Проект «Космический трек»

Project Space Track — научно-исследовательский проект ВВС США , направленный на создание системы слежения за всеми искусственными спутниками Земли космическими и зондами , отечественными и зарубежными.

Проект «Космический трек» был начат в 1957 году в исследовательской лаборатории ВВС на аэродроме Лоуренса Дж. Хэнскома (ныне база ВВС Хэнском ) в Бедфорде, штат Массачусетс, вскоре после запуска Спутника-1 . К 1960 году наблюдения были получены примерно с 150 датчиков по всему миру, и датчикам и заинтересованным сторонам регулярно предоставлялись прогнозы орбит.

Space Track была единственной организацией, которая использовала наблюдения из всех типов источников: радиолокационных, оптических, радио- и визуальных. Все несекретные наблюдения были переданы Смитсоновской астрофизической обсерватории . В 1961 году система была объявлена ​​работоспособной и передана в состав новой 1-й эскадрильи аэрокосмического наблюдения и управления до 1976 года как часть НОРАД системы космического обнаружения и слежения (SPADATS).

Учреждение

29 ноября 1957 года, вскоре после запуска «Спутника-1» 4 октября, два немецких эмигранта, доктор Г. Р. Мицаика (из Пруссии) и доктор Эберхарт В. Валь (из Берлина), сформировали проект «Космический трек» (первоначально называвшийся «Проект «Урожайная луна»). . Он был основан в здании 1535 Управления геофизических исследований (GRD) Кембриджского исследовательского центра ВВС, Лоуренс Г. Хэнском Филд , Массачусетс. Оба учёных имели образование в области астрономии, хотя доктор Валь имел докторскую степень в области метеорологии.

Миссия Space Track заключалась в создании системы слежения для отслеживания и расчета орбит всех искусственных спутников Земли, включая как американские, так и советские полезные нагрузки, ракеты-носители и мусор. С советским запуском Луны-1 2 января 1959 года Space Track также начала отслеживать космические зонды . Первой крупной попыткой по отслеживанию был Спутник-2 , запущенный 3 ноября 1957 года и на борту которого находилась собака Лайка .

Программный офис системы электронной поддержки, 496L, был создан в феврале 1959 года, а программный офис в Уолтеме, штат Массачусетс, находился под руководством полковника Виктора А. Чербака-младшего. К концу 1959 года SPO получил дополнительные обязанности в рамках Министерства обороны США . Агентство исследовательских проектов (ARPA) занимается разработкой методов и оборудования для военного наблюдения за спутниками [1] . Неотъемлемой частью этих усилий было продолжение разработки Space Track.

С декабря 1958 года Space Track был временным Национальным центром управления космическим наблюдением. В декабре 1959 года Space Track был перенесен в новое здание, Национальный центр управления космическим наблюдением (NSSCC), которое было официально открыто 9 февраля 1960 года. NSSCC входил в состав Отдела развития командования и управления ВВС (неофициально известного как C²D²) Командования воздушных исследований и разработок. Доктор Гарольд О. Кертис из лаборатории Линкольна был директором NSSCC. Название Space Track продолжало использоваться.

К 1960 году в НСССС насчитывалось около 70 человек, участвовавших в операциях.

Space Track продолжал отслеживать спутники и космические зонды до 1961 года. В конце 1960 года заместитель начальника штаба ВВС США генерал Кертис ЛеМэй решил, что система исследований и разработок готова к вводу в эксплуатацию.

Одиннадцать офицеров и один старший старший сержант были выбраны в качестве первоначального состава первой эскадрильи аэрокосмического наблюдения и управления. Первоначальный состав прибыл на «Спейс Трек» для обучения, которое началось 7 ноября 1960 года. (Кадры были переданы в новую эскадрилью 6 марта 1961 года.)

1 июля 1961 года новая эскадрилья вступила в строй. под командованием ПВО ВВС США на авиабазе Энт NORAD в Колорадо-Спрингс, является частью системы космического обнаружения и слежения (SPADATS). Первым командиром эскадрильи был полковник Роберт Миллер. Организация Space Track на Хэнском Филд взяла на себя резервную роль для операций эскадрильи.

