AN/FPS-17

AN /FPS-17は、トルコ南東部のピリンチク空軍基地（旧ディヤルバクル空軍基地） 、テキサス州ラレド、アラスカ州シェミヤ島 を含む世界3か所に設置された地上固定ビームレーダーシステムでした。

このシステムは、冷戦中に科学的および技術的な情報収集要件を満たすために配備されました。ディヤルバクルの最初の施設 (AN/FPS-17、XW-1 と指定) は、もともとスターリングラード南部のカプースチン ヤールにあるソ連のミサイル試験場を監視し、特にミサイル発射を検知することを目的としていました。しかし、そこから得られるデータは監視要件を超えており、ミサイルの軌道の導出、地球の衛星打ち上げの識別、衛星の天体暦(位置と軌道) の計算、およびブースター ロケットの性能の合成が可能になりました。この固定ビーム レーダーによって達成された成功により、1964 年半ばから追跡レーダー (AN/FPS-79) が併設されるようになりました。これらのレーダーを組み合わせることで、衛星やミサイルの構成と寸法を推定し、有人または無人の乗り物の再突入を観察する機能が得られました。

2 番目の FPS-17 はテキサス州ラレドに設置され、主に研究開発施設として使用されました。最終的な運用施設は、ミサイル探知のためにアラスカ州シェミヤ島に設置されました。

統合電子型式指定システム（JETDS）に基づき、すべての米軍レーダーおよび追跡システムには、固有の識別英数字の指定が割り当てられています。「AN」（陸軍と海軍の略）の文字が3文字のコードの前に付けられます。^[1]

• 3 文字コードの最初の文字は、電子機器をホストするプラットフォームの種類を示します。A は航空機、F は固定式 (陸上ベース)、S は船舶搭載型、T は地上輸送可能型です。
• 2 番目の文字は機器の種類を示します。P はレーダー (パルス)、Q はソナー、R は無線です。
• 3 番目の文字はデバイスの機能または目的を示します。G は射撃管制、R は受信、S は捜索、T は送信です。

したがって、AN/FPS-17は陸海軍の「固定レーダー捜索」電子機器の17番目の設計を表しています。^{[1] [2]}

1948年と1949年にニューメキシコ州ホロマン空軍基地で行われた、改良型SCR-270レーダーによるミサイル探知実験と、他のレーダーにおける高出力部品の使用に関する米国の経験により、メガワット定格のレーダーを製造して、従来よりもはるかに長い距離で運用できると信じる根拠が生まれました。ソ連のミサイル活動に関する情報の必要性が切実であったため、このようなレーダーの正式な要件が確立され、ローマ航空開発センターにシステムの設計責任が与えられました。

1954年10月、高出力VHF機器とレーダーの製造経験を持つゼネラル・エレクトリック社が、当時世界最大かつ最強の実用レーダーとなるものの製造、設置、試験の契約を獲得した。契約では、機器は9か月以内、つまり1955年6月1日までにディヤルバクル近郊のサイトIXで稼働することになっていた。建設は2月に始まり、予定されていた稼働日は15分遅れとなった。

当初のアンテナ設備は、高さ 175 フィート (53 メートル)、幅 110 フィート (34 メートル) の大型 DS ケネディパラボラ反射鏡で、175 ～ 215 メガヘルツの周波数範囲で放射していました。当初は、パルス動作用に改造された標準 GE 高出力テレビ送信機が使用されていました。

カプースチン ヤール地域上空では 6 本の水平ビームによる監視が行われました。1958 年に、高さ 150 フィート (46 m)、長さ 300 フィート (90 m) の 2 つ目のアンテナ (シネラマ アンテナと呼ばれる) と新しい 1.2 メガワットの送信機が改造キットの一部として設置され、3 本の水平ビームと 7 本のビーム垂直ファンが追加され、範囲が広がりました。

この精巧なシステムには、自動警報回路、距離測定回路、データ処理装置が含まれ、受信したすべての信号を 35 mm の写真に記録する機能も備えていました。データの予備的な削減は現地で行われましたが、最終的な処理はライト パターソン空軍基地の対外技術部門で行われました。

最初のソ連ミサイルが発見された1955年6月15日から1964年3月1日までの間に、508件の事件（目撃）が報告され、そのうち147件はその期間の最後の2年間に発生した。

1958 年以降のピリンチリック システムには 8 つの独立したレーダー セットまたはチャネルがあり、それぞれに独自の励振器、送信機、デュプレクサ、受信機、およびデータ表示ユニットがありました。これらの 8 つのチャネルは、2 つのアンテナによって形成された 16 の固定ビームに電磁エネルギーを供給し、各チャネル、つまり送信機と受信機の組み合わせは、2 つのビーム間で時分割されていました。空気圧駆動スイッチは 3 秒周期で動作し、各ビームに 1.5 秒間交互に電力を供給しました。配線を少しパッチワークすることで機能させることができる 2 つの追加ビーム用のアンテナ フィードがありました。

