Proyecto Echo

Project Echo fue el primer experimento satelital de comunicaciones pasivas . Cada una de las dos naves espaciales estadounidenses, lanzadas en 1960 y 1964, eran satélites de globos metalizados que actuaban como reflectores pasivos de señales de microondas . Las señales de comunicación se transmitieron desde un lugar de la Tierra y rebotaron desde la superficie del satélite a otro lugar de la Tierra. ^[1] Las primeras transmisiones utilizando Echo se enviaron desde Goldstone, California a Holmdel, Nueva Jersey el 12 de agosto de 1960. El último satélite Echo se desorbitó y se quemó en la atmósfera el 7 de junio de 1969. ^[2]

Eco 1A

Echo 1 se encuentra completamente inflado en un hangar de la Marina en Weeksville , Carolina del Norte
Operador	NASA
Designación de Harvard	1960 Alfa 11
ID COSPAR	1960-009A
SATCAT no.	49
Propiedades de la nave espacial
Fabricante	Laboratorios Bell
Masa de lanzamiento	66 kg (146 libras)
Dimensiones	Esfera de 30,48 m (100,0 pies) de diámetro cuando está inflada
Inicio de la misión
Fecha de lanzamiento	03:39:43, 12 de agosto de 1960 (UTC) ( 1960-08-12T03: 39: 43Z )
Cohete	Thor-Delta
Sitio de lanzamiento	Cabo Cañaveral AFS SLC-17A
Fin de la misión
Fecha de decaimiento	24 de mayo de 1968 ( 24 de mayo de 1968 )
Parámetros orbitales
Sistema de referencia	Geocéntrico
Excentricidad	0.01002
Altitud del perigeo	1.524 km (947 millas)
Altitud de apogeo	1.684 km (1.046 millas)
Inclinación	47,2 °
Período	118,3 min

Eco 2

Echo 2 se somete a una prueba de esfuerzo de tracción en un hangar de dirigibles en Weeksville, Carolina del Norte
Operador	NASA
ID COSPAR	1964-004A
SATCAT no.	740
Propiedades de la nave espacial
Fabricante	Laboratorios Bell
Dimensiones	Esfera de 41 m (135 pies) de diámetro cuando está inflada
Inicio de la misión
Fecha de lanzamiento	13:59:04, 25 de enero de 1964 (UTC) ( 1964-01-25T13: 59: 04Z )
Cohete	Thor-Agena B
Sitio de lanzamiento	Vandenberg AFB
Fin de la misión
Fecha de decaimiento	7 de junio de 1969 ( 07/06/1969 )
Parámetros orbitales
Sistema de referencia	Geocéntrico
Excentricidad	0.01899
Altitud del perigeo	1.029 km (639 millas)
Altitud de apogeo	1.316 km (818 millas)
Inclinación	81,5 °
Período	108,95 min

Fondo

El concepto de utilizar satélites orbitales para retransmitir comunicaciones es anterior a los viajes espaciales, y fue propuesto por primera vez por Arthur C. Clarke en 1945. Los experimentos que utilizaron la luna como una estación de paso reflectante pasiva para los mensajes comenzaron en 1946. ^[3] Con el lanzamiento del Sputnik , Primer satélite artificial de la Tierra, en 1957, se desarrolló rápidamente el interés por los satélites de comunicaciones en órbita.

En julio de 1958, en una reunión patrocinada por la Fuerza Aérea sobre satélites de comunicaciones, el ingeniero de Bell Telephone Laboratories , John R. Pierce, presentó una presentación sobre la retransmisión satelital pasiva, describiendo cómo un cuerpo en órbita reflectante podría usarse para hacer rebotar transmisiones desde un punto de la Tierra a otro. otro. William H. Pickering , director del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL), también asistió a la conferencia y sugirió que se podrían usar las instalaciones del JPL, específicamente una antena de montaje polar de 85 pies (26 m) de diámetro instalada cerca del lago Goldstone Dry en el desierto de Mojave . como una instalación terrestre para experimentos con dicho satélite. ^[4]

En octubre de 1958, Pierce, junto con el también ingeniero de Bell Rudolf Kompfner , diseñó un experimento para observar los efectos de refracción atmosférica utilizando satélites de globos reflectantes. Creyendo que el experimento avanzaría la investigación hacia las comunicaciones transoceánicas a través de satélites, los dos ingenieros presentaron un documento que abogaba por el lanzamiento de satélites con globos para ser utilizados como reflectores de comunicaciones pasivas en el Simposio Nacional de Alcance Extendido y Comunicación Espacial el 6 y 7 de octubre de 1958.