В бесцеремонном игнорировании Постановления 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 тогда сами были засекречены, должны состоять только из одного слова), ADC сразу решил переименовать Space Track в SPACETRACK и с тех пор это название прижилось – хотя веб-сайт 614-го Центра воздушных и космических операций, который в настоящее время выполняет эту миссию, вернулся к двум словам. 614-й входит в состав Объединенного центра космических операций на авиабазе Ванденберг в Калифорнии.

Датчики

Камера спутникового слежения Бейкера-Нанна .

Министерство обороны решило, что ВВС США должны разработать систему командования и контроля для слежения за спутниками, а армия и ВМС США должны разработать для этой цели датчики. Разработка ВМС США осуществлялась в Дальгрене, штат Вирджиния , а программа армии США - на Абердинском полигоне , штат Мэриленд.

Доктора. Мицаика и Валь составили список объектов, которые могли отслеживать спутники либо с помощью телеметрии, либо с помощью радара. Последние представляли собой в основном астрономические радиотелескопы, оснащенные радарами, используемыми при изучении Луны (например, обсерватория Джодрелл-Бэнк в Англии под руководством сэра Бернарда Ловелла , Миллстон-Хилл из лаборатории Линкольна в Массачусетсе под руководством доктора Гордона Петтингилла и радар в Стэнфордском исследовательском центре). Институт в Калифорнии, директор Уолтер Джей ). Два радара ВВС США, один на острове Шемия на Алеутских островах, а другой в Диярбакыре (Турция) , были построены для наблюдения за запусками советских ракет и также стали ценными для спутникового слежения. BMEWS Прототипы радаров на Тринидаде также участвовали. Обычно первые радиолокационные сообщения о запуске нового спутника с Тюратама (Байконура) поступали из Шеми, а первые сообщения о новом запуске с Капустин Яра поступали из Диярбакыра. Позже в них также приняли участие радар ВВС США на полигоне Ларедо в Техасе и один в Мурстауне, штат Нью-Джерси . Наблюдения были получены с исследовательского радара Королевских ВВС Канады в Принц Альберт, Саскачеван , Канада. Лаборатория Голдстоуна Лаборатории реактивного движения оказала исключительную помощь в проведении радионаблюдений за советскими космическими зондами.

В целом наблюдения проводились в форме времени, азимута и угла места (и дальности с радаров), измеренных на месте или, в некоторых случаях, например, в Голдстоуне, в астрономической форме (прямое восхождение и склонение). Некоторые ранние наблюдения были очень примитивными, например сообщение о том, что спутник прошел вблизи звезды, которую можно было идентифицировать.

В редких случаях наблюдения носили чисто словесный характер. Например, люди на кораблях, самолетах и ​​островах в Карибском море сообщили о наблюдениях распада спутника 1957 β, хотя один самолет смог провести подробное наблюдение, поскольку штурман как раз в это время завершал определение небесных координат.

Некоторые станции могут регистрировать доплеровский сдвиг спутниковых передач или, в некоторых случаях, доплеровский сдвиг собственных передач, отраженных от орбитального объекта. Одной из доплеровских площадок была доплеровская площадка Space Track в Биллерике, штат Массачусетс . Наблюдения, полученные этой методикой, относились к моменту максимального сближения со станцией.

Программа ВМФ осуществлялась как НАВСПАСУР и в настоящее время эксплуатируется ВВС США. Армейская программа, хотя и достигла точных результатов слежения с помощью допплеровских методов и предоставила наблюдения для Space Track, не получила финансирования для развертывания.

Одним из вкладов СПАСУР в спутниковое слежение стало изобретение карты Земли, на которой были показаны оба полюса, так что можно было показать положение всех спутников, в том числе находящихся на полярных орбитах. Это было невозможно с помощью Меркатора или других проекций, которые не показывают всю Землю. Карта, конечно, была сильно искажена на полюсах ( Северный полюс был всей верхней линией длинной карты), но концепция оказалась очень полезной.

