Echo 1

Echo 1
Typ:	Ballonsatellit
Land:	Vereinigte StaatenVereinigte Staaten
Betreiber:	National Aeronautics and Space AdministrationNASA
COSPAR-ID:	1960-Iota-1 (1960-009A)
Missionsdaten
Masse:	76 kg
Größe:	30 Meter Durchmesser
Start:	12. August 1960, 09:39UTC
Startplatz:	Cape CanaveralLC-17A
Trägerrakete:	Thor-DeltaD2
Status:	verglüht am 24. Mai 1968
Bahndaten
Umlaufzeit:	118,3 min
Bahnneigung:	47,2°
Apogäumshöhe:	1684 km
Perigäumshöhe:	1524 km

Echo 1(eigentlichEcho 1A) ist der Name eines großenBallonsatellitenderUSA,der am 12. August 1960 als ersterNachrichten- undgeodätischerSatellit gestartet wurde. SeineCOSPAR-Bezeichnungwar 1960-009A (9. Start des Jahres 1960, 1. Komponente).

Mission

DerStarterfolgte als zweiter Einsatz einer neu entwickeltenTrägerraketevom TypDelta,der später erfolgreichsten amerikanischen Raketentype im mittleren Leistungsbereich. Ihr Erstflug (am 13. Mai 1960 mit Echo 1 und einemStartgewichtvon etwa 60 kg) war allerdings einFehlstart.

Der mit dünnemAluminiumüberzogene dünneBallonaus demPolyester-KunststoffMylar(einer nur Bruchteile von Millimeter starkenFolie) wurde erst „aufgeblasen “, als dieEndhöhevon etwa 1500 km erreicht war (Umlaufzeitknapp zwei Stunden). Die zunächst 30 Meter große, stark reflektierende Kugel, die bereits nach einem Jahr auf einen Durchmesser von 18 Metern geschrumpft war,konnte etwa acht Jahre lang als hellerStern 1. Größegesehen werden und diente der passiven Weiterleitung von Signalen imRadio- undFunkverkehr.Gegen Ende seiner Lebenszeit – kurz vor demVerglühenim Jahr 1968 – war die Bahnhöhe von 1500 auf etwa 1000 km gesunken.

Funk-Reichweite und Sichtbarkeit

Eine einfache Skizze bzw. die Anwendung des „Satzes des Pythagoras“ergibt, dass ein solcherErdsatellitin einer 1500 km hohenKreisbahnbei einemErdradiusvon 6370 km mehr als 4600 km weit sichtbar ist. Liegen zweiFunkstationenalso 9000 km auseinander und geht dieSatellitenbahnzwischen ihnen durch, können sie bei genügend starken Funkwellen deren gegenseitigeReflexionempfangen.

Die erste Fernmeldeverbindung über größere Distanz gelang zwischen zwei US-Erdfunkstellenim OstküstenstaatNew Jerseyund im westlichenKalifornien(Crawsfords Hill undGoldstone) über fast 4000 km. Die aluminiumbeschichtete Plastikhülle erwies sich als ausreichenderReflektorfür die Funkwellen.

Derart große Flugkörper wie ein 30-Meter-Ballon sind nicht nur mit Fernrohren, sondern bis etwa 5.000 km auchfreiäugigsichtbar. Generell ist bei (kleineren) Erdsatelliten jedoch die visuelle Sichtbarkeit schwieriger als ihre Beobachtung mittels Funkwellen, weil

1. der Satellit von derSonnebeleuchtet sein muss,
2. der Beobachter im Schatten (d. h. auf der Dämmerungs- oderNachtseite) der Erde liegen muss,
3. dieHelligkeiteiner Kugel vom Winkel zwischen Lichteinfall und Beobachter abhängt – sieheMondphasen– und
4. außerdem inHorizontnähedurch die atmosphärischeExtinktionstark absinkt.

