Blieb Echo 2 kugelförmig, ohne Gasdruck zu benötigen? Wenn ja, woher ist bekannt, dass dies wahr ist?

TLDR: „Aufblasen“ ist wirklich nicht das Problem, weil der Außendruck und die aerodynamischen Belastungen so gering waren. Die Echo-Serie bestand aus absichtlich undichten Ballons, die sublimierende Feststoffe trugen, die während der aktiven Teile ihrer Missionen langsam einen winzigen Aufblasdruck erzeugten. Während des Entwicklungsprozesses gab es viel mehr Bedenken hinsichtlich Überdruck als Unterdruck, einschließlich mehrerer Fehler bei Flugtests.

Im Detail:

Echo I folgte einer Reihe früherer, kleinerer Versuche. Ursprünglich sollten sie zu Forschungs- und Konstruktionszwecken grundlegende Messungen des Luftwiderstands im Weltraum durchführen. ( „The Odyssey of Project Echo“, Kapitel 6 von SP-4308, NASA’s History of Spaceflight ) Im Jahr 1946 konzipierte William J. O’Sullivan einen Ballon, um die beste Messung der Luftdichte in Orbitalhöhen zu erhalten orbitale Widerstandsmessungen. Er wollte ein möglichst hohes Verhältnis von Fläche zu Masse, damit der Widerstand messbare Auswirkungen hat, aber er wollte es auch bauen und einsetzen können.

Er stellte sieben wichtige technische Probleme vor, darunter:

(4) Designüberlegungen. ... Die Strukturprobleme von O'Sullivans Kugel könnten sich als schwerwiegend erweisen, denn je leichter das Gewicht (oder die Masse) ist, desto schwächer ist die Struktur. Mit diesem konventionellen Wissen über die strukturelle Festigkeit im Hinterkopf dachte O'Sullivan über die Größenordnung der Belastungen nach, denen seine Satellitenstruktur standhalten müsste. Berechnungen ergaben, dass die Belastungen auf seiner Kugel im Weltraum ziemlich gering sein würden und vielleicht nur ein Hundertstel bis ein Tausendstel des Gewichts ausmachen würden, das die Kugel im Ruhezustand auf der Erdoberfläche treffen würde. Daraus schloss er, dass der Satellit nur eine dünne Hülle sein muss, so dünn vielleicht wie gewöhnliche Aluminiumfolie. Aber hierin lag das Dilemma. Im Orbit würde die Kugel vernachlässigbaren Belastungen und Spannungen auf ihre Struktur ausgesetzt sein, aber um den Weltraum zu erreichen, es musste einen donnernden Start und eine blitzartige Beschleunigung durch dichte, raue Luft überstehen. O'Sullivan wusste, dass er keinen Satelliten nur für die Weltraumumgebung entwerfen konnte; Vielmehr muss eine Struktur so ausgelegt sein, dass sie „den größten Belastungen standhält, denen sie während ihrer gesamten Nutzungsdauer ausgesetzt sein wird“. Der Satellit müsste einer Beschleunigung von möglicherweise bis zu 10 G standhalten, was dem 1000- bis 10.000-fachen der Belastung entspricht, der die Struktur im Orbit ausgesetzt wäre. Um zu überleben, durfte der Satellit nicht nur aus einer dünnen Hülle bestehen; es müsste so stark sein und ein so hohes Masse-zu-Fläche-Verhältnis haben, dass es unempfindlich gegen einen winzigen Luftwiderstand wäre und dadurch "das eigentliche Ziel seiner Existenz zunichte machen würde". Sullivan wusste, dass er keinen Satelliten nur für die Weltraumumgebung entwerfen konnte; Vielmehr muss eine Struktur so ausgelegt sein, dass sie „den größten Belastungen standhält, denen sie während ihrer gesamten Nutzungsdauer ausgesetzt sein wird“. Der Satellit müsste einer Beschleunigung von möglicherweise bis zu 10 G standhalten, was dem 1000- bis 10.000-fachen der Belastung entspricht, der die Struktur im Orbit ausgesetzt wäre. Um zu überleben, durfte der Satellit nicht nur aus einer dünnen Hülle bestehen; es müsste so stark sein und ein so hohes Masse-zu-Fläche-Verhältnis haben, dass es unempfindlich gegen einen winzigen Luftwiderstand wäre und dadurch "das eigentliche Ziel seiner Existenz zunichte machen würde". Sullivan wusste, dass er keinen Satelliten nur für die Weltraumumgebung entwerfen konnte; Vielmehr muss eine Struktur so ausgelegt sein, dass sie „den größten Belastungen standhält, denen sie während ihrer gesamten Nutzungsdauer ausgesetzt sein wird“. Der Satellit müsste einer Beschleunigung von möglicherweise bis zu 10 G standhalten, was dem 1000- bis 10.000-fachen der Belastung entspricht, der die Struktur im Orbit ausgesetzt wäre. Um zu überleben, durfte der Satellit nicht nur aus einer dünnen Hülle bestehen; es müsste so stark sein und ein so hohes Masse-zu-Fläche-Verhältnis haben, dass es unempfindlich gegen einen winzigen Luftwiderstand wäre und dadurch "das eigentliche Ziel seiner Existenz zunichte machen würde". Der Satellit müsste einer Beschleunigung von möglicherweise bis zu 10 G standhalten, was dem 1000- bis 10.000-fachen der Belastung entspricht, der die Struktur im Orbit ausgesetzt wäre. Um zu überleben, durfte der Satellit nicht nur aus einer dünnen Hülle bestehen; es müsste so stark sein und ein so hohes Masse-zu-Fläche-Verhältnis haben, dass es unempfindlich gegen einen winzigen Luftwiderstand wäre und dadurch "das eigentliche Ziel seiner Existenz zunichte machen würde". Der Satellit müsste einer Beschleunigung von möglicherweise bis zu 10 G standhalten, was dem 1000- bis 10.000-fachen der Belastung entspricht, der die Struktur im Orbit ausgesetzt wäre. Um zu überleben, durfte der Satellit nicht nur aus einer dünnen Hülle bestehen; es müsste so stark sein und ein so hohes Masse-zu-Fläche-Verhältnis haben, dass es unempfindlich gegen einen winzigen Luftwiderstand wäre und dadurch "das eigentliche Ziel seiner Existenz zunichte machen würde".

