SOLRAD 1 (de solar radiation, "radiação solar") é a designação pública do SOLRAD/GRAB 1, um satélite científico e de vigilância lançado em órbita em 22 de junho de 1960. Foi o primeiro satélite a observar com sucesso os raios X solares, o primeiro a realizar vigilância a partir da órbita e o primeiro a ser lançado com outro satélite dotado de instrumentos — o satélite de navegação não relacionado Transit 2A.:64–65:32
Desenvolvido pelo Laboratório de Pesquisa Naval dos Estados Unidos (NRL), da Marinha dos Estados Unidos, o satélite foi, sob muitos aspectos, um sucessor direto do Projeto Vanguard do NRL, o primeiro programa de satélites dos Estados Unidos. A missão científica do satélite foi bem-sucedida e enviou dados úteis até novembro de 1960, que determinaram a emissão normal de raios X solares e confirmaram a relação entre o aumento da atividade de raios X solares e os desvanecimentos das transmissões de rádio.:64–65
O conjunto científico SOLRAD a bordo do satélite serviu de cobertura para o conjunto de vigilância eletrônicaGalactic Radiation and Background (GRAB), cuja missão era mapear a rede de radares de defesa aérea da União Soviética. A missão GRAB também foi bem-sucedida: operou até 22 de setembro de 1960 e revelou que a rede soviética de radares de defesa aérea era mais extensa do que se esperava. O SOLRAD/GRAB 1 foi desligado em abril de 1961, tornando-se o primeiro satélite desativado remotamente.:4–7
Antecedentes
SOLRAD 1 sobre o Transit 2A com quatro de seus criadores. Da esquerda para a direita: Martin J. Votaw, George G. Kronmiller, Alfred R. Conover e Roy A. Harding
Em 1957, a União Soviética começou a instalar o míssil superfície-arS-75 Dvina, controlado pelos radares de controle de tiro Fan Song. Esse desenvolvimento tornou mais perigosa a penetração do espaço aéreo soviético por bombardeiros estadunidenses. A Força Aérea dos Estados Unidos iniciou um programa para catalogar a localização aproximada e as frequências individuais de operação desses radares, utilizando aeronaves de reconhecimento eletrônico que voavam junto às fronteiras da União Soviética. Esse programa forneceu informações sobre os radares na periferia do país, mas faltavam dados sobre as instalações em seu interior. Foram realizados alguns experimentos com radiotelescópios em busca de reflexões fortuitas de radares soviéticos na Lua, mas essa se mostrou uma solução inadequada para o problema.:362
Em março de 1958,:4 enquanto o Laboratório de Pesquisa Naval dos Estados Unidos (NRL) estava fortemente envolvido no Projeto Vanguard, a iniciativa da Marinha dos Estados Unidos para lançar um satélite, o engenheiro do NRL Reid D. Mayo concluiu que um derivado do Vanguard poderia ser usado para mapear instalações soviéticas de mísseis. Mayo havia desenvolvido anteriormente um sistema para submarinos que lhes permitia escapar de aeronaves antissubmarino por meio da captação dos sinais de radar delas. Fisicamente pequeno e mecanicamente robusto, o sistema poderia ser adaptado para caber na pequena estrutura do Vanguard.:364
Mayo apresentou a ideia a Howard Lorenzen, chefe da divisão de contramedidas do NRL. Lorenzen promoveu a ideia no Departamento de Defesa e, seis meses depois, o conceito foi aprovado sob o nome "Tattletale".:364 O presidente Eisenhower aprovou o desenvolvimento integral do programa em 24 de agosto de 1959.:4
Após um vazamento de informações pelo The New York Times, Eisenhower cancelou o projeto. Ele foi retomado sob o nome "Walnut" — o componente de satélite recebeu o nome "DYNO":140, 151 — depois da adoção de medidas de segurança mais rigorosas, incluindo maior supervisão e restrição do acesso a pessoal com "necessidade de saber".:2 Os lançamentos espaciais estadunidenses não eram sigilosos na época, e desejava-se uma missão de cobertura em voo conjunto, que compartilhasse o espaço com o DYNO e ocultasse a missão de vigilância eletrônica deste de seus alvos.:300
O estudo do espectro eletromagnético do Sol oferecia uma oportunidade ideal de cobertura. A Marinha queria determinar a participação das erupções solares nas interrupções das comunicações de rádio:300 e o nível de risco imposto aos satélites e astronautas pela radiação ultravioleta e pela radiação de raios X.:76 Esse estudo não havia sido possível anteriormente, pois a atmosfera da Terra bloqueia a emissão de raios X e ultravioleta do Sol e impede sua observação a partir do solo. Além disso, a emissão solar é imprevisível e varia rapidamente, o que tornava os foguetes de sondagem suborbitais inadequados para a tarefa de observação. Era necessário um satélite para o estudo contínuo e de longo prazo de todo o espectro solar.:5–6, 63–65
