プロジェクトエコー
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エコー計画は、世界初の受動通信衛星実験でした。1960年と1964年に打ち上げられた2機のアメリカの宇宙船は、金属被覆された気球型衛星で、マイクロ波信号の受動反射器として機能しました。通信信号は地球上の一地点から送信され、衛星の表面で反射されて別の地点に送られました。[ 1 ]
エコー衛星を使った最初の通信は、 1960年8月12日にカリフォルニア州ゴールドストーンからニュージャージー州ホルムデルのクロフォードヒルに送られた。最後のエコー衛星は1969年6月7日に軌道から外れ、大気圏で燃え尽きた。[ 2 ]
背景
軌道衛星を使って通信を中継するという概念は宇宙旅行より古く、 1945年にアーサー・C・クラークによって初めて提唱された。月をメッセージの受動反射中継局として使用する実験は1946年には始まっていた。[ 3 ] 1957年に地球初の人工衛星であるスプートニク1号が打ち上げられ、軌道通信衛星への関心が急速に高まった。
1958年7月、アメリカ空軍主催の通信衛星に関する会議において、ベル電話研究所の技術者ジョン・R・ピアースは受動衛星中継に関するプレゼンテーションを行い、反射軌道体を用いて地球上のある地点から別の地点へ送信信号を反射させる方法について説明した。ジェット推進研究所（JPL）所長のウィリアム・H・ピカリングもこの会議に出席し、JPLの施設、具体的にはモハーベ砂漠のゴールドストーン・ドライ湖付近に設置された直径26メートル（85フィート）の極軸アンテナを、このような衛星を用いた実験のための地上施設として利用できるのではないかと提案した。[ 4 ]
1958年10月、ピアースはベル研究所の同僚技術者ルドルフ・コンプナーと共に、反射気球衛星を用いて大気の屈折効果を観測する実験を計画した。この実験が衛星による大洋横断通信の研究を前進させると信じた二人の技術者は、1958年10月6日と7日に開催された「長距離宇宙通信に関する全国シンポジウム」において、受動通信反射器として用いる気球衛星の打ち上げを提唱する論文を発表した。
同月、アメリカ航空宇宙局（NASA）が設立され、2か月後、ジェット推進研究所（JPL）はアメリカ陸軍からこの新機関に移管されました。NASA初の通信衛星プロジェクトであるエコー計画は、1959年1月22日にNASA、ジェット推進研究所、ベル電話研究所の代表者による会議で正式に策定され、最初の打ち上げは1959年9月とされました。[ 5 ]
目的
エコー計画は、新技術の試験と将来のミッションへの準備を目的として、先駆的なミッションでした。宇宙飛行技術者たちはエコー計画を用いて、新しいアイデアを実証し、空気力学、衛星の形状とサイズ、構成材料、温度制御、衛星追跡における限界をテストしました。[ 6 ]エコー計画は、衛星通信の可能性を示す実験として設計されたものであり、地球規模の通信システムとして機能することを目的として設計されたものではありません。
エコーは次のような目的で設計、承認、建造されました。[ 5 ]
- 大気抵抗の影響を観察し測定する
- 地上からの送信を受動的に反射する
- 双方向コミュニケーションを実証する
- アメリカの宇宙計画の発展へのコミットメントを示す
- 監視衛星による他国上空飛行の前例となる
これらの目標はすべてエコー計画によって達成されました。その後の実験では、1960年8月15日にこの衛星を用いて双方向の電話通話が行われ、1962年4月にはテレビ中継が行われました。
地上局
プロジェクト・エコーの試験には、2つの地上局が使用された。カリフォルニア州モハーベ砂漠のゴールドストーン・ドライ・レイクにあるゴールドストーン施設と、ニュージャージー州ホルムデルにあるクロフォード・ヒル施設である。両施設とも、送信と受信に別々のアンテナを使用した。西から東への伝送は、JPLがプロジェクト・エコーのために製作した直径26メートルのパラボラアンテナによってゴールドストーンから送信された。信号は、6×6メートルの口径のホーンリフレクターアンテナによってクロフォード・ヒルで受信された。ホーンアンテナは低雑音特性があることが知られていた。将来の衛星実験で計画されている周波数帯であったため、2390メガヘルツの伝送周波数が選択された。東から西への伝送は、直径18メートルのパラボラアンテナを使用してクロフォード・ヒルから送信され、既存のパイオニアプログラムアンテナを使用してゴールドストーンで受信された。西行きの通信には960.05メガヘルツの送信周波数が使用されました。これは、JPLの受信機がパイオニア月探査プログラムですでにこの周波数に調整されていたためです。[ 5 ]