Ese mismo mes, se formó la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA), y dos meses después, el JPL fue transferido del Ejército de los Estados Unidos a la nueva agencia. El Proyecto Echo, el primer proyecto de satélites de comunicaciones de la NASA, se presentó oficialmente en una reunión del 22 de enero de 1959 con representantes de la NASA, JPL y Bell Telephone Laboratories, estableciendo el lanzamiento inicial para septiembre de 1959. ^[5]

Objetivos

Project Echo fue una misión pionera con el objetivo de probar nuevas tecnologías y prepararse para futuras misiones. Los ingenieros de vuelos espaciales utilizaron Echo para probar nuevas ideas y probar límites en aerodinámica, forma y tamaño de satélites, materiales de construcción, control de temperatura y seguimiento de satélites. ^[6] Echo fue diseñado como un experimento para demostrar el potencial de las comunicaciones por satélite, no para funcionar como un sistema de comunicaciones global.

Echo fue diseñado, aprobado y construido con los siguientes objetivos. ^[5]

• Observar y medir los efectos del arrastre atmosférico.
• Refleja pasivamente las transmisiones terrestres
• Demuestre comunicaciones bidireccionales
• Demostrar compromiso con el desarrollo de un programa espacial estadounidense.
• Proporcionar un precedente para el sobrevuelo de otras naciones mediante satélites de vigilancia.

Cada uno de estos objetivos se logró con Project Echo. Otros experimentos utilizaron el satélite para entablar una conversación telefónica bidireccional el 15 de agosto de 1960 y para transmitir una transmisión de televisión en vivo en abril de 1962.

Estaciones terrestres

Antena Holmdel Horn , construida para el Proyecto Echo, y luego utilizada para descubrir la radiación cósmica de fondo de microondas.

Se utilizaron dos estaciones terrestres para probar el Proyecto Echo. La instalación de Goldstone ubicada en Goldstone Dry Lake en el desierto de Mojave, California y la instalación de Holmdel ubicada en Holmdel, Nueva Jersey. Ambos sitios utilizaron antenas independientes para transmitir y recibir. Las transmisiones de oeste a este fueron enviadas desde Goldstone por una antena parabólica de veintiséis metros construida para el Proyecto Echo por JPL. Las señales fueron recibidas en Holmdel por una antena reflectora de bocina de seis por seis metros de apertura. Se sabía que las antenas de cuerno tenían propiedades de bajo ruido. Se seleccionó una frecuencia de transmisión de 2.390 megahercios, ya que esta era la banda de frecuencia planificada para futuros experimentos con satélites. Las transmisiones de este a oeste se enviaron desde Holmdel utilizando una antena parabólica de dieciocho metros de diámetro y se recibieron en Goldstone utilizando la antena del programa Pioneer existente . Se utilizó una frecuencia de transmisión de 960,05 megahercios para las comunicaciones en dirección oeste porque el receptor JPL ya estaba sintonizado a esta frecuencia desde el programa lunar Pioneer. ^[5]

La adquisición y el seguimiento de satélites se lograron mediante tres métodos: óptico, esclavo digital y radar automático. El seguimiento óptico era el método más sencillo, pero solo se podía utilizar de noche cuando el sol iluminaba el satélite. Se montaron telescopios de campo amplio y estrecho con una cámara de televisión en la estructura de la antena en cada sitio. Las imágenes de la cámara se mostraron a un servooperador que controlaría la posición de la antena para rastrear el satélite. Cuando no se pudo usar el rastreo óptico, un sistema informático llamado esclavo digital podría adquirir y rastrear Echo. El esclavo digital funcionaba recibiendo datos de seguimiento primarios de la red de estaciones Minitrack de la NASA. La computadora luego emitiría comandos de apuntar la antena para controlar la antena. El tercer método de seguimiento fue un subsistema de radar de onda continua. El radar no era adecuado para la adquisición del satélite, pero una vez que Echo fue adquirido por un esclavo óptico o digital, las señales de radar podrían usarse para mantener automáticamente el seguimiento. ^[5]

