В начале 1960-х годов международная связь ограничивалась передачей по подводным кабелям или, иногда, ненадежными радиосигналами, отражавшимися от ионосферы.
Для тех, кто не знаком, ионосфера - это слой верхней атмосферы на высоте от 80 до 900 километров над уровнем моря. Она получила свое название, потому что ионизируется солнечным и космическим излучением.
Проще говоря, рентгеновское, ультрафиолетовое и коротковолновое излучение, испускаемое Солнцем (и другими космическими источниками), высвобождает электроны в этом слое атмосферы и эти конкретные фотоны поглощаются молекулами.
Поскольку плотность молекул и атомов в ионосфере (особенно в верхних слоях) довольно мала, это позволяет свободным электронам существовать в течение короткого периода времени, прежде чем в конечном итоге рекомбинировать. Ниже в атмосфере, где плотность молекул больше, эта рекомбинация происходит намного быстрее.
При чем здесь связь и радиоволны? Без помех радиоволны распространяются по прямой линии от источника вещания, в конечном итоге попадая в ионосферу. Что происходит после, зависит от множества факторов, в том числе от частоты волн и плотности свободных электронов.
Для определенных типов радиоволн при определенных условиях они будут отражаться взад и вперед между землей и ионосферой, распространяя сигнал все дальше и дальше.
Итак, очевидно, что ионосфера потенциально может играть важную роль в наземном радио и коммуникационном процессе. Но именно постоянно меняющаяся природа ионосферы делает вещи действительно интересными.
Начнем с того, что состав ионосферы наиболее резко меняется ночью, в первую очередь потому, что, конечно, Солнце ненадолго пропадает. Без такого обильного источника ионизирующих лучей уровни D и E ионосферы перестают быть сильно ионизированными, но область F (особенно F2) все еще остается достаточно ионизированной. Кроме того, поскольку атмосфера здесь значительно менее плотная, чем в областях E и D, это приводит к большему количеству свободных электронов (плотность которых здесь является ключевой).
Когда эти электроны сталкиваются с сильными радиоволнами определенных типов, такими как AM-радио, они потенциально могут колебаться на частоте волны, забирая при этом часть энергии радиоволны. При достаточном их количестве, как это может произойти в F-слое (когда плотность встречающихся электронов достаточна по сравнению с определенной частотой сигнала), это может очень эффективно преломлять сигнал обратно на Землю с достаточной силой, чтобы быть принятым приемником.
В зависимости от условий этот процесс может потенциально повторяться несколько раз, когда сигнал отскакивает от земли и возвращается обратно. Таким образом, с помощью этой небесной волны определенные радиосигналы могут распространяться даже на тысячи километров и, что наиболее важно для рассматриваемой темы, через океаны.
Конечно, учитывая непредсказуемость этой формы связи и, возможно, даже периоды, когда связь будет невозможна, военное руководство во время холодной войны искало другой варианта.
Разработанный в лабораториях Линкольна Массачусетского технологического института, проект первоначально назывался «Проект Вестфорд» профессором Уолтером Морроу в 1958 году, когда ему в голову впервые пришла эта идея.
Идея заключалась в том, чтобы разместить миллиарды микроскопически тонких медных антенн или диполей на средней околоземной орбите, которые будут использоваться для передачи сигналов на частоте 8 ГГц.
Первый набор из более чем ста миллионов игл был запущен 21 октября 1961 года, но, к сожалению, этот тест не удался, поскольку иглы не разошлись, как планировалось.
Во второй попытке, 9 мая 1963 года, партия из 350 миллионов игл была помещена на заднюю часть спутника ВВС и отправлена на орбиту. После того, как иглы рассредоточились, на этот раз должным образом, они распространились, образуя слабо концентрированный пояс с приблизительно 50 диполями на кубический километр.
Хотя вы можете подумать, что это не будет достаточно плотным, чтобы быть эффективным для использования в общении, на самом деле первые результаты эксперимента были чрезвычайно многообещающими: связь была установлена с использованием набора игл от Калифорнии.
Однако была проблема. Помимо Советов, союзники и даже американцы выступали против дальнейшего развертывания и продолжения этой программы.
Почему? В частности, астрономы опасались, что пояс помешает их наблюдениям.
Важно понимать контекст, поскольку США до и во время этого проекта совершили ряд вещей в космосе без надзора и международное сообщество было более чем немного расстроено. Например, представьте себе, что в середине этого времени Соединенные Штаты были заняты взрывом ядерной бомбы в верхних слоях атмосферы, повлиявшей на британский спутник.
Речь идет о спутнике Ariel-1, который был разработан как совместное предприятие между Соединенными Штатами и Великобританией, при этом Великобритания разработала и построила основные системы спутника, а НАСА запустило его на орбиту с помощью ракеты Thor-Delta.
Примерно через девять месяцев после запуска первой партии игл, 9 июля 1962 года, всего через несколько недель после того, как Ариэль-1 был выведен на орбиту и успешно начал передавать данные об ионосфере обратно на Землю, британские ученые были шокированы, когда датчики на борту Ариэль-1, предназначенный для измерения уровней радиации, внезапно стал давать очень высокие показания.
Как выяснилось позже, когда Ariel-1 благополучно вращался вокруг Земли, американские военные решили взорвать экспериментальное ядерное оружие мощностью 1,4 мегатонны под названием Starfish-Prime в верхних слоях атмосферы в рамках проекта Fish Bowl.
Взрыв, который произошел на другой стороне планеты от Ариэля-1, послал волну дополнительной радиации вокруг Земли, которая в конечном итоге повредила некоторые системы на Ариэле-1, особенно его солнечные панели.
Примечательно также, что взрыв Starfish должен был произойти двумя неделями ранее, 20 июня, но ракета, несущая его, потерпела неудачу на высоте около 9 километров. Как только это произошло, было инициировано самоуничтожение ядерной боеголовки, и она развалилась, израсходовав свои радиоактивные внутренности на острова Джонстон и Санд, а также в океан вокруг них.
Следует также отметить, что эффекты Starfish-Prime не ограничивались только низкой орбитой.
Электромагнитный импульс, созданный взрывом, оказался намного сильнее, чем ожидалось, и на Гавайях, примерно в 1400 километрах от взрыва, импульс выбил несколько сотен уличных фонарей и повредил телефонную систему.
Излишне говорить, что «Иглы в космосе» и другие подобные проекты вызвали у многих в международном сообществе озабоченность из-за отсутствия какого-либо надзора за деятельностью Соединенных Штатов в космосе.