衛星の捕捉と追跡は、光学式、デジタルスレーブ、自動レーダーの3つの方法によって行われていた。光学式追跡は最も容易な方法であったが、太陽が衛星を照らす夜間にしか使用できなかった。各観測地点のアンテナ構造には、テレビカメラを備えた広視野および狭視野の望遠鏡が取り付けられていた。カメラ画像はサーボオペレータに表示され、オペレータはアンテナの位置を制御して衛星を追尾した。光学式追跡が使用できない場合は、デジタルスレーブと呼ばれるコンピュータシステムがエコーを捕捉・追跡した。デジタルスレーブは、NASAのミニトラックネットワーク局から主要な追跡データを受信することで機能する。コンピュータはアンテナ指向コマンドを発行し、アンテナを制御した。3つ目の追跡方法は、連続波レーダーサブシステムであった。レーダーは衛星の捕捉には適していなかったが、光学式またはデジタルスレーブによってエコーが捕捉されると、レーダー信号を使用して自動的に追跡を維持できた。[ 5 ]
宇宙船
エコー宇宙船（エコー1号、エコー1A号、エコー2号）は、大気圏を離脱後、軌道上で膨張する大型の薄い外皮を持つ球体でした。これらの気球衛星は直径約30メートル（98フィート）で、マイラー（延伸ポリエチレンテレフタレート、BoPETの商標名）製の薄い外皮を備えており、ミネソタ州ノースフィールドにあるギルモア・シェルダールのGTシェルダール社で製造されました。これらの衛星は送受信機ではなく反射機として機能し、低軌道に投入された後、地上局から送信された信号が表面で反射され、地球に返送されました。[ 7 ]
エコーは光沢のある表面が可視光線も反射するため、地球のほとんどの場所で肉眼で容易に観測できました。この宇宙船は、プロジェクト関係者から「サテロン」（衛星と気球を組み合わせた造語）という愛称で呼ばれました。大陸間および大陸間の電話、ラジオ、テレビ信号の転送に使用されました。[ 8 ]運用後期には、衛星三角測量の技術的実現可能性を評価するために使用されました。
エコー1
 | |
| 名前 | エコー1 NASA A-11 |
|---|---|
| ミッションタイプ | コミュニケーション |
| オペレーター | 米航空宇宙局（NASA） |
| ハーバード指定 | 1960年式アルファ11 |
| コスパーID | 1960-009A |
| SATCAT番号 | 00049 |
| ミッション期間 | 7.75年（達成） |
| 宇宙船の特性 | |
| バス | エコー |
| メーカー | ベル研究所 |
| 打ち上げ質量 | 180 kg（400ポンド） |
| 寸法 | 膨らませると直径30.48メートル（100.0フィート）の球体 |
| ミッション開始 | |
| 発売日 | 1960年8月12日 03:39:43 GMT |
| ロケット | トール DM-19 デルタ(トール 270 / デルタ 2) |
| 発射場 | ケープカナベラル、LC-17A |
| 請負業者 | ダグラス・エアクラフト・カンパニー |
| ミッション終了 | |
| 減衰日 | 1968年5月25日 |
| 軌道パラメータ | |
| 参照システム | 地心軌道 |
| 政権 | 低軌道 |
| 近地点高度 | 1,524 km (947 マイル) |
| 遠地点高度 | 1,684 km (1,046 マイル) |
| 傾斜 | 47.2° |
| 期間 | 118.3分 |
エコー1号は直径30メートル（98フィート）で、厚さ12.7μm（0.00050インチ）のマイラー製の非剛性外皮を持ち、全質量は180kg（400ポンド）、打ち上げ時の重量は71kg（157ポンド）だった。地上での膨張試験中、気球を膨らませるのに18,000kg（40,000ポンド）の空気が必要だったが、軌道上では数ポンドのガスで球体を膨らませることができた。隕石による穴の問題を解決し、球体を膨らませておくため、エコー1号には2種類の昇華性粉末、9.1kg（20ポンド）のアントラキノンと4.6kg（10ポンド）の安息香酸を使った15.12kg（33.3ポンド）の補給ガスシステムが搭載されていた。[ 9 ]また、107.9MHzのテレメトリビーコンを搭載し、5個のニッケルカドミウム電池で駆動していました。これらの電池は気球に搭載された70個の太陽電池で充電されていました。この宇宙船は、その大きな面積対質量比により、大気密度と太陽圧力の計算に役立ちました。 [ 8 ]宇宙船は、シェルダール社が開発した独自の接着剤であるシェルボンドで固定されていました。[ 10 ]
エコー2
 エコー2 | |
| 名前 | NASA A-12 |
|---|---|
| ミッションタイプ | コミュニケーション |
| オペレーター | 米航空宇宙局（NASA） |
| コスパーID | 1964-004A |
| SATCAT番号 | 00740 |
| ミッション期間 | 5.5年（達成） |
| 宇宙船の特性 | |
| バス | エコー |
| メーカー | ベル研究所 |
| 寸法 | 膨らませると直径41メートル（135フィート）の球体 |