Dennoch ist es auch für präzise Zwecke derSatellitengeodäsiekein Problem, einen Flugkörper wie Echo 1 bis herab zuHöhenwinkelnvon 20° zu beobachten – was einer Distanz von 2900 km entspricht. Daher lassen sich theoretisch Entfernungen zwischenVermessungspunktenbis über 5000 km „überbrücken “, und in der Praxis zumindest 3000–4000 km.

Geodätische Nutzung

Wenn man auf ±0,01° (oder 36″) genau die Satellitenspur vor denFixsternenmisst und sich der Satellit um 0,3° pro Sekunde bewegt, muss die Zeit auf 1/30Sekundegenau sein. Das konnten aber nur sehr geübte Beobachter im damaligen „Moonwatch“-Programm. Für Zwecke derGeodäsiewäre eine noch höhere Genauigkeit notwendig.

Diese höhere Qualität erhielt man schon damals mit lichtstarkenfotografischenKameras bei Brennweiten ab 20 cm (sieheSatellitenkamera). Zwar kann man damit nur Satelliten aufnehmen, die etwa eine freiäugige Helligkeit besitzen, doch war das für helle Ballonsatelliten des Echo-Typs bei weitem erfüllt (wegen des guten Erfolgs folgten noch weitere drei Starts bis 1966).

Fotografische Auswertung und Stellartriangulation

Liegen nun solche Foto-Aufnahmen mit Satellitenspur plus kurze Unterbrechungen (Verschluss mit Zeitmarken) vor, kann daraus die Satellitenbahn im Sternkoordinatensystem α, δ auf etwa ±2″ bestimmt werden (sieheBahnbestimmung). Nun hat man zwei Möglichkeiten:

1. Analyse derBahnstörungenund damit eine genaue Bestimmung desErdschwerefeldesin Satellitenhöhe, oder
2. gleichzeitige Messung des Satelliten von zwei oder mehrBodenstationenund Bildung von großen Dreiecken zwischen ihnen. Diese Methode entspricht derterrestrischen Triangulation,mit der die Geodäten zwischen 1600 und 1950 die Erde großräumig vermessen haben, und heißt deshalb „Stellartriangulation“.

Damit wurden zwischen 1960 und 1968 – als der erste Ballonsatellit verglühte – hunderttausende Messungen gemacht. Die Achsen desErdellipsoids,die bis dahin wegen der geodätisch fast unüberbrückbarenOzeanenur auf etwa 100 Meter bekannt waren (0,0016 Prozent des Erdradius), konnten dadurch etwa zehnmal genauer bestimmt werden. Durch den Fortschritt der Technik stieg diese Genauigkeit bis 1975 nochmals fünffach (auf zwei bis drei Meter); 1980 erreichte man ±1 m und heute ist man – allerdings mitMikrowellen-Techniken undGPS– bei wenigenZentimeternbisDezimeternangelangt.

Wirkung auf die Satellitentechnik

Aktive statt passive Funksatelliten

Für dieNachrichtentechnikwurde das „passive Prinzip “(Reflexion derFunkwellenan derBallonhaut) jedoch bald durch aktiveSystemeersetzt:

• Einerseits war der technische Fortschritt in den ersten Jahren der Raumfahrt einigermaßen rasant und wirkte sich sowohl bei Start undSteuerung,als auch bei der in die Satelliten eingebautenTechnikaus.
• Andererseits erkannte man bald, dass nur mit aktiv arbeitenden Satelliten eine effektiveInformationsübertragungmöglich ist und dieReflektivitätder Ballonhüllen zu rasch abnahm.

Der erste aktiv sendende, kommerzielleFernsehsatellitTelstar1 wurde am 10. Juli 1962 gestartet und kam bereits im Sommer für eine direkteFernsehübertragungzwischen USA,WesteuropaundJapanzum Einsatz. Er konnte gleichzeitig mehrere hundertTonkanäleaussenden.

