Projet Écho - Project Echo

Écho 1A
Écho-1.jpg
Echo 1 est entièrement gonflé dans un hangar de la Marine à Weeksville , en Caroline du Nord
Opérateur Nasa
Désignation de Harvard 1960 Alpha 11
Identifiant COSPAR 1960-009A
SATCAT n° 49
Propriétés du vaisseau spatial
Fabricant Laboratoires Bell
Lancer la masse 66 kg (146 livres)
Dimensions Sphère de 30,48 m (100,0 pi) de diamètre lorsqu'elle est gonflée
Début de mission
Date de lancement 03:39:43, 12 août 1960 (UTC) ( 1960-08-12T03:39:43Z )
Fusée Thor-Delta
Site de lancement Cap Canaveral AFS SLC-17A
Fin de mission
Date de décomposition 24 mai 1968 ( 1968-05-24 )
Paramètres orbitaux
Système de référence Géocentrique
Excentricité 0,01002
Altitude du périgée 1 524 km (947 mi)
Altitude d'apogée 1 684 km (1 046 mi)
Inclination 47,2°
Période 118,3 minutes
 
Écho 2
Écho II.jpg
Echo 2 soumis à un test de résistance à la traction dans un hangar de dirigeables à Weeksville, en Caroline du Nord
Opérateur Nasa
Identifiant COSPAR 1964-004A
SATCAT n° 740
Propriétés du vaisseau spatial
Fabricant Laboratoires Bell
Dimensions Sphère de 41 m (135 pi) de diamètre lorsqu'elle est gonflée
Début de mission
Date de lancement 13:59:04, 25 janvier 1964 (UTC) ( 1964-01-25T13:59:04Z )
Fusée Thor-Agena B
Site de lancement Vandenberg AFB
Fin de mission
Date de décomposition 7 juin 1969 ( 1969-06-07 )
Paramètres orbitaux
Système de référence Géocentrique
Excentricité 0,01899
Altitude du périgée 1 029 km (639 mi)
Altitude d'apogée 1 316 km (818 mi)
Inclination 81,5°
Période 108,95 minutes
 

Le projet Echo a été la première expérience de satellite de communication passive . Chacun des deux engins spatiaux américains, lancés en 1960 et 1964, étaient des satellites ballons métallisés agissant comme des réflecteurs passifs de signaux micro - ondes . Les signaux de communication ont été transmis à partir d'un emplacement sur Terre et ont rebondi sur la surface du satellite vers un autre emplacement de la Terre. Les premières transmissions utilisant Echo ont été envoyées de Goldstone, Californie à Holmdel, New Jersey le 12 août 1960. Le dernier satellite Echo a désorbité et a brûlé dans l'atmosphère le 7 juin 1969.

Fond

Le concept d'utilisation de satellites orbitaux pour relayer les communications a précédé le voyage spatial, d'abord avancé par Arthur C. Clarke en 1945. Des expériences utilisant la lune comme station de réflexion passive pour les messages ont commencé dès 1946. Avec le lancement de Spoutnik , le premier satellite artificiel, en 1957, l'intérêt se développe rapidement pour les satellites de communication en orbite.

En juillet 1958, lors d'une réunion parrainée par l'Air Force sur les satellites de communication, l' ingénieur des Bell Telephone Laboratories , John R. Pierce, a présenté une présentation sur le relais satellite passif, décrivant comment un corps en orbite réfléchissant pourrait être utilisé pour faire rebondir les transmissions d'un point de la Terre à un autre. William H. Pickering , directeur du Jet Propulsion Laboratory (JPL), a également assisté à la conférence et a suggéré que les installations du JPL, en particulier une antenne polaire de 85 pieds (26 m) de diamètre installée près de Goldstone Dry Lake dans le désert de Mojave , pourraient être utilisées. comme installation au sol pour des expériences avec un tel satellite.

En octobre 1958, Pierce, avec son collègue ingénieur de Bell Rudolf Kompfner , a conçu une expérience pour observer les effets de réfraction atmosphérique à l'aide de satellites ballons réfléchissants. Croyant que l'expérience ferait progresser la recherche vers les communications transocéaniques via satellites, les deux ingénieurs ont présenté un document préconisant le lancement de satellites ballons à utiliser comme réflecteurs de communication passifs au Symposium national sur la portée étendue et les communications spatiales les 6 et 7 octobre 1958.