... Schließlich kam er in den frühen Morgenstunden zu einer möglichen Lösung: Warum nicht die Kugel aus einem dünnen Material bauen, das sich zu einem kleinen Nasenkegel falten ließe? Wenn die Kugel passgenau in einen stabilen Behälter gepackt werden könnte, könnte sie den Beschleunigungsbelastungen beim Start problemlos standhalten und die extreme Erwärmung unbeschadet überstehen. Nachdem der Nutzlastcontainer die Umlaufbahn erreicht hatte, konnte der gefaltete Satellit entfaltet und pneumatisch in Form gebracht werden. Es sollte nicht schwierig sein, ein Mittel zur Inflation zu finden. Entweder ein kleiner Tank mit komprimiertem Gas wie Stickstoff oder eine Flüssigkeit, die leicht zu einem Gas verdampfen würde, oder sogar ein festes Material, das zu einem Gas verdampfen würde (wie das Material, das zur Herstellung von Mottenkugeln verwendet wird), könnte verwendet werden, um dies zu erreichen Inflation. (Anscheinend hatte er noch nicht daran gedacht, Restluft als Aufblasmittel wie beim Kugelstoß 1 zu verwenden.) Auf Umlaufhöhe existierte fast kein Luftdruck, also würde eine kleine Menge Gas ausreichen. "Also klar", schloss O'Sullivan, "muss der Satellit so funktionieren."

(5) Baumaterialien. ... Das Material musste flexibel genug sein, um gefaltet zu werden, stark genug, um dem Entfalten und Aufblasen zu widerstehen, und steif genug, um seine Form zu behalten, selbst wenn es von Mikrometeoroiden durchbohrt wird. O'Sullivan überprüfte die Eigenschaften der Materialien, mit denen er vertraut war, und stellte schnell fest, dass "keiner von ihnen alle Anforderungen erfüllte". Als nächstes versuchte er, Materialien zu kombinieren. Das Formen von dünnem Blech in bestimmte gewünschte Formen war ein Standardverfahren in vielen Fertigungsindustrien, aber Blech, das dünn genug für die Haut seines Satelliten war, würde beim Falten und Entfalten leicht reißen. Vielleicht, dachte O'Sullivan, könnte ein zähes, aber flexibles Material, so etwas wie eine Plastikfolie, mit der Metallfolie verbunden werden.