アンテナ給電部は、図に示すビーム パターンを空間に生成するように配置されました。ビーム 1 と 18 は通常は通電されません。ビーム 1 から 7 は、2 つのアンテナのうち古い方を使用しました。ビーム 8 から 18 は、新しい「シネラマ」アンテナによって形成されました。このアンテナの幅は 300 フィート (90 m) で、水平方向の寸法が狭くなっています。

ビーム 2 から 9 は水平アレイに投影され、ビーム 10 から 17 (実際には 10 は水平行にあります) は垂直コンポーネントとしてグループ化されました。各グループのすべてのビームは同時に電源が供給されました。マスター タイミング信号によって制御されることを除いて、8 つのチャネルはそれぞれ独立して動作しました。各送信機は、他の送信機との相互作用を防ぐためにわずかに異なる周波数でした。長さ 2000 マイクロ秒の送信パルスは、20 マイクロ秒間隔で位相を反転できるタップ付き遅延線を通過することによってコード化 (タグ付け) されました。受信時に、返された信号は同じタップ付き遅延線を通過し、100:1 に圧縮されて 20 マイクロ秒になりました。これは、もちろん送信と返信の間隔の関数である距離測定の精度と解像度を向上させるためです。

遅延線は、信号を遅らせる人工的な伝送迂回路であり、一定の遅延を生み出す直列インダクタンスと並列キャパシタンスで構成されています。20 マイクロ秒間隔のピックオフ ポイントにより、これらのサブパルスがすべて同時に到着するような順序で抽出され、圧縮効果が得られます。

方位角の全範囲は 18° から 49.7° でした。このシステムは通常、カプースチン ヤールから発射されたミサイルや衛星を公称範囲 800 海里 (1,500 km) で検出しました。1 種類のミサイルは 1,625 海里 (3,010 km) まで追跡しました。固定ビーム構成の範囲がテスト範囲のレイアウトと一致しなかったため、ミサイルと衛星は最大検出範囲では検出されませんでした。

各チャネルの電気的特性は次のとおりです。

             
周波数 ............................................. 175～215メガヘルツ      
ビーム当たりのピーク出力 ................................ 1.2メガワット      
パルス長 ................................ 2000 マイクロ秒     
パルス繰り返し率 ............................. 30 サイクル/秒     
デューティサイクル（送信時間の割合）0.06                        
ビーム幅（水平長）.....2.5°×1.8°      
ビーム幅（縦長）……1°×2°      
パルス圧縮比................................100:1         
距離精度 .......................... 5 nmi (9 km) 以内                  

システムの能力がどのように計算されるかを説明するために、たとえば、次のパラメータで動作しているチャネル 4 を示す典型的なログを取り上げます。

 
ピーク出力 ............... 1.0メガワット    
最小識別信号.....1ミリワット以下130デシベル             
周波数 ............................. 192メガヘルツ                 

チャネル4の1平方メートルの断面積のターゲットに対する最大迎撃範囲は、レーダー範囲方程式でこれらのパラメータを使用して決定されます。

${\displaystyle R=\left[{\frac {P_{t}\,G^{2}\,\lambda ^{2}\,A}{(4\,\pi )^{3}\,\sigma _{min}}}\right]^{1 \over 4}\,\!}$

どこ：

• ${\displaystyle R\,\!}$範囲はメートル単位です
• ${\displaystyle P_{t}\,\!}$送信されるピーク電力はワットで表されます
• ${\displaystyle G\,\!}$等方性（全方向性）放射器に対するアンテナ利得
• ${\displaystyle \lambda \,\!}$波長はメートル単位です
• ${\displaystyle \sigma _{min}\,\!}$最小識別信号（ワット）
• ${\displaystyle A\,\!}$目標サイズは平方​​メートルです

代用、

${\displaystyle \lambda ={\frac {c}{f}}\,\!}$

どこ：

• ${\displaystyle c\,\!}$光の速度はメートル毎秒で表されます
• ${\displaystyle f\,\!}$周波数はヘルツ（1/s）で表されます。

${\displaystyle \lambda ={\frac {3\times 10^{8}\,\mathrm {m/s} }{192\times 10^{6}\,\mathrm {Hz} }}=1.56\, \mathrm {m} \,\!}$

変換します。

${\displaystyle \sigma _{min}=-130\,\mathrm {dBm} =10^{-130/10}\,\mathrm {mW} =10^{-16}\,\mathrm {W} \ 、\!}$

