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Proyecto Eco

William J. O'Sullivan en su escritorio con un subsatélite plegado, un subsatélite de 30 pulgadas, un subsatélite de 12 pies y un reflector de esquina. El Proyecto Echo fue el pr...

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William J. O'Sullivan en su escritorio con un subsatélite plegado, un subsatélite de 30 pulgadas, un subsatélite de 12 pies y un reflector de esquina.

El Proyecto Echo fue el primer experimento de satélite de comunicaciones pasivas . Cada una de las dos naves espaciales estadounidenses, lanzadas en 1960 y 1964, eran satélites globo metalizados que actuaban como reflectores pasivos de señales de microondas . Las señales de comunicación se transmitían desde un punto de la Tierra y rebotaban en la superficie del satélite hacia otro punto de la Tierra. [ 1 ]

Las primeras transmisiones realizadas con Echo se enviaron desde Goldstone, California , a Crawford Hill en Holmdel, Nueva Jersey , el 12 de agosto de 1960. El último satélite Echo salió de órbita y se desintegró en la atmósfera el 7 de junio de 1969. [ 2 ]

Fondo

Vídeo de AT&T Bell Labs sobre el Proyecto Echo y los ingenieros que lo llevaron a cabo.

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 utilizaban la luna como estación de paso reflectante pasiva para mensajes comenzaron ya en 1946. [ 3 ] Con el lanzamiento del Sputnik 1 , el primer satélite artificial de la Tierra, en 1957, el interés por los satélites de comunicaciones en órbita creció rápidamente.

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

En octubre de 1958, Pierce, junto con su colega ingeniero de Bell, Rudolf Kompfner , diseñó un experimento para observar los efectos de refracción atmosférica utilizando satélites globo reflectantes. Convencidos de que el experimento impulsaría la investigación sobre comunicaciones transoceánicas vía satélite, ambos ingenieros presentaron un artículo en el Simposio Nacional sobre Comunicaciones Espaciales y de Alcance Extendido, celebrado los días 6 y 7 de octubre de 1958, en el que abogaban por el lanzamiento de satélites globo para su uso como reflectores pasivos de comunicaciones.

Ese mismo mes se creó 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 satélite de comunicaciones de la NASA, se presentó oficialmente en una reunión el 22 de enero de 1959 con representantes de la NASA, el JPL y los Laboratorios Bell Telephone, fijando el lanzamiento inicial para septiembre de 1959. [ 5 ]

Objetivos

Prototipo a escala de los satélites Echo sometidos a una prueba de resistencia de la superficie el 1 de mayo de 1960.

El Proyecto Echo fue una misión pionera cuyo objetivo era probar nuevas tecnologías y prepararse para futuras misiones. Los ingenieros aeroespaciales utilizaron Echo para demostrar nuevas ideas y poner a prueba los límites de la aerodinámica, la forma y el tamaño de los satélites, los materiales de construcción, el control de la temperatura y el seguimiento de satélites. [ 6 ] Echo se diseñó 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 de la resistencia atmosférica.
  • Reflejar pasivamente las transmisiones terrestres
  • Demostrar comunicación bidireccional
  • Demostrar compromiso con el desarrollo de un programa espacial estadounidense.
  • Sentar un precedente para el sobrevuelo de otras naciones por satélites de vigilancia.

Todos estos objetivos se lograron con el Proyecto Echo. En experimentos posteriores, el satélite utilizó el satélite para entablar una conversación telefónica bidireccional el 15 de agosto de 1960 y para retransmitir una señal de televisión en directo en abril de 1962.