| ミッション開始 | |
| 発売日 | 1964年1月25日 13時59分04秒GMT |
| ロケット | トール・アジェナ B (トール 397 / アジェナ 6301 / TA-2) |
| 発射場 | ヴァンデンバーグ、LC-75-1-1 (SLC-2E) |
| 請負業者 | ダグラス・エアクラフト・カンパニー（ソー）ロッキード・マーティン（アジェナ） |
| ミッション終了 | |
| 減衰日 | 1969年6月7日 |
| 軌道パラメータ | |
| 参照システム | 地心軌道 |
| 政権 | 低軌道 |
| 近地点高度 | 1,029 km (639 マイル) |
| 遠地点高度 | 1,316 km (818 マイル) |
| 傾斜 | 81.5° |
| 期間 | 108.95分 |
エコー2号は直径41.1メートル（135フィート）の気球衛星で、エコー計画で最後に打ち上げられたものだった。気球の膨張システムが改良され、滑らかさと球形度が向上した。エコー2号の外皮はエコー1号と異なり硬化可能だった。そのため、気球は一定の内部圧力をかけなくても形状を維持できた。膨張ガスを長期間供給する必要がなく、微小隕石の衝突にも容易に耐えることができた。気球は厚さ9μm（0.00035インチ）のマイラーフィルムを厚さ4.5μm（0.00018インチ）のアルミホイル2層で挟み込み接着して作られた。[ 11 ]気球は、ポリマーがまだ弾性範囲内にある間に、積層体の金属層がわずかに塑性変形する圧力まで膨張させられた。この結果、硬くて非常に滑らかな球殻ができた。ビーコンテレメトリシステムは、追跡信号を提供し、宇宙船表面温度を-120～+16℃（-184～61℉）の範囲で監視し、特に初期の膨張段階において、宇宙船の内部圧力を0.00005～0.5mmHgの範囲で測定した。このシステムは、太陽電池パネルで駆動する2つのビーコンアセンブリで構成され、 136.02MHzと136.17MHzで最小出力45mWであった。[ 12 ]
フライト
発射、展開、膨張機構が機能するかどうかを判定するための弾道弾道試験が、3段式ロケットであるショットプット試験機を用いて5回行われた。 [ 13 ]ショットプットの初飛行は1959年10月27日午後5時40分であった。ショットプット1号はエコー試作機を目標高度まで無事に打ち上げたが、気球の折り畳み部分に残っていた少量のガスが激しく膨張し、試験機が破裂した。大西洋沿岸の人々は、数千個のマイラー破片が太陽光を反射し、約10分間、遠くで花火のように見える光景を目撃した。[ 6 ] 1960年1月16日、2月27日、4月1日、5月31日にも、さらに4回のショットプット試験が行われた。 [ 14 ]
1960年5月13日、エコー衛星を軌道に乗せる最初の試みが行われました。このミッションは、トール・デルタロケットの初飛行でもありましたが、ペイロードの展開前に失敗しました。エコー1号はケープカナベラルのLC-17Aから打ち上げられ、トール段は正常に動作しましたが、惰性航行中に、未検証のデルタ段の姿勢制御ジェットが点火に失敗し、ペイロードは軌道に乗らず大西洋に落下しました。
1960年8月12日、エコー1A（一般にエコー1と呼ばれる）は、別のソー・デルタ衛星によって944〜1,048マイル（1,519〜1,687km）の軌道に投入されることに成功した。[ 2 ] [ 15 ]カリフォルニア州のJPLゴールドストーン施設から送信されたマイクロ波は、同日、衛星によってニュージャージー州ホルムデルのベル研究所に中継された。 [ 8 ]当初、エコー1Aは1963年7月に4度目の大気圏突入後、長くは存続しないと予想されていたが、推定では1964年かそれ以降も軌道に留まる可能性もあった。[ 8 ]結局、予想よりもずっと長く存続し、1968年5月24日に大気圏に再突入して燃え尽きた。
1964年1月25日、エコー2号はトール・アジェナロケットで打ち上げられた。受動通信実験に加え、大型宇宙船の運動学の研究や地球の幾何測地学にも使用された。エコー1Aよりも大型で、極軌道に近い軌道を周回していたため、エコー2号は地球全域から肉眼ではっきりと確認できた。エコー2号は1969年6月7日に大気圏に再突入し、燃え尽きた。
エコー1Aとエコー2はどちらも、その大型さと低質量のためにソーラーセイル効果を経験しました。 [ 16 ]その後の受動通信衛星、例えばOV1-08 PasComSatは、覆われた表面ではなくグリッド球状の設計を採用することで、この問題を解決しました。さらに後に、NASAは受動通信システムを完全に放棄し、能動衛星を採用しました。
発射台
| 日付 | サイト | 車両 | ペイロード | 結果 |
|---|---|---|---|---|
| 1959年10月28日 | ワロップス | 砲丸投げ | エコーテスト | 成功 |