そして

${\displaystyle R=\left[{\frac {10^{6}\,\mathrm {W} \times 5000^{2}\times \left(1.56\,\mathrm {m} \right)^{2}\times 1\,\mathrm {m} ^{2}}{12.57^{3}\times 10^{-16}\,\mathrm {W} }}\right]^{1 \over 4}\,\!}$

航続距離 = 4,184キロメートル（2,260海里）。

固定ビームシステムによって観測された事象には、垂直発射（高層大気研究用ロケットやブースター点検用）、公称650海里（1,200 km）、1,050海里（1,940 km）、2,000海里（3,700 km）の着弾域に発射された弾道ミサイル、コスモス衛星の打ち上げ、軌道を周回する衛星、電離層擾乱やオーロラなどの自然異常現象などがある。

目標ミサイルまたは衛星に関するデータは、カメラのシャッターを開いた状態で 5 インチ (127 mm) の強度変調オシロスコープを使用して、毎分約 5 インチ移動する 35 mm フィルムを撮影することによって、各レーダー チャネルに記録されました。個々の目標までの距離はフィルムの幅方向の位置で表され、時間は長さ方向の点線コードで表されました。この位置情報に加えて、目標のおおよその視線速度 (観測方向の速度) は、レーダー信号が戻ってきたときのドップラー周波数シフトを測定することによって決定されました。ドップラーシフトは、毎秒 500 サイクルの幅で連続する帯域をカバーする 18 個の周波数フィルターのどれが戻り信号を通過したかを判断することによって、500 サイクル以内で測定されました。この視線速度の測定値は、毎秒 -4 から -f-4 海里 (7 km) まで、0.219 海里 (0.406 km) の増分で測定されました。これらすべてのデータは、観測ビームの仰角と方位角とともに自動的にシリアル形式に変換され、標準のテレプリンターコードでエンコードされ、送信用に 紙テープに打ち込まれました。

データは、ライト・パターソン外国技術部 (FTD) で最初にテレプリンターによって受信され、その後フィルムで受信されました。後者には、現場の職員が読み取ったターゲットに関するデータと、ピーク送信電力、周波数、受信機感度などの機器の性能に関するデータを示すログが添付されていました。到着すると、フィルムは編集され、「オスカー」(予備処理) 機器で読み取りやすいようにマークされました。ターゲットは、距離の差と距離の変化率によって分類され、それぞれの応答には時系列で番号が付けられました。

FTD オスカー装置は、時間と距離のデータをアナログ形式で提供するフィルム リーダー、それらをデジタル形式に変換するコンバータ ユニット、およびデジタル データを受信する IBM 印刷カード パンチで構成されていました。オスカー装置と人間のオペレーターは、このようにして、各ターゲットの位置の履歴を経時的に記録した、コンピューター処理用の IBM カードデッキを作成しました。

コンピュータ処理の最初のステップは、オスカー単位を実際のレーダー範囲、"Z" (グリニッジ平均) 時間、およびビーム番号に変換することでした。ビーム番号は、戻り値の方位角と仰角を決定します。この最初のステップでは、各 IBM カードに対して 3 つの個別の品質管理チェックが行われ、誤ったデータが排除されました。

これらすべてのテストに合格した観測結果は、最小二乗基準に従って生の範囲/時間データに 2 次多項式曲線を当てはめるという、コンピュータ処理の 2 番目のステップに送られました。この方法では、数学関数を当てはめて、その残差の二乗和 (生データからの偏差) が最小となる一連の観測値を最も近似するようにしました。データの信頼性に体系的な不規則性があった場合、残差はそれに応じて重み付けされました。

この曲線からの標準偏差が確立され、標準偏差の 3 倍もの偏差を示す生の基準点は破棄されました。次に、方位角/時間および仰角/時間データに同様に 2 次曲線が当てはめられました。3 つの 2 次多項式 (距離/時間、方位角/時間、仰角/時間) を使用して、平均観測時間における位置と速度の値を生成し、これらの値に基づいて楕円軌道の初期推定値を作成しました。

楕円軌道を計算する場合、地球は物理的には回転する均質球体とみなされ、幾何学的には楕円体とみなされます。つまり、地球の赤道の膨らみは重力計算では無視されますが、地球表面の交差に関しては無視されません。地球の表面と交差しない楕円は衛星の軌道を表し、地球の表面と交差する楕円は交差点より上の軌道を表します。

楕円のパラメータはコンピュータで反復され、重み付けされた最小二乗基準によって制約された最適な楕円が確立されます。この楕円に沿って、ターゲットの軌跡が計算されます。これは、緯度、経度、高度、および関連する可能性のある速度と角度のパラメータの時間の経過による履歴です。ミサイルの実際の射程距離は、非楕円形の推進経路と再突入後の大気抵抗のため、計算された軌道よりも短くなる可能性があります。その差は、短距離および中距離ミサイルの場合は約 10 海里 (19 km) から 25 海里 (46 km)、ICBMの場合は約 50 海里 (93 km) です。