Hier war ein weiterer kritischer Teil der Antwort auf O'Sullivans Satellitenkonstruktionsproblem: ein Sandwich- oder Laminatmaterial aus Metallfolie und Plastikfolie [161]. „Ich könnte einen Satelliten aus einem solchen Material kompakt zusammenfalten, sodass er problemlos in den Orbit transportiert werden könnte, und sobald er im Orbit ist, könnte ich ihn leicht straff aufblasen, die Falten aus ihm herausstrecken und ihn zu einer Kugel formen, deren Haut würde steif genug sein, damit er unter den winzigen aerodynamischen und solaren Druckbelastungen kugelförmig bleibt, ohne seinen inneren Gasdruck aufrechterhalten zu müssen in seiner Umlaufbahn. ...

(6) Temperaturbeschränkungen. Würde ein Satellit aus solchem ​​Material im Erdschatten so kalt werden, dass die Plastikfolie versprödet und auseinanderbricht? O'Sullivan rechnete damit, dass dies kein Problem darstellen würde, da er mehrere Kunststofffolien kannte, die extrem niedrigen Temperaturen standhalten konnten. Die eigentliche Sorge war Hitze. Bei direkter Sonneneinstrahlung kann die Außenfolie schmelzen oder anderweitig beschädigt werden. Aber auch hier schien Abhilfe zu schaffen. Grobe Berechnungen zeigten, dass hohe Temperaturen kontrolliert werden könnten, indem die Außenseite des Satelliten mit einer wärmereflektierenden Farbe dotiert wird. Einige wärmereflektierende Metalle könnten sogar ohne Farbe auskommen, wenn sie zu einer Metallfolie verarbeitet werden könnten.

...

Nachdem er bis in die frühen Morgenstunden über die Probleme nachgedacht hatte, ein Luftdichte-Flugexperiment zu entwerfen, ging O'Sullivan schließlich ins Bett. Aber er konnte nicht schlafen. Er wälzte sich hin und her und machte sich Sorgen, dass er, als er seine Idee am nächsten Tag dem Upper Atmosphere Rocket Research Panel mitteilte, feststellen würde, dass er "irgendeinen Faktor übersehen hatte, der die ganze Idee entkräften würde". Irgendwann setzte er sich im Bett auf, lachte und sagte laut: „Das wird wahrscheinlich wie ein Bleiballon rübergehen!“21 Seine mit Plastik überzogene, aufblasbare Metallfolienkugel war einem Bleiballon so ähnlich wie jeder andere professioneller Ingenieur würde jemals bekommen wollen.

Obwohl oben nicht direkt erwähnt, war bereits klar, dass der Innendruck zum Aufblasen wirklich nicht das Problem war: Sie brauchen keine hohe Druckdifferenz, um den Ballon "aufgeblasen" zu halten, wenn nur sehr kleine Widerstandskräfte darauf wirken . Ohne große Mengen an internem Gas gab es nie Bedenken, dass der Druck dieses Gases mit Tag-Nacht-Zyklen zu- und abnimmt.

Der erste Versuch bestand darin, eine 30-Zoll-Kugel (0,75 m) als Subsatellit auf einem Explorer-Flug mitzufliegen. Es wurde viel Ingenieursarbeit geleistet. Auf dem Weg dorthin:

[T] Die Space Vehicle Group testete Dutzende von Kunststoff- und Metallfolien (sogar Gold) auf der Suche nach der richtigen Kombination, um den extremen Temperaturbereichen standzuhalten, denen der kleine Satellit ausgesetzt sein würde: von 300 ° F in direktem Sonnenlicht bis -80 ° F wenn im Schatten der Erde. Die Gruppe fand die Hälfte der Antwort auf das Problem in einem neuen Kunststoff namens „Mylar“. Hergestellt von EI du Pont de Nemours & Co., wurde Mylar für Aufnahmebänder und für Tiefkühlkostbeutel verwendet, die direkt in heißes Wasser gelegt werden konnten. Bei der Herstellung in sehr dünnen Folien, vielleicht nur halb so dick wie die Zellophanhülle einer Zigarettenschachtel, erwies sich Mylar-Kunststoff als enorm widerstandsfähig. Es zeigte eine Zugfestigkeit von 18.000 Pfund pro Quadratzoll, was zwei Drittel der von Weichstahl (mit niedrigem Kohlenstoffgehalt) war.

