Остался ли Echo 2 сферическим, не требуя давления газа? Если да, то откуда известно, что это правда?

«Эхо-1» и «Эхо-2» ( проект «Эхо» ) были гигантскими воздушными шарами, надутыми в космосе после запуска на околоземную орбиту и использовавшимися для изучения как отражения сигналов радара, телевидения и радио от одной наземной станции к другой, так и для попытки собрать некоторые данные. информация об обстановке в околоземном космическом пространстве.

Но мне трудно понять, как они остались сферическими, и даже если они действительно были или нет. «Эхо-1» имело диаметр 30 метров, а «Эхо-2» — 40 метров. Согласно Википедии:

В отличие от Echo 1, оболочка Echo 2 была жесткой, а воздушный шар мог сохранять свою форму без постоянного внутреннего давления. Это устранило потребность в долгосрочной поставке газа для надувания и означало, что воздушный шар мог легко выдержать удары микрометеоритов. Воздушный шар был изготовлен из «майларовой пленки толщиной 0,35 мил (9 мкм), зажатой между двумя слоями алюминиевой фольги толщиной 0,18 мил (4,5 мкм) и соединенных вместе». Баллон надували до уровня, необходимого для незначительной пластической деформации металлических слоев ламината, при этом полимер оставался в области упругости. В результате получилась жесткая и очень гладкая сферическая оболочка.

Если «Эхо-1» использовало давление газа для сохранения своего размера и формы, не приведут ли изменения температуры по мере того, как оно входит и выходит из солнечного света, к значительным изменениям давления? Была ли конструкция такой, что эти изменения давления все еще были в пределах прочности воздушного шара, и даже при самом низком давлении он все еще был примерно сферическим?

Приведенная выше цитата предполагает, что в случае Echo 2 два слоя алюминиевой фольги толщиной 4,5 микрона стали достаточно жесткими, чтобы удерживать воздушный шар (примерно) сферическим даже без зависимости от давления газа после первоначального надувания. (4,5 микрона всего около 0,2 милли) Я полагаю, что силы настолько малы, что для этого не потребуется много времени, просто трудно представить себе жизнь здесь при 1 G.

4,5 мкм — это всего около 0,2 млн. Согласно Википедии :

В Соединенных Штатах фольга обычно измеряется в тысячных долях дюйма или милах. Стандартная бытовая фольга обычно имеет толщину 0,016 мм (0,63 мила), а бытовая фольга для тяжелых условий эксплуатации обычно имеет толщину 0,024 мм (0,94 мила). Фольга гибкая, ее можно легко согнуть или обернуть вокруг предметов.

Вопрос: Действительно ли произошло успешное поддержание формы Эхо-2 в отсутствие давления газа? Было ли это измерено или установлено как-то экспериментально?


введите описание изображения здесь

выше: Эхо 1, вырезано с https://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_559.html .

введите описание изображения здесь

выше: Эхо 1, с https://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_559.html Нажмите, чтобы открыть в полном размере.

введите описание изображения здесь

выше: Эхо 2, с https://en.wikipedia.org/wiki/File:Echo_II.jpg Щелкните, чтобы увеличить размер

Эхо "Сателлуны" - увлекательная история. Им предшествовало несколько более мелких неудачных попыток. Но они же (возможно) и являются причиной создания Mylar. С самого начала рассматривались вопросы «продолжительного пребывания без газа» и управления температурным режимом. Здесь есть отличный рассказ об этой истории: history.nasa.gov/SP-4308/ch6.htm Если у меня будет время этим вечером, я вытащу цитаты и сделаю настоящий ответ.
Со страницы НАСА , которую цитирует Боб Якобсен: «Большая и блестящая сфера имела поверхность площадью 31 416 квадратных футов из майларового пластика, гладко покрытую всего лишь 4 фунтами осажденного из паровой фазы алюминия». по сравнению с «майларовой пленкой толщиной 0,35 мил (9 мкм), зажатой между двумя слоями алюминиевой фольги толщиной 0,18 мил (4,5 мкм) и соединенными вместе». Осаждение из паровой фазы позволяет получить более тонкие алюминиевые пленки, чем сэндвич-метод. Возможны даже прозрачные пленки.
Забавно, что всего день назад я подумал про себя: «Интересно, насколько сложно было бы вывести на орбиту гигантский мячик для хомяка?» Похоже, это ответ на то, насколько это будет сложно :). Есть ли какие-нибудь видео/фотографии фактического запуска/развертывания этого бегемота, или видео все еще было слишком дорогим (300 долларов в час в 1956 году)?

