Проект Space Track - Project Space Track

Проект Space Track был научно-исследовательским проектом ВВС США, создать систему слежения за всеми искусственными спутниками Земли и космическими зондами, отечественными и зарубежными.

Проект Space Track стартовал в Кембриджский исследовательский центр ВВС в Лоуренс Дж. Хэнском Филд, сейчас База ВВС Хэнском, в Бедфорд, Массачусетс вскоре после запуска Спутник I. К 1960 году наблюдения были получены с помощью примерно 150 датчиков по всему миру, и датчики и заинтересованные стороны регулярно получали прогнозы орбиты.

Space Track была единственной организацией, которая использовала наблюдения из всех типов источников: радиолокационных, оптических, радио и визуальных. Все несекретные наблюдения были переданы в Смитсоновская астрофизическая обсерватория. В 1961 году система была объявлена работоспособной и передана новому 1-я эскадрилья аэрокосмического наблюдения и управления как часть НОРАД с Система обнаружения и слежения за космосом (СПАДАЦЫ).

Учреждение

29 ноября 1957 г., вскоре после запуска Спутник I 4 октября два немецких эмигранта, доктор Г. Р. Мицзайка (из Пруссии) и доктор Эберхарт В. Валь (из Берлина), сформировали проект Space Track (первоначально называвшийся Project Harvest Moon).^[1]^:5^[2]^:1 Он был основан в здании 1535 Управления геофизических исследований (GRD), Кембриджский исследовательский центр ВВС США, Лоуренс Г. Хэнском Филд, Массачусетс. Оба ученых имели опыт работы в астрономии, хотя доктор Валь был кандидатом наук в области метеорологии.

Задача Space Track заключалась в отслеживании и вычислении орбит всех искусственных спутников Земли, включая американские и советские полезные нагрузки, ракеты-носители и обломки. С советским запуском Луна 1 2 января 1959 года Space Track также начал отслеживать космические зонды. Первой серьезной попыткой отслеживания была Спутник 2 с собакой Лайкой, спущен на воду 3 ноября 1957 г.

Программный офис Электронной системы поддержки, 496L, был открыт в феврале 1959 года. Уолтем, Массачусетс под руководством полковника Виктора А. Чербака-младшего. К концу 1959 года на SPO были возложены дополнительные обязанности Министерства обороны США. Агентство перспективных исследовательских проектов (ARPA) для разработки методов и оборудования для военного наблюдения за спутниками [1]. Непрерывное развитие Space Track было неотъемлемой частью этих усилий.

С декабря 1958 года Space Track был временным Национальным центром управления космическим наблюдением.^[1]^:5 В декабре 1959 года Space Track был перенесен в новое здание, Национальный центр управления космическим наблюдением (NSSCC), которое было официально открыто 9 февраля 1960 года.^[3] NSSCC входил в состав Управления развития командования и управления ВВС (неофициально известного как C²D²), Управления исследований и разработок авиации. Доктор Гарольд О. Кертис из Лаборатория Линкольна был директором NSSCC. Название Space Track продолжало использоваться.

К 1960 году в NSSCC работало около 70 человек.^[4]^:194

Space Track продолжал отслеживать спутники и космические зонды до 1961 года. В конце 1960 года заместитель начальника штаба ВВС США генерал Кертис Э. Лемэй решил, что система исследований и разработок готова к запуску.^[5]^:8

Одиннадцать офицеров и один старший старший сержант были отобраны в качестве начального состава первой эскадрильи аэрокосмического наблюдения и управления. Первоначальные кадры прибыли на Space Track для обучения, которое началось 7 ноября 1960 года (кадры были переданы в новую эскадрилью 6 марта 1961 года).

1 июля 1961 года новая эскадрилья вступила в строй.^[6] под командованием ПВО ВВС США в Ent AFB, Колорадо-Спрингс, часть NORAD Система обнаружения и слежения за космосом (СПАДАЦЫ). Первым командиром эскадрильи был полковник Роберт Миллер. Организация Space Track в Hanscom Field взяла на себя роль резервного копирования операций эскадрильи.