Estaciones terrestres

La antena de bocina de Holmdel , construida para el Proyecto Echo, se utilizó posteriormente 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 Crawford Hill, ubicada en Holmdel, Nueva Jersey. Ambos sitios utilizaron antenas separadas para transmitir y recibir. Las transmisiones de oeste a este se enviaron desde Goldstone mediante una antena parabólica de 26 m (85 pies) construida para el Proyecto Echo por el JPL. Las señales se recibieron en Crawford Hill mediante una antena de bocina reflectora de apertura de 6 × 6 m (20 × 20 pies) . Se sabía que las antenas de bocina tenían propiedades de bajo ruido. Se seleccionó una frecuencia de transmisión de 2390 megahercios , ya que esta era la banda de frecuencia planificada para futuros experimentos satelitales. Las transmisiones de este a oeste se enviaron desde Crawford Hill utilizando una antena parabólica de 18 m (59 pies) de diámetro y se recibieron en Goldstone utilizando la antena existente del programa Pioneer . Se utilizó una frecuencia de transmisión de 960,05 megahercios para las comunicaciones hacia el oeste porque el receptor del JPL ya estaba sintonizado a esta frecuencia desde el programa lunar Pioneer. [ 5 ]          

La adquisición y el seguimiento de satélites se realizaron mediante tres métodos: óptico, esclavo digital y radar automático. El seguimiento óptico era el método más sencillo, pero solo podía utilizarse de noche, cuando el Sol iluminaba el satélite. En cada emplazamiento, se instalaron telescopios de campo amplio y estrecho con una cámara de televisión en la estructura de la antena. Las imágenes de la cámara se mostraban a un operador de servocontrol que controlaba la posición de la antena para seguir el satélite. Cuando no era posible utilizar el seguimiento óptico, un sistema informático denominado esclavo digital podía adquirir y seguir a Echo. El esclavo digital funcionaba recibiendo datos de seguimiento primarios de la red de estaciones Minitrack de la NASA . El ordenador emitía entonces comandos de apuntamiento de la antena para controlarla. El tercer método de seguimiento era un subsistema de radar de onda continua. El radar no era adecuado para la adquisición del satélite, pero una vez que Echo era adquirido mediante el método óptico o el esclavo digital, las señales de radar podían utilizarse para mantener el seguimiento automáticamente. [ 5 ]

Astronave

T. Keith Glennan muestra a LBJ la película de Mylar aluminizada que se usó para hacer Echo I.
El módulo de vuelo de repuesto del Echo 1 en su contenedor de lanzamiento en el Centro Steven F. Udvar-Hazy.

Las naves espaciales Echo (Echo 1, Echo 1A y Echo 2) eran grandes esferas de piel delgada que se inflaban en órbita tras salir de la atmósfera. Estos satélites globo tenían aproximadamente 30 m (98 pies) de diámetro, con una fina capa de Mylar (nombre comercial del tereftalato de polietileno estirado o BoPET), y fueron construidos por la empresa GT Schjeldahl de Gilmore Schjeldahl en Northfield, Minnesota . Los satélites funcionaban como reflectores, no como transceptores; tras ser colocados en órbita terrestre baja , se podían enviar señales desde una estación terrestre, que se reflejaban en su superficie y regresaban a la Tierra . [ 7 ]  

Como su superficie brillante también era reflectante en el rango de la luz visible, Echo era fácilmente visible a simple vista en la mayor parte de la Tierra. La nave espacial fue apodada "satelloon" por los involucrados en el proyecto (un acrónimo que combina satélite y globo ). Se utilizó para redirigir señales telefónicas , de radio y de televisión transcontinentales e intercontinentales. [ 8 ] Durante la última parte de su vida, se utilizó para evaluar la viabilidad técnica de la triangulación satelital .