GEと空軍は、トルコの作戦現場では不可能だったであろうさらなる研究、開発、試験を行う必要性を認識し、その作業を容易にするためにテキサス州ラレドの近くに同様のFPS-17を設置した。この場所は、ラレド試験場、ラレド追跡場、またはラレドAFSと呼ばれることもあったが、ラレド空軍基地と混同しないように。このサイトは1956年2月29日に運用開始が宣言され、AN/FPS-78と指定された機械式追跡装置が1960年頃に追加されました。このサイトは1962年か1963年に閉鎖されました。一部の文書ではラレドが最初のFPS-17であったと主張していますが、これはディヤルバクルの存在が極秘にされていた時期に由来しているようです。

ラレド FPS-17 は、時間の経過とともに何度も再構成されました。アンテナ反射器はディヤルバクルの最初の FPS-17 アンテナと同じでしたが、フィードホーン番号と構成は数回変更されました (3 つの FPS-17 サイトがまったく同じではなかったのは興味深いことです)。ラレドはホワイトサンズからのミサイルを追跡し、検出、流星の影響、電離層伝播の影響、ハードウェア テストの実験を実施しました。

1950年代後半のソ連によるカムチャッカ半島へのロケット実験により、ソ連北東部のはるか遠くからのミサイル実験を監視する場所として、アリューシャン列島西部のアラスカ州シェミヤ島への関心が高まった。古い施設は修復され、島には新しい施設が建設された。その中には1960年に運用を開始した大型探知レーダー（AN/FPS-17）も含まれていた。3つのアンテナ反射器はそれぞれ、ディヤルバクルの最初のFPS-17と類似していたが、異なるフィードホーンアレイとビームスキャン方式を採用していた。1961年には、AN/FPS-80追跡レーダーが近くに建設された。ブルーフォックスとは、1964年にAN/FPS-80追跡レーダーがAN/FPS-80(M)構成に改造されたことを指す。シェミヤは1968年に空軍基地から空軍基地に再指定された。

シェミヤ空軍基地の AN/FPS-17 探知レーダーは 1960 年 5 月に運用を開始し、AN/FPS-80 追跡レーダーは 1962 年 4 月 1 日に運用を開始しました。

ブルーナインとは、ゼネラル・エレクトリック社が製造し、空軍の 466L 電磁情報システム (ELINT) で使用される AN/FPS-79 追跡レーダー セットを製造したプロジェクトを指します。

ディヤルバクル宇宙監視施設は、1960 年代から 1970 年代にかけて、探知レーダー (FPS-17) と追跡レーダー (FPS-79) を運用していました。探知レーダーのファンが新しい宇宙物体を感知すると、追跡レーダーをロックオンして追跡できるように方向付けることができます。方向付けは、適切な「通常の」物体の天体力学運動法則に関する知識、または発射地点に関する仮定によって決まります。したがって、未知の物体が検出され、それが通常とは異なる経路をたどった場合、追跡できる可能性は低く、追跡される可能性も低くなります。さらに、レーダーのディレクターは、検出された未知の物体は重要ではないと判断できます (FPS-17 ファンの貫通位置、または新しい発射の可能性に関する事前情報の欠如のため)。ファンの検出能力がなかったため（ファンのカバー範囲はかなり限られていた）、FPS-79追跡レーダーは宇宙防衛センターが指定したスケジュールに従って他の宇宙物体を追跡する任務を負っていたが、この場合も異常物体が追跡される、または追跡される可能性はほとんどなかった。

FPS-17 技術の成功は、より大型で強力な弾道ミサイル警報システム (BMEWS) の開発に直接つながりました。BMEWS の探知および追跡レーダーはトリニダード島で試作され、運用設備はグリーンランドのチューレ、アラスカのクリア、英国のフィリングデールズ・ムーアに設置されました。

 この記事には空軍歴史研究局の パブリックドメイン資料が組み込まれています。

• スタンレー G. ザベタキス、ジョン F. ピーターソン。ディヤルバクル レーダー - 宇宙飛行追跡システムの一種を巡るツアー。中央情報局文書、1994 年に公開承認。CIA 歴史レビュー プログラム、1996 年 7 月 2 日。インテリジェンス研究センター、掲載日: 2007 年 5 月 8 日。
• ジョンソン、メジャー A.防衛と宇宙の進歩：ゼネラル・エレクトリック社の航空宇宙グループの歴史、1993 年。

• 米国の軍事電子機器のリスト