Бесцеремонно игнорируя Правила ВВС по этому вопросу, в которых четко указано, что несекретные прозвища, такие как Space Track, должны состоять из двух слов (в то время как кодовые слова, такие как КОРОНА, которые тогда сами были классифицированы, должно состоять только из одного слова), ADC немедленно решил переименовать Space Track в SPACETRACK^[7]^:38 и с тех пор название прижилось, хотя веб-сайт 614-го Центра авиакосмических операций, который в настоящее время выполняет эту миссию, вернулся к двум словам.^[8] 614-й - часть Объединенный центр космических операций в База Ванденберга, Калифорния.

Датчики

В Камера слежения за спутником Baker-Nunn.

Министерство обороны решило, что ВВС США должны разработать систему управления и контроля для слежения за спутниками, а армия и ВМС США должны разработать датчики для этой цели. Развитие ВМС США шло на Дальгрен, Вирджиния и программа армии США была Абердинский полигон, Мэриленд.

Доктора Miczaika и Wahl составили список объектов, которые могут отслеживать спутники либо с помощью телеметрии, либо с помощью радара. Последние представляли собой в основном астрономические радиотелескопы, оснащенные радарами, используемыми для изучения Луны (например, Обсерватория Джодрелл Бэнк в Англии режиссер Сэр Бернард Ловелл, Жернова холма Лаборатория Линкольна в Массачусетсе, режиссер доктор. Гордон Петтингилл, и радар на Стэнфордский исследовательский институт в Калифорнии, режиссер Уолтер Джей ). Два радара USAF, один на Остров Шемя на Алеутских островах, а другой на Диярбакыр, Турция, был построен для наблюдения за пусками советских ракет, а также стал ценным для спутникового слежения. BMEWS прототипы радаров на Тринидаде также участвовали. Обычно первые радиолокационные сообщения о запуске нового спутника с Тюратама (Байконур) поступали из Шеми, а первый запуск нового спутника с Капустин Яра поступали из Диярбакыра. Радар ВВС США на полигоне Ларедо в Техасе и один в Мурстауне, Нью-Джерси также участвовал позже. Наблюдения были получены с исследовательского радара Королевских ВВС Канады в Принц Альберт, Саскачеван, Канада. В Голдстоун объект Лаборатория реактивного движения был исключительно полезен при радионаблюдениях советских космических аппаратов.

В целом, наблюдения были в форме времени, азимута и возвышения (и дальности с радаров), измеренных на месте, или, в некоторых случаях, например, в Голдстоуне, в астрономической форме (прямое восхождение и склонение).^[9]^:5–4^[10] Некоторые ранние наблюдения были очень примитивными, например, сообщение о том, что спутник прошел рядом со звездой, которую можно было идентифицировать.^[11]^:3

В редких случаях наблюдения были чисто словесными. Например, люди на кораблях, самолетах и островах в Карибском море сообщили о наблюдениях за распадом спутника 1957 β,^[11] хотя один самолет смог провести подробное наблюдение, потому что штурман завершил небесную привязку в точное время^[11]^:24

Некоторые сайты могут записывать Доплеровский сдвиг спутниковой передачи или, в некоторых случаях, доплеровского сдвига от собственных передач, отраженных от орбитального объекта. Одним доплеровским участком был Доплеровский полевой участок космического трека в Биллерика, Массачусетс. Наблюдения, полученные по этой методике, были временем наибольшего сближения со станцией.^[9]^:21

Программа ВМФ работала какНАВСПАСУР и в настоящее время эксплуатируется ВВС США. Армейская программа, хотя и позволяла добиться точных результатов слежения с помощью доплеровских методов и предоставления данных наблюдений в Space Track, не получила финансирования для развертывания.

Одним из вкладов СПАСУР в слежение за спутниками было изобретение карты Земли, на которой были показаны оба полюса, так что можно было показать положение всех спутников, в том числе на полярных орбитах. Это было невозможно с Меркатор или другие проекции, которые не показывают всю Землю. Карта была, конечно, сильно искажена на полюсах ( Северный полюс была вся верхняя линия длинной карты), но эта концепция оказалась очень полезной.

