気球衛星

バルーン衛星は「サテロン」とも呼ばれ、軌道に乗せられた後にガスで膨らませる衛星です。

このタイプの最初の飛行体はエコー1号で、 1960年8月12日に米国によって1,600キロメートル（990マイル）の高度軌道に打ち上げられた。当初は直径30メートル（98フィート）の球形で、薄い金属コーティングされたマイラー製のプラスチックシェルを備えていた。これは「受動型」通信および測地衛星としての試験に使用された。

この衛星を使った最初の無線通信の 1 つは、約 4,000 キロメートル (2,500 マイル) の距離 (米国東海岸とカリフォルニアの間) で成功しました。1968 年にエコー 1 号が燃え尽きるまでに、数十の地球局による軌道測定によって、地球の正確な形状に関する知識が 10 倍近く向上しました。^{[引用が必要]}

その後継機は、同様に製造されたエコー 2 号(1964 年から 1970 年頃) でした。この衛星は、エコー 1 号のような 47 度の角度ではなく、平均角度 81 度の極軌道で、地球から約 400 キロメートル (250 マイル) 低い高度で周回しました。これにより、高緯度での無線連絡と測定が可能になりました。エコーの軌道チェックに参加し、軌道と地球の重力場の乱れを分析したのは、30 から 50 の専門地球局と、地球上の「ムーンウォッチ」局の約 200 人のアマチュア天文学者で、これらの観測が全体の約半分を占めました。

ピタゴラスの定理により、高度の高い衛星がどのくらい遠くまで見えるかを簡単に計算できます。1,500 キロメートル (930 マイル) の軌道にある衛星は、水平距離が 4,600 キロメートル (2,900 マイル) のときに昇り、沈むと判断できます。ただし、大気の影響でこの数値はわずかに変化します。したがって、2 つの無線局が 9,000 キロメートル (5,600 マイル) 離れており、衛星の軌道がそれらの間を通過する場合、信号が十分に強い場合は、互いの反射無線信号を受信できる可能性があります。

しかし、光学的な可視性は電波よりも低い。

• 衛星は太陽に照らされなければならない
• 観測者は暗い空を必要とします（つまり、観測者は地球の薄明側または夜側の地球自身の影の中にいなければなりません）
• 球体の明るさは、入射光と観察者の間の角度によって決まります（月の満ち欠けを参照）。
• 球体の明るさは地平線に近づくにつれて大幅に減少し、大気の減光により光の90％が吸収される。

それにもかかわらず、衛星測地学の正確な目的のために、エコー 1 のような飛行物体を、2,900 キロメートル (1,800 マイル) の距離に相当する 20 度の仰角まで観測することには問題はありません。理論上、これは測定点間の最大 5,000 キロメートル (3,100 マイル) の距離を「橋渡し」できることを意味し、実際には最大 3,000 ～ 4,000 キロメートル (1,900 ～ 2,500 マイル) でこれを達成できます。

明るい衛星や気球の視覚的および写真的観測、およびそれらの測地学的使用については、Echo 1 およびPageos を参照してください。

特別なテストの目的で、エクスプローラーシリーズの 2 つまたは 3 つの衛星が気球として製造されました (おそらくエクスプローラー 19 と 38)。^[指定]

エコー 1 号は無線工学の成功例として認められましたが、電気通信の受動的な原理 (気球の表面での電波の反射) はすぐに能動的なシステムに置き換えられました。テルスター 1 号(1962 年) とアーリーバード(1965 年) は、大陸間で交換されるテレビ番組に加えて、数百のオーディオ チャンネルを同時に送信することができました。

エコー 1 号と 2 号による衛星測地学は、計画された 2 ～ 3 年だけでなく、ほぼ 10 年間にわたってすべての期待を満たすことができました。このため、NASA はすぐに、さらに大きな 40 メートル (130 フィート) の気球 Pageos の打ち上げを計画しました。この名前は「受動測地衛星」に由来しており、1965 年に成功した能動電子衛星「Geos」に似ています。

Pageosは、1973 年まで世界中で約 20 の常勤観測チームが参加していた「衛星測地学の世界的ネットワーク」のために特別に立ち上げられました。彼らは、較正済みの全電子式 BC-4 カメラ (1:3 / 焦点距離 30 および 45 cm (12 および 18 インチ)) を備えた 46 の追跡ステーションから合計 3,000 枚の使用可能な写真プレートを記録しました。これらの画像から、ステーションの位置を約 4 メートル (13 フィート) の精度で 3 次元的に計算することができました。このプロジェクトのコーディネーターは、 ETH チューリッヒのヘルムート シュミット教授でした。

地球規模のネットワークの 3 つのステーションは、ヨーロッパに位置していました。シチリア島のカターニア、バイエルンのホーエンパイセンベルク、ノルウェー北部のトロムソです。航行ネットワークを完成させるには、正確な距離測定が必要でした。これは、4 つの大陸とヨーロッパ全土で、1 キロメートルあたり 0.5 ミリメートル (0.020 インチ) の精度で行われました。

地球規模のネットワークにより、さまざまな大陸の「測地日付」（測定システムの地心位置）を数メートル以内で計算できるようになりました。1970 年代初頭までに、地球の重力場の係数の信頼できる値が 100 近く計算できるようになりました。

明るい気球衛星はよく見え、宇宙旅行の始まりのころから、きめの細かい（感度の低い）写真乾板で測定可能でしたが、衛星の軌道の正確な時間測定には問題がありました。当時は、数ミリ秒以内でしか判定できませんでした。

衛星は毎秒約 7 ～ 8 キロメートル (4.3 ～ 5.0 マイル/秒) で地球を周回するため、0.002 秒の時間誤差は約 15 メートル (49 フィート) の偏差に相当します。数年以内に追跡ステーションを正確に測定するという新しい目標を達成するために、1960 年頃に点滅光ビーコンの方法が採用されました。

3 次元測定ネットワークを構築するには、測地学では正確な時間よりも正確に定義された目標点が必要です。この精度は、2 つの追跡ステーションで 1 つの衛星からの同じ一連のフラッシュを記録することで簡単に達成できます。

フラッシュビーコン技術は、1965年11月に小型電子衛星Geos 1号が打ち上げられた時点ですでに成熟していました。1968年1月に打ち上げられた同衛星Geos 2号とともに、GEOSシステムは測定精度の著しい向上をもたらしました。

1975 年頃から、ほぼすべての光学測定法は、電子距離測定の急速な進歩に取って代わられ、その重要性を失いました。CCD を使用した新しい観測法と、天体測定衛星ヒッパルコスの非常に正確な星の位置によってのみ、距離測定のさらなる改善が可能になりました。

略語:

• ado = 大気密度観測
• pcr = 受動通信反射器、衛星はマイクロ波信号を反射します。
• spc = 太陽圧力の計算、軌道に対する太陽風の影響を推定します。
• tri = 衛星による三角測量、地球の表面を測定する。

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