Оптические датчики включали двенадцать камер спутникового слежения Бейкер-Нанн, эксплуатируемых Смитсоновской астрофизической обсерваторией (SAO) по заказу НАСА, три камеры Бейкер-Нанн, эксплуатируемые ВВС США, и камеру Бостонского университета на базе ВВС Патрик , управляемую 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; Вилла Долорес, Аргентина; и Халеакала, Мауи, Гавайи. Камеры ВВС США были в Осло, Норвегия ; Авиабаза Эдвардс , Калифорния, и Сантьяго, Чили . [2] Позже к инвентарю ВВС США были добавлены две дополнительные камеры – одна из камер ВВС США была передана Королевским ВВС Канады в Колд-Лейк, Альберта , Канада, в 1961 году.

Астрономы-добровольцы-любители из группы SAO Moonwatch также внесли свой вклад в наблюдения. Среди этих многочисленных добровольцев был Артур С. Леонард из Дэвиса, Калифорния, лидер команды Сакраменто, Калифорния.

К 1960 году у Space Track было около 150 работающих датчиков. Space Track была единственной организацией в США, которая использовала все методы наблюдения для отслеживания спутников.

Наблюдения были записаны на перфокарты IBM для компьютерной обработки. Всеми несекретными наблюдениями ежедневно обменивались со Смитсоновской астрофизической обсерваторией в Кембридже, Массачусетс.

Космическое ведомство поддерживало тесные контакты с Агентством национальной безопасности США , Центром зарубежного ракетно-космического анализа ЦРУ (FMSAC) и штаб-квартирой разведки ВВС США под майором Гарри Хоулманом.

Полезно было то, что пресс-служба СССР ТАСС всегда оперативно сообщала о запусках новых советских спутников или космических зондов, поэтому Space Track мог свободно обсуждать новые объекты, не беспокоясь о компрометирующих источниках. Перевод объявлений на русский язык предоставил Служба информации зарубежного вещания (FBIS).

Орбитальные вычисления

Доктор Валь вручную вычислял все спутниковые эфемериды, используя калькулятор квадратного корня Фридена, самый совершенный механический калькулятор, доступный на тот момент.

Метод вычисления эфемерид (подробно описанный в отчете П.М. Фицпатрика и Г.Б. Финдли за 1960 г.). ) изначально был разработан доктором Валем на основе исторических астрономических методов.

В конце августа 1958 года компания Space Track получила свой первый компьютер, IBM 610 , который использовался совместно с Кембриджским исследовательским центром IBM 650 . IBM 610 была очень примитивной машиной, программирование которой осуществлялось с помощью штекерной платы (похожей на те, что использовались в бухгалтерских машинах IBM в начале 1950-х годов) и перфоленты.

Новое здание NSSCC было оснащено IBM 709 , а несколько месяцев спустя — IBM 7090 . Основное программирование новых компьютеров было выполнено подразделением Aeronutronic компании Ford Motor Company, Ньюпорт-Бич, Калифорния. Корпорация Wolf также поддержала NSSCC.

Расчеты эфемерид выпускались в виде так называемого бюллетеня. В бюллетене перечислялись все пересечения спутником экватора и описывался путь между пересечениями. Космическая трасса также обеспечивала «углы обзора», направления высоты и азимута, чтобы определенные датчики могли указывать в правильном направлении для обнаружения спутника. Специальные версии углов обзора были адаптированы для конкретных объектов, таких как проекты разработки датчиков для армии и флота. В NSSCC эти расчеты передавались дежурным диспетчером.

Space Track также выпустила общедоступные каталоги со списком всех спутников, в том числе тех, которые больше не находятся на орбите, под названием «Отчеты о ситуации со спутниками», в которых указаны основные элементы орбиты для каждого компонента. Поначалу это занимало меньше страницы шрифта. Смитсоновская астрофизическая обсерватория также выпустила аналогичный документ, но в 1961 году Центр космических полетов Годдарда НАСА взял на себя ответственность за оба отчета, объединив их в один документ.

В октябре 1960 года Джордж Вестрам провел краткий курс по небесной механике на уровне колледжа для тех сотрудников NSSCC, которые хотели принять в нем участие.