Ответы (1)

TLDR: «инфляция» на самом деле не проблема, потому что внешнее давление и аэродинамические нагрузки были очень низкими. Серия Echo представляла собой умышленно негерметичные воздушные шары, которые несли сублимирующие твердые вещества, которые медленно создавали небольшое давление наполнения во время активных частей их миссий. В процессе разработки гораздо больше опасений вызывало избыточное давление, чем пониженное, включая несколько неудачных летных испытаний.

В деталях:

Echo I последовал за серией более ранних, более мелких попыток. Первоначально они предназначались для базовых измерений сопротивления воздуха в космосе в исследовательских и проектных целях. ( «Одиссея проекта Эхо», глава 6 SP-4308, «История космических полетов НАСА» ). измерения орбитального сопротивления. Он хотел добиться максимально возможного отношения площади к массе, чтобы сопротивление имело измеримый эффект, но он также хотел иметь возможность создавать и развертывать его.

Он придумал семь ключевых инженерных вопросов, в том числе:

(4) Конструктивные соображения. ... Структурные проблемы сферы О'Салливана могут оказаться серьезными, поскольку чем легче вес (или меньше масса), тем слабее структура. Имея в виду эти общепринятые знания о прочности конструкции, О'Салливан размышлял о величине нагрузок, которые должна была выдержать его конструкция-спутник. Расчеты показали, что нагрузки на его шар, оказавшись в космосе, будут весьма малы, составив, возможно, лишь от одной сотой до одной тысячной веса, с которым сфера столкнулась бы в состоянии покоя на поверхности земли. Из этого он сделал вывод, что спутник должен быть только в тонкой оболочке, возможно, такой же тонкой, как обычная алюминиевая фольга. Но здесь была дилемма. На орбите сфера столкнулась бы с незначительными нагрузками и напряжениями на свою конструкцию, но чтобы достичь космоса, ему придется пережить громоподобный взлет и молниеносное ускорение в плотном бурном воздухе. О'Салливан знал, что он не может спроектировать спутник только для космической среды; скорее, конструкция должна быть спроектирована так, чтобы «выдерживать самые большие нагрузки, которым она будет подвергаться в течение всего срока службы». Спутник должен был выдерживать ускорение, возможно, до 10 g, что в 1000–10 000 раз превышает нагрузку, которой будет подвергаться конструкция на орбите. Чтобы выжить, спутник не мог состоять только из тонкой оболочки; он должен быть настолько прочным и иметь такое высокое отношение массы к площади, чтобы он был нечувствителен к малейшему сопротивлению воздуха и, таким образом, «победил саму цель своего существования». Салливан знал, что он не может спроектировать спутник только для космической среды; скорее, конструкция должна быть спроектирована так, чтобы «выдерживать самые большие нагрузки, которым она будет подвергаться в течение всего срока службы». Спутник должен был выдерживать ускорение, возможно, до 10 g, что в 1000–10 000 раз превышает нагрузку, которой будет подвергаться конструкция на орбите. Чтобы выжить, спутник не мог состоять только из тонкой оболочки; он должен быть настолько прочным и иметь такое высокое отношение массы к площади, чтобы он был нечувствителен к малейшему сопротивлению воздуха и, таким образом, «победил саму цель своего существования». Салливан знал, что он не может спроектировать спутник только для космической среды; скорее, конструкция должна быть спроектирована так, чтобы «выдерживать самые большие нагрузки, которым она будет подвергаться в течение всего срока службы». Спутник должен был выдерживать ускорение, возможно, до 10 g, что в 1000–10 000 раз превышает нагрузку, которой будет подвергаться конструкция на орбите. Чтобы выжить, спутник не мог состоять только из тонкой оболочки; он должен быть настолько прочным и иметь такое высокое отношение массы к площади, чтобы он был нечувствителен к малейшему сопротивлению воздуха и, таким образом, «победил саму цель своего существования». Спутник должен был выдерживать ускорение, возможно, до 10 g, что в 1000–10 000 раз превышает нагрузку, которой будет подвергаться конструкция на орбите. Чтобы выжить, спутник не мог состоять только из тонкой оболочки; он должен быть настолько прочным и иметь такое высокое отношение массы к площади, чтобы он был нечувствителен к малейшему сопротивлению воздуха и, таким образом, «победил саму цель своего существования». Спутник должен был выдерживать ускорение, возможно, до 10 g, что в 1000–10 000 раз превышает нагрузку, которой будет подвергаться конструкция на орбите. Чтобы выжить, спутник не мог состоять только из тонкой оболочки; он должен быть настолько прочным и иметь такое высокое отношение массы к площади, чтобы он был нечувствителен к малейшему сопротивлению воздуха и, таким образом, «победил саму цель своего существования».