Astronave

La nave espacial Echo (Echo 1, Echo 1A y Echo 2) eran grandes esferas de piel delgada que se inflaban en órbita después de salir de la atmósfera. Estos globos satélites tenían aproximadamente 100 pies (30 m) de diámetro con una capa delgada hecha de película de BoPET (Mylar) y fueron construidos por GT Schjeldahl Company de Gilmore Schjeldahl en Northfield, Minnesota . Los satélites funcionaban como reflectores, no como transceptores; después de colocarse en la órbita terrestre baja , las señales podrían enviarse desde una estación terrestre, reflejarse en su superficie y devolverse a la Tierra. ^[7]

Como su superficie brillante también reflejaba el rango de la luz visible, Echo era fácilmente visible a simple vista sobre la mayor parte de la Tierra. Los involucrados en el proyecto apodaron a la nave espacial como un "satélite" (un acrónimo que combina satélite y globo ). Se utilizó para redirigir señales de teléfono , radio y televisión transcontinentales e intercontinentales . ^[8] Durante la última parte de su vida, se utilizó para evaluar la viabilidad técnica de la triangulación de satélites .

T.Keith Glennan muestra la película Mylar aluminizada LBJ utilizada para hacer Echo I

Eco 1

Echo 1 tenía 100 pies (30 m) de diámetro, tenía una piel no rígida hecha de 0,5 mil de espesor (12,7  μm ) de Mylar y tenía una masa total de 397 libras (180 kg) con un peso de 156,995 libras (71,212 kg). en el lanzamiento. Durante las pruebas de inflado del suelo, se necesitaron 40,000 libras (18,000  kg ) de aire para llenar el globo, pero mientras estaba en órbita, varias libras de gas fueron todo lo que se requirió para llenar la esfera. Para abordar el problema de las perforaciones de meteoritos y mantener la esfera inflada, Echo 1 incluyó un sistema de gas de compensación de 33,34 libras (15,12 kg) que utiliza dos tipos de polvos de sublimación . También tenía balizas de telemetría de 107,9 MHz, alimentadas por cinco baterías de níquel-cadmio que se cargaban con 70 células solares montadas en el globo. La nave espacial fue útil para el cálculo de la densidad atmosférica y la presión solar , debido a su gran relación área-masa. ^[8]

Eco 2

Echo 2 era un satélite globo de 41,1 metros de diámetro (135 pies), el último lanzado por Project Echo. Se utilizó un sistema de inflado revisado para el globo, para mejorar su suavidad y esfericidad . La piel de Echo 2 era rígida, a diferencia de la de Echo 1. Por lo tanto, el globo era capaz de mantener su forma sin una presión interna constante; no se necesitaba un suministro a largo plazo de gas de inflación, y podría sobrevivir fácilmente a los ataques de los micrometeoroides . El globo se construyó a partir de una película de mylar de 0,35 mil (9 \ mu m) de espesor intercalada y unida con dos capas de papel de aluminio de 0,18 mil (4,5 \ mu m) de espesor. ^[9] Se infló a una presión que provocó que las capas metálicas del laminado se deformaran plásticamente ligeramente, mientras que el polímero todavía estaba en el rango elástico. Esto resultó en una cáscara esférica rígida y muy suave.

Un sistema de telemetría de baliza proporcionó una señal de seguimiento, monitoreó la temperatura de la piel de la nave espacial entre −120 y +16 ° C (−184 y 61 ° F), y midió la presión interna de la nave espacial entre 0.00005 mm de mercurio y 0.5 mm de mercurio, especialmente durante las etapas iniciales de inflación. El sistema constaba de dos conjuntos de balizas alimentados por paneles de células solares y tenía una potencia de salida mínima de 45 mW a 136,02 MHz y 136,17 MHz. ^[10]

Vuelos

Se realizaron cinco pruebas balísticas suborbitales para determinar si los mecanismos de lanzamiento, despliegue y expansión funcionarían utilizando el vehículo de prueba Shotput. El primer Shotput voló a las 5:40 pm del 27 de octubre de 1959. El Shotput 1 entregó con éxito el prototipo Echo a la altitud deseada, pero una pequeña cantidad de gas residual en los pliegues del globo se expandió violentamente haciendo estallar el artículo de prueba. La gente a lo largo de la costa atlántica fue testigo de lo que parecían fuegos artificiales distantes cuando miles de pedazos de Mylar triturado reflejaban la luz del sol en una exhibición que duró unos 10 minutos. ^{[6] Se realizaron} cuatro pruebas más de Shotput el 16 de enero, 27 de febrero, 1 de abril y 31 de mayo de 1960. ^[11]