Оптические датчики включали двенадцать камер слежения за спутниками Baker-Nunn, эксплуатируемых для НАСА Смитсоновская астрофизическая обсерватория (SAO), три камеры Бейкера-Нанна, эксплуатируемые ВВС США, и камера Бостонского университета в База ВВС Патрик управляется Уолтером Мэннингом.

Камеры САО были на Woomera, Австралия; Юпитер, Флорида; Органный перевал, Нью-Мексико; Олифантсфонтейн, Южно-Африканский союз; Кадис, Испания; Митака, Япония; Нани Тал, Индия; Арекипа, Перу; Шираз, Иран; Кюрасао, Нидерландская Вест-Индия; Вилла Долорес, Аргентина; и Халеакала, Мауи, Гавайи. Камеры ВВС США были на Осло, Норвегия; Эдвардс AFB, Калифорния и Сантьяго, Чили.[2] Две дополнительные камеры были позже добавлены к инвентарю USAF - одна из камер USAF была передана Королевским ВВС Канады в Холодное озеро, Альберта, Канада в 1961 году.

Добровольные астрономы-любители в составе САО Moonwatch Команда также внесла свои наблюдения. Среди этих многочисленных добровольцев был Артур С. Леонард из Дэвиса, Калифорния, руководитель команды Сакраменто, Калифорния.

К 1960 году у Space Track было около 150 взаимодействующих датчиков.^[9]^:6 Space Track была единственной организацией в США, которая использовала все методы наблюдения для отслеживания спутников.^[1]^:5

Наблюдения записывались на перфокарты IBM для компьютерной обработки.^[9]^:23 Все несекретные наблюдения ежедневно обменивались со Смитсоновской астрофизической обсерваторией, Кембридж, Массачусетс.^[11]^:1^[12]^:3

Space Track поддерживал тесный контакт с США Национальное Агенство Безопасности, Центр анализа зарубежных ракет и космоса ЦРУ (FMSAC) и штаб-квартира разведки ВВС США, майор Гарри Холеман.

Помогло, что пресс-служба СССР, ТАСС, всегда своевременно объявляла о запуске новых советских спутников или космических зондов, поэтому Space Track могла свободно обсуждать новые объекты, не беспокоясь о компрометации источников. Переводы русскоязычных объявлений были предоставлены Информационной службой зарубежного вещания (FBIS).

Орбитальные вычисления

Доктор Валь вычислял все эфемериды спутников вручную, используя калькулятор квадратного корня Фридена, самый совершенный механический калькулятор на тот момент.

Метод вычисления эфемерид (подробно описанный в отчете П.М. Фитцпатрика и Дж. Б. Финдли за 1960 г.)^[9]) был первоначально разработан доктором Валем на основе исторических астрономических методов.

В конце августа 1958 года компания Space Track получила свой первый компьютер, IBM 610, используется совместно с Кембриджским исследовательским центром IBM 650. IBM 610 была очень примитивной машиной, программирование которой осуществлялось с помощью платы подключения (аналогичной той, что использовалась для бухгалтерских машин IBM в начале 1950-х годов) и перфоленты.

Новое здание NSSCC было оборудовано IBM 709 и несколько месяцев спустя IBM 7090. Основное программирование новых компьютеров было выполнено подразделением Aeronutronic компании Ford Motor Company, Ньюпорт-Бич, Калифорния. Корпорация Wolf также поддержала NSSCC.

Вычисления эфемерид были выпущены в виде так называемого бюллетеня. В бюллетене перечислялись все экваториальные пересечения спутника и описывался путь между пересечениями. Космический трек также обеспечивал "углы обзора", высоту и азимутальные направления, так что определенные датчики могли указывать в правильном направлении для обнаружения спутника. Специальные версии углов обзора были адаптированы для конкретных объектов, таких как проекты разработки датчиков для армии и флота.^[9]^:17 В NSSCC эти вычисления были переданы дежурным контролером.^[9]^:18

Space Track также выпустила общедоступные каталоги, в которых перечислены все спутники, в том числе те, которые больше не находятся на орбите, под названием «Отчеты о ситуации со спутниками», в которых указаны основные орбитальные элементы для каждой части. Сначала это занимало меньше страницы шрифта. Смитсоновская астрофизическая обсерватория также выпустила аналогичный документ, но в 1961 году Центр космических полетов имени Годдарда НАСА взял на себя ответственность за оба отчета, объединив их в один документ.