... Наконец, рано утром он пришел к возможному решению: почему бы не построить сферу из тонкого материала, который можно было бы сложить в небольшой носовой обтекатель? Если бы сферу можно было плотно упаковать в прочный контейнер, она легко выдержала бы разгонные нагрузки при взлете и выдержала бы экстремальный нагрев невредимым. После того, как контейнер с полезной нагрузкой достиг орбиты, сложенный спутник можно было развернуть и пневматически надуть до нужной формы. Поиск средства инфляции не должен быть трудным. Для достижения этой цели можно использовать либо небольшой резервуар со сжатым газом, таким как азот, либо жидкость, которая легко испаряется в газ, либо даже некоторый твердый материал, который испаряется с образованием газа (например, материал, используемый для изготовления нафталиновых шариков). инфляция. (По-видимому, он еще не думал об использовании остаточного воздуха в качестве агента накачивания, как в «Толке ядра 1».) На орбитальной высоте почти не существовало давления воздуха, поэтому небольшое количество газа могло бы справиться с этой задачей. «Очевидно, — заключил О'Салливан, — что спутник должен был работать именно так».

(5) Строительные материалы. ... Материал должен был быть достаточно гибким, чтобы его можно было сложить, достаточно прочным, чтобы выдерживать разворачивание и надувание для придания ему формы, и достаточно жестким, чтобы сохранять свою форму, даже если его проткнет микрометеороид. О'Салливан просмотрел свойства материалов, с которыми он был знаком, и быстро понял, что «ни один из них не удовлетворял всем требованиям». Затем он попытался объединить материалы. Формование тонкого листового металла в определенные желаемые формы было стандартной процедурой во многих производственных отраслях, но листовой металл, достаточно тонкий для обшивки его спутника, легко рвался во время складывания и раскладывания. Возможно, подумал О'Салливан, к металлической фольге можно приклеить какой-нибудь прочный, но гибкий материал, что-то вроде пластиковой пленки.

Вот еще одна важная часть решения проблемы конструкции спутника О'Салливана: сэндвич или многослойный материал из металлической фольги и пластиковой пленки [161]. «Я мог бы компактно сложить спутник из такого материала, чтобы он легко выдержал транспортировку на орбиту, а оказавшись на орбите, я мог бы легко надуть его туго, вытянув из него складки и сформировав его в шар, кожа которого быть достаточно жестким, чтобы он оставался сферическим под мельчайшими аэродинамическими нагрузками и нагрузками солнечного давления без необходимости сохранять внутреннее давление газа. на своей орбите. ...