Le même mois, la National Aeronautics and Space Administration (NASA) a été formée et deux mois plus tard, le JPL a été transféré de l' armée américaine à la nouvelle agence. Le projet Echo, le premier projet de satellite de communication de la NASA, a été officiellement présenté lors d'une réunion le 22 janvier 1959 avec des représentants de la NASA, du JPL et de Bell Telephone Laboratories, fixant le lancement initial pour septembre 1959.

Objectifs

Le projet Echo était une mission d'exploration avec pour objectif de tester de nouvelles technologies et de préparer les futures missions. Les ingénieurs des vols spatiaux ont utilisé Echo pour prouver de nouvelles idées et tester les limites de l'aérodynamique, de la forme et de la taille des satellites, des matériaux de construction, du contrôle de la température et du suivi des satellites. Echo a été conçu comme une expérience pour démontrer le potentiel des communications par satellite, et non pour fonctionner comme un système de communication mondial.

Echo a été conçu, approuvé et construit avec les objectifs suivants.

  • Observer et mesurer les effets de la traînée atmosphérique
  • Reflète passivement les transmissions au sol
  • Démontrer des communications bidirectionnelles
  • Démontrer son engagement dans le développement d'un programme spatial américain
  • Créer un précédent pour le survol d'autres nations par des satellites de surveillance

Chacun de ces objectifs a été atteint avec Project Echo. D'autres expériences ont utilisé le satellite pour engager une conversation téléphonique bidirectionnelle le 15 août 1960 et pour relayer une transmission télévisée en direct en avril 1962.

Stations au sol

Antenne Holmdel Horn , construite pour le projet Echo, et utilisée plus tard pour découvrir le rayonnement de fond cosmique micro-ondes

Deux stations au sol ont été utilisées pour tester le projet Echo. L'installation Goldstone située à Goldstone Dry Lake dans le désert de Mojave, en Californie et l'installation Holmdel située à Holmdel, New Jersey. Les deux sites utilisaient des antennes distinctes pour l'émission et la réception. Les transmissions d'ouest en est ont été envoyées de Goldstone par une antenne parabolique de vingt-six mètres construite pour le projet Echo par JPL. Les signaux ont été reçus à Holmdel par une antenne cornet-réflecteur à ouverture de six mètres sur six. Les antennes cornets étaient connues pour avoir des propriétés de faible bruit. Une fréquence de transmission de 2 390 mégahertz a été choisie, car il s'agissait de la bande de fréquences prévue pour les futures expériences satellitaires. Les transmissions d'est en ouest ont été envoyées de Holmdel à l'aide d'une antenne parabolique de dix-huit mètres de diamètre et reçues à Goldstone à l'aide de l' antenne existante du programme Pioneer . Une fréquence de transmission de 960,05 mégahertz a été utilisée pour les communications vers l'ouest car le récepteur JPL était déjà réglé sur cette fréquence à partir du programme lunaire Pioneer.

L'acquisition et le suivi des satellites ont été réalisés par trois méthodes : optique, esclave numérique et radar automatique. Le suivi optique était la méthode la plus simple, mais ne pouvait être utilisé que la nuit lorsque le soleil illuminait le satellite. Des télescopes à champ large et étroit avec une caméra de télévision ont été montés sur la structure de l'antenne sur chaque site. Les images de la caméra étaient affichées à un servo-opérateur qui contrôlait la position de l'antenne pour suivre le satellite. Lorsque le suivi optique ne pouvait pas être utilisé, un système informatique appelé esclave numérique pouvait acquérir et suivre l'écho. L'esclave numérique fonctionnait en recevant les données de suivi primaires du réseau de stations Minitrack de la NASA. L'ordinateur émettrait alors des commandes de pointage d'antenne pour contrôler l'antenne. La troisième méthode de poursuite était un sous-système radar à ondes continues. Le radar n'était pas adapté à l'acquisition du satellite, mais une fois Echo acquis par un esclave optique ou numérique, les signaux radar pouvaient être utilisés pour maintenir automatiquement le suivi.