Eco 1

Echo 1 tenía 30 m (98 pies) de diámetro, una piel no rígida hecha de Mylar de 12,7 μm (0,00050 pulgadas) de espesor y una masa total de 180 kg (400 lb) , pesando 71 kg (157 lb) en el lanzamiento. Durante las pruebas de inflado en tierra, se necesitaron 18.000 kg (40.000 lb) de aire para llenar el globo, pero mientras estaba en órbita, solo se requirieron unas pocas libras de gas 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 reposición de 15,12 kg (33,3 lb) que utilizaba dos tipos de polvos sublimables : 9,1 kg (20 lb) de antraquinona y 4,6 kg (10 lb) de ácido benzoico . [ 9 ] También contaba con balizas de telemetría de 107,9 MHz, alimentadas por cinco baterías de níquel-cadmio que se cargaban mediante 70 células solares montadas en el globo. La nave espacial era útil para el cálculo de la densidad atmosférica y la presión solar , debido a su gran relación superficie-masa. [ 8 ] Estaba unida con Schjelbond, un adhesivo patentado desarrollado por la empresa Schjeldahl . [ 10 ]                 

Eco 2

Echo 2 fue un satélite globo de 41,1 m (135 pies) de diámetro, el último lanzado por el Proyecto Echo. Se utilizó un sistema de inflado revisado para el globo, para mejorar su suavidad y esfericidad . La cubierta de Echo 2 era rigidizable, 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 prolongado de gas de inflado y podía sobrevivir fácilmente a impactos de micrometeoroides . El globo estaba construido con una película de mylar de 9 μm (0,00035 pulgadas) de espesor intercalada y unida con dos capas de papel de aluminio de 4,5 μm (0,00018 pulgadas) de espesor. [ 11 ] Se infló a una presión que provocó que las capas metálicas del laminado se deformaran plásticamente de forma leve, mientras que el polímero aún se encontraba en el rango elástico. Esto dio como resultado una cubierta esférica rígida y muy lisa. Un sistema de telemetría de balizas proporcionó una señal de seguimiento, monitorizó la temperatura superficial 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 inflado. 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. [ 12 ]            

Vuelos

Se realizaron cinco pruebas balísticas suborbitales para determinar si los mecanismos de lanzamiento, despliegue y expansión funcionarían utilizando el vehículo de prueba Shotput , un cohete de tres etapas. [ 13 ] El primer Shotput voló a las 5:40 p. m. del 27 de octubre de 1959. 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, reventando el artículo de prueba. Personas a lo largo de la costa atlántica presenciaron lo que parecía fuegos artificiales lejanos, ya que miles de trozos de Mylar desgarrados reflejaban la luz del sol en un espectáculo que duró unos 10 minutos. [ 6 ] Se realizaron cuatro pruebas Shotput más el 16 de enero, el 27 de febrero, el 1 de abril y el 31 de mayo de 1960. [ 14 ]

El 13 de mayo de 1960 se realizó el primer intento de poner en órbita un satélite Echo. La misión, que también fue el primer vuelo del vehículo de lanzamiento Thor-Delta , fracasó antes del despliegue de la carga útil. Echo 1 despegó desde la plataforma LC-17A de Cabo Cañaveral , y la etapa Thor funcionó correctamente, pero durante la fase de planeo, los propulsores de control de actitud de la etapa Delta , aún sin probar , no se encendieron, enviando la carga útil al océano Atlántico en lugar de a la órbita.

El 12 de agosto de 1960, Echo 1A (comúnmente conocido como Echo 1 ) fue puesto con éxito en una órbita de 944 a 1048 millas (1519 a 1687 km) por otro Thor-Delta. [ 2 ] [ 15 ] Una transmisión de microondas desde las instalaciones de JPL Goldstone en California, fue retransmitida por el satélite a los Laboratorios Bell en Holmdel, Nueva Jersey, ese mismo día. [ 8 ] Originalmente se esperaba que Echo 1A no sobreviviera mucho tiempo después de su cuarta inmersión en la atmósfera en julio de 1963, aunque las estimaciones permitían la posibilidad de que continuara orbitando hasta 1964 o más allá. [ 8 ] Terminó sobreviviendo mucho más tiempo de lo esperado, y finalmente reingresó a la atmósfera terrestre y se desintegró el 24 de mayo de 1968.  

