de control de calidad independientes en cada tarjeta de IBM para eliminar los datos erróneos.
Las observaciones que lograron pasar todas estas pruebas se llevaron al segundo paso del procesamiento por computadora, con el ajuste de una curva polinomial de segundo grado a los datos sin procesar de rango / tiempo de acuerdo con el criterio de mínimos cuadrados. En este método, se ajustó una función matemática para aproximar mejor una serie de observaciones donde la suma de los cuadrados de sus residuos (desviaciones de los datos brutos) era mínima. Si existía una irregularidad sistemática en la fiabilidad de los datos, los residuos se ponderaban en consecuencia.
Se estableció una desviación estándar de esta curva y se descartó cualquier punto de referencia sin procesar que mostrara una desviación tan grande como tres veces el estándar. Luego, las curvas de segundo grado se ajustaron de manera similar a los datos de azimut / tiempo y elevación / tiempo. Los tres polinomios de segundo grado, para rango / tiempo, azimut / tiempo y elevación / tiempo, se utilizaron para generar un valor para la posición y la velocidad en el tiempo medio de observación y, sobre la base de estos valores, una estimación inicial de la elíptica. Se hizo trayectoria.
Al calcular la trayectoria elíptica, la Tierra se considera físicamente una esfera homogénea giratoria y geométricamente considerada un elipsoide , es decir, su abultamiento ecuatorial se ignora en el cálculo gravitacional, pero no con respecto a las intersecciones de su superficie. Una elipse que no cruza la superficie de la Tierra representa la órbita de un satélite; uno que cruza la superficie de la Tierra describe una trayectoria por encima del punto de intersección.
Los parámetros de la elipse se iteran con la computadora, estableciendo una elipse de mejor ajuste restringida por un criterio de mínimos cuadrados ponderados. A lo largo de esta elipse, se calcula la trayectoria del objetivo: el historial a través del tiempo de latitud, longitud, altitud y los parámetros angulares y de velocidad que puedan ser de interés. El alcance real de un misil es probablemente más corto que el de su trayectoria calculada debido a su trayectoria de empuje no elíptica y al arrastre atmosférico después de su reentrada. La diferencia es del orden de 10 millas náuticas (19 km) a 25 millas náuticas (46 km) para misiles de corto y medio alcance, 50 millas náuticas (93 km) para misiles balísticos intercontinentales .
Laredo, Texas
GE y la Fuerza Aérea reconocieron la necesidad de realizar más investigación, desarrollo y pruebas que no hubieran sido posibles en el sitio operativo en Turquía, por lo que se instaló un FPS-17 similar cerca de Laredo, Texas, para facilitar ese trabajo. La ubicación a veces se conocía como Laredo Test Site, Laredo Tracking Site o Laredo AFS, pero no debe confundirse con Laredo AFB. El sitio fue declarado operativo el 29 de febrero de 1956 y se agregó un rastreador mecánico, designado AN / FPS-78 alrededor de 1960. El sitio cerró en 1962 o 1963. Algunos documentos afirman que Laredo fue el primer FPS-17, pero esto parece derivar de el período en el que la existencia de Diyarbakir era un secreto muy bien guardado.
El Laredo FPS-17 se sometió a numerosas reconfiguraciones a lo largo del tiempo. El reflector de la antena era el mismo que la antena FPS-17 inicial de Diyarbakir, pero los números y configuraciones de la bocina de alimentación cambiaron varias veces (es una curiosidad que ninguno de los tres sitios FPS-17 fueran exactamente iguales). Laredo rastreó misiles de White Sands y realizó experimentos de detección, efectos de meteoritos, efectos de propagación ionosférica y pruebas de hardware.
Isla Shemya, Alaska
Las pruebas de cohetes soviéticos a Kamchatka a fines de la década de 1950 aumentaron el interés en la isla Shemya , Alaska , en las Aleutianas occidentales, como un lugar para monitorear las pruebas de misiles desde el extremo noreste de la Unión Soviética. Se rehabilitaron las instalaciones del sitio antiguo y se construyeron otras nuevas en la isla, incluido un gran radar de detección (AN / FPS-17), que entró en funcionamiento en 1960. Cada uno de los tres reflectores de antena era similar al FPS-17 inicial en Diyarbakir, pero se empleaba una matriz de cuerno de alimentación diferente y un método de exploración del haz. En 1961, se construyó en las cercanías el radar de seguimiento AN / FPS-80 . Blue Fox se refiere a una modificación del radar de seguimiento AN / FPS-80 a la configuración AN / FPS-80 (M) en 1964. Estos radares se cerraron en la década de 1970 cuando se construyó el radar Phased Array Cobra Dane para monitorear las pruebas de misiles. Shemya fue redesignada de una estación de la Fuerza Aérea a una base de la Fuerza Aérea en 1968.
El radar de detección AN / FPS-17 en Shemya AFB entró en funcionamiento en mayo de 1960, y el radar de seguimiento AN / FPS-80 entró en funcionamiento el 1 de abril de 1962.
Blue Nine se refiere al proyecto que produjo el conjunto de radar de seguimiento AN / FPS-79 construido por General Electric, utilizado con el Sistema de Inteligencia Electromagnética 466L de la Fuerza Aérea (ELINT).
Secuelas
El sitio de vigilancia espacial de Diyarbakir operó un radar de detección (FPS-17) y un radar de seguimiento (FPS-79) durante las décadas de 1960 y 1970. Si los ventiladores del radar de detección detectaban un nuevo objeto espacial, entonces el radar de seguimiento podría orientarse para lograr el bloqueo y el seguimiento. La orientación se regía por el conocimiento de las leyes astrodinámicas de movimiento del objeto "normal" apropiado, o por una suposición sobre el punto de lanzamiento. Por lo tanto, si se detectaba un desconocido, y si seguía un camino inusual, era poco probable que pudiera o se pudiera rastrear. Además, el director del radar podría tomar la decisión de que el objeto desconocido detectado no es de interés (por la ubicación de la penetración del ventilador del FPS-17 o por la falta de información previa sobre un posible nuevo lanzamiento). En ausencia de la penetración del ventilador de detección (el ventilador tenía una cobertura bastante limitada), el radar de seguimiento FPS-79 tenía la tarea de seguir otros objetos espaciales en un horario proporcionado por el Centro de Defensa Espacial , y nuevamente no había casi ninguna probabilidad de que un anomalista objeto podría, o sería, ser rastreado.
El éxito de la tecnología FPS-17 condujo directamente al desarrollo del Sistema de Advertencia de Misiles Balísticos (BMEWS) más grande y poderoso. Se realizaron prototipos de radares de detección y seguimiento BMEWS en la isla de Trinidad y las instalaciones operativas se realizaron en Thule, Groenlandia; Claro, Alaska; y Fylingdales Moor, Reino Unido.
Referencias
- Stanley G. Zabetakis, John F. Peterson. EL RADAR DIYARBAKIR: recorre un tipo de sistema de seguimiento de vuelos espaciales . Documento de la Agencia Central de Inteligencia APROBADO PARA SU PUBLICACIÓN 1994; PROGRAMA DE REVISIÓN HISTÓRICA DE LA CIA 2 DE JULIO DE 96. Centro para el Estudio de la Inteligencia, Publicado: 2007-05-08.
- Johnson, Mayor A. Progreso en defensa y espacio: Una historia del Grupo Aeroespacial de General Electric Company , 1993.