В октябре 1960 года Джордж Вестрам провел краткий курс небесной механики на уровне колледжа для тех сотрудников NSSCC, которые хотели участвовать.^[13]

Операции

По международному соглашению, заключенному в рамках Международного астрономического союза, спутники и космические зонды первоначально были названы греческими буквами в соответствии с системой именования звезд в созвездиях. Год запуска был включен в названия запусков, таким образом, Спутник I был Альфа 1957 года. Полезная нагрузка называлась Alpha I, когда была известна - в случае Sputnik I изначально не было ясно, что это за полезная нагрузка, поэтому полезная нагрузка стала Alpha II. Другие части также были пронумерованы, поэтому ракета-носитель обычно была Alpha II. Вскоре были использованы 24 греческих буквы, так что следующая последовательность началась Alpha Alpha и так далее. К 1962 году была запущена Beta Psi, и стало ясно, что система греческого алфавита больше не будет работать. После этого запуски были пронумерованы, начиная с 1963-1 с полезной нагрузкой 1963-1A и т. Д.

Как только был запущен новый спутник или космический зонд, Space Track предупредил основные датчики и обработал наблюдения по мере их поступления, быстро выпуская предварительный бюллетень отслеживания и обновив его примерно через 24 часа, когда были получены дополнительные наблюдения со всего мира. . Регулярные бюллетени продолжали выпускаться регулярно по мере необходимости, чтобы не отставать от меняющихся орбит, некоторые из которых довольно быстро распадались в атмосфере. Когда произошли последние революции, был еще один всплеск активности, поскольку было трудно предсказать точный путь возвращения.

В NSSCC была комната, предназначенная как центр фильтрации для мониторинга связи и получения наблюдений. В центре фильтров были дисплеи со списком орбитальных и разрушенных спутников, а также система проектора, которая могла показать движение одного спутника над Землей. Дисплеи были разработаны A / 3C Питером П. Камровски.^[14] В центре находился дежурный контролер и его помощники. Центр был спроектирован старшим диспетчером 1-м лейтенантом Коттером на основе его предыдущего опыта работы добровольцем в Корпусе наземных наблюдателей ВВС США (центры фильтров Корпуса наземных наблюдателей, в свою очередь, были основаны на центрах слежения за самолетами Соединенного Королевства, разработанных во время Второй мировой войны для отслеживания Фашистский самолет).

К 1960 году была учреждена должность дежурного аналитика. Как только наблюдения были сокращены, дежурный аналитик рассмотрел их и решил, какие орбиты необходимо пересчитать, чтобы обновить их. В случае новых запусков или выхода из строя спутников один аналитик занимался обработкой наблюдений для этого спутника.^[9]^:5

Как и многие другие виды деятельности в зарождающуюся космическую эру, операции Space Track часто включали в себя действия, для которых не существовало прецедентов.

Необычные операции Space Track

2 января 1959 г. Луна 1 (также известная как Мечта (Сон)), их первый лунный зонд. Данные отслеживания были получены для Space Track Сайт Голдстоуна Калифорнийского технологического института, который подтвердил, что зонд направился к Луне. Доктор Кертис использовал график этих данных в презентации комитету Палаты представителей США. Его презентация помогла повлиять на президента Кеннеди, чтобы установить Программа Аполлона. Кеннет Э. Кисселл позже опубликовал анализ траектории в рамках проекта Space Track.^[15]

В этот период 6594-е аэрокосмическое испытательное крыло пытался добиться успешного запуска в спутниковой программе Discoverer. Все спутники, запущенные с авиабазы Ванденберг, находились на полярных орбитах. Они контролировались 6594-м полком в Пало-Альто (позже Центр управления спутниками ВВС в Саннивейл, Калифорния). Лейтенант Коттер был офицером связи между Space Track и 6594-м. Первые 12 попыток запуска оказались неудачными; первый успех был Первооткрыватель 1 (1959 Бета). Lockheed Corporation, подрядчик по разработке, выиграла свой бонус, потому что телеметрия показала, что спутник достиг орбиты, но его больше никогда не видели, несмотря на огромные космические треки и другие попытки найти его.

