AN/FPS-17

Anteny AN / FPS-17 w Shemya na Alasce.

AN /FPS-17 był naziemnym systemem radarowym o stałej wiązce, który został zainstalowany w trzech lokalizacjach na całym świecie, w tym w bazie lotniczej Pirinçlik (dawniej stacji lotniczej Diyarbakir) w południowo-wschodniej Turcji , Laredo w Teksasie i na wyspie Shemya na Alasce.

System ten został wdrożony w celu spełnienia wymagań naukowych i technicznych w zakresie zbierania danych wywiadowczych podczas zimnej wojny . Pierwsza instalacja (oznaczona jako AN/FPS-17, XW-1) w Diyarbakir pierwotnie miała na celu obserwację poligonu rakietowego ZSRR w Kapustin Jar na południe od Stalingradu – zwłaszcza w celu wykrywania wystrzeliwanych rakiet. Uzyskane przez nią dane wykraczały jednak poza wymagania nadzoru, umożliwiając wyprowadzenie trajektorii pocisków, identyfikację wystrzelonych satelitów naziemnych, obliczenie efemerydy (pozycja i orbita) oraz synteza wydajności rakiet wspomagających. Sukces osiągnięty przez ten radar o stałej wiązce doprowadził do kolokacji radaru śledzącego (AN / FPS-79), począwszy od połowy 1964 roku. Razem te radary miały możliwość szacowania konfiguracji i wymiarów satelitów lub pocisków oraz obserwowania powrotu pojazdów załogowych lub bezzałogowych.

Druga instalacja FPS-17 została wykonana w Laredo w Teksasie, które było wykorzystywane głównie jako miejsce badań i rozwoju. Ostateczna instalacja operacyjna została wykonana na wyspie Shemya na Alasce do wykrywania pocisków.

Geneza

Eksperymenty z wykrywaniem pocisków przez zmodyfikowany radar SCR-270 w latach 1948 i 1949 w Holloman Air Force Base w Nowym Meksyku wraz z amerykańskimi doświadczeniami w stosowaniu komponentów dużej mocy w innych radarach stworzyły podstawę do przypuszczenia, że megawat- Radar znamionowy mógłby zostać wyprodukowany do pracy na znacznie większych odległościach niż kiedykolwiek wcześniej. Potrzeba wywiadu na temat radzieckich działań rakietowych była pilna, ustanowiono formalny wymóg dla takiego radaru, a Rzymskie Centrum Rozwoju Lotnictwa otrzymało odpowiedzialność za zaprojektowanie systemu.

W październiku 1954 General Electric , który miał doświadczenie w produkcji sprzętu VHF i radarów dużej mocy , otrzymał kontrakt na produkcję, instalację i testowanie tego, co miało być w tamtym czasie największym i najpotężniejszym działającym radarem na świecie. Kontrakt przewidywał, że sprzęt ma działać na Placu IX w pobliżu Diyarbakir w ciągu dziewięciu miesięcy: do 1 czerwca 1955 r. Budowa rozpoczęła się w lutym, a planowana data uruchomienia została przekroczona o piętnaście minut.

Oryginalną instalacją antenową był duży reflektor paraboliczny DS Kennedy o wysokości 175 stóp (53 m) i szerokości 110 stóp (34 m), promieniujący w zakresie częstotliwości od 175 do 215 megaherców. Początkowo używano standardowych nadajników telewizyjnych dużej mocy GE, zmodyfikowanych do pracy impulsowej.

Obserwację prowadzono za pomocą sześciu poziomych belek nad obszarem Kapustin Yar . W 1958 roku zainstalowano drugą antenę o wysokości 150 stóp (46 m) i długości 300 stóp (90 m) (zwaną anteną Cinerama) oraz nowe nadajniki o mocy 1,2 megawata jako część zestawu modyfikacyjnego, który zapewniał trzy dodatkowe wiązki poziome, a siedmiowiązkowy wentylator pionowy i większy zasięg.

Rozbudowany system obejmował obwody automatycznego alarmu, obwody wykrywające odległość i sprzęt do przetwarzania danych; był wyposażony do wykonywania fotograficznych zapisów wszystkich odbieranych sygnałów na taśmie 35 mm. Wstępna redukcja danych została dokonana na miejscu, ale ostateczne przetwarzanie zostało przeprowadzone w Wydziale Technologii Zagranicznych w Bazie Sił Powietrznych Wright Patterson .

