Минитрек

Сеть Minitrack была первой сетью спутникового слежения в США, которая начала действовать в 1957 году. Она использовалась для отслеживания полетов «Спутника» , «Авангарда» , «Эксплорера » и других первых космических проектов. Minitrack был прародителем Сети слежения за космическими кораблями и сбора данных (STADAN) и Сети пилотируемых космических полетов (MSFN).

Происхождение

Когда в середине 1950-х годов появились предложения по созданию спутников, естественным образом встал вопрос об их отслеживании. Были рассмотрены три подхода:

Оптическое отслеживание
Использование радара
Схема Научно-исследовательской лаборатории ВМС США (NRL), измеряющая углы с помощью интерферометрии , основана на работах на ракетном полигоне Уайт-Сэндс .

Оптический и радиолокационный подходы не требовали совместной цели, но имели главную проблему с обнаружением или, в первую очередь, обнаружением цели, поскольку они имели очень маленькое поле зрения. Предложение NRL требовало наличия передатчика на цели, но могло легко измерить цель в любом месте в широком поле зрения. Предложение НРЛ 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 по минимально отслеживаемому спутнику (Minitrack)». В этом ключевом отчете не указаны ни дата, ни авторы; но, по словам Розена, всего за несколько дней ему предшествовал более формальный отчет под названием «Научная спутниковая программа». ^{[ 2 ]} 13 апреля 1955 года, написано Отделом разработки ракет NRL. Приложение B к этому документу называлось «Система Minitrack» и было почти идентично своему предшественнику, выпущенному несколько дней назад. Название «Minitrack», впервые появившееся на бумаге, было придумано Джоном Менгелем.

Разработка

Первоначальное предложение предусматривало только одну пару станций. Однако вскоре оказалось, что этого недостаточно. Из истории НАСА: ^{[ 3 ]}

К концу 1955 года идеи радикально изменились. Во-первых, стало понятно, что одна пара станций обеспечит очень ограниченное географическое покрытие, что затруднит сбор данных и сделает накопление орбитальных данных очень медленным. Затем были предложены четыре пары станций на юге США. В этом предложении подразумевалась идея «радиозабора»; т.е. создание длинной цепочки перекрывающиеся диаграммы направленности антенны, которые спутнику приходится часто пересекать. Проблема заключалась в том, что запланированное наклонение орбиты спутника «Вэнгард» слишком большую часть времени удерживало бы его вдали от юга США. Следующим логическим шагом стало строительство длинного ограждения с севера на юг, через которое спутник будет проходить почти на каждой орбите. Но программа «Авангард» не могла финансово поддержать длинную сеть парных станций; кроме того, дальнейшие размышления вскоре показали, что полные орбитальные данные можно вычислить только на основе углового (интерферометрического) отслеживания. Эти изменения в мышлении проявились в отчете, описывающем цепочку из девяти одиночных станций Minitrack, разбросанных по 75-й меридиан . К сожалению некоторых инженеров, от возможностей измерения дальности и скорости отказались.

Техническая желательность станций Minitrack на зарубежной территории была одной: более сложными были переговоры о месте, подготовка места и логистика. Ситуация была особенно острой в странах Южной Америки, которые были чувствительны к американским базам и где средства транспорта и связи были примитивными. К сожалению, станциям Minitrack требовались места радиомолчания, которые обычно не сосуществуют с желательными линиями связи и средствами снабжения. [...]

Группа по выбору места выбрала шесть мест в Южной Америке: Гавана , Панама , Кито , Лима , Антофагаста и Сантьяго ; но кто возьмет на себя сложную задачу по созданию станций за пределами самих Соединенных Штатов? Армия США, благодаря своему опыту IAGS, была логичным выбором. В сентябре 1956 года начальник инженерного отдела армии по заказу НРЛ начал строительство шести объектов. В частности, эта задача выпала на долю специально созданной оперативной группы проекта «Авангард» Картографической службы армии. Здесь следует упомянуть, что южноамериканские объекты, хотя и находились вблизи крупных городов, обычно находились на некотором расстоянии от современных объектов и связанных с ними радиопомех. Изоляция и примитивные условия на первых порах вызывали проблемы с логистикой и моральным духом операторов.

