SOLRAD ( SOlar RADiation ) 1 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 la órbita y el primero en ser lanzado con otro satélite instrumentado (el satélite de navegación no relacionado, Transit 2A ).
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 determinaron la emisión normal de rayos X solares y confirmaron la conexión entre el aumento de la actividad de rayos X solares y los desvanecimientos de las señales 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 radar de defensa aérea de la Unión Soviética . La misión GRAB también tuvo éxito, ya que funcionó hasta el 22 de septiembre de 1960 y reveló que la red de radar de defensa aérea soviética era más extensa de lo que se esperaba. SOLRAD/GRAB 1 se apagó en abril de 1961, lo que lo convirtió en el primer satélite en ser desactivado de forma remota.
En 1957, la Unión Soviética comenzó a desplegar el misil tierra-aire S-75 Dvina , controlado por radares de control de fuego 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 comenzó un programa de catalogación de la ubicación aproximada y las frecuencias operativas individuales de estos radares, utilizando aviones de reconocimiento electrónico que volaban fuera de 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 sitios en el interior del país. Se llevaron a cabo algunos experimentos utilizando radiotelescopios en busca de reflejos fortuitos de radar 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) estaba muy involucrado 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 un derivado del Vanguard podría usarse para mapear los sitios de misiles soviéticos. Mayo había desarrollado previamente un sistema para submarinos mediante el cual podrían evadir aviones antisubmarinos captando sus señales de radar. Físicamente pequeño y mecánicamente robusto, podría adaptarse para encajar dentro del pequeño marco del Vanguard. [3] : 364
Mayo presentó la idea a Howard Lorenzen, jefe de la división de contramedidas del NRL. Lorenzen promovió la idea dentro del Departamento de Defensa y seis meses después el concepto fue aprobado bajo el nombre de "Tattletale". [3] : 364 El presidente Eisenhower aprobó el desarrollo completo del programa el 24 de agosto de 1959. [4] : 4
Después de una filtración de noticias por parte de The New York Times , Eisenhower canceló el proyecto. El proyecto se reinició bajo el nombre de "Walnut" (el componente del satélite recibió el nombre de "DYNO" [2] : 140, 151 ) después de que se implementara una mayor seguridad, incluida una mayor supervisión y restricción del acceso al personal "que necesita saber". [5] : 2 Los lanzamientos espaciales estadounidenses no eran clasificados en ese momento, [6] [7] y se deseaba una misión de cobertura de vuelo conjunto que compartiría 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 ideal de cobertura. La Marina había querido determinar el papel de las erupciones solares en las interrupciones de las comunicaciones por radio [8] : 300 y el nivel de peligro que suponen para los satélites y los astronautas la radiación ultravioleta y de rayos X. [9] : 76 Un estudio de este tipo no había sido posible anteriormente, ya que la atmósfera de la Tierra bloquea la emisión de rayos X y ultravioleta del Sol para la observación terrestre. Además, la emisión solar es impredecible y fluctúa rápidamente, lo que hace que los cohetes de sondeo suborbitales sean inadecuados para la tarea de observación. Se necesitaba un satélite para el estudio continuo y a largo plazo del espectro solar completo. [10] : 5–6, 63–65 [11]
El NRL ya tenía un observatorio solar construido especialmente en forma de Vanguard 3 , que había sido lanzado en 1959. Vanguard 3 había llevado detectores de rayos X y ultravioleta, aunque habían sido completamente saturados por la radiación de fondo del cinturón de radiación de Van Allen . [10] : 63 El desarrollo del satélite DYNO a partir del diseño de Vanguard fue administrado por el ingeniero del NRL Martin Votaw, liderando un equipo de ingenieros y científicos del Proyecto Vanguard que no habían migrado a la NASA . [12] El satélite de doble propósito fue renombrado GRAB ("Galactic Radiation And Background"), a veces llamado GREB ("Galactic Radiation Experiment Background"), y se lo conoce en su capacidad científica como SOLRAD ("SOLar RADiation"). [2] : 142, 149 [8] : 300
El 13 de abril de 1960 se lanzó con éxito un simulador de masa ficticia SOLRAD, acoplado al Transit 1B , [8] : 301 , lo que demostró la técnica de lanzamiento de dos satélites. [13] El 5 de mayo de 1960, solo cuatro días después de que el derribo del U-2 de Gary Powers sobrevolara la Unión Soviética pusiera de relieve la vulnerabilidad de la vigilancia basada en aeronaves, el presidente Eisenhower aprobó el lanzamiento de un satélite SOLRAD operativo. [14] : 32
Al igual que Vanguard 3, SOLRAD/GRAB 1 era aproximadamente esférico, de 51 cm (20 pulgadas) de diámetro, y estaba alimentado por 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). [15] Las células solares alimentaban nueve baterías de celda D en serie (12 voltios en total) [5] : 10 proporcionando 6 vatios de potencia. [14] : 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. [16]
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 ). [14] : 29, 32 sobre un área circular de 6.500 km (4.000 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 de 63,5 cm (25,0 pulgadas) de largo estilo látigo 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 . [17] : 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 registraron en cinta magnética y se enviaron por mensajería al NRL, donde se evaluaron, duplicaron y enviaron a la Agencia de Seguridad Nacional (NSA) en Fort Meade , Maryland , y al Comando Aéreo Estratégico en la Base de la Fuerza Aérea Offut en Omaha , Nebraska , para su posterior análisis y procesamiento. [18]
