Vor 75 Jahren verwendete der erste Mond Amerikas Radiowellen

Amerikas erster „Mondschuss“ ist heute vor 75 Jahren vergangen. Zum ersten Mal prallte ein Team von Ingenieuren der US-Armee ein Radarsignal vom Mond ab und nahm das Echo hier auf der Erde auf. Die Bemühungen, Projekt Diana genannt, legten den Grundstein für die Funkkommunikation mit Raumfahrzeugen, Radarraketenabwehrsystemen und die Kartierung der Oberflächen unserer nächsten planetarischen Nachbarn.

Nach dem Zweiten Weltkrieg rechnete die Welt mit den erschreckenden Folgen zerstörerischer neuer Arten der Kriegsführung, insbesondere von Langstreckenraketen wie den V2-Raketen aus Deutschland und Atombomben wie den von den USA auf Hiroshima und Nagasaki in Japan abgeworfenen.

„Während des Krieges verwendeten die Deutschen die V2-Rakete, die etwa 70 Kilometer über der Erde aufstieg, und die Zukunft hat die unglückliche Aussicht, dass die Raketen viel höher liegen“, schrieb er. Jack Mofenson, ein Forscher am Projekt Diana. Mofenson hatte recht; Moderne Interkontinentalraketen fliegen 1200 Kilometer nach oben, bevor sie auf ihre Ziele fallen. Wie Mofenson es ausdrückte: „Das Problem, Funksignale zur Erkennung und Kontrolle solcher Waffen in große Entfernungen über der Erde zu senden, wird zu einem Problem von militärischer Bedeutung.“

Das Kriegsministerium (das 1949 neu organisiert und in Verteidigungsministerium umbenannt wurde) wollte wissen, ob Radar helfen kann, Raketen zu erkennen, die vom Weltraum zur Erde tauchen. Soweit die Wissenschaftler Ende 1945 wussten, hätte jede ballistische Rakete, die in die Erdatmosphäre eindrang, ein natürliches Kleidungsgerät: die äußere Schicht der Erdatmosphäre, in der die ultraviolette Strahlung der Sonne Elektronen von Molekülen entfernt, die a Eine Mischung aus Ionen und Streuelektronen verlässt den Planeten. Diese Schicht, die Ionosphäre genannt wird, beginnt ungefähr 50 Meilen von der Oberfläche entfernt und erstreckt sich einige hundert Meilen in den Weltraum.

In der Ionosphäre sind die tanzenden Lichter der Nordlicht und Südlicht geschehen. Alle elektromagnetischen Aktivitäten und Sonneneinstrahlung haben auch seltsame Auswirkungen auf Radiowellen, die die Grundlage des Radars bilden. Im Allgemeinen neigt die Ionosphäre dazu, Radiowellen zu streuen; Wenn der Sender nur den richtigen Winkel hat, bedeutet dies manchmal, dass ein Signal von einem Ort der Ionosphäre reflektiert werden und einen Funkempfänger auf einem anderen Kontinent erreichen kann.

(Randnotiz: Vor ungefähr 30 Jahren benutzte der Vater Ihres treuen Korrespondenten in seiner Schicht in einer Papierfabrik in Houston, TX, ein Handfunkgerät, als er eines Nachts versehentlich irgendwo in Arizona einen stellvertretenden Sheriff erreichte. gegenseitig verwirrt „Was machst du auf diesem Kanal?“ bemerkten beide und unterhielten sich nett.)

Da die Ionosphäre dazu neigt, Radiowellen, insbesondere kurzwellige oder hochfrequente Wellen, zu reflektieren und auch zu streuen oder zu brechen, waren sich Ingenieure und Wissenschaftler 1946 nicht ganz sicher, ob Radar durch die Schicht „sehen“ konnte, um eine ankommende Rakete zu erkennen. . .

In den 1920er Jahren prallte ein Forscherteam ein Radarsignal vom unteren Rand der Ionosphäre ab, um dessen Höhe zu messen. Jetzt hat das Pentagon seine Wissenschaftler gebeten, noch höher zu zielen. Die Mathematik schlug vor, dass dies theoretisch möglich war, aber angesichts des bevorstehenden Kalten Krieges reichte die Theorie nicht aus.