Die zweite Hälfte der Antwort, also eine wirksame Metallabdeckung für den Kunststoff, der den Satelliten vor Strahlung schützen und ihn für Radarscanner sichtbar machen könnte, erwies sich als etwas schwieriger zu finden. Mehr als einen Monat lang testete die O'Sullivan-Gruppe "Metall nach Metall und suchte nach Möglichkeiten, sie auf Mylar in Schichten zu malen, die viel dünner sind als Zwiebelschalenpapier für Luftpost." Dann hörte ein Mann in der Space Vehicle Group von einer Technik zum Aufdampfen von Aluminium auf Kunststoff, mit der die Reynolds Metals Company aus dem nahe gelegenen Richmond, Virginia, für die Entwicklung alltäglicher Aluminiumfolie experimentierte. Dieses neue und einzigartige Material wurde erworben und erfolgreich getestet.

Schließlich, nachdem Sputnik geflogen war, wuchs die kleine Satellitenmission zu größeren. Zuerst 12' (4m) Durchmesser, damit die Menschen am Boden es sehen konnten, dann 50' und 100' (30m), damit sie es wirklich gut sehen konnten und es zum Testen von passiven Telekommunikationsrelais verwendet werden konnte.

Als 1959 am 12-Fuß-Modell für einen Versuchsflug namens "Shotput" (einen Ball in den Weltraum werfen ...) arbeitete, war das Problem eine Überinflation, nicht eine Unterinflation:

So herausfordernd das Öffnen des Satelloon-Containers war, noch ärgerlicher war das Problem, den großen Satelloon aufzublasen, ohne zu platzen Vakuum des Weltraums, jede Luft innerhalb des gefalteten Satelliten oder außerhalb des Satelliten zwischen seinen Falten neigt dazu, sich mit explosiver Geschwindigkeit auszudehnen und den Satelliten in Stücke zu reißen.Aber dieses Verständnis des Problems war nicht leicht zu erlangen, da es auf der Erde keine Vakuumkammer gibt groß genug und in der Lage, das harte Vakuum des Weltraums zu erreichen, in dem der Auswurf und das vollständige Aufblasen des Satelliten durchgeführt und der Vorgang mit Hochgeschwindigkeitskameras fotografiert werden könnte, um Fehlfunktionen des Vorgangs zu erkennen.

Dies musste aus dem ersten Flug herausgefunden werden:

In den frühen Morgenstunden des 28. Oktober 1959, fünf Tage nach dem Ende der ersten NASA-Inspektion, wurden die Menschen entlang der Atlantikküste Zeugen einer brillanten Show kleiner Lichter, die am Himmel aufblitzten. Diese seltsame Darbietung, nicht unähnlich der eines entfernten Feuerwerks, dauerte etwa 10 Minuten. Von New England bis South Carolina ergossen sich Berichte über außergewöhnliche Sichtungen bei Polizei und Feuerwehr, Zeitungsredaktionen sowie Fernseh- und Radiosendern. Was waren das für mysteriöse Lichtflecken, die über ihnen aufblitzten? War es ein Meteoritenschauer? Mehr Sputniks? UFOs? Etwas, das die NASA endlich ins All bringen konnte?

Die aufblasbare Kugel war um 17:40 Uhr von Wallops Island gestartet worden. Die ersten paar Minuten lief alles gut. ... in den frühen Momenten seines Testfluges hatte Shotput I tadellos funktioniert. Die Rakete nahm den kugelförmigen 190-Pfund-Nutzlastkanister mit einem Durchmesser von 26 Zoll, in dem der nicht aufgeblasene 130-Pfund-Satellit mit aluminiumbeschichtetem Mylar-Kunststoff ordentlich gefaltet worden war, bis zum Ausbrennen der zweiten Stufe in etwa 60 Meilen über dem Ozean. Dort trennte sich die Nutzlast erfolgreich vom Booster, der Kanister öffnete sich und der Ballon begann sich aufzublasen. Der erste Schritt in Project Echo war mit offensichtlichem Erfolg getan.

