棒高跳び（通信システム）

ポール・ヴォールトは、運用可能な最初の対流圏散乱通信システムでした。グリーンランドとカナダ東部のレーダー基地と軍用飛行場を電話で結び、航空機の追跡情報と警告情報を北米全域に送信しました。回線は、グリーンランド北部のチューレ空軍基地からバフィン島まで伸び、さらにラブラドールとニューファンドランドの東海岸に沿ってセントジョンズまで伸び、既存の商用通信ネットワークに接続されました。

このシステムは、ラブラドール海岸の孤立したパインツリー ラインのステーションに情報を送信する目的で 1952 年に初めて提案されました。この提案により、当時は比較的新しい技術であったマイクロ波中継システムを使用するという最初の提案が生まれました。このネットワークには 50 の中継器が必要で、その多くは荒野に設置されました。ベル カナダは、USAF がシステム構築の能力を確信した ことから、システム構築の契約を獲得しました。

建設が始まる前に、ベルは米国のベル研究所とMITリンカーン研究所が長距離対流散乱システムの実験を行っていることを知った。これらのシステムは見通し線ではなく電力によって制限され、局間の距離を大幅に延長した。彼らはラブラドールで試験するために1つのシステムを借り、1954年後半までに数百キロメートルのリンクを正常に実証した。これにより、ネットワークを既存のレーダーサイトにある10局にまで削減することができた。

最初のメッセージは 1955 年 2 月 14 日にネットワークに送信されましたが、米国空軍の要請により、Thule への拡張とより多くの回線を伝送するためのアップグレードが行われ、最終的に 1956 年 12 月 31 日まで引き渡されませんでした。このシステムは 1975 年まで運用されていましたが、その後、電離層スキップシステム、海底ケーブル、そして最終的には衛星通信などの新しいシステムに置き換えられました。

パインツリー ラインは、1946 年に米国本土北部 (CONUS) のレーダー ネットワークの初期調査として始まりました。カナダ空軍(RCAF) がネットワークへの参加に関心を示したため、すぐに北のカナダまで延長されました。ラインを北に移動すると、ステーション間で追跡データを送信すること、特にさまざまな本部にデータを送信することが困難になりました。西部のステーションは一般に既存の人口密集地の近くに位置していたため、専用線が適切な解決策でした。しかし、北部がほとんど開発されていなかったラインの東部地域ではそうではありませんでした。^[1]

オンタリオ州とケベック州の境界付近の地域問題を解決するため、カナダ空軍は1950年からADCOMと呼ばれるマイクロ波中継システムの構築を開始した。これは第二次世界大戦中にイギリスがフランスからイギリスへの戦術通信とリンクのために開発したシステムのバージョンであった。カナダ信号研究開発局（CSRDE）はこのシステムのデュアル周波数バージョンを開発し、パインツリー関連のいくつかのプロジェクトで使用するよう強く求めていた。プロジェクト管理の問題と徐々に高まる機能不足により、システムの当初の見積価格は約500万ドルであったが、その後数倍に値上がりし、最終的に完全運用時には2200万ドル（2023年の2億4340万ドルに相当）に達した。^[2]

パインツリーラインの東側の障壁は、ニューファンドランド島のセントジョンズとスティーブンビルから始まり、ラブラドール海岸に沿って北上し、バフィン島のフロビッシャー湾のクリスタルII空軍基地で終わる、全長1,400マイル（2,250 km）のステーションラインでした。ラインのこの部分の大部分はほぼ無人地域にあり、既存の電話回線はほとんどまたはまったくありませんでした。これらのサイトでは、代わりに従来の高周波無線リンクが装備されていましたが、すぐに不十分であることが判明しました。^[2]

1952年5月、国防生産省（DDP）はこれらの局にもマイクロ波ネットワークを構築することを提案した。DDPが提案した解決策はADCOMが使用したものと似ていた。^[3] ADCOMの問題を考慮して、パインツリープロジェクトオフィス（PPO）の米国派遣団は懐疑的であったが、しぶしぶプロジェクトに同意した。^[1]

1952年5月、アレックス・レスターはベル・カナダからDDPの電子部門に派遣され、ベルと軍の通信開発の調整を行った。彼はすぐにパインツリー線の通信の問題を知り、ベルの当時業務担当副社長だったトーマス・ウォードロップ・イーディーに、ベルが線路の建設管理を引き受けることを提案した。^[4]