Площадки Minitrack в континентальной части США были созданы с большей легкостью. Военно-морской флот создал и управлял станциями Блоссом-Пойнт и Сан-Диего ; последний находился на вспомогательной авиабазе ВМС Брауна, недалеко от Чула-Виста, Калифорния , и находился в ведении Лаборатории военно-морской электроники . Станции ниже мыса Канаверал были созданы в сотрудничестве с Великобританией и эксплуатируются ВМС и ВВС США. После обсуждения требований к отслеживанию, логистики и вспомогательных средств, Антигуа и Гранд-Терк были наконец выбраны в качестве станций нижнего диапазона вместо первоначально запланированных Барбуды и Маягуаны . [...]

Станция Блоссом-Пойнт, расположенная всего в 56 км к юго-востоку от Вашингтона, округ Колумбия , была введена в эксплуатацию в июле 1956 года и вскоре стала использоваться в качестве штаба по обучению операторов Minitrack и испытательного центра для оборудования Minitrack. Во время МГГ и после него многие иностранные граждане прошли курс Minitrack в Блоссом-Пойнт. Фактически, готовность НРЛ и НАСА нанимать и обучать иностранных граждан на Минитреке и станции СТАДАН значительно облегчили задачу размещения объектов США на зарубежной территории. Станции Minitrack много раз «заслуживали свое содержание» как аполитичные и ничем не обусловленные представители Соединенных Штатов.

Полная сеть Minitrack из десяти станций была введена в эксплуатацию в октябре 1957 года, а одиннадцатая, в Вумере, Австралия , была добавлена месяцем позже. Уже должно быть очевидно, что сеть Minitrack не была статичной. Станции добавлялись и удалялись по мере того, как того требовала космическая программа. Более крупные спутники с большей мощностью передатчика сделали такие станции, как Антофагаста, ненужными. Политические преследования на Кубе уже в сентябре 1957 года сделали очевидным, что станцию в Гаване, вероятно, придется переместить.

Технические проблемы

Хотя станция Minitrack могла очень точно измерять углы спутников, использование этой информации для определения орбиты требовало дополнительной работы. ^{[ 4 ]}

Местоположение станции должно быть известно очень точно. До появления спутников каждый континент имел свою собственную геодезическую систему координат, и взаимосвязь между этими системами не была точно известна.
Время на станции должно быть известно точно. Решение заключалось в том, чтобы установить точные часы на каждой станции и откалибровать их по радиопередачам WWV .
Поскольку для определения точной орбиты необходимо более одного наблюдения, данные с каждой станции должны быть отправлены в центральное место для определения орбиты. Это было сложно, поскольку станции располагались в радиотихих районах и поэтому имели слабую коммуникационную инфраструктуру. Армия США вмешалась и построила для станций новые средства связи.

Минитрек и Спутник

К 1 октября 1957 года работа Minitrack была завершена, за исключением проверки некоторых телетайпных линий и калибровки некоторых станций. Три дня спустя «Спутник-1» начал пересекать ограждение Минитрека каждые 96 минут; но он передавал на частотах 20 и 40 МГц. Операторы Minitrack знали, что Спутник-1 пролетает над головой, но не могли отследить его с помощью интерферометров на частоте 108 МГц.

«Спутник-1» вел передачу в любительских радиодиапазонах и получил хорошую известность, поскольку радиолюбители всего мира улавливали сигналы. Армейские радиоинженеры и многие любители провели ночь 4 октября 1957 года, создавая и модифицируя свое оборудование для доплеровского слежения. Точные орбитальные данные были доступны в течение дня. В NRL команда Minitrack уже начала модифицировать Minitrack для приема на частоте 40 МГц. Предупрежден пользователем объявления по радио о запуске спутника, они сожгли в полночь нефть, вырезая диполи на частоте 40 МГц и планируя модификации сети. Кресты с частотой 40 МГц были быстро установлены в Блоссом-Пойнт, Сан-Диего и Лиме; а затем в Сантьяго и Вумере. Через несколько дней были получены хорошие данные отслеживания. Фактически, «Спутник-1» и «Спутник-2» дали Minitrack хорошие испытания. ^{[ 5 ]}

Средний возраст: 1958-1962 гг.

