SOLRAD 1

SOLRAD 1 (de "radiación solar") es la designación pública de SOLRAD/GRAB 1 , un satélite combinado de ciencia y vigilancia lanzado a órbita el 22 de junio de 1960. Fue el primer satélite en observar con éxito los rayos X solares , el primero en realizar vigilancia desde órbita y el primero en ser lanzado junto con otro satélite instrumentado (el satélite de navegación Transit 2A , sin relación con este ).

Desarrollado por el Laboratorio de Investigación Naval (NRL) de la Armada de los Estados Unidos , el satélite fue, en muchos sentidos, un sucesor directo del Proyecto Vanguard del NRL , el primer programa satelital estadounidense. La misión científica del satélite fue un éxito, enviando datos útiles hasta noviembre de 1960 que permitieron determinar la emisión normal de rayos X solares y confirmar la relación entre el aumento de la actividad de rayos X solares y la disminución de la señal de radio.

El paquete científico SOLRAD a bordo del satélite proporcionó cobertura al paquete de vigilancia electrónica de Radiación y Fondo Galáctico (GRAB) , cuya misión era cartografiar la red de radares de defensa aérea de la Unión Soviética . La misión GRAB también fue un éxito, operando hasta el 22 de septiembre de 1960 y revelando que la red de radares de defensa aérea soviética era más extensa de lo esperado. SOLRAD/GRAB 1 fue desactivado en abril de 1961, convirtiéndose así en el primer satélite en ser desactivado remotamente.

En 1957, la Unión Soviética comenzó a desplegar el misil tierra-aire S-75 Dvina , controlado por radares de control de tiro Fan Song . Este desarrollo hizo que la penetración del espacio aéreo soviético por parte de los bombarderos estadounidenses fuera más peligrosa. La Fuerza Aérea de los Estados Unidos inició un programa para catalogar la ubicación aproximada y las frecuencias de operación individuales de estos radares, utilizando aeronaves de reconocimiento electrónico que sobrevolaban las fronteras de la Unión Soviética. Este programa proporcionó información sobre los radares en la periferia de la Unión Soviética, pero faltaba información sobre los emplazamientos en el interior del país. Se realizaron algunos experimentos utilizando radiotelescopios para buscar reflejos fortuitos de radares soviéticos en la Luna , pero esto resultó ser una solución inadecuada al problema. ^{[ 3 ] : 362}

En marzo de 1958, ^{[ 4 ] : 4} mientras el Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos (NRL) participaba activamente en el Proyecto Vanguard , el esfuerzo de la Armada de los Estados Unidos para lanzar un satélite, el ingeniero del NRL, Reid D. Mayo, determinó que una variante del Vanguard podría utilizarse para mapear emplazamientos de misiles soviéticos. Mayo había desarrollado previamente un sistema para submarinos mediante el cual podían evadir aeronaves antisubmarinas captando sus señales de radar. De tamaño reducido y robustez mecánica, podía adaptarse para encajar dentro del pequeño chasis del Vanguard. ^{[ 3 ] : 364}

Mayo presentó la idea a Howard Lorenzen, jefe de la rama de contramedidas del NRL. Lorenzen promovió la idea dentro del Departamento de Defensa, y seis meses después el concepto fue aprobado con el nombre de "Tattletale". ^{[ 3 ] : 364} El presidente Eisenhower aprobó el desarrollo completo del programa el 24 de agosto de 1959. ^{[ 4 ] : 4}

Tras una filtración de noticias por parte de The New York Times , Eisenhower canceló el proyecto. El proyecto se reinició con el nombre de "Walnut" (el componente satelital recibió el nombre de "DYNO" ^{[ 2 ] : 140, 151} ) después de que se implementaran medidas de seguridad reforzadas, incluyendo una mayor supervisión y restricción del acceso al personal "necesario de saber". ^{[ 5 ] : 2} Los lanzamientos espaciales estadounidenses no eran clasificados en ese momento, ^{[ 6 ] [ 7 ]} y se deseaba una misión de cobertura conjunta que compartiera el espacio con DYNO para ocultar la misión de vigilancia electrónica de DYNO a sus objetivos previstos. ^{[ 8 ] : 300}