| 1960年1月16日 | ワロップス | 砲丸投げ | エコーテスト | 部分的な成功 |
| 1960年2月27日 | ワロップス | 砲丸投げ | エコーテスト | 部分的な成功 |
| 1960年4月1日 | ワロップス | 砲丸投げ | エコーテスト | 成功 |
| 1960年5月13日 | LC-17A | デルタ144 | エコー1 | 失敗 |
| 1960年5月31日 | ワロップス | 砲丸投げ | エコーテスト | 成功 |
| 1960年8月12日 | LC-17A | デルタ270 | エコー1A | 成功 |
| 1962年1月15日 | LC-17A | トール-DSV2D 337 | AVT 1（応用垂直試験1）[ 18 ] | 失敗 |
| 1962年7月18日 | LC-17A | トール-DSV2D 338 | AVT 2（応用垂直試験2）[ 18 ] | 成功 |
| 1964年1月25日 | ヴァージニア 75-1-1 | トール-DM21 アジェナ-B 397 | エコー2 | 成功 |
遺産
エコー計画は、ニュージャージー州ホルムデルにあるJPLゴールドストーン施設とベル電話研究所施設間の初の衛星伝送と双方向通信を成功させた。コリンズ無線会社や海軍研究所などの他のグループも実験に参加した。エコーは受動的なシステムであったため、主に衛星通信の将来的な可能性を示すことに役立ち、1968年に軌道から外れる前に時代遅れとなった。エコーは、夜間でも肉眼で確認できたため、その視認性の高さで広く知られていた。[ 5 ]
エコー衛星計画は、モスクワの位置を正確に特定するために必要な天文基準点も提供しました。この精度向上は、米軍が大陸間弾道ミサイルの標的特定に活用しようとしたものでした。[ 19 ]
ベル研究所がエコー計画のために建設したホルムデルの大型ホーンアンテナは、後にアルノ・ペンジアスとロバート・ウッドロウ・ウィルソンによって宇宙マイクロ波背景放射の発見に使用され、ノーベル賞を受賞しました。[ 20 ]
1960 年 12 月 15 日、米国郵便局はエコー 1 を描いた 郵便切手を発行しました。
参照
- AO-51、AMSAT -OSCAR 51（Phase 2EまたはECHOとも呼ばれる）– 2004年に打ち上げられたアマチュア無線通信衛星
- クーリエ1B – 1960年に打ち上げられた世界初のアクティブ中継衛星
- 通信衛星の初登場一覧
- PAGEOS – 同様の気球衛星プロジェクト
- プロジェクトSCORE – 1958年に打ち上げられた世界初の通信衛星
- テルスター– 1962年に打ち上げられた、最初のアクティブな直接中継通信衛星
- NASAが推進するその後の拡張可能な宇宙船技術プロジェクトであるトランスハブ
- 米国の宇宙探査の歴史を描いた米国切手
- ノーマン・L・クラビル
参考文献
- ^ a b「Echo 1, 1A, 2」 .ミッション・宇宙船ライブラリ. NASA. 2010年5月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2010年2月6日閲覧。
この記事には、パブリック ドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。 - ^ a b Astronautix.com、Echo、 Wayback Machineで2008年5月11日にアーカイブ
- ^ Butrica, Andrew J. (1996). To See the Unseen: A History of Planetary Radar Astronomy . NASA. 2007年8月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。この記事には、パブリック ドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。
- ^ Marsh, Allison (2020年11月12日). 「巨大マイラーバルーンが宇宙で最もクールだった時代」 IEEE Spectrum . 2021年2月10日閲覧。
- ^ a b c d e Butrica, Andrew J. (1997). 『電離層を超えて：衛星通信50年』 ワシントンD.C.: アメリカ航空宇宙局. Bibcode : 1997bify.book.....B . OCLC 229170160 . この記事には、パブリック ドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。
- ^ a bハンセン、ジェームズ・R. (1995). 『宇宙飛行革命：スプートニクからアポロまでのNASAラングレー研究所』ワシントンD.C.:NASA. OCLC 62404314 . この記事には、パブリック ドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。