Vaisseau spatial

Les vaisseaux spatiaux Echo (Echo 1, Echo 1A et Echo 2) étaient de grandes sphères à peau mince qui ont été gonflées en orbite après avoir quitté l'atmosphère. Ces ballons satellites mesuraient environ 100 pieds (30 m) de diamètre avec une peau mince en film BoPET (Mylar), et ont été construits par la société GT Schjeldahl de Gilmore Schjeldahl à Northfield, Minnesota . Les satellites fonctionnaient comme un réflecteur, pas comme un émetteur-récepteur ; après avoir été placés en orbite terrestre basse , les signaux pourraient être envoyés depuis une station au sol, réfléchis par sa surface et renvoyés sur Terre.

Comme sa surface brillante était également réfléchissante dans la gamme de la lumière visible, Echo était facilement visible à l'œil nu sur la majeure partie de la Terre. Le vaisseau spatial a été surnommé un "satelloon" par les personnes impliquées dans le projet (un portemanteau combinant satellite et ballon ). Il était utilisé pour rediriger les signaux téléphoniques , radio et télévision transcontinentaux et intercontinentaux . Au cours de la dernière partie de sa vie, il a été utilisé pour évaluer la faisabilité technique de la triangulation par satellite .

T. Keith Glennan montre le film de mylar aluminisé LBJ utilisé pour faire Echo I

Écho 1

Echo 1 avait un diamètre de 100 pieds (30 m), avait une peau non rigide en Mylar de 0,5 mil (12,7  m ) d'épaisseur et une masse totale de 397 livres (180 kg) pesant 156,995 livres (71,212 kg) lors du lancement. Lors des tests de gonflage au sol, 40 000 livres (18 000  kg ) d'air étaient nécessaires pour remplir le ballon, mais en orbite, plusieurs livres de gaz suffisaient pour remplir la sphère. Pour résoudre le problème des perforations de météorites et maintenir la sphère gonflée, Echo 1 a inclus un système de gaz d'appoint de 33,34 lb (15,12 kg) utilisant deux types de poudres de sublimation . Il disposait également de balises de télémétrie à 107,9 MHz, alimentées par cinq batteries nickel-cadmium chargées par 70 cellules solaires montées sur le ballon. Le vaisseau spatial était utile pour le calcul de la densité atmosphérique et de la pression solaire , en raison de son grand rapport surface/masse.

Écho 2

Echo 2 était un satellite ballon de 41,1 mètres de diamètre (135 pieds), le dernier lancé par Project Echo. Un système de gonflage révisé a été utilisé pour le ballon, afin d'améliorer sa douceur et sa sphéricité . La peau de l'Echo 2 était rigidifiable, contrairement à celle de l'Echo 1. Le ballon était donc capable de conserver sa forme sans pression interne constante ; un approvisionnement à long terme de gaz de gonflage n'était pas nécessaire, et il pouvait facilement survivre aux frappes de micrométéoroïdes . Le ballon a été construit à partir d'un film de mylar de 0,35 mil (9 µm) d'épaisseur pris en sandwich entre et collé avec deux couches de 0,18 mil (4,5 µm) d'épaisseur de feuille d'aluminium. Il a été gonflé à une pression qui a provoqué une légère déformation plastique des couches métalliques du stratifié, alors que le polymère était encore dans la plage élastique. Cela a abouti à une coque sphérique rigide et très lisse.

Un système de télémétrie de balise a fourni un signal de suivi, surveillé la température de la peau de l'engin spatial entre -120 et +16 °C (-184 et 61 °F) et mesuré la pression interne de l'engin spatial entre 0,00005 mm de mercure et 0,5 mm de mercure, en particulier pendant les phases initiales de gonflage. Le système se composait de deux ensembles de balises alimentés par des panneaux de cellules solaires et avait une puissance de sortie minimale de 45 mW à 136,02 MHz et 136,17 MHz.

Vols

Cinq tests balistiques suborbitaux pour déterminer si les mécanismes de lancement, de déploiement et d'expansion fonctionneraient ont été effectués à l'aide du véhicule de test Shotput. Le premier Shotput a volé à 17h40 le 27 octobre 1959. Le Shotput 1 a livré avec succès le prototype Echo à l'altitude souhaitée, mais une petite quantité de gaz résiduel dans les plis du ballon s'est violemment dilatée, faisant éclater l'article d'essai. Les gens de haut en bas de la côte atlantique ont été témoins de ce qui ressemblait à des feux d'artifice lointains alors que des milliers de morceaux de mylar déchiqueté reflétaient la lumière du soleil dans un affichage qui a duré environ 10 minutes. Quatre autres tests de lancer de poids ont été effectués les 16 janvier, 27 février, 1er avril et 31 mai 1960.