この結果、開発を担当する新しい国営企業を設立するか、米国に開発を委託するか、ベル社と契約するかを検討するさらなるプロジェクト研究が行われた。政府は新しい国営企業を設立することに反対し、米国に開発を委託するとカナダの労働者の機会が失われることを非常に懸念したため、ベル社が参加することとなった。また、海底線を含むさまざまな技術も再検討されたが、フロビッシャー湾の嵐で荒れた海水と40フィート（12メートル）の潮位に対する懸念から、これは信頼性が低いと思われ、マイクロ波リレーが唯一の解決策と思われた。^[4]

こうして構想は、CFBガンダーからCFBグースベイまでの700マイル（1,100 km）をカバーする20の中継局からなる初期システムとなり、次に第2段階でさらに30の塔を追加して北はフロビッシャーベイ、南はセントジョンズ、西はステファンビルまで拡張することとなった。このネットワークは、AT&Tが米国で展開し、間もなくカナダでも展開される商用2.4GHz TD2システムをベースとする。このシステムは周波数分割多重化を使用して、一連の選択された周波数で36の音声チャネルを伝送する。1952年11月4日、ベルはDDPに最初の提案を行った。^[5]

翌日、彼らはPPOがCSRDEが提案しているADCOMのようなシステムを受け入れるためのプロセスをすでに順調に進めていることを知った。このシステムでは、2.0GHzと400MHzの2つの別々の周波数を使用しており、干渉を避けるために2つの周波数を切り替えることができる。その後、この問題は米国に送り返され、検討された。何ヶ月もの沈黙の後、1953年4月2日、DDPは、当時国内通信の経験を持つ唯一の3社であったベル、カナダ太平洋鉄道、カナダ国鉄に、CSRDEのコンセプトに基づくシステムの入札を行う旨の書簡を送った。^[5]

4月30日の書簡で、ベル社はCSRDEシステムの使用に伴うリスクを認めるという条件で、このプロジェクトに入札することに同意した。これが受け入れられ、7月23日にDDPとの契約が締結された。^[6]グースベイとガンダーの間の敷地の第1フェーズ開発の引き渡し日は1955年9月30日であった。^[7]無線システムは第三者によって提供された。カナダのゼネラル・エレクトリック社が2.0GHzシステムを製造し、カナダのウェスティングハウス社が400MHzシステムを供給し、カナダのマルコーニ社がその他のさまざまな機器を供給した。^[7]モントリオール中心部のベル社本社と市の南西約50キロメートル (31マイル) 離れたオームズタウンの間でテストリンクが稼働していた。さらにテストが必要だったが、進展が見られた。^[8]

第二次世界大戦以前、当時の電波物理学理論では、周波数と回折の関係が予測されており、電波信号は地球の曲率に従うが、その効果の強さは特に高周波数では急速に低下するとされていた。しかし、戦争中、高周波レーダー信号が理論計算をはるかに超える距離にあるターゲットを検出するという事件が数多く発生した。戦後間もなく、テレビの製作に関する制限が撤廃され、数百万台のテレビが販売された。これにより、非常に遠距離の受信例がさらに増え、同じ周波数割り当てを与えられた遠く離れた放送局が、方程式では問題にならないとされていた距離で互いに干渉し合うという重大な問題となった。その結果、1948年に「テレビ凍結」と呼ばれる形で新放送局の放送が停止された。^[9]

同じ頃、AT&T はマイクロ波中継システムの実験を開始し、これをTD2ネットワークに拡張しました。AT&T も、遠く離れた塔間の干渉の例を目にしました。1950 年、ベル研究所のケネス・バリントン^[a]は、このテーマに関するレポートを発表し、それまで知られていなかった対流圏散乱現象を利用して、高周波数で地平線を越​​えた伝送が可能であることを実証しました。電離層散乱は、ラジオの初期の頃からよく知られた現象でしたが、低周波数でしか機能せず、高出力UHF信号が使用されるまで、対流圏での同様の効果は検出されませんでした。^[9]

この概念を長距離通信に利用できる可能性は明らかで、ベル研究所はすぐにMIT傘下のレーダー研究センターであるリンカーン研究所の研究者と一連の実験を開始した。彼らは1952年初頭に実験を開始した。1952年8月の提案で、ベルは米国のカウンターパートと連絡を取り合うことに同意し、実験について学んだ。これは非常に魅力的だった。リレーリンクは通常、地元の地平線である30マイル（48 km）程度であったが、この新しいシステムは少なくとも5倍の距離で動作できるからである。^[11]