El estudio del espectro electromagnético del Sol proporcionó una oportunidad de encubrimiento ideal. La Armada había querido determinar el papel de las erupciones solares en las interrupciones de las comunicaciones por radio ^{[ 8 ] : 300} y el nivel de peligro para los satélites y los astronautas que representaba la radiación ultravioleta y de rayos X. ^{[ 9 ] : 76} Tal estudio no había sido posible anteriormente, ya que la atmósfera terrestre bloquea la salida de rayos X y ultravioleta del Sol para la observación terrestre. Además, la salida solar es impredecible y fluctúa rápidamente, lo que hace que los cohetes sonda suborbitales sean inadecuados para la tarea de observación. Se requería un satélite para el estudio continuo y a largo plazo del espectro solar completo. ^{[ 10 ] : 5–6, 63–65 [ 11 ]}

El NRL ya contaba con un observatorio solar construido específicamente para este fin, el Vanguard 3 , lanzado en 1959. El Vanguard 3 llevaba detectores de rayos X y ultravioleta, aunque estos se habían saturado por completo debido a la radiación de fondo del cinturón de radiación inferior de Van Allen . ^{[ 10 ] : 63 [ 12 ]} El desarrollo del satélite DYNO a partir del diseño del Vanguard fue gestionado por el ingeniero del NRL Martin Votaw, quien dirigió un equipo de ingenieros y científicos del Proyecto Vanguard que no se habían incorporado a la NASA . ^{[ 13 ]} El satélite de doble propósito fue renombrado GRAB ("Radiación Galáctica y Fondo"), a veces llamado GREB ("Experimento de Radiación Galáctica de Fondo"), y conocido científicamente como SOLRAD ("Radiación Solar"). ^{[ 2 ] : 142, 149 [ 8 ] : 300}

Un simulador de masa simulada SOLRAD fue lanzado con éxito el 13 de abril de 1960, acoplado al Transit 1B , ^{[ 8 ] : 301} demostrando la técnica de lanzamiento de satélites duales. ^{[ 14 ]} El 5 de mayo de 1960, solo cuatro días después del derribo del U-2 de Gary Powers sobre la Unión Soviética, que puso de manifiesto la vulnerabilidad de la vigilancia aérea, el presidente Eisenhower aprobó el lanzamiento de un satélite SOLRAD operativo. ^{[ 15 ] : 32}

Al igual que Vanguard 3, SOLRAD/GRAB 1 era aproximadamente esférico, de 51 cm (20 pulgadas) de diámetro, y funcionaba con seis parches circulares de células solares . ^{[ 5 ] : 10} SOLRAD/GRAB 1 era ligeramente más ligero, con una masa de 19,05 kg (42,0 lb) ^{[ 5 ] : A1-2} (en comparación con los 23,7 kg (52 lb) de Vanguard ). ^{[ 16 ]} Las células solares alimentaban nueve baterías de celda D en serie (12 voltios en total) ^{[ 5 ] : 10} que proporcionaban 6 vatios de potencia. ^{[ 15 ] : 32}      

El paquete científico SOLRAD del satélite incluía dos fotómetros Lyman-alfa ( cámaras de iones de óxido nítrico ) para el estudio de la luz ultravioleta en el rango de longitud de onda de 1050–1350 Å y un fotómetro de rayos X (una cámara de iones de argón) en el rango de longitud de onda de 2–8 Å, todos montados alrededor del ecuador del satélite. ^{[ 17 ]} Para evitar la saturación por electrones del cinturón de Van Allen, los instrumentos incluían un blindaje magnético. ^{[ 12 ]}  

El equipo de vigilancia GRAB del satélite fue diseñado para detectar radares de defensa aérea soviéticos que transmitían en la banda S (1550–3900 MHz ). ^{[ 15 ] : 29, 32} sobre un área circular de 6500 km (4000 mi) de diámetro debajo de él. ^{[ 2 ] : 108} Un receptor en el satélite estaba sintonizado a la frecuencia aproximada de los radares, y su salida se usaba para activar un transmisor de muy alta frecuencia (VHF) separado en la nave espacial. Mientras viajaba sobre la Unión Soviética , el satélite detectaría los pulsos de los radares de misiles y los retransmitiría inmediatamente a las estaciones terrestres estadounidenses dentro del alcance, que registrarían las señales y las enviarían al NRL para su análisis. Aunque el receptor de GRAB era omnidireccional, al buscar las mismas señales en múltiples pasadas y compararlas con la ubicación conocida del satélite, se podía determinar la ubicación aproximada de los radares, junto con su frecuencia exacta de repetición de pulsos . ^{[ 4 ] : 4–7 [ 2 ] : 108}  

