В 1960-х годах неожиданный подарок от ВВС побудил Герба Вайса '40 разработать антенну, которая могла отслеживать летящую пулю на высоте 1000 миль над Землей. А обтекатель, который помог спроектировать Бакминстер Фуллер, защищал ее.
Летом 1952 года группа ученых, инженеров и военных собралась в лаборатории Линкольна на фоне нарастающей напряженности Холодной войны, чтобы оценить уязвимость США к воздушным атакам. «Летнее исследование», возглавляемое профессором физики Массачусетского технологического института Джерролдом Захариасом, рекомендовало создать то, что стало известно как линия дальнего раннего оповещения (DEW) — сеть радаров наблюдения и линий связи от Аляски через северную Канаду до Гренландии, которые могли бы предупредить США за три-шесть часов до атаки. Вскоре ВВС США утвердили план, как это сделать.
Помимо решения основных электротехнических проблем, связанных с разработкой линии DEW, инженерам лаборатории Линкольна также пришлось придумать, как защитить гигантские радарные установки от стихии. В то время большие антенны иногда устанавливались внутри надувных радарных куполов, известных как обтекатели. Но такие надувные конструкции, часто сделанные из резины или винила (иногда с покрытием), не справились бы со снегом и дождем Арктики, завывающими ветрами и резкими температурами. Чтобы разработать жесткий обтекатель, который обеспечивал бы защиту от непогоды, но при этом был бы электромагнитно прозрачным, они обратились за помощью к Бакминстеру Фуллеру, изобретателю геодезического купола. Фуллер рекомендовал конструкцию в виде сферы в три четверти и посоветовал построить ее из полиэфирного стекловолокна, исключительно прочного, легкого и доступного материала. Команда построила прототип диаметром 31 фут, который пережил ураган Кэрол 1954 года на крыше здания лаборатории Линкольна, а затем выдержал суровые условия на вершине горы Вашингтон в Нью-Гемпшире. Затем были построены обтекатели диаметром 50 футов для антенн линии DEW в Гренландии, Ньюфаундленде и на Кейп-Коде.
В 1955 году в лаборатории Линкольна также началась разработка системы раннего предупреждения о баллистических ракетах (BMEWS), важнейшей части возможностей ответного удара «взаимно гарантированного уничтожения», призванной удержать Советы от запуска МБР, оснащенных ядерным оружием. Радиолокационная система Millstone Hill, разработанная инженером-радиолокатором и директором лаборатории Линкольна Гербертом Г. Вайсом в 40-х годах в качестве прототипа для BMEWS, была запущена в эксплуатацию в 1957 году в Уэстфорде, штат Массачусетс, как раз вовремя, чтобы отследить советский спутник Sputnik I. Описанная в Technology Review как «один из важнейших источников информации о слежении за спутниками в Свободном мире», Millstone была чрезвычайно эффективна в выполнении этой задачи, а также подавала большие надежды для астрономов, стремящихся изучать планеты. Поэтому сопутствующая радиолокационная тарелка, которая была бы больше, точнее и мощнее, определенно была в списке желаний Вайса для лаборатории Линкольна.
В 1960 году майор ВВС США Джон Шок позвонил Вайсу с новым предложением. Он спросил, «может ли Вайс придумать какое-либо применение для 150-футового пространственного обтекателя того типа, который лаборатория Линкольна спроектировала для BMEWS», как Вайс вспоминал годы спустя. «ВВС заказали девять обтекателей, но решили установить только восемь радаров, и они хотели прекратить платить за хранение на заводе-изготовителе». Технология не идеально соответствовала видению Вайса и Линкольна, но была достаточно близка.
Строительство началось в 1961 году на обтекателе, чтобы разместить то, что станет известно как радарная тарелка Haystack, на холме от Millstone. Haystack должен был быть в 2500 раз чувствительнее оригинальной системы Millstone — мощного инструмента для спутниковой связи США, космического наблюдения и межпланетной радиолокационной астрономии. Это была бы единственная американская система, способная отслеживать «стационарный» спутник связи на 24-часовой экваториальной орбите более чем в 22 000 милях над Землей.
Новая технология Haystack была бы столь же дорогой, сколь и обширной, в конечном итоге обошлась бы в 155 миллионов долларов в сегодняшних долларах. Ни разработка, ни строительство не были простыми; треть финансирования проекта была потрачена на проектирование и перепроектирование антенны 42 раза, что потребовало «до шести часов непрерывной работы на компьютерах IBM 7094» и «тачки компьютерных распечаток», как позже рассказывал Вайс.
Учитывая высокую цену разработки антенны, подарок ВВС был особенно желанным. Строительство обтекателя на месте, который должен был сохранить беспрецедентную точность Haystack, защищая антенну радара от солнечной радиации и капризов погоды Новой Англии, началось в 1961 году, задолго до того, как антенна должна была быть доставлена — по частям — в Уэстфорд. Как корабль в бутылке, антенна должна была быть построена внутри почти готового обтекателя. После тестирования масштабной модели обтекателя в аэродинамической трубе Массачусетского технологического института инженеры построили ее из 930 ламинированных стекловолоконных треугольников, каждый толщиной всего с шесть листов бумаги, но способных выдерживать ветер скоростью 150 миль в час. Boston Globe назвала это «головоломкой с изнурительным геометрическим названием трапециевидного гексаконтаэдра, включающей три мили алюминиевых пространственных каркасных балок, которые удерживают вместе полтора акра тонких, но прочных стекловолоконных треугольников».