(6) Температурные ограничения. Станет ли спутник, сделанный из такого материала, настолько холодным в тени Земли, что пластиковая пленка станет хрупкой и разорвется? О'Салливан полагал, что это не будет проблемой, поскольку он знал о нескольких пластиковых пленках, способных выдерживать чрезвычайно низкие температуры. Настоящей проблемой была жара. Воздействие прямых солнечных лучей может расплавить или иным образом повредить внешнюю пленку. Но и здесь, казалось, было лекарство. Грубые расчеты показали, что высокими температурами можно управлять, легируя внешнюю поверхность спутника теплоотражающей краской. Некоторые теплоотражающие металлы могли бы работать даже без краски, если бы их можно было превратить в металлическую фольгу.

...

Обдумав проблемы разработки летного эксперимента по плотности воздуха в ранние утренние часы, О'Салливан, наконец, лег спать. Но он не мог спать. Он ворочался, опасаясь, что, когда на следующий день он поделится своей идеей с группой по исследованию ракет для верхних слоев атмосферы, то обнаружит, что «упустил из виду какой-то фактор, который обесценит всю идею». В какой-то момент он сел в постели, рассмеялся и сказал вслух: «Возможно, он лопнет, как свинцовый шар!» профессиональный инженер когда-либо хотел бы получить.

Хотя это прямо не упоминалось выше, уже было понятно, что внутреннее давление для надувания на самом деле не было проблемой: вам не нужна большая разница давлений, чтобы удерживать воздушный шар «надутым», если на него действуют лишь очень небольшие силы сопротивления. . Без большого количества внутреннего газа никогда не возникало беспокойства по поводу увеличения и уменьшения давления этого газа в зависимости от цикла день-ночь.

Первая попытка состояла в том, чтобы 30-дюймовая (0,75 м) сфера использовалась в качестве субспутника во время полета Explorer. На это ушло много инженерной работы. По пути:

[T] Группа космических аппаратов протестировала десятки пластиковой и металлической фольги (даже золотой) в поисках правильной комбинации, чтобы выдерживать экстремальный диапазон температур, с которыми столкнется маленький спутник: от 300 ° F под прямыми солнечными лучами до -80 ° F. когда в тени земли. Группа нашла половину решения проблемы в новом пластиковом материале под названием «Майлар». Изготовленный EI du Pont de Nemours & Co., майлар использовался для записи на пленку и для пакетов для замороженных продуктов, которые можно было класть прямо в горячую воду. При изготовлении в виде очень тонких листов, возможно, лишь вполовину толще целлофановой обертки на пачке сигарет, майларовый пластик оказался чрезвычайно прочным. Он показал прочность на разрыв 18 000 фунтов на квадратный дюйм, что на две трети меньше, чем у мягкой (с низким содержанием углерода) стали.

Вторую половину ответа, то есть эффективное металлическое покрытие для пластика, которое могло бы защитить спутник от радиации и сделать его видимым для сканеров радаров, оказалось найти немного сложнее. Более месяца группа О'Салливана «испытывала металл за металлом в поисках способов нанесения их на майлар слоями, намного более тонкими, чем бумага для авиапочты». Затем один человек из Space Vehicle Group услышал о методе напыления алюминия на пластик, с которым компания Reynolds Metals из близлежащего Ричмонда, штат Вирджиния, экспериментировала для разработки алюминиевой фольги для повседневного использования. Этот новый и уникальный материал был приобретен и успешно испытан.

В конце концов, после того, как спутник полетел, миссия маленького спутника превратилась в более крупную. Сначала диаметр 12 футов (4 м), чтобы его могли видеть люди с земли, затем 50 футов и 100 футов (30 м), чтобы они могли его действительно хорошо видеть, и его можно было использовать для тестирования пассивных телекоммуникационных реле.