El 25 de enero de 1964, Echo 2 fue lanzado a bordo de un cohete Thor Agena . Además de realizar experimentos de comunicaciones pasivas, se utilizó para investigar la dinámica de grandes naves espaciales y para estudios de geodesia geométrica global . Dado que era más grande que Echo 1A y orbitaba en una órbita casi polar, Echo 2 era claramente visible a simple vista desde cualquier punto de la Tierra. Reingresó a la atmósfera terrestre y se desintegró 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. [ 16 ] Posteriormente, satélites de comunicaciones pasivas, como OV1-08 PasComSat , resolvieron los problemas asociados a este efecto mediante el uso de un diseño de rejilla esférica en lugar de una superficie cubierta. Más tarde, la NASA abandonó por completo los sistemas de comunicaciones pasivas, en favor de los satélites activos.

Mesa de lanzamiento

Legado

Sello Echo 1 – Emisión de 1960

El Proyecto Echo facilitó la primera transmisión satelital exitosa y las primeras comunicaciones bidireccionales entre las instalaciones de JPL Goldstone y las de Bell Telephone Laboratories en Holmdel, Nueva Jersey. Otros grupos participaron en los experimentos, incluyendo Collins Radio Company y el Laboratorio de Investigación Naval . Dado que Echo era solo un sistema pasivo, fue útil principalmente para demostrar el potencial futuro de las comunicaciones satelitales y quedó obsoleto antes de su desorbitación en 1968. Echo fue conocido por el público en general por su visibilidad, ya que podía verse de noche a simple vista. [ 5 ]

El programa de satélites Echo también proporcionó los puntos de referencia astronómicos necesarios para localizar con precisión Moscú . El ejército estadounidense buscaba esta mayor precisión con el fin de dirigir misiles balísticos intercontinentales. [ 19 ]

La gran antena de bocina en Holmdel construida por Bell Labs para el proyecto Echo fue utilizada posteriormente por Arno Penzias y Robert Woodrow Wilson para su descubrimiento, galardonado con el Premio Nobel, de la radiación cósmica de fondo de microondas . [ 20 ]

El 15 de diciembre de 1960, el Servicio Postal de los Estados Unidos emitió un sello postal con la imagen del Echo 1.