Ab September 1945, nur einen Monat nach Kriegsende, war Col. John DeWitt, jr., Und sein Team beginnen mit dem Bau des massiven Funksenders, Empfängers und Antennenarrays, das sie für diesen Job benötigen. Sie verwenden eine Mischung aus speziell gebauten Teilen und kundenspezifischer Ausrüstung, die aus dem Zweiten Weltkrieg stammen. Camp Evans, wo DeWitt Direktor des Evans Signal Laboratory der Armee wurde, war ein Stück Land mit einer turbulenten Geschichte.

1914, wenige Monate vor Ausbruch des Ersten Weltkriegs, richtete die Marconi Wireless Telegraph Company die Belmar-Empfangsstation für transatlantische Nachrichten ein. Marconi streckte eine Meile bronzener Antennen entlang des Shark River in der Nähe von Wall Township, New Jersey, aus, die von 400 Fuß hohen Türmen getragen wurden. Während des Krieges erwarb die US-Armee das Land und baute dort ein Signal Corps-Lager. Als der Krieg endete, übernahm Marconi erneut und verkaufte das Land an RCA – die es schließlich an eine Gruppe verkaufte, die anscheinend das New Jersey-Kapitel der rassistischen Terrororganisation Ku Klux Klan war.

Die Armee erlangte 1942 die Kontrolle über das Land zurück und nach dem Krieg wurde Camp Evans die Heimat des Projekts Diana.

Im Herbst und Winter 1945 bauten Ingenieure und Physiker ihre Mondradarstation und bestimmten die Mathematik, mit der das Ganze funktionieren würde. Objekte im Raum bewegen sich ständig in Bezug zueinander. Wenn ein Funksignal den Mond erreicht, von der Mondoberfläche reflektiert und zurückprallt, würde die sich ändernde Entfernung zwischen dem Mond und Camp Evans die Wellen auf eine andere Frequenz ausdehnen. (Dies wird als Doppler-Effekt bezeichnet.)

Das DeWitt-Team musste den Effekt jedes Mal berechnen, wenn es einen Ausbruch von Radiowellen auf den Mond richtete, weil es wissen musste, mit welcher Frequenz die wiederkehrenden Echos zu hören waren.

Sie mussten auch das richtige Timing finden: Ihre Antennen zeigten zum Horizont und konnten sich nur in zwei Dimensionen drehen, sodass das Projekt-Diana-Team jeden Tag weniger als eine Stunde zwischen Mondaufgang und Sonnenuntergang hatte, um zu versuchen, den Mond zu schießen . Es gab ihnen immer noch viele Chancen. DeWitt und sein Team feuerten alle fünf Sekunden einen 0,25-Sekunden-Impuls von Radiowellen auf den Mond ab. Radiowellen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen, benötigen ungefähr 2,5 Sekunden, um die ungefähr 239.000 Meilen zum Mond zu überqueren, und dann weitere 2,5 Sekunden, um die Rückreise zu machen.

Und am 10. Januar 1946 um 11:58 Uhr Eastern Time kehrte ein Funkimpuls, der fünf Sekunden zuvor von DeWitts Team gesendet worden war, zu ihren Empfängern zurück – nachdem er von der anderen Oberfläche des Mondes widerhallte.

Dank Project Diana verfügen wir jetzt über Radaranlagen, die ein ankommendes ICBM erkennen können (oder an Heiligabend den Schlitten des Weihnachtsmanns erkennen können). Wir können auch Radios verwenden, um mit Astronauten im Weltraum zu kommunizieren oder Anweisungen an Roboter-Raumfahrzeuge wie die Voyager 1 und 2, den Lunar Reconnaissance Orbiter und den Curiosity Rover zu senden. Das Projekt Diana ebnete auch den Weg für die Radarastronomie, die reflektierte Radarsignale verwendet, um die Formen, Rotationen und Oberflächeneigenschaften von Objekten im Weltraum zu untersuchen, die von erdnahen Asteroiden über Saturnringe bis zur Oberfläche der Venus reichen.