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太陽輻射監測衛星二號

太陽輻射監測衛星二號（英語：SOLRAD 2）是集電子監控、太陽X射線和紫外線觀測功能於一體的科學衛星，是美國海軍研究實驗室的第二顆太陽輻射監測衛星。衛星的電子監控元件屬銀河輻射和背景計劃，目標是繪製蘇聯防空雷達網；太陽光譜觀測元件屬太陽輻射監測衛星計劃，除科研用途外還需掩護銀河輻射和背景計劃。

太陽輻射監測衛星二號
太陽輻射監測備用衛星（與太陽輻射監測衛星二號類似）
任務類型太陽X射線
運營方美國海軍研究實驗室
國際衛星標識符1960-F16
太空飛行器屬性
太空飛行器類型SOLRAD
製造方美國海軍研究實驗室
發射質量40英磅（18公斤）
尺寸外徑20英寸（51公分）
功率6 瓦
任務開始
發射日期1960年11月30日
19時50分 UTC
運載火箭雷神-艾布爾星（英語：Thor-Ablestar）1型
發射場卡納維拉角空軍基地 LC-17B
承包方道格拉斯飛行器公司
任務結束
丟棄形式升空過程中人為炸毀
毀損日期1960年11月30日
軌道參數
參照系地心軌道（計畫）
軌域近地軌道
近地點930 公里
遠地點930 公里
傾角66.7°
週期100 分

蘇聯於1957年部署火控雷達控制的S-75地對空飛彈，使美國飛機侵入蘇聯領空時的風險大幅增加，美國空軍的電子偵察機只能提供該國外圍雷達信息。美國海軍研究實驗室提出的衛星方案剛獲德懷特·艾森豪總統批准就因《紐約時報》洩密中止，但又在加強安全管控後重啟。馬丁·沃塔等十餘名工程師和科學家協作設計太陽輻射監測衛星，隨著法蘭西斯·加里·鮑爾斯駕駛的U-2偵察機在蘇聯領空被擊落，艾森豪很快批准發射太陽輻射監測衛星一號。

1960年11月30日，太陽輻射監測衛星二號與子午儀3A衛星一起隨雷神DM-21艾布爾星火箭升空，但因推進器第一級提前熄火，火箭偏離軌道，地面發射中心為防萬一下令炸毀。殘骸落入古巴境內並招來該國政府的正式抗議，太陽輻射監測衛星二號從古巴流入中華人民共和國，推動東風-5型洲際彈道飛彈研究。受此次事件影響，後來的太陽輻射監測衛星調整飛行路線，不再經過古巴上空。

背景

 
位於子午儀2A衛星頂部的太陽輻射監測衛星一號和四名主創人員，從左至右分別是馬丁·沃塔、喬治·克朗米勒、阿爾弗雷德·R·康諾弗，以及羅伊·A·哈丁[1]

1957年，蘇聯開始部署扇歌火控雷達控制的S-75地對空飛彈，令美國轟炸機侵入蘇聯領空的危險程度加大。美國空軍開始出動電子偵察機在蘇聯邊境附近活動，希望能逐步確定這些雷達的大致方位和各自工作頻率。通過這種方法可以提供蘇聯外圍地區的雷達信息，但無法深入內陸。軍方還曾嘗試通過無線電望遠鏡尋找月球偶爾反射的蘇聯雷達信息，但事實證明這種方法不足以解決問題。[2]:362

1958年3月[3]:4，美國海軍研究實驗室正全力推進旨在為美國海軍發射人造衛星的先鋒計劃（Project Vanguard），實驗室工程師里德·D·梅奧（Reid D. Mayo）判斷，先鋒計劃的衍生產物可以用於繪製蘇聯飛彈發射場地圖。梅奧曾為潛艇開發反潛飛機躲避系統，可以提前發現飛機雷達信息後規避。該系統體積小巧，機械結構堅固，可以經過改裝適應先鋒衛星框架。[2]:364

梅奧將構想告知實驗室對策部主任霍華德·洛倫岑（Howard Lorenzen），後者在國防部遊說。梅奧的設想在六個月後獲批，代號「告密者」（Tattletale）。[2]:3641959年8月24日，德懷特·艾森豪同意全力推進該計劃[3]:4。

信息遭《紐約時報》洩露後，艾森豪取消計劃，但在加強安全措施後以新代號「核桃」（Walnut）重啟，衛星部件代號「DYNO」[1]:140, 151，為避免再度洩密，不但監督更嚴，而且只有「必須知曉」的人員才能獲得信息[4]:2。