В 1959 году, работая над 12-футовой моделью для экспериментального полета под названием «Толкание ядра» (бросание мяча в космос...), проблема была в чрезмерном, а не в недостаточном накачивании:

Каким бы сложным ни было открытие контейнера-спутника, проблема надувания большого сателлуна без его разрыва была еще более неприятной. О'Салливан однажды объяснил суть дела: В космическом вакууме любой воздух внутри сложенного спутника или снаружи спутника между его складками стремится со взрывной скоростью расшириться и разорвать спутник на куски, но это понимание проблемы не было легко достигнуто, ибо на Земле нет вакуумной камеры. достаточно большим и способным достичь жесткого космического вакуума, в котором можно было бы произвести выброс и полное надувание спутника, а процесс сфотографировать высокоскоростными камерами для обнаружения сбоев в процессе».

Это надо было понять с первого полета:

Рано утром 28 октября 1959 года, через пять дней после завершения первой инспекции НАСА, люди по всему атлантическому побережью стали свидетелями яркого шоу маленьких огоньков, вспыхивающих в небе. Это странное зрелище, мало чем отличающееся от далекого фейерверка, продолжалось около 10 минут. От Новой Англии до Южной Каролины в полицию и пожарную службу, в редакцию газет, на теле- и радиостанции хлынули сообщения о необычных явлениях. Что это были за таинственные точки света, вспыхивающие над головой? Это был метеоритный дождь? Больше спутников? НЛО? Что-то НАСА наконец-то удалось запустить в космос?

Надувная сфера была запущена с острова Уоллопс в 17:40. Первые несколько минут все шло хорошо. ... в первые моменты своего испытательного полета Shotput I показал себя безупречно. Ракета взяла 26-дюймовый сферический контейнер весом 190 фунтов полезной нагрузки, внутри которого был аккуратно сложен ненадутый 130-фунтовый спутник с алюминиевым покрытием и майларовым пластиком, до выгорания второй ступени примерно в 60 милях над океаном. Там полезная нагрузка успешно отделилась от ракеты-носителя, контейнер открылся, и воздушный шар начал надуваться. Первый шаг в проекте «Эхо» был сделан с очевидным успехом.

Затем неожиданно надувной шар взорвался. Инженеры по полезной нагрузке оставили остаточный воздух внутри складок воздушного шара в качестве агента надувания. Воздух расширялся так быстро из-за нулевого давления снаружи, что порвал тонкую металлизированную пластиковую оболочку воздушного шара, разорвав его в клочья. Толкание я был историей; использование остаточного воздуха для надувания воздушного шара было, по словам Крэбилла, «грубой ошибкой».

Вы можете комбинировать п В знак равно н р Т , знание того, что при STP один моль (16 г) воздуха будет занимать 22,4 л объема, а предел текучести майлара 18 000 фунтов на квадратный дюйм показывает, что даже 250 моль (всего 4 кг) воздуха на огромных 100 футах (30 м) Эхо 1 разорвало бы его. Там много места для давления, и только тонкое кольцо материала выдерживает нагрузку.

Использование воды для надувания воздушного шара не увенчалось успехом (не считая многочисленных неудачных запусков: «Наши ракеты всегда взрываются»):

500-дюймовая фотокамера с фокусным расстоянием, установленная на пляже острова Уоллопс, сделала снимки, когда воздушный шар надулся и взорвался, но даже с этими данными команда из рабочей группы проекта «Эхо» потратила несколько недель, пытаясь подтвердить, почему воздушный шар разорвался. Некоторые исследователи полагали, что причиной была вода, которая использовалась для надувания воздушного шара. Как и другие летучие жидкости, вода будет бурно кипеть при нулевом космическом давлении. Было «вполне возможно, что эластичные контейнеры, в которых вода находилась внутри спутника, могли протечь или разорваться во время запуска, и, таким образом, вода не высвобождалась с медленной и контролируемой скоростью, как планировалось, чтобы обеспечить медленное и мягкое наполнение. " Утечка воды могла легко привести к взрыву.