Véase también

Referencias

  1. 1 2 "Echo 1, 1A, 2" . Biblioteca de misiones y naves espaciales . NASA. Archivado del original el 27 de mayo de 2010. Recuperado el 6 de febrero de 2010 .Dominio públicoEste artículo incorpora texto de esta fuente, que es de dominio público .
  2. 1 2 Astronautix.com, Echo Archivado el 11 de mayo de 2008 en Wayback Machine
  3. ↑ Butrica, Andrew J. (1996). Para ver lo invisible: una historia de la astronomía de radar planetario . NASA. Archivado del original el 23 de agosto de 2007.Dominio públicoEste artículo incorpora texto de esta fuente, que es de dominio público .
  4. ↑ Marsh, Allison (12 de noviembre de 2020). "Cuando un globo gigante de Mylar era lo más genial del espacio" . IEEE Spectrum . Recuperado el 10 de febrero de 2021 .
  5. 1 2 3 4 5 Butrica, Andrew J. (1997). Más allá de la ionosfera: cincuenta años de comunicación por satélite . Washington, DC: Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio. Bibcode : 1997bify.book.....B . OCLC 229170160 . Dominio públicoEste artículo incorpora texto de esta fuente, que es de dominio público .
  6. 1 2 Hansen, James R. (1995). Revolución de los vuelos espaciales: Centro de Investigación Langley de la NASA desde Sputnik hasta Apolo . Washington, DC: NASA. OCLC 62404314 . Dominio públicoEste artículo incorpora texto de esta fuente, que es de dominio público .
  7. ↑ Centro de Investigación Langley de la NASA (NASA-LaRC) (29 de junio de 1965). "Prueba de inflado estático de un satélite de 135 pies en Weeksville, Carolina del Norte" . Archivo de Internet . Consultado el 15 de marzo de 2020 .
  8. 1 2 3 4 Harrison M. Jones; II Shapiro; PE Zadunaisky (1961). HC Van De Hulst, C. De Jager y AF Moore (eds.). "Efectos de la presión de la radiación solar, tasas de fuga de gas y densidades del aire inferidas de la órbita de Echo I". Space Research II, Actas del Segundo Simposio Internacional de Ciencias Espaciales, Florencia, 10-14 de abril de 1961. North-Holland Publishing Company-Ámsterdam. Las variaciones observadas de la órbita de Echo, debidas principalmente a los efectos de la presión de la luz solar, están en excelente acuerdo con nuestros resultados teóricos. La altitud del perigeo tiene una oscilación de gran amplitud (aproximadamente igual a 600 km (370 mi)) y largo período (aproximadamente igual a 300 días), lo que tiene una influencia decisiva en la vida útil de Echo I. Nuestra mejor estimación actual es que el globo perecerá en el verano de 1963.  
  9. ↑ Davis y Tanimoto. "Desarrollo mecánico de sistemas de antenas" (PDF) . NASA JPL . Consultado el 8 de enero de 2022 .
  10. ↑ Gilmour, Gerry (11 de septiembre de 1999). «Una mente para los negocios: el ingenio de Schjeldahl ayuda a mantener el pan fresco y los corazones latiendo sanos y salvos» . The Forum . Fargo, Dakota del Norte. Archivado del original el 13 de julio de 2011.
  11. ↑ Staugaitis, C. y Kobren, L. " Propiedades mecánicas y físicas del laminado metal-polímero Echo II (NASA TN D-3409) ", Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA (1966). Este artículo incorpora texto de esta fuente, que es de dominio público .Dominio público
  12. ↑ "Echo 2" . NASA . Consultado el 30 de enero de 2019 .Dominio públicoEste artículo incorpora texto de esta fuente, que es de dominio público .
  13. 1 2 "Shotput" . Página espacial de Gunter . Consultado el 21 de marzo de 2024 .
  14. ↑ "Shotput" . Astronautix. Archivado del original el 28 de diciembre de 2016. Consultado el 27 de febrero de 2021 .
  15. ↑ "Echo 1" . NASA . Consultado el 8 de octubre de 2015 .Dominio públicoEste artículo incorpora texto de esta fuente, que es de dominio público .
  16. ↑ Coulter, Dauna (31 de julio de 2008). "Una breve historia de las velas solares" . NASA. Archivado del original el 28 de enero de 2010. Recuperado el 4 de febrero de 2010 .Dominio públicoEste artículo incorpora texto de esta fuente, que es de dominio público .
  17. ↑ "Eco 1 , 1A" . Página espacial de Gunter . Consultado el 1 de enero de 2026 .
  18. 1 2 Tereniak; Clevenson (octubre de 1963). Datos de choque y vibración de vuelo de las pruebas verticales del satélite Echo (PDF) . NASA.
  19. ↑ Gray, Mike (1992). Ángulo de ataque: Harrison Storms y la carrera hacia la Luna . WW Norton & Co. págs. 5–6 . ISBN  0-393-01892-X.
  20. ↑ "Arno Penzias - Biografía" . nobelprize.org .

Lecturas adicionales

  • Elder, Donald C. (1995). Saliendo de la zona de desventaja: Una historia del Proyecto Echo . Serie de Historia de la AAS. Vol.  16. Univelt para la Sociedad Astronómica Americana . ISBN 0-87703-388-9.
  • Nick D'Alto, "El satélite inflable", Invención y tecnología, verano de 2007, volumen 23, número 1, págs.  38-43 .
  • Un fragmento de la película "Big Bounce, The" está disponible para su visualización en Internet Archive.
  • Un fragmento de la película "Triunfo espacial. Recuperación de la cápsula Discoverer desde la órbita, 15 de agosto de 1960" está disponible para su visualización en Internet Archive.