La telemetría se envió a través de cuatro antenas tipo látigo de 63,5 cm (25,0 in) de longitud montadas en el ecuador de SOLRAD. ^{[ 9 ] : 76} La telemetría científica se envió en 108 MHz, ^{[ 9 ] : 78} la frecuencia estándar del Año Geofísico Internacional utilizada por Vanguard . ^{[ 18 ] : 84, 185} Los comandos desde tierra y la vigilancia electrónica se recopilaron a través de antenas más pequeñas en 139 MHz. ^{[ 4 ] : 7} Los datos recibidos en tierra se grabaron en cinta magnética y se enviaron por mensajería al NRL, donde se evaluaron, duplicaron y remitieron a la Agencia de Seguridad Nacional (NSA) en Fort Meade , Maryland , y al Comando Aéreo Estratégico en la Base de la Fuerza Aérea Offut Omaha , Nebraska , para su posterior análisis y procesamiento. ^{[ 19 ]}    

Al igual que la mayoría de las primeras naves espaciales automáticas, SOLRAD/GRAB 1, aunque estabilizada por rotación, ^{[ 8 ] : 300} carecía de sistemas de control de actitud y, por lo tanto, escaneaba todo el cielo sin enfocarse en una fuente en particular. ^{[ 10 ] : 13} Para que los científicos pudieran interpretar correctamente la fuente de los rayos X detectados por SOLRAD/GRAB 1, la nave espacial llevaba una fotocélula de vacío para determinar cuándo el Sol incidía sobre sus fotómetros y el ángulo con el que la luz solar los alcanzaba. ^{[ 10 ] : 64}

SOLRAD/GRAB 1 fue lanzado a las 05:54 GMT del 22 de junio de 1960, mediante el sistema de lanzamiento Thor-Ablestar desde Cabo Cañaveral LC-17B . ^{[ 14 ] [ 20 ]} El lanzamiento marcó la primera vez que dos satélites instrumentados fueron llevados a órbita en el mismo propulsor. SOLRAD/GRAB 1 inicialmente orbitó la Tierra una vez cada 101,7 minutos, ^{[ 21 ]} variando de 614 km (382 mi) a 1046 km (650 mi) de altitud; esto fue una desviación de la órbita circular planificada de 930 km (580 mi) , causada por fallas en la segunda etapa del propulsor, ^{[ 22 ]} pero no afectó los objetivos del satélite. ^{[ 20 ]}      

SOLRAD/GRAB 1, el primer observatorio solar orbital del mundo, transmitió más de 500 lotes de datos científicos entre junio y noviembre de 1960, ^{[ 10 ] : 64–65} después de lo cual se hizo imposible determinar el ángulo en el que el Sol incidía sobre los experimentos SOLRAD. ^{[ 23 ]} Sin embargo, SOLRAD/GRAB 1 continuó enviando datos hasta abril de 1961, cuando la nave espacial fue desconectada desde tierra. Esto marcó la primera vez que un satélite fue desactivado remotamente. ^{[ 22 ]}

El satélite comunicaba los resultados en tiempo real, lo que significaba que los datos solo podían recibirse cuando había una estación de seguimiento dentro del alcance, ya fuera una de las estaciones Minitrack de Vanguard o algunos otros receptores aislados. ^{[ 10 ] : 64} Por lo tanto, solo de uno a diez minutos por órbita, ^{[ 23 ]} aproximadamente el 1,2 % del tiempo activo del satélite, se obtenían observaciones solares. Los deflectores magnéticos demostraron ser eficaces, lo que permitió a SOLRAD/GRAB 1 convertirse en el primer satélite en observar con éxito los rayos X solares . ^{[ 10 ]} Sin embargo, también interactuaban con el campo magnético de la Tierra , lo que provocaba que el satélite precesara (oscilara alrededor de su eje como una peonza) de modo que sus sensores estuvieran en sombra la mitad del tiempo que el satélite estaba expuesto a la luz solar. ^{[ 10 ] : 64}

