戴安娜計劃
雷達天文學
保密
美國陸軍小中校·約翰·h·德維特
1946
無線電信號從月球反射回來，接收反射回來的信號。
1940年代，美國和匈牙利的研究人員首次從月球上反彈雷達波，還有人首次對流星進行了系統的雷達研究。這些實驗構成了用雷達對太陽系的初步探索。要了解雷達天文學的開端，首先要考察雷達在無線電中的起源、電離層研究的決定性作用以及二戰引發的雷達技術的飛速發展。
早在1922年6月20日，在紐約電氣工程師協會和無線電工程師協會的聯席會議上，無線電先驅吉列爾莫·馬可尼就建議使用無線電波來探測船只。正如赫茲第壹次展示的那樣，電波可以被導體完全反射。在我的壹些測試中，我註意到數英裏外的金屬物體對這些波的反射和偏轉的影響。
應該有可能設計出壹種裝置，使船只能夠向任何需要的方向發射或投射這些射線的發散光束。如果這些射線遇到金屬物體(如另壹艘船或艦艇)，就會被反射回接收器，接收器會從發送船上的本地發射器中篩選出來，從而立即顯示另壹艘船在大霧或密集天氣中的存在和方位。這種安排的另壹個優點是，即使這些船只沒有配備任何種類的無線電，它也可以警告船只的存在和方位。
到1939年9月，德國入侵波蘭(“鵝罐頭”行動:“正經”雅利安人最可靠的“假旗”行動)，二戰正在進行，日本、法國、意大利、德國、英國、匈牙利、俄羅斯、荷蘭、加拿大、美國都可以用無線電探測定位測量技術狀態。雷達不是發明，而是從實驗室工作臺發展到工廠車間，是無線電技術的不斷改進和完善。在日本、歐洲和北美，雷達的出現或多或少是同時發生的，而不是全球無線電研究的結果。
雖然雷達在第二次世界大戰中獲得了壓倒性的認可，但歷史學家肖恩·索斯(Sean S. Soth)認為，1930年代後期高性能和遠程飛機的興起將推動先進無線電導航設備的設計，包括雷達，即使沒有戰爭。然而更重要的是，電離層研究促進了60年代和60年代雷達的發展。正如歷史學家亨利·古拉克指出的那樣，“雷達是由熟悉電離層的人開發的。這是壹個相對簡單的軍事用途，壹個眾所周知的科技改編，雷達的發展——同時出現在許多不同的國家。”
電離層研究在雷達史和後來的雷達天文學中占有重要地位。電離層研究是英國軍用雷達及其首批雷達研究人員和研究機構的必備技術。正如我們將看到的，戰後，電離層研究也促進了雷達天文學的出現。壹個典型的例子是首次在月球上成功的雷達實驗。在實驗室主任德維特的指導下，這個實驗是在新澤西州貝爾馬附近的陸軍埃文斯信號實驗室用通信兵設備進行的。
約翰·h·德維特(John H. Devit)出生於田納西州納什維爾，曾在範德比爾特大學工程學院學習兩年。範德比爾特沒有開設電氣工程課程，因此德維特輟學，以滿足自己對廣播和業余無線電的興趣。納什維爾第壹個無線電臺建成後，1929年，德維特加入了紐約貝爾電話實驗室的技術人員，在那裏他設計了無線電發射機。1932年，他回到納什維爾，成為WSM電臺的首席工程師。德維特對卡爾·揚斯基發現的“宇宙噪音”很感興趣。他建造了壹架射電望遠鏡，搜尋來自銀河系的無線電信號。
1940年，Dewit試圖通過反射來自月球的無線電信號來研究地球的大氣層。他在筆記本上寫道:“我突然想到，從月球反射超短波是可能的。如果能做到這壹點，將為研究高層大氣開辟廣闊的可能性。據我所知，還沒有人從地球上發射波，並在整個地球大氣層中測量它們的返回。”
5月20日晚，德威特試圖利用為WSM電臺配置的接收器和80W發射器，在月球上反射138 MHz (2m)的無線電波，但由於接收器不夠靈敏，他失敗了。
1942年，在加入新澤西州惠普尼貝爾電話實驗室(Whipanibel Telephone Laboratory)的工作人員為海軍設計雷達天線後，德維特被任命為埃文斯信號實驗室的執行官，後來擔任主任。