Od 15 czerwca 1955 r., kiedy wykryto pierwszy sowiecki pocisk, do 1 marca 1964 r. odnotowano 508 incydentów (obserwacji), z czego 147 w ciągu ostatnich dwóch lat tego okresu.

Operacja

System Pirinçlik po 1958 roku miał osiem oddzielnych zestawów lub kanałów radarowych, każdy z własnym wzbudnikiem , nadajnikiem , duplekserem , odbiornikiem i jednostką wyświetlania danych. Te osiem kanałów dostarczało energię elektromagnetyczną do szesnastu nieruchomych wiązek utworzonych przez dwie anteny, przy czym każdy kanał lub kombinacja nadajnik-odbiornik była dzielona w czasie między dwie wiązki. Przełączniki napędzane pneumatycznie działały w cyklu trzysekundowym, zasilając naprzemiennie każdą wiązkę przez 1,5 sekundy. Były kanały antenowe dla dwóch dodatkowych wiązek, które można było zmusić do działania z pewną mozaiką w okablowaniu.

Wzór wiązki.

Zasilanie anteny zostało ustawione tak, aby wytworzyć w przestrzeni wzór wiązki przedstawiony na rysunku. Belki 1 i 18 to te, które zwykle nie są zasilane. Wiązki od 1 do 7 wykorzystywały starszą z dwóch anten; 8 do 18 zostały utworzone przez nowszą antenę „cinerama”, której szerokość 300 stóp (90 m) nadała im wąski wymiar poziomy.

Belki od 2 do 9 były wyświetlane w układzie poziomym; Liczby od 10 do 17 (chociaż 10 w rzeczywistości leży w rzędzie poziomym) zostały zgrupowane jako składowa pionowa. Wszystkie wiązki z każdej grupy były zasilane jednocześnie. Z wyjątkiem sterowania przez główny sygnał taktowania, każdy z ośmiu kanałów działał niezależnie od pozostałych. Każdy nadajnik był na nieco innej częstotliwości, aby zapobiec interakcji z innymi. Transmitowany impuls o długości 2000 mikrosekund został zakodowany lub oznaczony, przechodząc przez linię opóźniającą, która może odwracać fazę w odstępach 20-mikrosekundowych. Po odebraniu zwrócony sygnał był przepuszczany przez tę samą linię opóźniającą i kompresowany 100:1 do 20 mikrosekund w celu zwiększenia dokładności i rozdzielczości pomiaru zasięgu, który był oczywiście funkcją odstępu między transmisją a powrotem.

Linia opóźniająca była sztucznym objazdem transmisji, który służył do opóźnienia sygnału, składającym się z szeregowych indukcyjności i równoległych pojemności, które dawały stałe opóźnienie. Punkty przechwytywania w odstępach 20-mikrosekundowych pozwoliły na wyodrębnienie tych podimpulsów w takiej kolejności, że wszystkie docierają razem, aby uzyskać efekt kompresji.

Diagram ten przedstawia wzór wiązki nałożony na obszar docelowy.

Całkowite pokrycie azymutalne wynosiło od 18° do 49,7°. System normalnie wykrywał pociski lub satelity wystrzeliwane z Kapustin Jar z nominalnego zasięgu 800 mil morskich (1500 km); wyśledził jeden typ pocisku aż do 1625 mil morskich (3010 km). Pociski i satelity nie zostały wykryte w ich maksymalnym zasięgu wykrywania, ponieważ zasięg konfiguracji stałej wiązki nie był zgodny z układem zasięgu testowego.

Charakterystyki elektryczne każdego z kanałów były następujące:

Częstotliwość .............................. 175-215 megaherców Moc szczytowa na wiązkę .......... ........... 1,2 megawata Długość impulsu .............................. 2000 mikrosekund Częstotliwość powtarzania impulsu .. .............. 30 cykli na sekundę Cykl pracy (część transmisji w czasie) 0,06 Szerokość wiązki (wydłużona w poziomie) ..... 2,5° x 1,8° Szerokość wiązki (pionowo) wydłużony) ...... 1° x 2° Współczynnik kompresji impulsu .................. 100:1 Dokładność zasięgu .................. ............... w promieniu 5 mil morskich (9 km)

Aby zilustrować, w jaki sposób obliczana jest wydajność systemu, możemy wziąć typowe logi, które pokazują na przykład kanał 4 działający z następującymi parametrami:

Szczytowa moc wyjściowa ............... 1,0 megawata Minimalny dostrzegalny sygnał ..... 130 decybeli poniżej jednego miliwata Częstotliwość .............. ..... 192 MHz