Como la mayoría de las primeras naves espaciales automáticas, SOLRAD/GRAB 1, aunque estabilizada por giro, [8] : 300 carecía de sistemas de control de actitud y, por lo tanto, escaneaba todo el cielo sin centrarse en una fuente 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 golpeaba sus fotómetros y el ángulo en el que la luz solar los golpeaba. [10] : 64
El SOLRAD/GRAB 1 fue lanzado a las 05:54 GMT del 22 de junio de 1960, a través del sistema de lanzamiento Thor-Ablestar desde Cabo Cañaveral LC-17B . [13] [19] El lanzamiento marcó la primera vez que dos satélites instrumentados habían sido llevados a órbita en el mismo cohete. El SOLRAD/GRAB 1 inicialmente dio una vuelta a la Tierra una vez cada 101,7 minutos, [20] variando de 614 km (382 mi) a 1.046 km (650 mi) en altitud; esto fue una desviación de la órbita circular planificada de 930 km (580 mi), causada por fallas en la segunda etapa del cohete, [21] pero no afectó a los objetivos del satélite. [19]
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 incidió en los experimentos SOLRAD. [22] Sin embargo, SOLRAD/GRAB 1 continuó enviando datos hasta abril de 1961, cuando la nave espacial se apagó desde la Tierra. Esta fue la primera vez que un satélite se desactivó de forma remota. [21]
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, [22] alrededor del 1,2% del tiempo activo del satélite, devolvieron observaciones solares. Los deflectores magnéticos demostraron ser efectivos, lo que permitió que SOLRAD/GRAB 1 se convirtiera 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 hacía que el satélite precesara (se tambaleara alrededor de su eje como una peonza) de modo que sus sensores estuvieran en sombra la mitad del tiempo que el satélite estaba bajo la luz del sol. [10] : 64
Aproximadamente el 20% de las transmisiones de datos de SOLRAD contenían mediciones de rayos X, suficientes para establecer los niveles normales de radiación de rayos X del Sol (en el rango de detección de 2 a 8 Å) durante los períodos de inactividad: menos de 6x10 −11 julios/cm 2 /seg. Cuando se observó una emisión de rayos X muy superior a esta línea de base, generalmente se correlacionó con la actividad solar visible desde la Tierra. Los datos también mostraron que la emisión de rayos X podía cambiar significativamente en tan solo un minuto, lo que subraya la necesidad de una observación constante. [10] : 64–65
Cuando la emisión de rayos X detectable excedió tres veces la tasa normal, [10] : 64–65 ocurrieron desvanecimientos de radio, lo que confirmó el vínculo entre la variabilidad de los rayos X solares y la fuerza de las capas termosféricas ionizadas de la Tierra. [12] Se descubrió que estos desvanecimientos no solo eran causados por erupciones solares, sino también por regiones de prominencia solar activas, oleadas brillantes y subllamaradas en el borde (o limbo) del Sol. [10] : 64–65
SOLRAD/GRAB 1 no encontró una correlación entre la emisión ultravioleta solar y la perturbación termosférica, [10] : 53 y los detectores Lyman-alfa fueron excluidos de la posterior misión SOLRAD 3/GRAB 2. [23] : 28
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 que el satélite podía detectar. Si entrara en vigor un tratado de prohibición de pruebas nucleares entre los Estados Unidos y la Unión Soviética, SOLRAD/GRAB 1 o sus sucesores podrían entonces detectar pruebas no autorizadas realizadas por los soviéticos. Sin embargo, no se encontraron de manera concluyente picos correspondientes a pruebas atómicas soviéticas conocidas en los datos de SOLRAD/GRAB 1. Los satélites Vela-Hotel se construyeron posteriormente con ese propósito, tras la ratificación del Tratado de Prohibición Parcial de Pruebas Nucleares en 1963. [24]
SOLRAD/GRAB 1 fue el primer satélite de vigilancia operacional 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, [25] el presidente Eisenhower insistió en que cada transmisión del GRAB fuera aprobada personalmente por él, [14] : 32 y que las transmisiones no se hicieran en pases sucesivos. [25] Por lo tanto, 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 envió 22 lotes de datos, el primero entregado el 5 de julio de 1960 [21] a la estación en Wahiawa , Hawaii , muy fuera del alcance de detección soviético. [5] : 3 Incluso este primer esfuerzo de vigilancia limitado saturó la capacidad de los equipos de tierra 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. [21]
La serie SOLRAD/GRAB voló cuatro veces más, terminando 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 otras no lograron alcanzar la órbita. En 1962, todos los proyectos de reconocimiento aéreo de los EE. UU. se consolidaron bajo la Oficina Nacional de Reconocimiento (NRO), que decidió continuar y expandir la misión GRAB a partir de julio de 1962 [2] con un conjunto de satélites de próxima generación, con nombre en código POPPY . [5] Con el inicio de POPPY, los experimentos SOLRAD ya no se llevarían a cabo en satélites espías electrónicos; en su lugar, ahora tendrían sus propios satélites, lanzados junto con las misiones POPPY para proporcionar cierta medida de cobertura de la misión. [13] 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 de 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. [21]
En 2023 [actualizar], SOLRAD/GRAB 1 (COSPAR ID 1960-007B) [1] todavía se encuentra en órbita. [26] La copia de seguridad de la misión SOLRAD/GRAB 1 se exhibe en el Museo Nacional del Aire y el Espacio del Instituto Smithsoniano . [27]
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