Решение этого было действительно последней частью головоломки:

Чтобы гарантировать, что система накачивания воды не даст сбоев в будущем, команда под руководством Уолтера Брессетта перешла на бензойную кислоту, твердый материал, подвергающийся сублимации, то есть переходу из твердого состояния непосредственно в пар. С таким материалом преобразование в газ будет ограничено скоростью, с которой он будет поглощать солнечное тепло. По сути, он «гаснет» медленно, а не мгновенно.

Проблема достаточного надувания, чтобы воздушный шар оставался жестким, была настолько серьезной, что чрезмерная накачка была настолько серьезной, что они намеренно сделали воздушный шар негерметичным:

Исследователи обеспокоены тем, что еще одной причиной взрыва мог быть остаточный воздух, который инженеры по полезной нагрузке намеренно оставили внутри складок воздушного шара, как однажды объяснил О'Салливан из Лэнгли: жесткий космический вакуум, любой воздух внутри сложенного спутника или снаружи спутника между его складками имеет тенденцию расширяться со взрывной скоростью и разрывать спутник на куски». Чтобы удалить весь остаточный воздух из будущих развертываний, инженеры сделали более 300 маленьких отверстий в воздушном шаре, чтобы воздух мог выходить после того, как воздушный шар был сложен. После того, как баллон был упакован, канистру помещали, слегка приоткрыв, в вакуумный резервуар. Когда его внутреннее давление упало почти до нуля, канистра была закрыта,

Настойчивость была действительно необходима как для успеха в тестировании, так и для того, чтобы успокоить критиков:

К этому моменту программа испытала в общей сложности семь сбоев, в том числе с двумя небольшими спутниками до испытаний Echo. Для теста, проведенного 31 мая, команда вернулась к использованию пусковой установки Shotput. С маяками слежения на борту воздушный шар успешно развернулся, что помогло инженерам НАСА оправиться от недавней неудачи.

Тем не менее, критики продолжали сомневаться в общей концепции Echo. Некоторые клялись, что даже если сателлон когда-нибудь поднимется в космос и надуется должным образом, микрометеориты проткнут его кожу и уничтожят воздушный шар в течение нескольких часов. Это не так, возразили инженеры Лэнгли. Идея заключалась в том, чтобы создать давление в воздушном шаре, достаточное для того, чтобы слегка перенапрячь материал, что привело к его постоянной деформации. Даже после того, как его внутреннее давление упадет до нуля, воздушный шар сохранит свою форму. Поскольку внешняя обшивка не была чрезвычайно жесткой — на инженерном жаргоне она называлась «мертво-мягкой», — ее можно было пробить небольшим метеоритом, но она все равно не разбилась. Наконец, исследование Брессетта показало, что микрометеориты разрушают менее одной миллионной площади поверхности в день. Если бы только запуск и развертывание прошли правильно, спутник

Echo I успешно совершил полет в 5:39 утра 12 августа 1960 года, а в 7:41 утра, все еще на своей первой орбите, он передал свое первое сообщение, «отражая радиосигнал, выпущенный из Калифорнии в лаборатории Белла в Нью-Джерси» с Голос президента Эйзенхауэра.

Телекоммуникации получили широкое распространение в прессе, но помните измерения плотности воздуха? С этой целью в течение многих месяцев проводились оптические и радиолокационные наблюдения за Эхо-1 и 2.

Если вас интересуют данные, см. Техническую заметку НАСА D-1366 «Орбитальное поведение спутника Echo 1 и его корпуса ракеты в течение первых 500 дней» , в которой подтверждаются многие детали конструкции, включая размеры и систему надувания:

Echo I имеет эффективную площадь поперечного сечения 7854 квадратных фута. Стартовая масса 157 фунтов уменьшилась до 124 фунтов с потерей 33 фунтов бензойной кислоты и антрахинона, которые использовались для поддержания наполнения в течение первых нескольких недель на орбите.