Dann explodierte unerwartet der sich aufblasende Ballon. Die Nutzlastingenieure hatten absichtlich Restluft als Aufblasmittel in den Falten des Ballons gelassen. Die Luft dehnte sich aufgrund des Nulldrucks so schnell aus, dass sie die dünne metallisierte Plastikhaut des Ballons zerriss und den Ballon in Fetzen riss. Kugelstoßen war Geschichte; Die Verwendung von Restluft zum Aufblasen des Ballons war nach Crabills Worten ein "schwerer Fehler" gewesen.

Sie können kombinieren$PV = nRT$, das Wissen, dass bei STP ein einziges Mol (16 g) Luft 22,4 l Volumen einnimmt, und die Streckgrenze von 18.000 psi von Mylar, um zu zeigen, dass selbst 250 Mol (lediglich 4 kg) Luft in den riesigen 100 Fuß (30 m) Echo 1 würde es platzen lassen. Es gibt viel Platz für den Druck und nur einen dünnen Materialring, um die Belastung aufzunehmen.

Das Aufblasen des Ballons mit Wasser war nicht erfolgreich (abgesehen von zahlreichen Startfehlern: "Unsere Raketen explodieren immer"):

Eine am Strand von Wallops Island aufgestellte Fotokamera mit 500-Zoll-Brennweite hatte Bilder gemacht, als der Ballon aufgeblasen und explodiert war, aber selbst mit diesen Daten verbrachte ein Team der Project Echo Task Group mehrere Wochen damit, zu bestätigen, warum der Ballon war auseinander gebrochen. Einige Forscher glaubten, dass das Wasser, das zum Aufblasen des Ballons verwendet wurde, der Schuldige war. Wie andere flüchtige Flüssigkeiten wird Wasser im Nulldruck des Weltraums explosionsartig sieden. Es sei „durchaus denkbar, dass die elastischen Behälter, in denen das Wasser in den Satelliten transportiert wurde, während des Starts undicht oder geplatzt waren und das Wasser daher nicht wie geplant langsam und kontrolliert abgaben, um ein langsames und sanftes Aufblasen zu ermöglichen. " Ausgelaufenes Wasser hätte leicht eine Explosion auslösen können.

Die Lösung dafür war wirklich das letzte Puzzleteil:

Um sicherzustellen, dass das Wasseraufblassystem in Zukunft nicht ausfällt, wechselte das Team unter der Leitung von Walter Bressette zu Benzoesäure, einem festen Material, das einer Sublimation unterzogen wurde, dh einer Umwandlung von einem festen Zustand direkt in einen Dampf. Bei einem solchen Material wäre die Umwandlung in ein Gas durch die Geschwindigkeit begrenzt, mit der es Wärme von der Sonne absorbiert. Im Wesentlichen würde es langsam und nicht sofort "abgasen".

Das Problem des ausreichenden Aufblasens, um den Ballon starr zu halten, lag so weit unter der Schwere des Überaufblasens, dass sie absichtlich einen undichten Ballon herstellten:

Die Forscher befürchteten, dass ein weiterer Beitrag zur Explosion Restluft gewesen sein könnte, die die Nutzlastingenieure absichtlich in den Falten des Ballons gelassen hatten, wie O'Sullivan von Langley als Inflationsagent einmal erklärte: „Wenn der Satellitencontainer geöffnet wird, um den Satelliten freizulassen Im harten Vakuum des Weltraums neigt jede Luft innerhalb des gefalteten Satelliten oder außerhalb des Satelliten zwischen seinen Falten dazu, sich mit explosiver Schnelligkeit auszudehnen und den Satelliten in Stücke zu reißen. Um die gesamte Restluft aus zukünftigen Einsätzen zu entfernen, haben die Ingenieure über 300 kleine Löcher in den Ballon gebohrt, damit die Luft entweichen kann, nachdem der Ballon gefaltet wurde. Sobald der Ballon gepackt war, wurde der Kanister leicht geöffnet in einen Vakuumtank gestellt. Als sein Innendruck auf nahezu Null reduziert war, wurde der Kanister geschlossen,

Beharrlichkeit war wirklich notwendig, sowohl um beim Testen erfolgreich zu sein als auch um Kritiker zu beruhigen:

Zu diesem Zeitpunkt hatte das Programm insgesamt sieben Ausfälle erlebt, darunter die der beiden kleinen Pre-Echo-Testsatelliten. Für einen am 31. Mai durchgeführten Test kehrte das Team zur Verwendung des Shotput-Werfers zurück. Mit Ortungsbaken an Bord wurde der Ballon erfolgreich eingesetzt, was den NASA-Ingenieuren dabei half, sich von ihrem jüngsten Rückschlag zu erholen.