Операции

По международному соглашению Международного астрономического союза спутники и космические зонды первоначально были названы греческими буквами, следуя системе наименования звезд в созвездиях. Год запуска был включен в названия запусков, поэтому «Спутник I» назывался «Альфа 1957 года». Полезная нагрузка называлась Альфа I, когда она была известна - в случае со Спутником I изначально не было ясно, что это за полезная нагрузка, поэтому полезная нагрузка стала Альфа II. Другие части также были пронумерованы, поэтому ракетой-носителем обычно была Alpha II. Вскоре были использованы 24 греческие буквы, поэтому следующая последовательность начиналась с Альфа-Альфы и так далее. К 1962 году была запущена система «Бета Пси», и стало ясно, что система греческого алфавита больше не будет работать. После этого пуски нумеровались, начиная с 1963-1 с полезной нагрузкой обычно 1963-1А и т. д.

Как только запускался новый спутник или космический зонд, Space Track оповещала основные датчики и обрабатывала наблюдения по мере их поступления, оперативно выпуская предварительный бюллетень отслеживания и обновляя его примерно через 24 часа, когда были получены дополнительные наблюдения со всего мира. Обычные бюллетени продолжали выпускаться регулярно по мере необходимости, чтобы не отставать от меняющихся орбит, некоторые из которых довольно быстро затухали в атмосфере. Когда произошли последние революции, произошел еще один всплеск активности, поскольку было трудно предсказать точный путь возвращения.

В NSSCC было помещение, предназначенное для фильтрационного центра для наблюдения за связью и получения наблюдений. В фильтр-центре были дисплеи со списком находящихся на орбите и вышедших из строя спутников, а также проекторная система, которая могла показывать движение одного спутника над Землей. Дисплеи были разработаны A/3C Питером П. Камровски. В центре работали дежурный инспектор и его помощники. Центр был спроектирован старшим диспетчером 1-м лейтенантом Коттером на основе его предыдущего опыта работы добровольцем в Корпусе наземных наблюдателей ВВС США (центры фильтрации Корпуса наземных наблюдателей, в свою очередь, были основаны на центрах слежения за самолетами Соединенного Королевства, созданных во время Второй мировой войны для отслеживать нацистские самолеты).

К 1960 году была учреждена должность дежурного аналитика. После того как данные наблюдений были сокращены, дежурный аналитик просмотрел их и решил, какие орбиты необходимо пересчитать, чтобы привести их в соответствие с современными данными. В случае новых запусков или выхода из строя спутников один аналитик занимался обработкой наблюдений для этого спутника.

Как и во многих других видах деятельности в зарождающуюся космическую эпоху, операции «Космический трек» часто включали в себя действия, прецедентов которых не существовало.

Необычные операции космического трека

2 января 1959 года Советский Союз запустил «Луну-1» (также известную как «Мечта» («Мечта»)), свой первый лунный зонд. Данные отслеживания были получены для Space Track на площадке Голдстоуна Калифорнийского технологического института, которая подтвердила, что зонд направился к Луне. Доктор Кертис использовал график этих данных в презентации комитету Палаты представителей США. Его презентация помогла президенту Кеннеди основать программу «Аполлон» . Кеннет Э. Кисселл позже опубликовал анализ траектории в рамках проекта «Космический трек».

В этот период 6594-е аэрокосмическое испытательное крыло пыталось добиться успешного запуска спутниковой программы Discoverer. Все спутники, запущенные с авиабазы ​​Ванденберг, находились на полярных орбитах. Они контролировались 6594-м полком в Пало-Альто (позже Центром управления спутниками ВВС в Саннивейле, Калифорния). Лейтенант Коттер был офицером связи между Спейс Трек и 6594-м. Первые 12 попыток запуска оказались неудачными; Первым успехом стал Discoverer 1 (бета 1959 года). Корпорация Lockheed, подрядчик по разработке, получила бонус, потому что телеметрия показала, что спутник достиг орбиты, но его больше никогда не видели, несмотря на масштабные Space Track и другие попытки его найти.

К этому времени Space Track имел контакты со многими датчиками по всему миру. Один из них был на Южном полюсе , приуроченный к Международному геофизическому году . Одно из девяноста наблюдений Дискаверера II (Гамма 1959 года) было отправлено со станции Берд, в котором говорилось, что спутник прошел левее зенита на 2,25 градуса, что подразумевает наклонение орбиты 89,9 градуса. Этот отчет, вероятно, является единственным когда-либо сделанным прямым наблюдением наклона орбиты спутника.