Monitoreo de pruebas nucleares

Durante el diseño y desarrollo, se esperaba que SOLRAD/GRAB 1 pudiera identificar pruebas atómicas en la superficie, que producían fuertes emisiones de rayos X en las bandas detectables por el satélite. Si entrara en vigor un tratado de prohibición de ensayos nucleares entre Estados Unidos y la Unión Soviética, SOLRAD/GRAB 1 o sus sucesores podrían detectar pruebas no autorizadas por los soviéticos. Sin embargo, no se encontraron picos que correspondieran a pruebas atómicas soviéticas conocidas en los datos de SOLRAD/GRAB 1. Posteriormente, tras la ratificación del Tratado de Prohibición Parcial de Ensayos Nucleares en 1963, se construyeron satélites Vela-Hotel específicamente para esta tarea. ^{[ 25 ]}

SOLRAD/GRAB 1 fue el primer satélite de vigilancia operativo del mundo. Por temor a que los soviéticos descubrieran la misión de espionaje del satélite, y consciente de los problemas causados ​​por el incidente del U-2, ^{[ 26 ]} el presidente Eisenhower insistió en que cada transmisión de GRAB fuera aprobada personalmente por él, ^{[ 15 ] : 32} y que las transmisiones no se hicieran en pasadas sucesivas. ^{[ 26 ]} Así, aunque el equipo de vigilancia del satélite funcionó durante los 92 días desde el lanzamiento hasta su falla el 22 de septiembre de 1960, GRAB 1 solo devolvió 22 lotes de datos, el primero entregado el 5 de julio de 1960 ^{[ 22 ]} a la estación en Wahiawa , Hawái , muy fuera del alcance de la detección soviética. ^{[ 5 ] : 3} Incluso este primer esfuerzo limitado de vigilancia saturó la capacidad de los equipos terrestres para analizar y procesar los datos ^{[ 5 ] : 39} y arrojó información valiosa, incluida la revelación de que la actividad de defensa aérea soviética era más extensa de lo esperado. ^{[ 22 ]}

La serie SOLRAD/GRAB voló cuatro veces más, finalizando con la misión SOLRAD 4B lanzada el 26 de abril de 1962. De las cinco misiones SOLRAD/GRAB, solo SOLRAD/GRAB 1 y SOLRAD 3/GRAB 2 tuvieron éxito, las demás no lograron alcanzar la órbita. En 1962, todos los proyectos de reconocimiento aéreo de EE. UU. se consolidaron bajo la Oficina Nacional de Reconocimiento (NRO), que optó por continuar y expandir la misión GRAB a partir de julio de 1962 ^{[ 2 ]} con un conjunto de satélites de próxima generación, con nombre en clave POPPY . ^{[ 5 ]} Con el inicio de POPPY, los experimentos SOLRAD ya no se llevarían a cabo en satélites espía electrónicos; en cambio, ahora tendrían sus propios satélites, lanzados junto con las misiones POPPY para proporcionar cierta cobertura de la misión. ^{[ 14 ]} A partir del SOLRAD 8 , lanzado en noviembre de 1965, los últimos cinco satélites SOLRAD fueron satélites científicos lanzados individualmente, tres de los cuales también recibieron números del programa Explorer de la NASA . El último de esta serie final de satélites SOLRAD voló en 1976. En total, hubo trece satélites operativos en la serie SOLRAD. ^{[ 8 ]} El programa GRAB fue desclasificado en 1998. ^{[ 22 ]}

A partir de 2026, SOLRAD/GRAB 1 (COSPAR ID 1960-007B) ^{[ 1 ]} todavía está en órbita. ^{[ 27 ]} El satélite de reserva para la misión SOLRAD/GRAB 1 se exhibe en el Museo Nacional del Aire y el Espacio Smithsonian . ^{[ 28 ]}