Dennoch zweifelten Kritiker weiterhin am Echo-Gesamtkonzept. Einige schworen, dass, selbst wenn der Satelliten jemals in den Weltraum aufsteigen und sich richtig aufblasen sollte, Mikrometeoriten seine Haut durchbohren und so den Ballon innerhalb von Stunden zerstören würden. Stimmt nicht, entgegneten die Langley-Ingenieure. Die Idee war, den Ballon gerade genug unter Druck zu setzen, um das Material leicht zu überlasten, wodurch es eine dauerhafte Verformung annimmt. Auch nachdem sein Innendruck auf Null gesunken war, behielt der Ballon seine Form. Da die Außenhaut nicht extrem steif war – sie hieß im Ingenieurs-Jargon „totweich“ – konnte sie von einem kleinen Meteoriten durchbohrt werden und trotzdem nicht zerspringen. Schließlich zeigte eine Studie von Bressette, dass Mikrometeoriten weniger als ein Millionstel der Oberfläche pro Tag erodieren würden. Wenn nur ein Start und eine Bereitstellung gut gehen würden, wäre der Satelloon '

Echo I flog am 12. August 1960 um 5:39 Uhr erfolgreich und um 7:41 Uhr, immer noch auf seiner ersten Umlaufbahn, gab es seine erste Nachricht weiter, "Reflektion eines Funksignals, das von Kalifornien nach Bell Labs in New Jersey geschossen wurde" mit Die Stimme von Präsident Eisenhower.

Die Telekommunikation hat viel Presse bekommen, aber erinnern Sie sich an die Luftdichtemessungen? Zu diesem Zweck wurden über viele Monate optische und Radarbeobachtungen von Echo 1 und 2 durchgeführt.

Wenn Sie an den Daten interessiert sind, lesen Sie die NASA Technical Note D-1366 „The Orbital Behavior of the Echo 1 Satellite and its Rocket Casing During the First 500 Days“ , die viele Details der Konstruktion bestätigt, einschließlich der Abmessungen und des Inflationssystems:

Echo I hat eine effektive Querschnittsfläche von 7.854 Quadratfuß. Das Startgewicht von 157 Pfund verringerte sich auf 124 Pfund mit dem Verlust von 33 Pfund Benzoesäure und Anthrachinon, die verwendet wurden, um die Inflation in den ersten Wochen im Orbit aufrechtzuerhalten.

Für eine Tour-de-Force-Studie der Ergebnisse, einschließlich interessanter Beschreibungen der Theorie und der dafür erforderlichen Berechnungstechniken, siehe „Experimental and Theoretical Results on the Orbit of Echo I“, Smithsonian Contributions to Astrophysics, Vol. 6, S.125 (1963) Sie waren in der Lage, die Widerstandskomponente von Gravitationseffekten (1962!), Sonnenstrahlungseffekten und sogar Effekten aufgrund von IR-Strahlung von der Erde zu trennen. Das war schwierig, denn obwohl die Startzeitparameter bekannt waren, war die weitere Entwicklung nicht:

Kurz nach dem Start näherte sich der Satellit einer Kugel mit einem Durchmesser von 100 ± 1 Fuß an. Es wurde aus 0,25 mm dickem Mylar hergestellt, das außen mit einer etwa 0,2 u dicken Aluminiumschicht beschichtet war. Sein Anfangsgewicht betrug 156,995 lb, einschließlich 33,34 lb sublimierender Pulver. Es gab zwei Arten von Pulvern: Das erste (mit einem Gewicht von 10 lb) war stark verdunstend, während das zweite einen viel niedrigeren Dampfdruck hatte.