- ^ NASA/ラングレー研究センター (NASA-LaRC) (1965年6月29日). 「ノースカロライナ州ウィークスビルにおける135フィート衛星の静的膨張試験」 . インターネットアーカイブ. 2020年3月15日閲覧。
- ^ a b c d Harrison M. Jones; I.I. Shapiro; P.E. Zadunaisky (1961). HC Van De Hulst, C. De Jager, AF Moore (ed.). 「太陽放射圧の影響、ガス漏出率、およびエコー軌道から推定される空気密度 I」. Space Research II, Proceedings of the Second International Space Science Symposium, Florence, April 10–14, 1961 . North-Holland Publishing Company-Amsterdam.
観測されたエコー軌道の変動（主に太陽光圧の影響による）は、我々の理論結果と非常によく一致している。近地点高度には大きな振幅（約 600 km（370 マイル）に相当）と長い周期（約 300 日に相当）の振動があり、これが Echo I の寿命に決定的な影響を及ぼします。現時点での最良の推定では、この気球は 1963 年の夏に消滅するでしょう。
- ^ Davis and Tanimoto. 「アンテナシステムの機械的開発」（PDF） NASA JPL . 2022年1月8日閲覧。
- ^ギルモア、ジェリー（1999年9月11日）「ビジネスのための心：シェルダールの創意工夫がパンの鮮度を保ち、心臓の鼓動を安全に保っている」『フォーラム』 、ノースダコタ州ファーゴ。 2011年7月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ Staugaitis, C. & Kobren, L. 「 Echo II 金属ポリマー積層板 (NASA TN D-3409) の機械的および物理的特性」、NASA ゴダード宇宙飛行センター (1966)この記事には、パブリック ドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。
- ^ 「Echo 2」 NASA 2019年1月30日閲覧。この記事には、パブリック ドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。
- ^ a b「Shotput」 . Gunter's Space Page . 2024年3月21日閲覧。
- ^ "Shotput" . Astronautix. 2016年12月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2021年2月27日閲覧。
- ^ 「Echo 1」 NASA 2015年10月8日閲覧。この記事には、パブリック ドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。
- ^ Coulter, Dauna (2008年7月31日). 「ソーラーセイルの簡潔な歴史」 NASA. 2010年1月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年2月4日閲覧。この記事には、パブリック ドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。
- ^ 「Echo 1, 1A」 . Gunter's Space Page . 2026年1月1日閲覧。
- ^ a b Tereniak; Clevenson (1963年10月).エコー衛星垂直試験における飛行衝撃および振動データ(PDF) . NASA.
- ^グレイ、マイク（1992年）『アングル・オブ・アタック：ハリソン・ストームズと月への競争』WWノートン社、 5～6頁、ISBN 0-393-01892-X。
- ^ 「アルノ・ペンジアス - 伝記」nobelprize.org .
さらに読む
- エルダー、ドナルド・C. (1995). 「8ボールの裏側から：プロジェクト・エコーの歴史」AAS歴史シリーズ第16巻.アメリカ天文学会ユニベルト. ISBN 0-87703-388-9。
- ニック・ダルト「インフレータブル衛星」、Invention and Technology 2007年夏号、第23巻第1号、38～43ページ
外部リンク
- 映画クリップ「ビッグバウンス」はインターネットアーカイブで視聴できます。
- 映画クリップ「宇宙の勝利。ディスカバラー宇宙船が軌道から回収される、1960年8月15日」はインターネットアーカイブで視聴できます。