Когда несколько месяцев спустя были запущены американские спутники Explorer и Vanguard, Minitrack смогла легко их отследить. Это сработало настолько хорошо, что интерферометры Minitrack также стали основным методом отслеживания последующей сети СТАДАН. ^{[ 6 ]}

Последняя основная станция IGY Minitrack была введена в эксплуатацию в Вумере в октябре 1957 года. За исключением некоторых незначительных перетасовок и добавления площадок, а также восстановления временных установок, никаких серьезных изменений в Minitrack не вносилось до тех пор, пока на новой станции не была установлена большая 26-метровая параболоидная антенна. Объект в Фэрбенксе в мае 1962 года. [...] В этот период сеть Minitrack легко отслеживала несколько относительно простых научных спутников, пролетавших над головой. Это было время интенсивного планирования, исследований и разработок, поскольку нация планировала космические программы, которые вскоре насытили возможности Minitrack. ^{[ 7 ]}

Трансформация в СТАДАН

По мере того как спутники становились все больше и сложнее, возник ряд проблем, с которыми Minitrack не могла справиться, а также некоторые возможности, в которых не было необходимости. В их число вошли:

Спутники на полярных орбитах. Это потребовало новых сайтов для отслеживания.
Спутники на синхронных орбитах. У них есть подшипники, которые изменяются медленно (или могут быть полностью неподвижными). Это делает отслеживание угла гораздо менее полезным. Что нужно в этом случае, особенно для маневров таких спутников, так это 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 возврата данных и, следовательно, в антеннах большего размера. «Нимбус» был первым спутником, который подчеркнул 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.
Гораздо меньше необходимости в слепом отслеживании. Поскольку дальность запуска улучшила отслеживание, хорошие орбитальные элементы стали доступны еще до того, как ракета покинула полигон. ^{[ 10 ]}

Чтобы удовлетворить эти новые потребности, в сеть Minitrack был внесен ряд фундаментальных изменений: ^{[ 11 ]}

Изменения, закрытия и дополнения на сайте.
На некоторых объектах добавлены более крупные антенны диаметром 12 м (39 футов) и 26 м (85 футов).
Добавление оборудования для отслеживания диапазона Годдарда и скорости диапазона (GRARR). ^{[ 12 ]}
Добавление новой телеметрии автоматического слежения и командных антенн (SATAN). ^{[ 13 ]}
Более крупные и автоматизированные линии наземной связи между станциями.

Возникшая в результате сеть начала 1960-х годов получила название « Сеть слежения за космическими кораблями и сбора данных » или СТАДАН.

См. также

НАСКОМ

Ссылки

^ Корлисс, с. 17
^ «Научная спутниковая программа» . 5 июля 1955 г. Памятка НРЛ 487.
^ Корлисс, с. 21.
^ Корлисс, с. 28
^ Корлисс, с. 29.
^ Корлисс, с. 30.
^ Корлисс, с. 36.
^ Корлисс, с. 50.
^ Корлисс, с. 49.
^ Корлисс, с. 47.
^ Корлисс, с. 47
^ Корлисс, с. 52.
^ Корлисс, с. 54.

Библиография

Уильям Р. Корлисс (1974). «Технический отчет НАСА CR 140390, История сети космического слежения и сбора данных (STADAN), сети пилотируемых космических полетов (MSFN) и сети связи НАСА (NASCOM)». НАСА. hdl : 2060/19750002909 . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
Шредер, Калифорния; Луни, CH младший; Карпентер, HE младший (1957). «Отчет проекта «Авангард № 18»» . Лаборатория военно-морских исследований, Вашингтон, округ Колумбия. Архивировано из оригинала 4 марта 2016 года. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[1] Корлисс, с. 17

[2] «Научная спутниковая программа» . 5 июля 1955 г. Памятка НРЛ 487.

[3] Корлисс, с. 21.

[4] Корлисс, с. 28

[5] Корлисс, с. 29.

[6] Корлисс, с. 30.

[7] Корлисс, с. 36.

[8] Корлисс, с. 50.

[9] Корлисс, с. 49.

[10] Корлисс, с. 47.

[11] Корлисс, с. 47

[12] Корлисс, с. 52.

[13] Корлисс, с. 54.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]