Полное исследование результатов, включая интересные описания теории и методов расчетов, необходимых для этого, см. в «Экспериментальных и теоретических результатах на орбите Эха I», Smithsonian Contributions to Astrophysics, Vol. 6, с.125 (1963 г.) Им удалось отделить компонент сопротивления от гравитационных эффектов (в 1962 г.!), эффектов солнечной радиации и даже эффектов, обусловленных ИК-излучением Земли. Это было тяжело, потому что, хотя параметры времени запуска были известны, дальнейшего развития не было:

Вскоре после запуска спутник приблизился к сфере диаметром 100 ± 1 фут. Он был изготовлен из майлара толщиной полмили, снаружи покрыт слоем алюминия толщиной примерно 0,2 мкм. Его первоначальный вес составлял 156,995 фунта, включая 33,34 фунта сублимационных порошков. Порошки были двух видов: первый (весом 10 фунтов) обладал высокой испаряемостью, а второй имел гораздо более низкое давление паров.

... Соотношение A/M [площадь/масса], с другой стороны, точно не известно. Небольшие отверстия, которые были сделаны перед запуском, и метеоритные проколы позволят газу выходить со скоростью, которую почти невозможно точно предсказать. Следовательно, поскольку 21 процент начальной массы спутника находился в виде сублимирующих порошков, чисто теоретически определить точную временную зависимость массы спутника затруднительно.

Но, подобрав наблюдаемый орбитальный путь, они смогли это выяснить:

Достаточно близкое соответствие между [данными и расчетом] было получено при допущении, что ... общая масса спутника уменьшалась со скоростью 0,64 фунта в сутки в течение первых 13 дней, а затем уменьшалась со скоростью 0,16 фунта в сутки. Согласно этой модели, после 15 января 1961 г. в шаре осталось ничтожно малое количество газа. Уменьшение скорости потери массы в четыре раза, несмотря на ожидаемое увеличение метеоритных отверстий, возможно, из-за выхода более летучего из двух порошков.

С дальнейшим обсуждением неопределенностей и интересной сноской:

На медленную окончательную скорость потери массы не могло оказать заметного влияния скопление молекул воздуха, проникающих только через одну поверхность шара, поскольку можно показать, что шар до сих пор столкнулся только с примерно 000 фунтами воздуха. Увеличение массы за счет столкновений с метеоритной пылью, вероятно, составило гораздо меньше фунта.

На такой высоте действительно не так много динамического давления воздуха. По факту,

во второй половине января и большую часть февраля 1961 года он получил больше энергии от поля солнечного излучения, чем потерял из-за сопротивления воздуха. Это был первый случай, когда пассивный искусственный спутник продемонстрировал фактическое увеличение периода.

Но даже несмотря на то, что в начале своей орбитальной жизни у него закончился сублимирующий материал, было замечено, что Эхо-1 сохраняет свою форму:

Измерения поперечного сечения, сделанные на Echo I радаром Millstone Hill Radar Массачусетского технологического института, показывают, что с первых нескольких дней после запуска до 11 января 1961 года в форме воздушного шара произошли небольшие изменения.

Даже в 1963 году, два года спустя, измерения орбитального сопротивления показали, что отношение площади к массе стабилизировалось на постоянном уровне, что указывало на то, что основная сферическая форма сохранялась. (Очевидно, есть исследование орбиты Echo I до входа в атмосферу, которое, кажется, указывает на то, что оно сохраняло то же соотношение A/M до своего последнего месяца или около того, но я не смог найти копию)

Информацию об Echo II найти несколько сложнее. К тому времени, когда он был запущен, внимание к телекоммуникациям уже переключилось на активные спутники (TelStar и др.), а космическая аэронавтическая миссия была в значительной степени выполнена Echo 1.

Техническая документация Echo II (см. «Механические и физические свойства металлополимерного ламината Echo II (NASA TN D-3409)» ) показывает, что он должен быть более жестким и иметь более длительный срок службы: он был разработан для более длительного срока службы. жизнь, которая никогда не была действительно нужна.

