Vor 75 Jahren verwendete der erste US-Mondschuss Radiowellen

Der erste amerikanische “Mondschlag” war heute vor 75 Jahren erfolgreich. Zum ersten Mal prallte ein Team von Ingenieuren der US-Armee ein Radarsignal von der Mondoberfläche ab und hielt seine Echos hier auf der Erde fest. Diese Bemühungen, Project Diana genannt, legten den Grundstein für die Funkkommunikation mit Raumfahrzeugen, Radarraketenabwehrsystemen und die Oberflächenkartierung unserer nächsten planetarischen Nachbarn.

Nach dem Zweiten Weltkrieg rechnete die Welt mit den erschreckenden Auswirkungen zerstörerischer neuer Arten der Kriegsführung, insbesondere von Langstreckenraketen wie den deutschen V2-Raketen und Atombomben, wie sie die Vereinigten Staaten auf Hiroshima und Hiroshima abgeworfen hatten Nagasaki in Japan.

“Während des Krieges benutzten die Deutschen die V2-Rakete, die etwa 70 Meilen über der Erde schwebte, und die Zukunft birgt die düstere Aussicht, dass Raketen viel höher gehen”, schrieb er Jack Mofenson, Forscher am Diana-Projekt. Mofenson hatte recht; Moderne Interkontinentalraketen explodieren mehr als 1.200 Meilen, bevor sie auf ihre Ziele stürzen. Wie Mofenson sagte: “Die Frage der Übertragung von Funksignalen über große Entfernungen über der Erde zur Erkennung und Kontrolle solcher Waffen 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 aus dem Weltraum auf die Erde stürzen. Soweit die Wissenschaftler Ende 1945 wussten, hätte jede ballistische Rakete, die in die Erdatmosphäre eindringt, eine natürliche Tarnvorrichtung: die äußere Schicht der Erdatmosphäre, in der die ultraviolette Strahlung der Sonne Elektronen von Molekülen abstreift. und hinterlässt eine Mischung aus parasitären Ionen und Elektronen. den Planeten umgeben. Diese Schicht, die Ionosphäre genannt wird, beginnt etwa 50 Meilen von der Oberfläche entfernt und erstreckt sich einige hundert Meilen in den Weltraum.

In der Ionosphäre sind die tanzenden Lichter der Nordlichter und Südlicht geschehen. All diese elektromagnetischen Aktivitäten und Sonneneinstrahlung haben auch seltsame Auswirkungen auf Radiowellen, die die Grundlage des Radars bilden. Im Allgemeinen neigt die Ionosphäre dazu, Radiowellen auszustrahlen; Wenn sich der Sender gerade im richtigen Winkel befindet, bedeutet dies manchmal, dass ein Signal von einem Ort von der Ionosphäre abprallen und einen Funkempfänger auf einem anderen Kontinent erreichen kann.

(Randnotiz: Vor ungefähr 30 Jahren benutzte der Vater Ihres treuen Brieffreunds eines Nachts in seiner Schicht in einer Papierfabrik in Houston, Texas, ein Handfunkgerät, als er versehentlich kam irgendwo in Arizona einen stellvertretenden Sheriff erreicht. Tun Sie das auf diesem Kanal? “Beide haben es verstanden und hatten ein nettes Gespräch.)

Da die Ionosphäre dazu neigt, Radiowellen, insbesondere Kurzwellen oder Hochfrequenzen, zu reflektieren und auch zu streuen oder zu brechen, waren sich Ingenieure und Wissenschaftler 1946 nicht ganz sicher, ob Radar dies könnte. ” durch die Schicht sehen, um eine ankommende Rakete zu erkennen. .

In den 1920er Jahren prallte ein Forscherteam ein Radarsignal vom unteren Rand der Ionosphäre ab, um deren Höhe zu messen. Jetzt forderte das Pentagon seine Wissenschaftler auf, noch höher zu zielen. Die Mathematik schlug vor, dass dies theoretisch möglich sei, aber da sich der Kalte Krieg bereits am Horizont abzeichnet, reichte die Theorie nicht aus.

Ab September 1945, nur einen Monat nach Kriegsende, begannen Col. John DeWitt Jr. und sein Team mit dem Bau der massiven Funksender, -empfänger und -antennen, die sie benötigen würden Arbeit. Sie verwendeten eine Mischung aus speziell gebauten Teilen und modifizierten Geräten, die aus dem Zweiten Weltkrieg stammen. Camp Evans, wo DeWitt Direktor des Evans Signal Lab der Armee wurde, war ein Stück Land mit einer wechselvollen Geschichte.

1914, wenige Monate vor Ausbruch des Ersten Weltkriegs, richtete die Marconi Wireless Telegraph Company die Empfangsstation für transatlantische Nachrichten in Belmar ein. Marconi hängte eine Meile Bronzeantenne, die von 400 Fuß hohen Türmen getragen wurde, am Shark River in der Nähe von Wall Township, New Jersey, auf. Während des Krieges erwarb das US-Militär das Land und baute dort ein Signal Corps-Lager. Als der Krieg endete, übernahm Marconi das Land und verkaufte es an RCA – die es schließlich an eine Gruppe verkaufte, die sich als das New Jersey-Kapitel der rassistischen Terrororganisation Ku Klux Klan herausstellte.

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 fanden die Berechnungen heraus, mit denen alles funktionieren würde. Objekte im Raum bewegen sich ständig relativ zueinander. Als ein Funksignal den Mond erreichte, von der Mondoberfläche reflektiert und zurückprallte, dehnte die sich ändernde Entfernung zwischen dem Mond und Camp Evans die Wellen mit einer anderen Frequenz aus. (Dies wird als Doppler-Effekt bezeichnet.)

DeWitts Team musste diesen Effekt jedes Mal berechnen, wenn sie einen Ausbruch von Radiowellen auf den Mond richteten, da sie wissen mussten, auf welcher Frequenz sie auf die Rückechos hören sollten.

Sie mussten auch das richtige Timing haben: Ihre Antennen zeigten zum Horizont und konnten sich nur in zwei Dimensionen drehen, sodass das Project Diana-Team weniger als eine Stunde pro Tag hatte, aufgeteilt zwischen Sonnenaufgang und Sonnenuntergang. der Mond, um zu versuchen, den Mond zu schießen. Es gab ihnen jedoch viele Chancen. DeWitt und sein Team feuerten alle fünf Sekunden einen Puls von 0,25 Sekunden Radiowellen auf den Mond ab. Radiowellen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen, benötigen ungefähr 2,5 Sekunden, um die ungefähr 239.000 Meilen zum Mond zurückzulegen, und dann weitere 2,5 Sekunden, um die Rückfahrt zu machen.

Und am 10. Januar 1946 um 11:58 Uhr Eastern Time kehrte ein Funkimpuls, den DeWitts Team fünf Sekunden zuvor gesendet hatte, zu ihren Empfängern zurück – nachdem es von der entfernten Mondoberfläche widerhallte.

Dank Project Diana verfügen wir jetzt über Radaranlagen, mit denen ein eingehendes ICBM erkannt werden kann (oder an jedem Heiligabend der Schlitten des Weihnachtsmanns verfolgt werden kann). Wir können auch Funkgeräte verwenden, um mit Astronauten im Weltraum zu kommunizieren oder Anweisungen an Roboter-Raumschiffe wie die Voyager 1 und 2, den Lunar Reconnaissance Orbiter und den Curiosity Rover zu senden. Das Diana-Projekt 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 bis zu Saturnringen reichen. und auf der Oberfläche der Venus.