Maksymalny zasięg zdolności przechwytywania kanału 4 dla celu o przekroju jednego metra kwadratowego jest następnie określany za pomocą tych parametrów w równaniu zasięgu radaru

{\ Displaystyle R = \ lewo [{\ Frac {P_ {t} \, G ^ {2} \, \ lambda ^ {2}\,A}{(4\,\pi )^{3}\,\sigma _{min}}}\right]^{1 \ponad 4}\,\!}

Gdzie:

${\ Displaystyle R \, \!}$ to zasięg w metrach
${\ Displaystyle P_ {t} \, \!}$ to moc szczytowa przesyłana w watach
$.$ anteny w stosunku do promiennika izotropowego (dookólnego)
${\ Displaystyle \ lambda \, \!}$ to długość fali w metrach
${\ Displaystyle \ sigma _ {min} \, \!}$ to minimalny dostrzegalny sygnał w watach
${\ displaystyle A \, \!}$ to docelowy rozmiar w metrach kwadratowych

zastępowanie,

{\ Displaystyle \ lambda = {\ Frac {c} {f}} \, \!}

Gdzie:

${\ displaystyle c \, \!}$ to prędkość światła w metrach na sekundę
${\ Displaystyle f \, \!}$ to częstotliwość w hercach (1/s)

{\ Displaystyle \ lambda = {\ Frac {3 \ razy 10 ^ {8} \, \ operatorname {m / s}} {192 \ razy 10^{6}\,\mathrm {Hz} }}=1,56\,\mathrm {m} \,\!}

konwersja.

{\ Displaystyle \ sigma _ {min} = -130 \, \ operatorname {dBm} = 10 ^ {-130/10 }\,\mathrm {mW} =10^{-16}\,\mathrm {W} \,\!}

I

{\ Displaystyle R = \ lewo [{\ Frac {10 ^ {6} \, \ operatorname {W} \times 5000^{2}\times \left(1,56\,\mathrm {m} \right)^{2}\times 1\,\mathrm {m} ^{2}}{12,57^{3 }\times 10^{-16}\,\mathrm {W} }}\right]^{1 \ponad 4}\,\!}

Zasięg = 4184 kilometrów (2260 mil morskich).

Obserwacje wykonane przez system stałej wiązki obejmowały strzały pionowe (dla pojazdów badawczych w górnej atmosferze lub kasie wspomagającej), pociski balistyczne wystrzelone na nominalną odległość 650 mil morskich (1200 km), 1050 mil morskich (1940 km) i Obszary uderzenia o długości 2000 mil morskich (3700 km), wystrzeliwanie satelitów Kosmosu , orbitujących satelitów i naturalne nieprawidłowości, takie jak zaburzenia jonosferyczne lub zorza polarna .

Pomiary i obróbka

Dane dotyczące docelowych pocisków lub satelitów rejestrowano w każdym kanale radaru, fotografując pięciocalowy (127 mm) oscyloskop z modulacją intensywności z otwartą migawką aparatu na filmie 35 mm poruszającym się około pięciu cali na minutę. Zasięg pojedynczego celu był reprezentowany przez jego położenie na całej szerokości filmu, czas przez kod kreskowy wzdłuż długości. Oprócz tych informacji o położeniu, przybliżona prędkość radialna celu (prędkość w kierunku obserwacji) została określona przez pomiar Dopplera przesunięcie częstotliwości sygnału radarowego po jego powrocie. Stwierdzono, że przesunięcie Dopplera mieści się w granicach 500 cykli, określając, który z osiemnastu filtrów częstotliwości obejmujących kolejne pasma o szerokości 500 cykli na sekundę przepuszczał sygnał zwrotny. Ten pomiar prędkości radialnej przebiegał od -4 do -f-4 mil morskich (7 km) na sekundę w krokach co 0,219 mili morskiej (0,406 km). Wszystkie te dane, wraz z wysokością i azymutem wiązki obserwacyjnej, były automatycznie konwertowane do postaci szeregowej, kodowane w standardowym dalekopisu i dziurkowane na taśmie papierowej w celu transmisji.

W ten sposób dane zostały otrzymane w Wright-Patterson Foreign Technology Division (FTD) najpierw za pomocą teleprintera, a następnie na kliszy, przy czym tej ostatniej towarzyszyły dzienniki zawierające dane dotyczące celu odczytane przez personel obiektu oraz dane dotyczące wydajności sprzętu, takie jak szczytowa moc transmisji, częstotliwość, i czułość odbiornika. Po przyjeździe film został zmontowany i oznaczony w celu ułatwienia czytania na sprzęcie "Oscar" (wstępna obróbka). Cele posortowano według różnic w zakresie i szybkości zmiany zakresu, a zwroty z każdego z nich ponumerowano w sekwencji czasowej.