К этому времени Space Track имел контакты со многими датчиками по всему миру. Один из них был на Южный полюс, связанные с Международный геофизический год. Одно из девяноста наблюдений Первооткрыватель II (1959 Гамма) прислали из Станция Берд говоря, что спутник прошел влево от зенита под углом 2,25 градуса, подразумевая наклон орбиты 89,9 градуса.^[16]^:3,11^[17] Этот отчет, вероятно, является единственным когда-либо сделанным прямым наблюдением за наклоном орбиты спутника.^{[нужна цитата ]}

Поскольку спутники Discoverer несли полезные нагрузки, которые были сняты с орбиты и сняты с парашютов самолетами 6594-го аэрокосмического испытательного крыла, базирующегося на Гавайях, выбор времени схода с орбиты был критическим. (Попытка сойти с орбиты полезной нагрузки Discoverer II была серьезно неудачной: полезная нагрузка приземлилась на Шпицберген вместо того, чтобы спуститься через Тихий океан. Он был обнаружен российскими шахтерами, вероятно, очень полезен российской разведке и российской космической программе в целом.^[18]). Позже, чтобы повысить точность команд спуска с орбиты, орбитальные аналитики лейтенант Альгимантас Шимолюнас, Лоуренс Катберт или Эд Кейси обновят эфемериды космического трека для каждого Discoverer в последнюю минуту и отправят обновление на 6594-й. 6594-й имел глобальную сеть станций слежения (включая Аляску, Гавайи, Сейшельские острова, Гуам и Великобританию), используемых для управления спутниками и управления ими на орбите. Однако данные слежения были получены из телеметрического мониторинга и были не такими точными, как данные Space Track, которые в основном основывались на радиолокационном и оптическом слежении.

Компания Lockheed решила пролить свет на Discoverer XI (1960 Delta). Space Track выступил в качестве связующего звена между 6594-й и Смитсоновской астрофизической обсерваторией, чтобы использовать камеру Бейкера-Нанна в Кадисе, Испания, для фотографирования света. Это даст Lockheed ценную информацию о точности вычислений их орбиты. Эксперимент прошел очень хорошо и не повторялся.^[5]^:8

Discoverer XIX (1960 Tau) имел полезную нагрузку под названием MIDAS, разработанную версию того, что позже стало Программой Поддержки Защиты. ВВС решили, что орбита MIDAS должна быть классифицирована, что означало, что наблюдения датчиков Space Track также должны быть классифицированы. Это привело к тайной полуночной передаче данных в центре Конкорда, штат Массачусетс, между доктором Гордоном Петтингиллом из Миллстоун-Хилл и лейтенантом Коттером, поскольку не было доступного защищенного телетайпа или телефона.^[5]^:8

Возможно, вызвав непреднамеренный фейерверк в честь активации 1-й эскадрильи аэрокосмического наблюдения и управления, этап Ablestar для военно-морского спутника Transit 4A 1961 года Omicron, который был запущен 29 июня 1961 года, взорвался примерно через 77 минут после выхода на орбиту в 0608Z. Система раннего предупреждения о ракетах NORAD (BMEWS) провела ранние радиолокационные наблюдения, и г-н Леонард из Сакраменто, штат Калифорния, команда Moonwatch предупредила Space Track, когда он увидел множество фрагментов, на которых от запуска ожидалось всего несколько спутников. В следующие несколько дней это дало Project Space Track первое серьезное усилие в качестве резервной копии для новой эскадрильи. Лоуренс В. Катберт, 1-й лейтенант Альгимантас Шимолюнас и Эд Кейси достигли вехи в спутниковом слежении, создавая график наблюдений вручную и определяя орбиты для 296 фрагментов.^[19] Орбитальные аналитики из 1st Aero также активно участвовали в достижении. Наблюдения с забора SPASUR были очень полезны для отслеживания фрагментов (SPASUR изначально отказался отправлять отдельные наблюдения Space Track, отправляя вместо этого только параметры орбиты, но к 1961 году эта политика, к счастью, была изменена).

