El Proyecto Eco fue el primer experimento con satélites de comunicaciones pasivas . Cada una de las dos naves espaciales estadounidenses, lanzadas en 1960 y 1964, eran satélites con globos metalizados que actuaban como reflectores pasivos de señales de microondas . Las señales de comunicación se transmitían desde un lugar de la Tierra y rebotaban en la superficie del satélite a otro lugar de la Tierra. [1]
Las primeras transmisiones utilizando Echo fueron enviadas desde Goldstone, California , a Crawford Hill en Holmdel, Nueva Jersey , el 12 de agosto de 1960. El último satélite Echo fue desorbitado y quemado en la atmósfera el 7 de junio de 1969. [2]
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 en los que se utilizaba la luna como estación de paso reflectante pasiva para los mensajes comenzaron ya en 1946. [3] Con el lanzamiento del Sputnik 1 , el primer satélite artificial de la Tierra, en 1957, rápidamente se desarrolló el interés por los satélites de comunicaciones en órbita.
En julio de 1958, en una reunión patrocinada por la Fuerza Aérea de los EE. UU. sobre satélites de comunicaciones, el ingeniero de los Laboratorios Bell Telephone, John R. Pierce, hizo una presentación sobre la retransmisión pasiva de satélites, describiendo cómo se podría utilizar un cuerpo orbital reflectante para rebotar transmisiones desde un punto de la Tierra. a otro. William H. Pickering , director del Jet Propulsion Laboratory (JPL), también asistió a la conferencia y sugirió que se podrían utilizar las instalaciones del JPL, específicamente una antena montada polar de 26 m (85 pies) de diámetro instalada cerca del lago seco Goldstone en el desierto de Mojave . como instalación terrestre para experimentos con dicho satélite. [4]
En octubre de 1958, Pierce, junto con su compañero ingeniero de Bell, Rudolf Kompfner , diseñaron un experimento para observar los efectos refractivos atmosféricos utilizando satélites con globos reflectantes. Creyendo que el experimento haría avanzar la investigación hacia las comunicaciones transoceánicas a través de satélites, los dos ingenieros presentaron un documento abogando por el lanzamiento de globos satélite para ser utilizados como reflectores de comunicaciones pasivos en el Simposio Nacional sobre Comunicaciones Espaciales y de Alcance Extendido los días 6 y 7 de octubre de 1958.
Ese mismo mes se formó 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, JPL y Bell Telephone Laboratories que fijaron el lanzamiento inicial para septiembre de 1959. [5]
El Proyecto Eco fue una misión pionera con el objetivo de probar nuevas tecnologías y prepararse para futuras misiones. Los ingenieros de vuelos espaciales utilizaron Echo para probar nuevas ideas y probar límites en aerodinámica, forma y tamaño de satélites, materiales de construcción, control de temperatura y seguimiento de satélites. [6] Echo fue diseñado 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]
Todos estos objetivos se lograron con Project Echo. Otros experimentos utilizaron el satélite para entablar una conversación telefónica bidireccional el 15 de agosto de 1960 y para transmitir una transmisión de televisión en vivo en abril de 1962.
Se utilizaron dos estaciones terrestres para probar el Proyecto Echo. Las instalaciones de Goldstone ubicadas en Goldstone Dry Lake en el desierto de Mojave, California y las instalaciones de Crawford Hill ubicadas 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 fueron recibidas en Crawford Hill mediante una antena reflectora de bocina 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 era la banda de frecuencia prevista para futuros experimentos con satélites. 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 del programa Pioneer existente . 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 los satélites se realizaron mediante tres métodos: óptico, esclavo digital y radar automático. El seguimiento óptico era el método más sencillo, pero sólo podía utilizarse de noche, cuando el Sol iluminaba el satélite. En cada sitio se montaron telescopios de campo amplio y estrecho con una cámara de televisión en la estructura de la antena. Las imágenes de la cámara se mostraron a un servo operador que controlaría la posición de la antena para rastrear el satélite. Cuando no se podía utilizar el seguimiento óptico, un sistema informático llamado esclavo digital podía adquirir y rastrear a Echo. El esclavo digital funcionó recibiendo datos de seguimiento primarios de la red de estaciones Minitrack de la NASA. Luego, la computadora emitiría comandos de orientación de antena para controlar la antena. El tercer método de seguimiento fue un subsistema de radar de onda continua. El radar no era adecuado para la adquisición del satélite, pero una vez que Echo fue adquirido mediante un esclavo óptico o digital, las señales de radar podrían usarse para mantener el seguimiento automáticamente. [5]
Las naves espaciales Echo (Echo 1, Echo 1A y Echo 2) eran grandes esferas de piel delgada que se inflaban en órbita después de abandonar la atmósfera. Estos satélites globo tenían aproximadamente 30 m (98 pies) de diámetro con una fina piel hecha de Mylar (un nombre comercial para tereftalato de polietileno estirado o BoPET), y fueron construidos por GT Schjeldahl Company de Gilmore Schjeldahl en Northfield, Minnesota . Los satélites funcionaban como reflectores, no como transceptores; después de ser colocados en órbita terrestre baja , las señales podrían enviarse desde una estación terrestre, reflejarse en su superficie y regresar a la Tierra . [7]
Como su superficie brillante también reflejaba el rango de luz visible, Echo era fácilmente visible a simple vista en la mayor parte de la Tierra. Los involucrados en el proyecto apodaron a la nave espacial "satélite" (un acrónimo que combina satélite y globo ). Se utilizaba 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 de satélites .