Comprimentos de onda da luz bloqueados pela atmosfera da Terra
O NRL já dispunha de um observatório solar construído para essa finalidade na forma do Vanguard 3, lançado em 1959. O Vanguard 3 transportava detectores de raios X e ultravioleta, embora eles tivessem ficado completamente saturados pela radiação de fundo da parte inferior do cinturão de radiação de Van Allen.:63 O desenvolvimento do satélite DYNO a partir do projeto Vanguard foi gerenciado pelo engenheiro do NRL Martin Votaw, que liderava uma equipe de engenheiros e cientistas do Projeto Vanguard que não havia migrado para a NASA. O satélite de dupla finalidade foi rebatizado de GRAB (Galactic Radiation And Background, "radiação galáctica e fundo"), às vezes chamado GREB (Galactic Radiation Experiment Background, "fundo do experimento de radiação galáctica"), e designado, em sua função científica, como SOLRAD (SOLar RADiation, "radiação solar").:142, 149:300
Um simulador de massa SOLRAD foi lançado com sucesso em 13 de abril de 1960, acoplado ao Transit 1B,:301 comprovando a técnica de lançamento de dois satélites. Em 5 de maio de 1960, apenas quatro dias depois de o abatimento do U-2 de Gary Powers sobre a União Soviética ter evidenciado a vulnerabilidade da vigilância baseada em aeronaves, o presidente Eisenhower aprovou o lançamento de um satélite SOLRAD operacional.:32
Espaçonave
Esquema do SOLRAD 1
Assim como o Vanguard 3, o SOLRAD/GRAB 1 era aproximadamente esférico, tinha 51 cm de diâmetro e era alimentado por seis conjuntos circulares de células solares.:10 O SOLRAD/GRAB 1 era um pouco mais leve, com massa de 19,05 kg:A1-2 — em comparação com os 23,7 kg do Vanguard. As células solares alimentavam nove pilhas D ligadas em série — 12 volts no total —:10 e forneciam 6 watts de potência.:32
O conjunto científico SOLRAD do satélite incluía dois fotômetrosLyman-alfa — câmaras de ionização de óxido nítrico — destinados ao estudo da luz ultravioleta na faixa de comprimentos de onda de 1.050–1.350 Å, e um fotômetro de raios X — uma câmara de ionização de argônio — na faixa de 2–8 Å; todos estavam instalados ao redor da equador do satélite. Para evitar que fossem saturados por elétrons do cinturão de Van Allen, os instrumentos incluíam um escudo magnético.
O equipamento de vigilância GRAB do satélite foi projetado para detectar radares soviéticos de defesa aérea que transmitiam na banda S — 1.550–3.900 MHz.:29, 32 A detecção abrangia uma área circular de 6.500 km de diâmetro abaixo do satélite.:108 Um receptor no satélite era sintonizado na frequência aproximada dos radares, e sua saída era usada para acionar um transmissor independente de frequência muito alta (VHF) na espaçonave. Enquanto sobrevoava a União Soviética, o satélite detectava os pulsos dos radares de mísseis e os retransmitia imediatamente para estações terrestres estadunidenses ao alcance, que gravavam os sinais e os enviavam ao NRL para análise. Embora o receptor do GRAB fosse omnidirecional, a busca dos mesmos sinais em várias passagens e a comparação deles com a posição conhecida do satélite permitiam determinar a localização aproximada dos radares, bem como sua frequência exata de repetição de pulsos.:4–7:108
"Redução de dados da NSA", indicando as informações de inteligência que seriam obtidas pelo processamento da transmissão descendente do satélite
A telemetria era enviada por quatro antenas do tipo chicote de 63,5 cm de comprimento, instaladas no equador do SOLRAD.:76 A telemetria científica era transmitida em 108 MHz,:78 a frequência padrão do Ano Internacional da Geofísica, utilizada pelo Vanguard.:84, 185 Os comandos enviados do solo e os dados de vigilância eletrônica eram recebidos por antenas menores em 139 MHz.:7 Os dados recebidos no solo eram gravados em fita magnética e transportados por mensageiro ao NRL, onde eram avaliados, duplicados e encaminhados à Agência de Segurança Nacional (NSA), em Fort Meade, Maryland, e ao Comando Aéreo Estratégico, na Base Aérea de Offutt, na região de Omaha, Nebraska, para análise e processamento adicionais.