Техника, используемая для идентификации нескольких объектов, вращающихся в одной орбитальной плоскости, была усовершенствована Лоуренсом Катбертом и опубликована как автоматизированная программа корпорацией Wolf Corporation.^[20] [Позже Ларри работал с Бобом Моррисом, главным орбитальным аналитиком в Колорадо-Спрингс, над разработкой программы для получения орбитальных элементов для всех неизвестных радиолокационных трасс; методика сработала, и она стала известна как алгоритм Катберта-Морриса. Получившаяся программа получила название «Разрушение, потеря и распад», и, наряду с последующими улучшениями, она нашла тысячи объектов в Каталоге космических спутников. Это все еще Астродинамический стандарт ВВС для обработки некоррелированных целей (UCT).^[21]^[22]^[23]

Связь

В большинстве случаев связь в Space Track осуществлялась с помощью телетайпа или, в некоторых случаях, по телефону, почте или посыльному.^[9]^:21

Бюллетени и углы обзора первоначально были набраны вручную летчиками в офисе связи и отправлены телетайпом на все задействованные датчики. В телетайпах использовалась перфорированная бумажная лента до изобретения ленты без чадры.

В конце концов, Рой Норрис и лейтенант Коттер заставили IBM 610 вырезать бумажные ленты для спутниковых сводок, чтобы летчикам из отдела связи не приходилось набирать все данные вручную. Это не входило в состав IBM 610 и было неожиданностью для персонала IBM.^[5]^:2 Позже компьютеры также будут готовить бюллетень и автоматически просматривать ленты данных углов.^[4]^:193

Была некоторая ограниченная безопасная связь: одним из методов, пригодных для отправки секретной информации, была пара одноразовые колодки. Эти блокноты состояли из двух наборов страниц, на верхнем из которых были все буквы и цифры в строке, примерно 40 строк на странице. Верхний лист был без копировальной бумаги. Чтобы использовать листы, на верхнем листе по очереди обводили каждую букву или цифру. Этим был отмечен второй лист, на котором были перемешаны все буквы и цифры. Затем закодированная версия могла быть передана с помощью телетайпа или телефона получателю, который, используя соответствующий набор одноразовых блокнотов, мог полностью изменить процесс и прочитать защищенное сообщение.

Еще один метод, который позже использовал Space Track, - это защищенный телетайп, к которому была прикреплена предварительно перфорированная бумажная лента. Лента служила для искажения каждой напечатанной буквы, которую затем можно было расшифровать с помощью обратной процедуры на другом конце линии телетайпа. Эта система использовалась для связи с разведкой ВВС Пентагона. Позже появилось более сложное криптографическое оборудование.

Помимо передачи данных, Space Track опубликовал серию технических отчетов. (например, см. Ссылки,^[11]^[12]^[16]).

Доктор Валь представил подробные описания деятельности Space Track на первых двух Международных симпозиумах по ракетам и астронавтике в Токио в 1959 и 1960 годах.^[4]^[24] Доктор Кертис и лейтенант Коттер сделали аналогичную презентацию в 1960 году.^[25]

Подрядчики

В 1960 г. Аэронутроник, подразделение Ford Motor Company, имело контракт с Space Track на разработку улучшенных методов прогнозирования орбит распадающихся спутников, компьютерной программы под названием Spiral Decay и другого программного обеспечения для новых компьютеров в новом здании. (1 октября 1959 г. компания Aeronutronic была нанята для проведения системного анализа центра управления.^[2]^:2 Подробные отчеты об этой и другой поддержке Aeronutronic проекта Space Track хранятся в офисах Lockheed Martin (ранее Loral Corporation) в Колорадо-Спрингс, штат Колорадо. Указатель отчетов находится в Национальном музее ВВС.^[26])

Другой очень важной группой были сотрудники Wolf R&D Corporation (Конкорд, Массачусетс), которая занималась программированием и имела контракт на эксплуатацию компьютеров в NSSCC, включая мэйнфрейм IBM 7090.