Echo 1 tenía 30 m (98 pies) de diámetro, tenía una piel no rígida hecha de Mylar de 12,7 μm (0,00050 pulgadas) de espesor y tenía una masa total de 180 kg (400 lb) y pesaba 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, todo lo que se necesitó para llenar la esfera fueron varias libras de gas. Para abordar el problema de los pinchazos de meteoritos y mantener la esfera inflada, Echo 1 incluyó un sistema de gas de reposición de 15,12 kg (33,3 lb) que utiliza dos tipos de polvos sublimantes : 9,1 kg (20 lb) de antraquinona y 4,6 kg (10 lb) del ácido benzoico . [9] También tenía 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 fue útil para calcular la densidad atmosférica y la presión solar , debido a su gran relación área-masa. [8] Se realizó junto con Schjelbond, un adhesivo patentado desarrollado por la empresa Schjeldahl . [10]
Echo 2 era un globo satélite 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 piel de Echo 2 era rígido, a diferencia de la de Echo 1. Por tanto, el globo era capaz de mantener su forma sin una presión interna constante; no era necesario un suministro a largo plazo de gas inflacionario y podía sobrevivir fácilmente a los ataques de micrometeoroides . El globo se construyó a partir de 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 ligeramente, mientras el polímero todavía estaba en el rango elástico. Esto resultó en una cáscara esférica rígida y muy suave. Un sistema de telemetría de baliza proporcionó una señal de seguimiento, monitoreó la temperatura de la piel 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 inflación. 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]
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 pm del 27 de octubre de 1959. El 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, haciendo estallar el artículo de prueba. La gente de toda la costa atlántica fue testigo de lo que parecían fuegos artificiales distantes mientras miles de pedazos de Mylar triturados reflejaban la luz del sol en una exhibición que duró unos 10 minutos. [6] Se realizaron cuatro pruebas más de Shotput el 16 de enero, 27 de febrero, 1 de abril y 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 viaje inaugural del vehículo de lanzamiento Thor-Delta , fracasó antes del despliegue de la carga útil. Echo 1 despegó del LC-17A de Cabo Cañaveral y la etapa Thor funcionó correctamente, pero durante la fase de inercia, los aviones de control de actitud en la etapa Delta no probada no lograron encenderse, 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] Ese mismo día , el satélite transmitió una transmisión de microondas desde las instalaciones del JPL Goldstone en California a los Laboratorios Bell en Holmdel, Nueva Jersey. [8] Originalmente se esperaba que Echo 1A no sobreviviera mucho después de su cuarta inmersión en la atmósfera en julio de 1963, aunque las estimaciones permitían la posibilidad de que continuara en órbita hasta 1964 o más allá. [8] Terminó sobreviviendo mucho más tiempo de lo esperado y finalmente volvió a entrar en la atmósfera de la Tierra y se quemó el 24 de mayo de 1968.
El 25 de enero de 1964, se lanzó Echo 2 en un vehículo de lanzamiento Thor Agena . Además de los experimentos de comunicaciones pasivas, se utilizó para investigar la dinámica de grandes naves espaciales y para la geodesia geométrica global . Dado que era más grande que Echo 1A y orbitaba en una órbita casi polar, Echo 2 era notablemente visible a simple vista en toda la Tierra. Volvió a entrar en la atmósfera terrestre y se quemó el 7 de junio de 1969.
Tanto Echo 1A como Echo 2 experimentaron un efecto vela solar debido a su gran tamaño y baja masa. [16] Los satélites de comunicaciones pasivos posteriores, como el OV1-08 PasComSat , resolvieron los problemas asociados con esto utilizando un diseño de cuadrícula esférica en lugar de una superficie cubierta. Más tarde, la NASA abandonó por completo los sistemas de comunicaciones pasivos en favor de los satélites activos.
Project Echo facilitó la primera transmisión satelital exitosa y las primeras comunicaciones bidireccionales entre las instalaciones de JPL Goldstone y las instalaciones de Bell Telephone Laboratories en Holmdel, Nueva Jersey. Otros grupos participaron en experimentos, incluida la Collins Radio Company y el laboratorio de Investigación Naval . Debido a que Echo era sólo un sistema pasivo, fue principalmente útil para demostrar el potencial futuro de las comunicaciones por satélite y quedó obsoleto antes de su salida de órbita en 1968. Echo era más conocido por el público en general por su visibilidad, ya que podía verse de noche con el cuerpo desnudo. ojo. [5]
El programa de satélites Echo también proporcionó los puntos de referencia astronómicos necesarios para localizar Moscú con precisión . El ejército estadounidense buscaba esta precisión mejorada con el fin de apuntar a misiles balísticos intercontinentales. [17]
La gran antena de bocina de Holmdel construida por los Laboratorios Bell para el proyecto Echo fue utilizada más tarde por Arno Penzias y Robert Woodrow Wilson por su descubrimiento de la radiación cósmica de fondo de microondas, ganador del Premio Nobel . [18]
El 15 de diciembre de 1960, la Oficina de Correos de Estados Unidos emitió un sello postal que representaba a Echo 1.
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