戴安娜計劃在新澤西州沃爾鎮(蒙茅斯堡的壹部分)埃文斯營的壹個實驗室裏建造壹個大型發射機、接收機和天線陣列。發射機是二戰時期高度改進的SCR-271雷達裝置。在1.4秒的脈沖下，以111.5 MHz的頻率提供3000瓦的功率，應用於天線。這是壹個由8×8半波偶極子陣列組成的“彈簧”反射陣列天線。反射信號在大約2.5秒後被接收，並且接收器補償多普勒調制的反射信號。天線只能在方位上旋轉，所以只有在月亮升起和落下的時候，當月亮穿過壹個寬度為15度的波束，天線的仰角是水平的時候，才能進行嘗試。當月亮經過天線方向圖的每個波瓣時，每次會被觀測40分鐘左右。
8月1945，10，美國向日本發射第二顆原子彈後的第二天，兩國軍事敵對行動停止。Devit沒有立即停止作業。他開始計劃他的“寵物計劃”，在月球上反射無線電波。他以羅馬神話中的月亮女神命名這個項目為“戴安娜”。
1945年9月，德維特召集了他的團隊:哈羅德·d·韋伯博士、赫伯特·p·考夫曼博士、e·金·斯托多拉和傑克·莫芬森。實驗室理論研究組的Walter S. mcphee博士計算了月球的反射率，天線和機械設計組、研究組和其他實驗室組的成員也做出了貢獻。
沒有人試圖專門為實驗設計主要部件。接收機、發射機和天線的選擇基於現有設備，包括無線電先驅埃德溫·H·阿姆斯特朗(Edwin H Armstrong)為信號兵設計的特殊晶體控制接收機和發射機。晶體控制提供頻率穩定性，設備提供所需的功率和帶寬。地球和月球的相對速度使得回波信號與發射信號相差300 Hz，這就是所謂的多普勒頻移。窄帶接收器允許調諧到回波的精確無線電頻率。正如德維特後來回憶的那樣:“我們意識到月球的回聲非常微弱，因此我們必須使用非常窄的接收器帶寬來將熱噪聲降低到可容忍的水平...我們每次都必須調整接收器的頻率，使其與發射的頻率略有不同，因為地球的自轉和徑向速度會對當時的月球產生多普勒頻移。
在9英寸的陰極射線管上，接收到的回聲既是視覺的也是聽覺的，也就是180 Hz的嘟嘟聲。天線是壹對“彈簧”天線，來自壹個SCR-271固定雷達，並排放置形成32偶極子陣列天線，安裝在30米(100英尺)的塔上。天線只有方位控制，找更好的機構不現實。所以實驗僅限於月亮的升降。
1946 65438+10月10，小中校·約翰·h·德維特在新澤西的蒙茅斯堡使用“彈簧”桅桿天線，美國陸軍通信兵，反射月球上的雷達回波。SCR-271固定雷達的兩個天線並排放置，形成32偶極子陣列天線，安裝在100ft (30m)的塔臺上。
信號員試了幾次，但都失敗了。“設備非常混亂，”德維特回憶道。最後，在1946 1:48 10月10的早晨，月亮升起的時候，他們把天線對準地平線，開始發射信號。具有諷刺意味的是，德維特沒有出席:“我在貝爾馬吃了午飯，在藥店買了壹些東西，比如香煙”。
第壹個信號是在165438+淩晨0: 58探測到的，實驗在下午12: 09結束，此時月球離開了雷達範圍。無線電波從新澤西到月球往返大約需要2.5秒，距離超過80萬公裏。這個實驗在接下來的三天裏每天重復壹次，在那個月的後八天裏又重復了壹次。
當地時間1946 15438+00am 10月11:58。第壹次成功的回聲探測是由約翰·h·德維特和他的首席科學家e·金·斯托多拉完成的。
直到10月24日晚，陸軍部才宣布成功。