Como a maioria das primeiras espaçonaves automáticas, o SOLRAD/GRAB 1, embora estabilizado por rotação,:300 não dispunha de sistemas de controle de atitude e, por isso, varria todo o céu sem se concentrar em uma fonte específica.:13 Para que os cientistas pudessem interpretar corretamente a origem dos raios X detectados pelo SOLRAD/GRAB 1, a espaçonave transportava uma fotocélula a vácuo destinada a determinar quando o Sol incidia sobre seus fotômetros e o ângulo em que a luz solar os atingia.:64
Lançamento e órbita
Decolagem do foguete Thor-Ablestar com os satélites Transit 2A e SOLRAD 1.
O SOLRAD/GRAB 1 foi lançado às 05h54 GMT de 22 de junho de 1960, por meio de um Thor-Ablestar — um sistema de lançamento descartável — a partir do LC-17B de Cabo Canaveral. O lançamento marcou a primeira vez em que dois satélites dotados de instrumentos foram levados à órbita pelo mesmo foguete. Inicialmente, o SOLRAD/GRAB 1 completava uma volta ao redor da Terra a cada 101,7 minutos, a altitudes que variavam de 614 km a 1.046 km. Isso representava um desvio em relação à órbita circular planejada de 930 km, causado por falhas no segundo estágio do foguete, mas não afetou os objetivos do satélite.
Resultados científicos
O SOLRAD/GRAB 1, o primeiro observatório solar orbital do mundo, transmitiu mais de 500 conjuntos de dados científicos entre junho e novembro de 1960,:64–65 quando se tornou impossível determinar o ângulo em que o Sol incidia sobre os experimentos SOLRAD. Apesar disso, o SOLRAD/GRAB 1 continuou a enviar dados até abril de 1961, quando a espaçonave foi desligada a partir do solo. Essa foi a primeira vez que um satélite foi desativado remotamente.
O satélite comunicava os resultados em tempo real, o que significava que os dados só podiam ser recebidos quando havia uma estação de rastreamento ao alcance — uma das estações Minitrack do Vanguard ou alguns outros receptores isolados.:64 Assim, as observações solares eram transmitidas durante apenas um a dez minutos por órbita, cerca de 1,2% do tempo de atividade do satélite. Os defletores magnéticos mostraram-se eficazes, permitindo que o SOLRAD/GRAB 1 se tornasse o primeiro satélite a observar com sucesso os raios X solares. No entanto, eles também interagiam com o campo magnético da Terra, fazendo o satélite precessar — oscilar ao redor de seu eixo como um pião —, de modo que seus sensores permaneciam na sombra durante metade do tempo em que o satélite estava iluminado pelo Sol.:64
Raios X
Aproximadamente 20% das transmissões de dados do SOLRAD continham medições de raios X, suficientes para estabelecer os níveis normais de radiação de raios X do Sol — na faixa de detecção de 2–8 Å — durante períodos de inatividade: menos de 6 × 10−11 joules/cm2/s. Quando se observava uma emissão de raios X muito superior a essa linha de base, ela geralmente estava correlacionada com atividade solar visível a partir do solo. Os dados também mostraram que a emissão de raios X podia mudar significativamente em apenas um minuto, o que evidenciava a necessidade de observação constante.:64–65
Quando a emissão detectável de raios X excedia três vezes o nível normal,:64–65 ocorriam desvanecimentos das transmissões de rádio, confirmando a relação entre a variabilidade dos raios X solares e a intensidade das camadas ionizadas da termosfera terrestre. Constatou-se que esses desvanecimentos não eram causados apenas por erupções solares, mas também por regiões ativas de proeminências solares, surtos brilhantes e suberupções na borda — ou limbo — do Sol.:64–65
Ultravioleta