Поскольку спутники Discoverer несли полезную нагрузку, которая была спущена с орбиты и поднята с парашютов самолетами 6594-го аэрокосмического испытательного крыла, базирующегося на Гавайях, время схода с орбиты имело решающее значение. (Попытка спуска полезной нагрузки Discoverer II с орбиты провалилась: полезная нагрузка приземлилась на Шпицбергене вместо того, чтобы спуститься над Тихим океаном. Ее нашли российские шахтеры, что, вероятно, очень помогло российской разведке и российской космической программе в целом. ). Позже, чтобы повысить точность команд схода с орбиты, орбитальные аналитики лейтенант Альгимантас Шимолюнас, Лоуренс Катберт или Эд Кейси в последнюю минуту обновляли эфемериды космического пути для каждого «Первооткрывателя» 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 в результате телеметрического мониторинга и не были такими точными, как данные Space Track, которые в основном основывались на радиолокационном и оптическом слежении.

Компания Lockheed решила пролить свет на Discoverer XI (Дельта 1960 года). Space Track выступал в качестве связующего звена между 6594-м и Смитсоновской астрофизической обсерваторией, используя их камеру Бейкера-Нанна в Кадисе, Испания, для фотографирования света. Это дало бы Lockheed ценную информацию о точности расчетов орбиты. Эксперимент удался очень хорошо и больше не повторялся.

Discoverer XIX (1960 Тау) имел полезную нагрузку под названием MIDAS, экспериментальную версию того, что позже стало Программой поддержки обороны. Военно-воздушные силы решили, что орбита MIDAS должна быть засекречена, а это означало, что наблюдения датчиков Space Track также должны быть засекречены. Это привело к тайной полуночной передаче данных в центре Конкорда, штат Массачусетс, между доктором Гордоном Петтингиллом из Миллстоун-Хилл и лейтенантом Коттером, поскольку не было защищенного телетайпа или телефона.

Возможно, вызвав непреднамеренный фейерверк в честь активации 1-й эскадрильи аэрокосмического наблюдения и управления, ступень Ablestar для спутника ВМФ Transit 4A, 1961 Omicron, который был запущен 29 июня 1961 года, взорвалась примерно через 77 минут после выхода на орбиту, в 06:08Z. Система раннего предупреждения о баллистических ракетах NORAD (BMEWS) провела ранние радиолокационные наблюдения, а г-н Леонард из Сакраменто, Калифорния, команда Moonwatch предупредила Space Track, когда он увидел множество фрагментов, где от запуска ожидалось лишь несколько спутников. В следующие несколько дней это дало проекту «Космический трек» первую серьезную попытку стать резервной копией новой эскадрильи. Лоуренс В. Катберт, первый лейтенант Альгимантас Шимолюнас и Эд Кейси достигли важной вехи в слежении за спутниками, вручную проведя наблюдения и определив орбиты 296 фрагментов. Орбитальные аналитики компании 1st Aero также приняли активное участие в этом достижении. Наблюдения с ограждения СПАСУР очень помогли в отслеживании фрагментов (СПАСУР изначально отказывался отправлять отдельные наблюдения Space Track, отправляя вместо этого только параметры орбиты, но, к счастью, эта политика была изменена к 1961 году).

Методика, используемая для идентификации нескольких объектов, вращающихся в одной и той же орбитальной плоскости, была усовершенствована Лоуренсом Катбертом и опубликована в виде автоматизированной программы корпорацией Wolf. [Позже Ларри работал с Бобом Моррисом, главным орбитальным аналитиком в Колорадо-Спрингс, над разработкой программы для определения орбитальных элементов для всех неизвестных радиолокационных треков; методология сработала и стала известна как алгоритм Катберта-Морриса. Получившаяся в результате программа получила название «Breakup, Lost and Decay», и, наряду с последующими улучшениями, она обнаружила тысячи объектов в Каталоге космических спутников. Это по-прежнему астродинамический стандарт ВВС для обработки некоррелированных целей (UCT).