Sprzęt FTD Oscar składał się z czytnika filmów, który podawał dane czasu i zasięgu w postaci analogowej, konwertera, który zmieniał je na postać cyfrową, oraz dziurkacza kart drukarskich IBM, który odbierał dane cyfrowe. Sprzęt Oscar i operator ludzki wygenerowali w ten sposób talię kart IBM do przetwarzania komputerowego, która zawiera historię pozycji każdego celu w czasie.

Pierwszym krokiem w przetwarzaniu komputerowym było przełożenie jednostek Oscara na rzeczywisty zasięg radaru, czas „Z” (średni Greenwich) i numer wiązki, przy czym ten ostatni ustalał azymut i elewację powrotu. Na tym pierwszym etapie na każdej karcie IBM przeprowadzono trzy oddzielne kontrole jakości, aby wyeliminować błędne dane.

krzywej wielomianu drugiego stopnia do surowych danych dotyczących zakresu/czasu zgodnie z kryterium najmniejszych kwadratów. W tej metodzie funkcja matematyczna była dopasowana do najlepszego przybliżenia serii obserwacji, w której suma kwadratów jej reszt (odchylenia od danych surowych) była najmniejsza. Jeśli występowały systematyczne nieprawidłowości w wiarygodności danych, reszty były odpowiednio ważone.

Ustalono odchylenie standardowe od tej krzywej i odrzucono każdy surowy punkt odniesienia wykazujący odchylenie tak duże, jak trzykrotność standardu. Następnie krzywe drugiego stopnia podobnie dopasowano do danych azymut/czas i wysokość/czas. Trzy wielomiany drugiego stopnia – dla zasięgu/czasu, azymutu/czasu i wysokości/czasu – zostały użyte do wygenerowania wartości położenia i prędkości w średnim czasie obserwacji, a na podstawie tych wartości wstępne oszacowanie eliptycznego wykonano trajektorię.

Przy obliczaniu toru eliptycznego Ziemia jest fizycznie traktowana jako obracająca się jednorodna kula, a geometrycznie jako elipsoida — to znaczy jej wybrzuszenie równikowe jest ignorowane w obliczeniach grawitacyjnych, ale nie w odniesieniu do przecięć jej powierzchni. Elipsa nieprzecinająca powierzchni Ziemi reprezentuje orbitę satelity; jedna przecinająca powierzchnię Ziemi opisuje trajektorię powyżej punktu przecięcia.

Parametry elipsy są iterowane z komputerem, ustanawiając najlepiej dopasowaną elipsę ograniczoną przez ważone kryterium najmniejszych kwadratów. Wzdłuż tej elipsy obliczany jest tor lotu celu - historia w czasie szerokości i długości geograficznej, wysokości oraz takich parametrów prędkości i kąta, jakie mogą być interesujące. Rzeczywisty zasięg pocisku jest prawdopodobnie krótszy niż jego obliczona trajektoria ze względu na jego nieeliptyczną ścieżkę pchnięcia i opór atmosferyczny po jego ponownym wejściu. Różnica jest rzędu 10 mil morskich (19 km) do 25 mil morskich (46 km) dla pocisków krótkiego i średniego zasięgu, 50 mil morskich (93 km) dla międzykontynentalnych międzykontynentalnych rakiet balistycznych .

Laredo w Teksasie

GE i Siły Powietrzne uznały potrzebę przeprowadzenia dalszych badań, rozwoju i testów, które nie byłyby możliwe w miejscu operacyjnym w Turcji, więc podobny FPS-17 został zainstalowany w pobliżu Laredo w Teksasie, aby ułatwić tę pracę. Lokalizacja była czasami znana jako Laredo Test Site, Laredo Tracking Site lub Laredo AFS, ale nie należy jej mylić z Laredo AFB. Witryna została uznana za operacyjną 29 lutego 1956 r., A mechaniczny tracker, oznaczony AN / FPS-78, został dodany około 1960 r. Witryna została zamknięta w 1962 lub 1963 r. Niektóre dokumenty twierdzą, że Laredo było pierwszym FPS-17, ale wydaje się, że pochodzi od okres, w którym istnienie Diyarbakira było ściśle strzeżoną tajemnicą.