Wegen des so erfolgreichen Nachrichtensatelliten wurde schon 1963 in den USA die KommunikationssatellitengesellschaftCOMSAT(Communications Satellite Corporation) gegründet. Ein Jahr später folgte dieIntelsat(International Telecommunications Satellite Organization) und COMSAT war Gründungsmitglied. Ihr erster Nachrichtensatellit hießEarly Bird(Morgenvogel) und startete 1965. Early Bird (offiziellIntelsat 1) konnte 240 Telefongespräche bzw. einen Fernsehkanal übertragen.

Echo-2 und weitere Ballonsatelliten

Weil Echo-1 trotz seiner Einfachheit doch recht erfolgreich war – auch gegenüber seinen oben erwähnten elektronischen Nachfolgern – wurde 1964 ein ähnlicher Ballonsatellit Echo 2 gestartet. Echo 2 war mit 41 Metern Durchmesser noch größer als Echo 1. Es wurde ein höherer Gasdruck zum Aufblasen des Ballons verwendet.Seine Bahn war etwas niedriger (anfangs etwa 1200 km) und verlief sehrpolnah(Bahnneigungnun ca. 82°, gegenüber Echo-1 mit 47°).
Dadurch konnte man den Satelliten auch in höheren geografischenBreitenbeobachten, wo großer Bedarf aninterkontinentalenVerbindungsmessungen bestand. Echo-2 hatte mit seinen sechs oder sieben Jahren eine etwas kürzere Lebensdauer als Echo-1 (1960–1968). Beide Ballone verloren ihre Kugelgestalt erst nach einigen Jahren, obwohl ihreGasfüllungwegenMikrometeoritenvermutlich nur wenigeStundenvorhanden war. Im Jahr vor dem Absturz waren beide Ballone bereits ziemlich „verbeult “, und man konnte ihreRotationdeutlich an ihren sich periodisch ändernden Lichtreflexionen erkennen. Ihrescheinbare Helligkeitwar im Laufe der Jahre von 1. Größe (0,2 bis 1,0) um fast eine Größenklasse gesunken.

Zur Erforschung der Dichte der Hochatmosphäre startete die NASA die kleineren BallonsatellitenExplorer(Nr. 9, 19, 24 und 39), und im Jahr 1966 folgte der 30-m-BallonPAGEOS.Sein Name bedeutet (deutsch wie englisch) „PAssiver GEOdätischer Satellit “.

PAGEOS und das Weltnetz

PAGEOS wurde speziell für das sogenannteWeltnetz der Satellitengeodäsiegestartet, für das bis 1973 um die 20 Beobachtungsteams weltweit unterwegs waren. Mit den vollelektronischenBC-4-Kameras (1:3 /Brennweite30 bzw. 45 cm) nahmen sie in 46 Bodenstationen insgesamt 3000 verwertbareFotoplattenauf, woraus die Stationendreidimensionalauf durchschnittlich 4 m genau berechnet werden konnten. Der Koordinator dieser Kampagnen warHellmut Schmidvon derETH Zürich.

In Europa lagen drei Stationen des Weltnetzes:Cataniaauf Sizilien, derHohenpeißenbergin Bayern undTromsøim nördlichen Norwegen. Zur Ergänzung des reinenRichtungsnetzeswaren genaue Streckenmessungen nötig, die auf vier Kontinenten – und auch quer durch Europa – mit Genauigkeiten von 0,5 mm pro km vermessen wurden.

Siehe auch

• Ionosphäre
• Erdmessung

Literatur

• Eugene Nelson Hayes:Trackers of the skies: A history of the Smithsonian satellite tracking.Doyle, Cambridge MA 1968.

Weblink

• Space:1st Communication Satellite: A Giant Space Balloon 50 Years Ago(englisch)

Anmerkungen

Raumfahrtmissionen im Jahr 1960

Nicht erfolgreiche Missionen sindkursiv,bemannte Missionen sindfett.