Le 13 mai 1960, la première tentative de mise en orbite d'un satellite Echo est effectuée. La mission, qui était également le voyage inaugural du lanceur Thor-Delta , a échoué avant le déploiement de la charge utile. Echo 1 a décollé de Cap Canaveral de LC-17A et le Thor étape effectuée correctement, mais au cours de la phase en roue libre, les jets de contrôle d'attitude sur la non prouvée Delta stade n'a pas réussi à allumer, l' envoi de la charge utile dans l'océan Atlantique au lieu de en orbite.

Le 12 août 1960, Echo 1A (communément appelé Echo 1 ) a été placé avec succès sur une orbite de 944 à 1 048 miles (1 519 à 1 687 km) par un autre Thor-Delta. Une transmission par micro-ondes de l'installation JPL de Goldstone en Californie a été relayée par le satellite aux laboratoires Bell à Holmdel, New Jersey, le même jour. On s'attendait à l'origine à ce qu'Echo 1A ne survive pas longtemps après son quatrième plongeon dans l'atmosphère en juillet 1963, bien que les estimations aient permis la possibilité qu'il continue à orbiter jusqu'en 1964 ou au-delà. Il a fini par survivre beaucoup plus longtemps que prévu, et est finalement rentré dans l'atmosphère terrestre et a brûlé le 24 mai 1968.

Le 25 janvier 1964, Echo 2 est lancé sur une fusée Thor Agena . En plus des expériences de communications passives, il a été utilisé pour étudier la dynamique de gros engins spatiaux et pour la géodésie géométrique globale . Comme il était plus grand que l'Echo 1A et en orbite sur une orbite quasi polaire, Echo 2 était bien visible à l'œil nu sur toute la Terre. Il est rentré dans l'atmosphère terrestre et a brûlé le 7 juin 1969.

L'Echo 1A et l'Echo 2 ont tous deux connu un effet de voile solaire en raison de leur grande taille et de leur faible masse. Les satellites de communication passifs ultérieurs, tels que OV1-08 PasComSat , ont résolu les problèmes associés à cela en utilisant une conception de grille-sphère au lieu d'une surface couverte. Plus tard encore, la NASA a complètement abandonné les systèmes de communication passifs au profit de satellites actifs.

Héritage

Le projet Echo a facilité la première transmission par satellite réussie et les premières communications bidirectionnelles entre les installations de JPL Goldstone et les installations de Bell Telephone Laboratories à Holmdel, dans le New Jersey . D'autres groupes ont participé à des expériences, notamment la Collins Radio Company et le Naval Research Laboratory . Parce qu'Echo n'était qu'un système passif, il était principalement utile pour démontrer la future protentionnelle des communications par satellite et est devenu obsolète avant sa désorbitation en 1968. Echo était surtout connu du grand public pour sa visibilité car il pouvait être vu la nuit à l'œil nu. .

Le programme du satellite Echo a également fourni les points de référence astronomiques nécessaires pour localiser avec précision Moscou . Cette précision améliorée a été recherchée par l'armée américaine dans le but de cibler les missiles balistiques intercontinentaux.

La grande antenne cornet à Holmdel construite par Bell Labs pour le projet Echo a ensuite été utilisée par Arno Penzias et Robert Woodrow Wilson pour leur découverte lauréate du prix Nobel du rayonnement de fond cosmique micro-ondes .

Le 15 décembre 1960, la poste américaine a émis un timbre-poste représentant Echo 1.

Timbre Echo 1 – émission 1960

Galerie

  • Prototype à l'échelle des satellites Echo soumis à un test de stress cutané le 1er mai 1960.

  • Vidéo d'AT&T Bell Labs sur la première transmission vocale par satellite et les ingénieurs qui ont mené l'effort.

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

  • Aîné, Donald C. (1995). Out from Behind the Eight-Ball: Une histoire du projet Echo . Série Histoire de l'AAS. 16 . Univelt pour l' American Astronomical Society . ISBN 0-87703-388-9.
  • Nick D'Alto "Le satellite gonflable", Invention and Technology Summer 2007, Volume 23, Numéro 1 pp. 38-43.

Liens externes