... Das Verhältnis A/M [Fläche/Masse] hingegen ist nicht genau bekannt. Kleine Löcher, die vor dem Start eingebracht wurden, und meteorische Einschläge lassen Gas mit einer Geschwindigkeit entweichen, die fast unmöglich genau vorherzusagen ist. Da also 21 Prozent der ursprünglichen Satellitenmasse in Form von sublimierenden Pulvern vorlag, ist es schwierig, rein theoretisch die genaue Zeitabhängigkeit der Satellitenmasse zu bestimmen.

Aber indem sie den beobachteten Orbitalpfad anpassten, konnten sie das herausfinden:

Die ziemlich enge Übereinstimmung zwischen [Daten und Berechnung] wurde unter der Annahme erhalten, dass ... die Gesamtmasse des Satelliten in den ersten 13 Tagen mit einer Rate von 0,64 lb/Tag abnahm und dann um 0,16 lb/Tag abnahm. Nach diesem Modell verblieb nach dem 15. Januar 1961 nur noch eine vernachlässigbare Menge des Gases im Ballon. Die Verringerung der Massenverlustrate um den Faktor vier trotz der erwarteten Zunahme der Meteoritenlöcher könnte möglicherweise sein aufgrund des Entweichens des flüchtigeren der beiden Pulver.

Mit weiterer Diskussion von Unsicherheiten und der interessanten Fußnote:

Die langsame Endgeschwindigkeit des Massenverlustes konnte durch eine Ansammlung von Luftmolekülen, die nur eine Oberfläche des Ballons durchdrangen, nicht meßbar beeinflußt werden, da gezeigt werden konnte, daß der Ballon bisher nur mit etwa 0,8 kg Luft kollidierte. Die Massenzunahme durch Kollisionen mit Meteoritenstaub betrug wahrscheinlich viel weniger als ein Pfund.

In dieser Höhe gibt es wirklich nicht viel dynamischen Luftdruck. Eigentlich,

in der zweiten Januarhälfte und einem großen Teil des Februars 1961 gewann es mehr Energie aus dem Sonnenstrahlungsfeld, als durch den Luftwiderstand verloren ging. Dies war das erste Mal, dass ein passiver künstlicher Satellit eine tatsächliche Verlängerung der Periode aufwies.

Aber selbst als ihm zu Beginn seines orbitalen Lebens das sublimierende Material ausging, wurde beobachtet, dass Echo I seine Form beibehielt:

Querschnittsmessungen, die vom MIT Millstone Hill Radar an Echo I durchgeführt wurden, zeigen, dass sich die Form des Ballons von den ersten Tagen nach dem Start bis zum 11. Januar 1961 kaum verändert hat.

Noch 1963, zwei Jahre später, zeigten die Orbitalwiderstandsmessungen, dass sich das Verhältnis von Fläche zu Masse auf einem konstanten Wert stabilisiert hatte, was darauf hinweist, dass die grundlegende Kugelform beibehalten wurde. (Es gibt anscheinend eine Studie über die Umlaufbahn von Echo I bis zum Wiedereintritt, die darauf hinzudeuten scheint, dass es bis zum letzten Monat oder so das gleiche A / M-Verhältnis beibehalten hat, aber ich konnte keine Kopie finden.)

Informationen zu Echo II sind etwas schwieriger zu bekommen. Als es gestartet wurde, verlagerte sich die Aufmerksamkeit für die Telekommunikation bereits auf aktive Satelliten (TelStar et al.), und die Weltraum-Luftfahrt-Mission war von Echo 1 so ziemlich erreicht worden.

Die technische Dokumentation von Echo II (vgl. "Mechanical And Physical Properties of the Echo II Metal-Polymer Laminate (NASA TN D-3409)" ) zeigt, dass es steifer und langlebiger sein sollte: Es wurde für eine längere Zeit entwickelt Lebenszeit, die nie wirklich gebraucht wurde.