O SOLRAD/GRAB 1 não encontrou correlação entre a emissão ultravioleta solar e as perturbações da termosfera,:53 e os detectores Lyman-alfa foram excluídos da missão posterior SOLRAD 3/GRAB 2.:28
Monitoramento de testes nucleares
Durante o projeto e o desenvolvimento, esperava-se que o SOLRAD/GRAB 1 pudesse identificar testes atômicos acima do solo, que produziam fortes emissões de raios X nas faixas detectáveis pelo satélite. Se entrasse em vigor um tratado de proibição de testes nucleares entre os Estados Unidos e a União Soviética, o SOLRAD/GRAB 1 ou seus sucessores poderiam, então, detectar testes soviéticos não autorizados. Contudo, nenhum pico correspondente a testes atômicos soviéticos conhecidos foi identificado de forma conclusiva nos dados do SOLRAD/GRAB 1. Posteriormente, os satélites Vela-Hotel foram construídos especificamente para essa tarefa, após a ratificação do Tratado de Interdição Parcial de Ensaios Nucleares em 1963.
Abrigo de controle por rádio do GRAB e equipe no exterior
Resultados do GRAB
O SOLRAD/GRAB 1 foi o primeiro satélite operacional de vigilância do mundo. Temendo que os soviéticos descobrissem a missão de espionagem do satélite e atento aos problemas causados pelo incidente do U-2, o presidente Eisenhower insistiu que cada transmissão do GRAB fosse aprovada pessoalmente por ele:32 e que não houvesse transmissões em passagens consecutivas. Assim, embora o equipamento de vigilância do satélite tenha funcionado durante os 92 dias entre o lançamento e sua falha, em 22 de setembro de 1960, o GRAB 1 enviou apenas 22 conjuntos de dados. O primeiro deles foi entregue em 5 de julho de 1960 à estação de Wahiawa, no Havaí, bem fora do alcance da detecção soviética.:3 Mesmo essa primeira iniciativa limitada de vigilância saturou a capacidade das equipes em terra de analisar e processar os dados:39 e produziu informações valiosas, incluindo a revelação de que a atividade da defesa aérea soviética era mais extensa do que se esperava.
Legado e situação
A série SOLRAD/GRAB realizou mais quatro voos, terminando com a missão SOLRAD 4B, lançada em 26 de abril de 1962. Das cinco missões SOLRAD/GRAB, apenas SOLRAD/GRAB 1 e SOLRAD 3/GRAB 2 foram bem-sucedidas; as demais não conseguiram alcançar a órbita. Em 1962, todos os projetos estadunidenses de reconhecimento aéreo e espacial foram consolidados sob o Escritório Nacional de Reconhecimento (NRO), que decidiu continuar e ampliar a missão GRAB a partir de julho de 1962 com uma nova geração de satélites, de codinome POPPY. Com o início do POPPY, os experimentos SOLRAD deixariam de ser transportados em satélites de espionagem eletrônica; eles passariam a dispor de satélites próprios, lançados junto com missões POPPY para proporcionar alguma cobertura à missão. A partir do SOLRAD 8, lançado em novembro de 1965, os cinco últimos SOLRAD foram satélites científicos lançados individualmente, três dos quais também receberam números do Programa Explorer da NASA. O último dessa série final de satélites SOLRAD voou em 1976. Ao todo, a série SOLRAD teve treze satélites operacionais. O programa GRAB foi desclassificado em 1998.
Em 2026, o SOLRAD/GRAB 1 — identificação COSPAR 1960-007B — continuava em órbita. O exemplar reserva da missão SOLRAD/GRAB 1 encontra-se em exposição no Museu Nacional do Ar e Espaço, da Smithsonian Institution.
1234567891011121314Significant Achievements in Solar Physics 1958–1964[Realizações significativas em física solar, 1958–1964] (em inglês). [S.l.]: NASA. 1966. OCLC860060668Este artigo incorpora texto desta fonte, que está no domínio público.
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