此時美國的太空發射不屬機密[5][6]，為避免預期目標發現「DYNO」執行電子監視任務，最好能在衛星發射同期執行共享空間聯合飛行掩護任務[7]:300。

針對太陽電磁波譜的研究為發射「DYNO」提供理想掩護機遇。美國海軍此前就想確定太陽耀斑是否會導致無線電通信中斷[7]:300，以及紫外線和X射線輻射對衛星和太空人究竟有多大危害[8]:76。受地球大氣層阻擋，地面觀測站無法獲得所需數據。同時，太陽光譜輸出無從預測而且波動劇烈，所以亞軌道探空火箭也不能有效完成觀測任務，只有衛星才能持續長時間研究完整的太陽光譜。[9]:5–6, 63–65[10]

 
如上圖所示，上層大氣會阻擋伽馬射線，X射線和紫外線，大部分紅外光譜也會被大氣吸收

海軍實驗室已經在1959年發射先鋒三號形式的專用太陽觀測衛星，上有X射線和紫外線探測器，但在范艾倫輻射帶的背景輻射下已經完全飽和[9]:63。海軍實驗室工程師馬丁·沃塔（Martin Votaw）帶領尚未轉移到美國國家航空暨太空總署的先鋒計劃工程師和科學家組成團隊，一起根據先鋒計劃開發DYNO衛星[11]。已有兩種用途的衛星更名「銀河輻射和背景」（Galactic Radiation And Background，簡稱GRAB），又稱「銀河輻射實驗背景」（Galactic Radiation Experiment Background，簡稱GREB），同時衛星又以科研功能命名為「太陽輻射監測」（SOLRAD），是太陽輻射（SOLar RADiation）的簡稱[1]:142, 149[7]:300。

1960年4月13日，美國在子午儀1B衛星上附加太陽輻射監測衛星質量模擬器並一起成功發射[7]:301，證明雙衛星發射技術已經成熟[12]。同年5月1日，法蘭西斯·加里·鮑爾斯駕駛的U-2偵察機在蘇聯領空被擊落，證明飛機監視十分危險。5月5日，艾森豪總統批准發射太陽輻射監測衛星。[13]:321960年6月22日，太陽輻射監測衛星一號進入軌道，成為人類歷史上首枚監視衛星，也是首枚觀測太陽X射線和紫外線的衛星[7]。

太空飛行器

 
標識主要外部特徵的太陽輻射監測衛星一號

太陽輻射監測衛星二號與前身太陽輻射監測衛星一號基本相同[14]，衛星呈球形，直徑51厘米[8]，雖然承載的科學實驗功能完全相同，但卻只有18公斤重，比19.05公斤的太陽輻射監測衛星一號略輕[4]，採用六個圓形太陽能電池片供電[4]:a1-4。太陽能電池為九個串聯起來的D電池供電，共計產生12伏特電壓[4]:10和六瓦特功率[13]:32。

衛星的太陽輻射監測元件包括兩個萊曼阿爾法光度計（一氧化氮電離室），用於研究1050至1350埃格斯特朗波長範圍的紫外線，還有一個X射線光度計（氬電離室），可研究2至8埃格斯特朗波長範圍的X射線，這些設備都安裝在衛星赤道周圍[15]。與太陽輻射監測衛星一號一樣，太陽輻射監測衛星二號也在適當位置安裝永磁鐵，迫使帶電粒子偏離檢測器窗口，解決先鋒三號任務遇到的飽和問題[9]:64–65。

銀河輻射和背景監控設備用於檢測下方直徑6500公里的圓形區域[1]:108，監視在S波段（1550至3900兆赫茲）廣播的蘇聯防空雷達[13]:29, 32。衛星上的接收器已調到接近雷達頻率，接收器的信號輸出可以觸發太空飛行器上獨立的甚高頻發射機。經過蘇聯上空期間，衛星會在接收到飛彈雷達脈衝後立即向接收範圍內的美國地面站轉播，地面站記錄信息並發送到海軍實驗室分析。雖然銀河輻射和背景配備的是全向接收器，但多次尋找相同信號，並與衛星已經確知的位置對比，就可以推斷出雷達的大致方位和準確的脈衝重複頻率。[3]:4–7[1]:108

 
美國國家安全局數據縮減，表明衛星下行鏈路信息經過各層處理後所獲情報

遙測數據通過太陽輻射監測衛星赤道上四條長63.5厘米的鞭狀天線傳送[8]:76，科學遙測的傳送頻率是108兆赫茲[8]:78，這也是先鋒計劃使用的國際地球物理年標準頻率[16]:84, 185。地面指令和電子監控數據通過小型天線在139兆赫茲頻率收集[3]:7。地面獲得的信息記錄在磁帶上並寄回海軍實驗室，經評估、複製，再轉交位於馬里蘭州陸軍米德堡（Army Fort Meade）的美國國家安全局，以及位於內布拉斯加州奧馬哈奧夫特空軍基地（Offut Air Force Base）的戰略空軍司令部分析和處理[17]。