Laredo FPS-17 przechodził z biegiem czasu liczne rekonfiguracje. Odbłyśnik anteny był taki sam, jak początkowa antena FPS-17 Diyarbakira, ale numery tub zasilających i konfiguracje zmieniały się kilka razy (ciekawostką jest, że żadne z trzech miejsc FPS-17 nie było dokładnie takie same). Laredo śledził pociski z White Sands i przeprowadzał eksperymenty w wykrywaniu, efektach meteorów, efektach propagacji jonosfery i testowaniu sprzętu.

Wyspa Shemya na Alasce

Radzieckie testy rakiet na Kamczatkę pod koniec lat pięćdziesiątych XX wieku zwiększyły zainteresowanie wyspą Shemya na Alasce na zachodnich Aleutach jako miejscem monitorowania testów rakietowych z dalekiego północno-wschodniego Związku Radzieckiego. Stare obiekty zostały odnowione i zbudowano nowe na wyspie, w tym duży radar wykrywający (AN / FPS-17), który zaczął działać w 1960 r. Każdy z trzech reflektorów anteny był podobny do początkowego FPS-17 w Diyarbakir, ale zatrudniony inny układ rogów podajnika i metoda skanowania wiązką. W 1961 roku AN/FPS-80 w pobliżu zbudowano radar śledzący. Blue Fox odnosi się do modyfikacji radaru śledzącego AN / FPS-80 do konfiguracji AN / FPS-80 (M) w 1964 r. Radary te zostały zamknięte w latach 70. XX wieku, kiedy zbudowano radar z układem fazowym Cobra Dane do monitorowania testów rakietowych . Shemya został przemianowany ze stacji Sił Powietrznych na bazę Sił Powietrznych w 1968 roku.

Radar wykrywający AN/FPS-17 w Shemya AFB zaczął działać w maju 1960 r., A radar śledzący AN/FPS-80 zaczął działać 1 kwietnia 1962 r.

Blue Nine odnosi się do projektu, w ramach którego wyprodukowano zestaw radaru śledzącego AN / FPS-79 zbudowany przez General Electric, używany z systemem inteligencji elektromagnetycznej Air Force 466L (ELINT).

Następstwa

Miejsce obserwacji kosmosu Diyarbakir obsługiwało radar wykrywający (FPS-17) i radar śledzący (FPS-79) w latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych XX wieku. Gdyby nowy obiekt kosmiczny został wykryty przez fanów radaru wykrywającego, radar śledzący mógłby zostać zorientowany, aby uzyskać namierzenie i śledzenie. Orientacją rządziła znajomość astrodynamicznych praw ruchu odpowiedniego „normalnego” obiektu lub założenie co do punktu startu. Tak więc, jeśli wykryto nieznany obiekt i podążał on nietypową ścieżką, było mało prawdopodobne, aby można go było lub można było wyśledzić. Ponadto kierownik radaru mógł podjąć decyzję, że wykryty nieznany obiekt nie jest interesujący (ze względu na miejsce penetracji wentylatora FPS-17 lub brak wcześniejszej informacji o ewentualnym nowym wystrzeleniu). W przypadku braku penetracji wentylatora wykrywającego (wentylator miał raczej ograniczony zasięg), radar śledzący FPS-79 miał za zadanie podążać za innymi obiektami kosmicznymi zgodnie z harmonogramem dostarczonym przez Centrum Obrony Kosmicznej i znowu nie było prawie żadnego prawdopodobieństwa, że anomalny obiekt może zostać wyśledzony lub zostanie wyśledzony.

Sukces technologii FPS-17 doprowadził bezpośrednio do opracowania większego i potężniejszego systemu ostrzegania przed pociskami balistycznymi (BMEWS). Prototypy radarów wykrywających i śledzących BMEWS powstały na wyspie Trynidad, a instalacje operacyjne wykonano w Thule na Grenlandii; Jasne, Alaska; i Fylingdales Moor w Wielkiej Brytanii.

Stanley G. Zabetakis, John F. Peterson. RADAR DIYARBAKIR — wycieczka po jednym z systemów śledzenia lotów kosmicznych . dokument Centralnej Agencji Wywiadowczej ZATWIERDZONY DO PUBLIKACJI 1994; CIA HISTORICAL REVIEW PROGRAM 2 LIPCA 96. Center for the Study of Intelligence, Wysłano: 2007-05-08.
Johnson, major A. Postęp w obronie i kosmosie: historia grupy lotniczej General Electric Company , 1993.