Коммуникации

Большая часть общения на Космическом пути осуществлялась с помощью телетайпа или, в некоторых случаях, по телефону, почте или через курьера.

Бюллетени и ракурсы первоначально печатались вручную летчиками в офисе связи и отправлялись телетайпом всем участвующим датчикам. До изобретения ленты без чехла в телетайпах использовалась перфолента.

В конце концов, Рой Норрис и лейтенант Коттер использовали IBM 610 для резки бумажных лент для спутниковых бюллетеней, чтобы летчикам в отделе связи не приходилось печатать все данные вручную. Это не было частью конструкции IBM 610 и стало неожиданностью для персонала IBM. Позже компьютеры также автоматически готовили бюллетени и просматривали ленты с данными об ракурсах.

Была некоторая ограниченная защищенная связь: одним из методов отправки секретной информации была пара одноразовых блокнотов . Каждый из этих блокнотов состоял из двух наборов страниц, верхний из которых содержал все буквы и цифры в строке, примерно 40 строк на странице. Верхний лист представлял собой самокопирующую бумагу. Чтобы использовать листы, нужно обвести каждую букву или цифру ряд за рядом на верхнем листе. Это был второй лист, на котором все буквы и цифры были перемешаны. Зашифрованную версию затем можно было передать с помощью телетайпа или телефона получателю, который, используя соответствующий набор одноразовых блокнотов, мог обратить процесс вспять и прочитать защищенное сообщение.

Еще одним методом, который позже использовал Space Track, была защищенная телетайпная машина, к которой была прикреплена перфорированная бумажная лента. Лента служила для искажения каждой напечатанной буквы, которую затем можно было расшифровать обратной процедурой на другом конце линии телетайпа. Эта система использовалась для связи с разведкой ВВС Пентагона. Позже появилось более сложное криптографическое оборудование.

Помимо передачи данных, Space Track опубликовала серию технических отчетов. (например, см. «Ссылки», ).

Доктор Валь представил подробные описания деятельности космического трека на первых двухМеждународные симпозиумы по ракетам и космонавтике в Токио, 1959 и 1960 годы. Доктор Кертис и лейтенант Коттер сделали аналогичную презентацию в 1960 году.

Подрядчики

В 1960 году Aeronutronic , подразделение Ford Motor Company, заключило контракт с Space Track на разработку улучшенных методов прогнозирования орбит распадающихся спутников, компьютерной программы под названием Spiral Decay и другого программного обеспечения для новых компьютеров в новом здании. . (1 октября 1959 года компания Aeronutronic была нанята для проведения системного анализа центра управления. Подробные отчеты об этой и другой поддержке Aeronutronic проекта Space Track хранятся в офисах Lockheed Martin (ранее Loral Corporation) в Колорадо-Спрингс, штат Колорадо. Указатель отчетов находится в Национальном музее ВВС. )

Другой очень важной группой были сотрудники Wolf R&D Corporation (Конкорд, Массачусетс), которые занимались программированием и имели контракт на эксплуатацию компьютеров в NSSCC, включая мэйнфрейм IBM 7090.

Дальнейшее чтение

• Стердевант, Рик В. (зима 2008 г.). «От спутникового слежения к осведомленности о космической ситуации: ВВС США и космическое наблюдение: 1957–2007 годы» (PDF) . История авиации . Историческое общество ВВС США . Проверено 23 июня 2021 г. {{cite magazine}}: CS1 maint: дата и год ( ссылка ) — включает освещение эпохи Project Space Track.

Внешние ссылки

• Джодрелл Банк
• Джодрелл Банк
• Миллстоун Хилл
• Участие РКАФ

Ссылки

Если не указано иное, все упомянутые документы находятся в архивах Национального музея ВВС США на авиабазе Райт-Паттерсон, штат Огайо. Копии ссылок в формате JPEG можно найти на странице обсуждения.

Катберт, Лоуренс В.: Истребитель мячей на орбите. Официальная история Spacetrack. [Юмор] Проект «Космический трек»: Бедфорд, Массачусетс: июнь 1965 года.