與早期大部分自動太空飛行器一樣，太陽輻射監測衛星二號雖能穩定自旋[7]:300，但缺乏主動姿態控制系統，所以只能掃描整個天空，無法聚焦特定信息源[9]:13。為了讓科學家能順利解讀太陽輻射監測衛星二號探測的X射線來源，衛星上裝有真空光電管，用於確認太陽光譜撞擊光度計的時間，以及陽光照射光度計的角度[9]:64。

任務

 
用於發射太陽輻射監測衛星二號的雷神DM-21艾布爾星火箭，攝於發射當天

1960年11月，沃塔與團隊其他成員把太陽輻射監測衛星二號的技術部件裝進各自汽車後備箱，從位於華盛頓哥倫比亞特區的海軍實驗室總部運到卡納維拉角，受不久前發生的劫機飛往古巴事件影響，大家根據就沒有考慮空運。抵達目的地後，眾人在卡納維拉角西側的機庫設立臨時地面工作站。衛星助推器由283號雷神火箭第一期和艾布爾星006火箭第二期組成，豎立位置距卡納維拉角LC17B發射台約有4800米。[18]

1960年11月30日發射當日，發射裝置出現許多小故障，導致倒計時反覆停頓並持續數小時之久，海軍實驗室的工作人員甚至開設賭局，讓眾人估計發射時間投注[18]，最終太陽輻射監測衛星二號與子午儀3A衛星都在協調世界時19:50飛上晴朗的天空[12]。原訂持續燃燒163秒的雷神第一級火箭提前熄火，雖然衛星仍然有望進入預定軌道，但為防萬一，發射站安全主任下令炸毀已經相互分離的第一和第二級推進器[18]。

太陽輻射監測衛星二號的入軌路徑和太陽輻射監測衛星一號相同，都會經過加勒比的古巴上空[19]。火箭殘骸落入古巴最東端的東方省境內，位於美國關塔那摩灣海軍基地西北方向。根據古巴陸軍位於奧爾金的哨站匯報，殘骸掉落範圍約518平方公里，軍方取得「兩個完整球體，兩個圓錐形裝置和多個氣缸」，上有英語銘文。其中一塊回收的殘骸是「約40磅（18.14公斤）的密封球體」。由於先鋒TV-3衛星（Vanguard TV-3）沒有被爆炸摧毀，估計古巴軍方取得的就是太陽輻射監測衛星二號。各種殘骸接下來送至位於帕爾馬索里亞諾的古巴陸軍總部。根據1988年公布的中國政府文件，古巴將部分殘骸賣給中華人民共和國，用於輔助設計第二期東風-5型洲際彈道飛彈。[18]

古巴政府抗議此次事件：古巴官方報紙《革命報》指控美國的挑釁行為，政府廣播電台譴責此舉旨在推翻卡斯楚政權，該國政府還正式向聯合國投訴。美國為此推遲飛行路線經過古巴上空的太空飛行器發射，改善卡納維拉角的發射站安全系統，[18]後來的太陽輻射監測衛星發射路線朝北改道，不再經過古巴上空[20]。

影響

太陽輻射監測/銀河輻射和背景衛星此後還經過三次發射，其中最後一次是1962年4月26日發射的太陽輻射監測衛星四B號。全部五次任務中只有太陽輻射監測/銀河輻射和背景衛星一號和太陽輻射監測/銀河輻射和背景衛星三號成功，其他均未抵達軌道。1962年，美國所有高空偵察項目均由美國國家偵察局管理，該機構決定從1962年7月開始配備代號「罌粟」（POPPY）的新一代衛星繼續並擴展銀河輻射和背景任務。[1][4]電子間諜衛星不再承擔太陽輻射監測衛星的實驗任務，而是獨立配備衛星，但仍與「罌粟」衛星共同發射，為「罌粟」提供一定程度的掩護[12]。從1965年11月發射的太陽輻射監測衛星八號開始，最後五顆太陽輻射監測衛星都是獨立發射的科學衛星，其中三枚還擁有美國國家航空暨太空總署的探索者計劃編號。最後一枚太陽輻射監測衛星於1976年升空，全系列衛星共計13枚。[7]此外，銀河輻射和背景計劃於1998年解密[20]。

參見

  航天主題

參考資料

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