ベルは、グースベイとガンダーを結ぶ緊急の必要性は、元の中継システムでできるだけ早く実行し、チェーンの残りのリンクは実験システムの結果が検査されるまで延期することを提案した。1952年の秋、ベル研究所は、約1年続く一連の実験のために、ベルカナダにシステムを送ってラブラドールの寒冷気候でのテストを行うことに同意した。^[11]一方、どの周波数が最も効果的かを判断するための同様のテストが米国南部で行われ、元の2GHzの範囲は、500〜1000MHzのより低い周波数ほど効果的ではないことが判明した。ベルのラブラドールでのテストは非常に良好で、ベルカナダとベル研究所の両社は、システムの開発準備が整ったことに同意した。^[12]

ベルは、約150マイル（240 km）離れたパインツリー局に局を併設する新しいネットワークを提案した。これが実際には難しすぎることが判明した場合、中間点に追加の局を建設することができる。ネットワーク全体の元の50局ネットワークは、既存のロジスティクスサポートのあるサイトにある10局に削減されました。^{[12]当初の構想では、南部セクションは}ホープデールまで北に36の音声チャネル、レゾリューション島まで24回線、そしてフロビッシャー湾への最後の短いホップで12回線を持つことになっていた。^[13]元のリレーシステムの推定コストは4,100万ドルだったが、このコストで実行されると広く予想されていた。新しいシステムははるかに安価になると予想された。^[14]

米国はCSRDEシステムにずっと懐疑的だったが、1953年秋にベルが結果を発表したとき、米空軍はグースベイからガンダーまでのリンクを含むシステム全体の交換を提案した。米空軍のブレイク将軍はPPOと協力し、1954年1月に新しいコンセプトの承認を得た。^[15] 当時、チューレ空軍基地は海底ケーブルを介して米国本土に接続されていた。これは漁船によって繰り返し切断されるため、非常に信頼性が低いことが判明した。米空軍はケープダイアーのリレーを介してチューレまで回線を延長するよう要請した。^[13]最終計画は1954年1月7日に署名され、初期ネットワークの完成目標日は1955年2月であった。当初の契約は修正され、元のマイクロ波リレーシステムにスキャッターネットワークが追加された。^[14]

契約された最初の機器は、2月10日に契約された高さ60フィート（18メートル）のパラボラアンテナ36基で、7月からの初回納品となった。これらは、風速120ノット（時速220キロメートル、140マイル）または氷に覆われた状態での風速100ノット（時速190キロメートル、120マイル）に耐えられる必要があった。電子機器の契約がすぐに続き、物理的な建設の契約も交わされた。^[16]ポイントツーポイントリレーで使用される5ワットのクライストロンと比較すると、10キロワットのUHF送信機はニューヨークの無線工学研究所から調達された。ケープダイアーとチューレ間の後のリンクでは、さらに大きな50kWの送信機が使用された。^[14]

マイクロ波システムの作業も継続されたが、最終的にはグースベイから始まる最初の2つのステーションのみが建設され、その後プロジェクトは中止され、分散システムが採用された。^[17]これは1956年9月に最終契約修正により文言が変更され、ベルはリレーの設計のみを担当し、建設は担当しなくなったことで正式に決定された。^[18]

契約当局であるオルムステッド空軍基地との正式な建設契約は1954年3月23日に締結された。建設は4月中旬に始まり、グースベイの最初の局は6週間で完成した。この成功に基づいて、米空軍はセントジョンズのチューレ空軍基地とペッパーレル空軍基地を含む他のいくつかの局の地域電話交換機の建設契約もベルに与えた。これに続いて4月28日には、ハーモンフィールド（スティーブンスビル）とグリーンランドのソンドレストロムとナルサースアークの局の入札が行われた。^[19]

最初のテスト接続は1955年2月14日に最初の6つの駅で行われました。路線は1956年12月31日にエンドツーエンドで完全に運用されていると宣言されました。総コストは24,590,000ドル（2023年の270,146,084ドルに相当）で、元のリレーシステムよりも大幅に低くなりました。^[18]これは世界で初めて運用されたトロポスキャッターシステムでした。^[20]

システムが運用開始された頃には、2つの新しいレーダーラインの計画がかなり進んでいた。カナダの中央を横切るミッドカナダライン（MCL）の東端はホープデールのパインツリーサイトと同じ場所にあり、はるか北にはケープダイアーで終わるDEWラインがあった。 ^[21]

MCL の利点は、塔の上に構築され、互いに見通しが利くこと、つまり既存のマイクロ波中継技術を使用してステーションをリンクできることです。ステーションのほとんどは無人であったため、データ量は非常に限られており、基本的にはレーダー信号を 8 つのセクター コントロール センターの 1 つに転送して監視していました。これにより、セクター コントロールからさらに南にあるコマンドおよびコントロール センターに情報を運ぶという問題が残りましたが、これはジェームズ湾に情報を送信することで対処されました。ジェームズ湾では新しい対流散乱システムが情報を南に送り、ADCOM システムを使用して続行されました。東端はポール ヴォールトを介して接続されました。^[22]