Das Design des Echo 11-Ballons basierte auf dem permanenten Versteifungskonzept im Gegensatz zu Echo I, bei dem der aluminisierte Mylar-Film das kontinuierliche Vorhandensein eines internen Gases erforderte, um die Sphäroidizität der Hülle aufrechtzuerhalten. Insbesondere wurde das Echo II-Laminat absichtlich auf ein vorgeschriebenes Maß an Hautspannung unter Druck gesetzt, das ausreicht, um plastische Verformungen der beiden Aluminiumschichten zu erreichen und dennoch innerhalb des elastischen Bereichs des Polymerfilms zu bleiben. Die erhöhte Steifheit der Aluminiumfilme, die ihren Kaltverfestigungseigenschaften zugeschrieben wird, ermöglichte es der Hülle, ihre sphärische Form beizubehalten, nachdem die sublimierenden Produkte durch zuvor in die Ballonhaut eingebrachte Löcher entwichen waren.

Das Entfaltungssystem von Echo II ähnelte dem von Echo I, verfügte jedoch nicht über die längerfristige zweite Sublimationskomponente: Die Starrheit der Haut sollte dies bewältigen.

Echo-II-Ergebnisse sind verfügbar in "EXPERIMENTAL AND THEORETICAL EVALUATION OF A PASSIVE COMMUNICATIONS SATELLIT" NASA TN D-3154 . Es gibt einige interessante Ergebnisse zu seinen strahlenreflektierenden Eigenschaften usw. Es hatte nicht so viel Hautspannung wie beabsichtigt und drehte sich schneller als beabsichtigt:

Unmittelbar nach dem ersten Durchgang wurde ein Funkeln der Radarechos beobachtet. Nachfolgende Radardaten könnten auf Innendruckniveaus und tangentiale Hautspannungswerte bezogen werden, die nicht mehr als 1000 psi entsprechen. Der erwartete Wert war 5000-6000psi. Ein zweites größeres unerwartetes Ergebnis zeigte sich in einem wiederholten RCS-Abfall mit einer Periode von 100 Sekunden, was anzeigte, dass sich der Echo-I1-Ballon mit einer Rotationsperiode von 100 Sekunden um eine Trägheitsachse drehte.

Viele Beobachter hatten fortgeschrittene Theorien, um das Szintillationsverhalten der Radardaten zu charakterisieren. Einer schlug vor, dass das sublimierende Material, das verwendet wird, um den Echo-Ballon aufzublasen, nachdem es an das Äußere des Ballons entlüftet wurde, durch den Sonnenstrahlungsfluss ionisiert wurde, um ein Plasma mit variabler Dichte um den Ballon herum zu bilden.

Es könnte aber auch ein Bereitstellungsfehler aufgetreten sein:

Die Möglichkeit eines erkennbaren kreisförmigen oder langgestreckten Lochs und Materiallappens, wie er durch eine Kollision zwischen dem Ballon und den beiden Hälften des Kanisters (aus denen der Ballon ursprünglich ausgestoßen wurde) entstehen könnte, wurde im Detail betrachtet. Berechnungen ergaben, dass die Kanister in ihrer richtigen Flugbahn die Flugbahn des Ballons zu kreuzen scheinen, aber durch eine Entfernung von 2000 bis 5000 Metern getrennt wären, es wird jedoch angenommen, dass keine Kollision stattgefunden hat. Keine Radardaten belegen das Vorhandensein von Löchern oder Rissen im Ballon von solchen Ausmaßen, dass sie als Radardaten von identifizierbarem Format erkennbar sind. Stattdessen scheinen die Radar-Szintillationen des Echo 11 in erster Linie mit Hautspannungen von 1000 psi, Verzerrungen durch Ballonrotation,

Zu diesem Zeitpunkt war Echo I immer noch da und immer noch eine Kugel:

Zusätzlich zur Untersuchung des Echo I1-Systems wurden die Radareinrichtungen gebeten, sowohl Echo I1 als auch das frühere Echo I nacheinander auf vergleichbare Qualitäten zu beobachten. Echo I, seit 1960 im Orbit, stellt ein kugelförmiges System ohne Belastung dar, und Echo II stellt eine versteifte Membran mit beanspruchter Haut bei diskretem Druck dar. Vergleichsdaten zeigten, dass die Peak-Szintillationsamplituden von Echo I und Echo II vergleichbar waren;

Obwohl es also Details der vom Radar gemessenen Form gab, die nicht ganz erwartet wurden, wurde die im Wesentlichen kugelförmige Natur von Echo II für die Dauer seines beobachteten Fluges ohne kontinuierliche Druckbeaufschlagung beibehalten. Ähnlich wie Echo I.