El 13 de mayo de 1960, se realizó el primer intento de orbitar un satélite Echo. La misión, que también fue el viaje inaugural del vehículo de lanzamiento Thor-Delta , falló antes del despliegue de la carga útil. Echo 1 despegó de Cabo Cañaveral 's LC-17A y el Thor etapa se realiza correctamente, pero durante la fase de inercia, los chorros de control de posición en la no probada Delta etapa no se enciende, el envío de la carga útil en el Océano Atlántico en lugar de en órbita.

El 12 de agosto de 1960, Echo 1A (comúnmente conocido como Echo 1 ) fue puesto con éxito en una órbita de 944 a 1,048 millas (1,519 a 1,687 km) por otro Thor-Delta. ^{[2] [12]} El satélite transmitió una transmisión de microondas desde las instalaciones de JPL Goldstone en California a los Laboratorios Bell en Holmdel, Nueva Jersey, ese mismo día. ^[8] Originalmente se esperaba que Echo 1A no sobreviviría mucho después de su cuarta inmersión en la atmósfera en julio de 1963, aunque las estimaciones permitían la posibilidad de que continuara en órbita hasta 1964 o más allá. ^[8] Terminó sobreviviendo mucho más tiempo de lo esperado, y finalmente volvió a entrar en la atmósfera de la Tierra y se quemó el 24 de mayo de 1968.

El 25 de enero de 1964, se lanzó Echo 2 en un cohete Thor Agena . Además de los experimentos de comunicaciones pasivas, se utilizó para investigar la dinámica de las grandes naves espaciales y para la geodesia geométrica global . Dado que era más grande que Echo 1A y orbitaba en una órbita casi polar, Echo 2 era visible a simple vista sobre toda la Tierra. Volvió a entrar en la atmósfera de la Tierra y se quemó el 7 de junio de 1969.

Tanto Echo 1A como Echo 2 experimentaron un efecto de vela solar debido a su gran tamaño y baja masa. ^{[13] Los} satélites de comunicaciones pasivas posteriores, como OV1-08 PasComSat , resolvieron los problemas asociados con esto mediante el uso de un diseño de cuadrícula-esfera en lugar de una superficie cubierta. Más tarde, la NASA abandonó por completo los sistemas de comunicaciones pasivas en favor de los satélites activos.

Legado

Project Echo facilitó la primera transmisión satelital exitosa y las primeras comunicaciones bidireccionales entre la instalación de JPL Goldstone y la instalación de Bell Telephone Laboratories en Holmdel, Nueva Jersey . Otros grupos participaron en experimentos como la Collins Radio Company y el laboratorio de Investigación Naval . Debido a que Echo era solo un sistema pasivo, fue principalmente útil para demostrar la protección futura de las comunicaciones por satélite y se volvió obsoleto antes de que se desorbitara en 1968. Echo era más conocido por el público en general por su visibilidad, ya que se podía ver de noche a simple vista. . ^[5]

El programa del satélite Echo también proporcionó los puntos de referencia astronómicos necesarios para ubicar Moscú con precisión . Esta precisión mejorada fue buscada por el ejército de los EE. UU. Con el propósito de apuntar a misiles balísticos intercontinentales. ^[14]

La gran antena de cuerno en Holmdel construida por Bell Labs para el proyecto Echo fue posteriormente utilizada por Arno Penzias y Robert Woodrow Wilson para su descubrimiento de la radiación cósmica de fondo de microondas, ganador del Premio Nobel . ^[15]

El 15 de diciembre de 1960, la oficina de correos de EE. UU. Emitió un sello postal que representaba a Echo 1.

Sello Echo 1 - Edición de 1960

Galería

• 

  Prototipo a escala de los satélites Echo sometidos a una prueba de estrés cutáneo el 1 de mayo de 1960.

• "> Reproducir medios

  Video de AT&T Bell Labs sobre la primera transmisión de voz vía satélite y los ingenieros que llevaron a cabo el esfuerzo.