正如德維特幾年後所說，“我們和華盛頓的研發負責人範·道森將軍有麻煩了。當我的獄警維克多·康拉德上校在電話中告訴他這件事時，將軍不想在外人證實之前公布，因為他害怕這會讓情報官尷尬。輻射實驗室的兩個外來者小喬治·e·古利(George E. Gully Jr .)和唐納德·g·芬克(Donald G. Fink)趕到了，他們和範德森將軍壹起，在斯托多拉的指導下觀察了系統的月出試驗，什麽事也沒有發生。德維特解釋說:“妳可以想象，在這壹點上，我就要死了。很快，壹輛大貨車從設備旁邊的馬路上駛過，立即發出回聲。我始終相信，其中壹個晶體不會振蕩，直到它被搖動或壹個松散的連接固定自己。除了試圖假裝高興的將軍，每個人都歡呼起來。
雖然德威特有其他動機來執行“戴安娜”項目，但他收到了首席信號官和信號部隊指揮官的指示，要開發壹種能夠探測來自蘇聯的導彈的雷達。由於沒有導彈可以測試，月球測試站就在他們的位置上。幾年後，信號公司建立了壹個新的50英尺(15米)戴安娜天線和108兆赫發射機，用於電離層研究。它對月球回波進行了進壹步的研究，並參與了阿波羅發射的跟蹤。
現在，戴安娜項目的網站由信息時代科學/歷史學習中心維護。
“戴安娜”項目屬於科研行動計劃，它沒有行動序列。
“戴安娜”計劃成功的消息吸引了大眾媒體的註意。
“戴安娜”計劃也成為後來“地球-月球-地球”(EME)通信技術的靈感來源。
在德維特和拜伊的月球雷達實驗之後，對極光和流星雷達的研究基本上是電離層研究。雖然極光和流星的電離痕跡的原因是在地球大氣層之外產生的，但這些現象本身本質上是電離層。在焦德雷爾天文臺，流星科學和極地光學研究為正在進行的雷達天文學計劃的建立提供了最初的動力，但它肯定不是維持的力量。可持續性來自月球研究。然而，像許多早期的雷達天文學壹樣，這些月球研究從未遠離電離層研究。事實上，德維特和拜伊的開拓性努力利用月球的雷達回波開辟了電離層和通信研究的新視野。
歷史上，科學家被限制在越來越低的電離層。貝爾電話研究人員卡爾·揚斯基(Carl jansky)在1932發現了“宇宙噪音”，表明更高的頻率可以穿透電離層。德維特和拜伊的實驗表明，雷達應被用作穿透低電離層的壹種手段。此外，Devit觀察到持續幾分鐘的信號強度意外波動，這歸因於電離層折射異常。在他看來，請進壹步調查這個問題。
來自澳大利亞科學和工業研究委員會輻射物理學分部的壹組電離層專家試圖更好地解釋這些波動:弗蘭克·J·克爾、C·亞歷克斯·謝恩和查爾斯·希金斯。1946年，在英國的Lovel之後，Kerr和Shane探索了從流星獲得雷達回波的可能性，但是Diana項目將註意力轉向了月球。
“戴安娜”計劃標誌著美國太空計劃和雷達天文學的誕生。它是雷達天文學的第壹個實驗，也是主動探測另壹個天體的第壹次嘗試。
“戴安娜”號首次證明人工信號可以穿透電離層，為太空探測器和人類探險者開辟了地球外無線電通信的可能性。
新聞稿解釋說，“信號員無疑確信實驗是成功的，獲得的結果經過了艱苦的驗證。”
盡管《新聞周刊》憤世嫉俗地懷疑美國陸軍部的預測，稱其堪比儒勒·凡爾納，但美國陸軍部明白信號兵實驗的意義。這些包括月球和行星的精確地形測繪，電離層的測量和分析，以及從地球上對“航天器”和“噴氣式或火箭控制的導彈”的無線電控制。
《時代》報道稱，戴安娜可能會檢驗愛因斯坦的相對論。
與典型的生活節奏相反，兩家新聞雜誌都持懷疑態度，這是正確的；但是兵部的所有預言，包括相對論的檢驗，都是以儒勒·凡爾納小說的形式實現的。
“戴安娜”由德維特本人拍攝，計劃以羅馬神話中的月亮女神命名為“戴安娜”，部分原因是“希臘神話書籍說她從未被破解過。”
古希臘神話中以“阿爾忒彌斯”和“歷史脈搏”命名的“戴安娜”號，剛剛發布了壹項“阿爾忒彌斯”計劃:世界海軍領域的革命性創舉，而這項計劃恰好也與科技有關。感興趣的可以點擊鏈接移動。
戴安娜還建立了以羅馬神命名太空項目的慣例，如“赫爾墨斯”(即“赫爾墨斯計劃”:美英在“山寨”問題上並不是好蛋糕)、“阿波羅”(即“阿波羅計劃”:閃耀歷史的冷戰傑作)等等。