DEW回線にはより大きな通信容量が必要だったため、新しい対流圏散乱システムであるホワイトアリス通信システムが導入されました。これはアラスカとカナダ北岸にまたがり、南への追加リンクは対流圏散乱と電離層リレーの両方を使用してさらに長距離接続を可能にしました。これはケープダイアーのポールヴォールトシステムにも接続され、チューレからホールビーチへの追加リンクと電離層スキップを経由してマニトバ州のカナダ空軍基地バードのMCLに接続されました。^[22]

弾道ミサイル早期警戒システム（BMEWS）の設置には、米国とカナダだけでなく、大西洋を越えたアイスランドと英国へのリンクも必要であり、そこでは既存のレーダーへのリンクも必要であった。この作業のために、新しいシステムである北大西洋無線システム（NARS）が設置された。ベルは、ケープダイアーへのリンクであるグリーンランドのソンドレストロムとナルサースアークにこのネットワークの局を建設する契約を結んだ。このシステムは1961年に運用を開始した。^{[19] NARSは、ヨーロッパ中にリンクを拡張した}連合軍欧州高帯域（ACE High）ネットワークの大西洋横断部分としても機能した。リンクの数が増えるにつれて、ポール・ヴォールトは最大70回線を処理できるようにアップグレードする必要があった。^{[23] [b]}

1950年代から通信技術は進歩し続け、棒高跳びと競合し始めた新しい技術が数多く登場した。その中でも注目すべきは海底ケーブルの大幅な改良で、これによりチューレからケープダイアー、さらにニューファンドランドまでの大容量システムが導入された。高価値リンクのための衛星通信が追加されたことで、システムの価値はさらに低下した。最終的には1975年に閉鎖された。システムの他のセクションは引き続き使用され、特にケープダイアーのエンドポイントはNARSとACE Highのトラフィックにしばらく使用されていた。^[23]

1876年の無線中継隊が作成した地図によると、システムの最終的な配置には9つの主要な局が含まれていました。路線の北端から、フロビッシャー湾、レゾリューション島、サグレック基地、ホープデール航空基地、グースベイ基地、セントアンソニー航空基地、ガンダー基地、セントジョンズのペッパーレル空軍基地、ニューファンドランド島西海岸のスティーブンビルにあるアーネストハーモン空軍基地でした。 ^[24]

典型的な局は、直径60フィート（18メートル）の金網パラボラアンテナ2基で構成され、1基は受信用、もう1基は放送用であった。線路の中間にある局には、北と南に向けられた2基のパラボラアンテナが設置されていた。ガンダーの局には、ハーモンへのリンク用に3基目のアンテナが設置されていた。ハーモン、ペッパーレル、フロビッシャーの局は、線路の端にあったため、当初は1基のみが設置されていた。^[25]この主回線で最も長いリンクは、レゾリューションからサグレックまでの228マイル（367キロメートル）であった。^[24]

さらに、これらの主要サイトには、30フィート（9.1メートル）の小型アンテナを使用した短距離リンクで接続されたギャップフィラーレーダーステーションが多数ありました。これらは、ホープデールに接続するケープ・マコビック航空ステーション、カートライトに接続するカット・スロート島航空ステーションとスポッテッド島航空ステーション、セントアンソニーに接続するフォックスハーバー航空ステーションとラ・シー航空ステーション、ペッパーレルに接続するエリストンリッジ航空ステーションとレッドクリフ航空ステーションでした。^[24]

フロビッシャーからチューレへの経路が公式の棒高跳びシステムの一部とみなされていたかどうかは不明である。1959年のシステムの1876年飛行隊地図には記載されていないが、同じ文書の「対流圏散乱システム」の地図には記載されている。^[24]同じ文書の飛行隊分遣隊一覧には、分遣隊1がセントジョンズ、分遣隊10がフロビッシャー、11から17がギャップフィラーとして記載されており、ケープダイアーやチューレは記載されていない。^[26]

• Stecker, Robert (1960 年 3 月)。「散乱無線通信」。Electronics World。
• 無線中継対流圏散乱システム（技術レポート）。1876 無線中継隊。1959 年 8 月。
• レスター、アレックス（2019）。特別契約：カナダの防衛通信の物語（PDF）。聖フランシスコ・ザビエル。