Компоненты антенны Haystack были доставлены в Уэстфорд в начале 1963 года. Параболическая антенна шириной 120 футов была изготовлена на авиационном заводе в Огайо и спроектирована так, чтобы возвышаться на 50 футов над 67 000-фунтовым гидростатическим подшипниковым узлом, самым большим из когда-либо обработанных. Каждая часть весила более 20 тонн. Первоначально антенна использовала радар для наблюдения за Марсом, Меркурием, Юпитером и частями Венеры, а также служила наземным терминалом для спутников. Technology Review сообщил, что она «будет способна отслеживать цель размером не больше десятицентовой монеты на расстоянии 1000 миль», неслыханная точность для той эпохи.
Такая точность движения достигалась благодаря тому, что антенна плавала на масляной пленке толщиной примерно с человеческий волос, что исключало статическое трение. Антенна могла поворачиваться на более чем три градуса дуги менее чем за одну секунду, совершая поворот на 180 градусов менее чем за минуту.
Еще одной новой особенностью были съемные коробки оборудования антенны, используемые для различных астрономических и радиолокационных экспериментов на длинах волн до 115 гигагерц. Каждая коробка оборудования весила до 6000 фунтов и требовала 500 галлонов охлаждающей воды в минуту для циркуляции вверх по башне и в коробку. (Обновленные версии все еще существуют в перепроектированной антенне Haystack, но для их замены требуется два часа, а не дни.)
Антенна Haystack была открыта 8 октября 1964 года. На церемонии выступил генерал Бернард А. Шривер, командующий системным командованием ВВС, а Герб Вайс и Джон Шок получили награды за свой вклад. Вайса хвалили за его «видение, преданность делу и лидерство» в развитии микроволновых технологий «с тех пор, как он прервал свою аспирантуру в Массачусетском технологическом институте, чтобы присоединиться к Лаборатории радиации Второй мировой войны», и как человека, который «приложил руку к разработке многих важных военных радарных систем, как больших, так и малых».
Компьютеры, как отметил Вайс, имели решающее значение для того, как астрономы будут использовать новую антенну. «Человек может разговаривать с компьютером на простом английском», — сказал он Boston Globe. «Он вводит название интересующего его объекта, а также другие данные, которые у него могут быть, и компьютер генерирует инструкции по наведению тарелки 250 раз в секунду. Мы должны направить антенну так, чтобы, когда придет сигнал, именно там находилась цель. Например, для радиосигналов это пятиминутный путь туда и обратно до Венеры».
Похвала новой антенне Haystack была преувеличенной: у нее было «видение 20-20». Она была настолько мощной, что могла «послать сигнал на Луну, который астронавт мог услышать с помощью карманного транзисторного радиоприемника». И она могла «засечь летящую пулю 22-го калибра на расстоянии 1000 миль в космосе». Но сам Вайс мог лучше и понятнее всего объяснить технологию. В совместном телевизионном выпуске WGBH-MIT 1965 года он продемонстрировал движения и возможности антенны на небольшой модели, прежде чем провести репортера и съемочную группу по настоящему обтекателю, указывая на детали в огромном сооружении, такие маленькие, как 1800 «мишеней» шириной в один дюйм на поверхности отражателя, которые можно было откалибровать так, чтобы «ни одна часть [антенны] не находилась более чем в 1/75000 дюйма от того места, где она должна быть».
Haystack был большой новостью, потому что он позволил бы ученым и исследователям сделать важные следующие шаги в области микроволновых технологий, исследований радиофизики и наземных экспериментальных программ космической связи. Его «острые как игла лучи» позволили бы изучать «луну и планеты, звездные радиоисточники, межзвездные газовые облака и внешние галактики». (Вайсс не был сторонником названия Haystack. «Газеты услышали об использовании иголок в космосе, и это было связано с использованием Haystack для поиска иголок в космосе», — сказал он Boston Globe в 2021 году. «Мы так и не смогли избавиться от этого названия, хотя оно нам никогда не нравилось».)
В конечном счете, Haystack мог бы — и делал бы — больше, чем просто следить за этими надоедливыми советскими спутниками. Антенна использовалась для съемки поверхности Луны, чтобы помочь NASA определить, где должны приземлиться космические капсулы Apollo. Она также использовалась для подтверждения общей теории относительности Эйнштейна, пионера астрономического и геодезического использования интерферометрии со сверхдлинной базой (VLBI) и изучения черных дыр.
Старая антенна Haystack была выведена из эксплуатации в 2010 году, а обновленная версия была развернута в 2014 году как «радар с самым высоким разрешением для получения изображений космических объектов в мире» благодаря включению в состав радара сверхширокополосной спутниковой визуализации Haystack (HUSIR), разработанного в лаборатории Линкольна.
В сентябре 2021 года Герб Вайс, которому тогда было почти 103 года, храбро встретил пандемию COVID-19, чтобы лично выступить на открытии новой выставки, посвященной истории антенны и ученым, которые ее разработали. Как сказал Колин Дж. Лонсдейл, тогдашний директор Haystack, собравшимся отметить это событие: «Это место не существовало бы, если бы у него не было лидерства, видения и стремления сделать это».
Источник: www.technologyreview.com
