Projekt West Ford. Tak Amerykanie stworzyli pas igieł wokół Ziemi

Łączność bez jonosfery

W latach 50. dalekosiężna łączność radiowa w dużej mierze wykorzystywała jonosferę, czyli zjonizowany obszar górnej atmosfery. Sygnały radiowe mogły jednak ulegać zakłóceniom wskutek naturalnych zjawisk atmosferycznych oraz wybuchów jądrowych na dużych wysokościach.

Dla amerykańskiego wojska, które potrzebowało niezawodnej łączności, stanowiło to poważny problem.

Naukowcy z Lincoln Laboratory, działającego przy Massachusetts Institute of Technology (MIT), zaproponowali nietypowe rozwiązanie. Chcieli umieścić na orbicie ogromną liczbę drobnych metalowych przewodników, które rozpraszałyby fale radiowe.

Taki sztuczny pas miał umożliwić komunikację między odległymi punktami na Ziemi bez konieczności wykorzystywania jonosfery.

Przedsięwzięcie otrzymało nazwę West Ford. Początkowo prowadzono je w tajemnicy, ale w 1960 roku ujawniono większość założeń. Pomysł spotkał się z krytyką środowiska astronomicznego. Badacze obawiali się, że miliony metalowych drobin krążących wokół Ziemi będą utrudniały obserwacje kosmosu.

Na potrzeby eksperymentu przygotowano miedziane druciki o długości ok. 1,8 cm i średnicy zaledwie 18 mikrometrów. Były znacznie cieńsze od ludzkiego włosa, a ze względu na swój wygląd nazywano je igłami.

Każdy drucik miał działać jak niewielka antena pasywna. Jego długość dobrano do fal radiowych o częstotliwości ok. 8 GHz. Metalowe elementy nie wymagały własnego zasilania. Odbierały padające na nie fale elektromagnetyczne i ponownie wypromieniowywały ich energię, rozpraszając sygnał.

Pojedynczy przewodnik nie wystarczał do zapewnienia łączności. Dopiero setki milionów takich elementów, odpowiednio rozmieszczonych na orbicie, miały stworzyć pas zdolny do przekazywania sygnałów między stacjami naziemnymi.

Do przeprowadzenia prób przygotowano specjalną aparaturę nadawczą i odbiorczą. Jedną ze stacji zlokalizowano w Westford w stanie Massachusetts, drugą w Camp Parks w Kalifornii.

Pierwszą próbę przeprowadzono 21 października 1961 roku. Ładunek dotarł na orbitę, ale nie udało się prawidłowo uwolnić miedzianych drucików. Nie powstał planowany pas, a metalowe elementy nie rozproszyły się w przewidziany sposób.

Kolejny eksperyment odbył się w maju 1963 roku. Tym razem udało się utworzyć pas na wysokości ok. 3600 km nad Ziemią. Naukowcy przeprowadzili próby łączności radiowej między stacjami w Massachusetts i Kalifornii.

Początkowo uzyskiwano lepsze wyniki, ale jakość łączności pogarszała się w miarę rozpraszania miedzianych elementów na coraz większej przestrzeni.

Sukces eksperymentu był jednak ograniczony. Spośród 480 milionów przygotowanych drucików tylko część prawidłowo oddzieliła się od pozostałych. Według późniejszych analiz rozproszyło się ok. 25-45 proc. ładunku, czyli od 120 do 215 milionów elementów.

Pozostałe druciki mogły tworzyć skupiska, których zachowanie na orbicie różniło się od pojedynczych przewodników.

Twórcy eksperymentu zakładali, że miedziane druciki nie pozostaną na orbicie na stałe. Pod wpływem ciśnienia promieniowania słonecznego ich orbity miały stopniowo się zmieniać, aż metalowe elementy weszłyby w ziemską atmosferę.

Przyjmuje się, że pojedyncze, prawidłowo rozproszone druciki opuściły orbitę w ciągu kilku lat. Znacznie dłużej utrzymywały się jednak skupiska powstałe z elementów, które nie oddzieliły się od siebie podczas eksperymentu.

Jeszcze w październiku 2013 roku NASA informowała o 46 rozpoznanych skupiskach miedzianych drucików pozostających na orbicie. Były to pozostałości eksperymentu przeprowadzonego pół wieku wcześniej.

W kolejnych latach rozwój satelitów telekomunikacyjnych, wyposażonych we własne urządzenia do odbierania i przekazywania sygnałów, sprawił, że pomysł stworzenia biernego pasa radiowego stracił znaczenie.

Część aparatury przygotowanej do projektu West Ford znalazła jednak inne zastosowanie. Antenę w Westford, zbudowaną w 1961 roku, przystosowano w 1981 roku do obserwacji wykorzystywanych w geodezji.