Конструкция воздушного шара Echo 11 была основана на концепции постоянной жесткости, в отличие от Echo I, в которой алюминизированная майларовая пленка требовала постоянного присутствия внутреннего газа для поддержания сфероидальности оболочки. В частности, ламинат Echo II был преднамеренно сжат до предписанного уровня поверхностного напряжения, достаточного для достижения пластических деформаций двух алюминиевых слоев, при этом сохраняя эластичность полимерной пленки. Повышенная жесткость алюминиевых пленок, обусловленная их характеристиками деформационного упрочнения, позволила оболочке сохранить свою сферическую форму после выхода продуктов сублимации через отверстия, предварительно проделанные в оболочке баллона.

Система развертывания Echo II была похожа на Echo I, но не имела долгосрочного второго компонента сублимации: жесткость кожи должна была справиться с этим.

Результаты Echo II доступны в "ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ОЦЕНКЕ ПАССИВНОГО СПУТНИКА СВЯЗИ" NASA TN D-3154 . Есть некоторые интересные результаты по его радиоотражающим свойствам и т. Д. У него не было такого сильного натяжения кожи, как предполагалось, и он вращался быстрее, чем предполагалось:

Сразу после первого прохода наблюдалось мерцание отраженных сигналов радара. Последующие радиолокационные данные могут быть связаны с уровнями внутреннего давления и значениями касательного напряжения обшивки, эквивалентными не более 1000 фунтов на квадратный дюйм. Ожидаемое значение было 5000-6000psi. Второй важный неожиданный результат был очевиден в повторяющемся падении RCS с периодом 100 секунд, что указывало на то, что воздушный шар Echo I1 вращался вокруг инерционной оси с периодом вращения 100 секунд.

У многих наблюдателей были передовые теории, чтобы охарактеризовать поведение мерцаний радиолокационных данных. Один из них предположил, что сублимирующий материал, используемый для надувания шара «Эхо», при попадании на внешнюю поверхность шара ионизируется потоком солнечного излучения, так что вокруг шара образуется плазма переменной плотности.

Но также мог произойти сбой развертывания:

Подробно рассматривалась возможность узнаваемого круглого или удлиненного отверстия и лоскута материала, которые могли бы образоваться при столкновении баллона с двумя половинками канистры (из которой изначально был выброшен баллон). Расчеты показали, что канистры на их правильной траектории, казалось бы, пересекают траекторию воздушного шара, но будут разделены расстоянием от 2000 до 5000 метров, однако считается, что столкновения не произошло. Никакие радиолокационные данные не подтверждают наличие отверстий или разрывов в воздушном шаре таких размеров, чтобы их можно было распознать как радиолокационные данные идентифицируемого формата. Вместо этого радарные мерцания Echo 11, по-видимому, в первую очередь связаны с напряжением кожи в 1000 фунтов на квадратный дюйм, искажениями, вызванными вращением воздушного шара,

В этот момент Эхо I все еще был рядом и все еще был сферой:

В дополнение к изучению системы Echo I1, радиолокационным учреждениям было предложено последовательно наблюдать как Echo I1, так и более раннюю Echo I для сравнительного качества. Echo I, находящийся на орбите с 1960 года, представляет собой ненапряженную сферическую систему, а Echo II представляет собой жесткую мембрану с напряженной обшивкой при дискретном давлении. Сравнительные данные показали, что амплитуда пиковых сцинтилляций Эхо-I и Эхо-II была сравнима;

Таким образом, несмотря на то, что были детали формы, измеренной радаром, которые не совсем ожидались, в основном сферическая природа Echo II сохранялась на протяжении всего наблюдаемого полета без постоянного повышения давления. Почти как Эхо I.

Боже мой! Это займет некоторое время, чтобы внимательно прочитать и оценить полностью, но позвольте мне заранее сказать, насколько я ценю работу, которую вы вложили в этот ответ!
@uhoh Возможно, я немного перестарался, но я очарован тем, как эти первые космические пионеры сделали так много с таким малым.
то же самое, точно! ;-)