OSCAR I и OSCAR II

Некоторое время назад мне понадобилась информация о первых радиолюбительских космических аппаратах, но в русском сегменте интернета материал на эту тему весьма скудный, да и на зарубежных ресурсах информация не сконцентрирована, а разбросана по разным источникам и бывает иногда достаточно противоречива. Этим материалом было решено дать старт серии статей о радиолюбительских спутниках. Нужная мне информация была найдена, но углубившись в тему, мне она показалась весьма увлекательной и интересной. После обсуждения с Дмитрием Пашковым, мы решили сделать отдельную рубрику по истории радиолюбительских спутников и поделиться ей и со всеми, кому она будет интересна, на этом ресурсе.

«OSCAR I»

«OSCAR I» — первый в мире радиолюбительский спутник, запущенный на низкую околоземную орбиту 12 декабря 1961 года.

«OSCAR I»

Впервые идея о запуске любительского спутника, была предложена в статье Дона Стоунера (W6TNS), в апрельском номере журнала «CQ» за 1959 год. Суть статьи сводилась к тому, что был построен и проходит тестирование транзисторный ретранслятор использующей для питания солнечные батареи.
“…Может ли кто-нибудь организовать свободную ракету с целью его вывода на орбиту?” – задавался в статье вопросом Стоунер.
Прочитав эту статью, идеей загорелся Фред Хикс (W6RJU). Конечно, свободной ракеты у него не было, зато был энтузиазм. Много энтузиазма. Да и работая в компании подрядчика по ракетам, Хикс был свидетелем уже шести запусков и имел в этом некоторый опыт. Он связался по этому вопросу со Стоунером, что послужило толчком для зарождения проекта OSCAR, руководителем которого и стал сам Фред Хикс.

Слева направо: Гейл
Гангвиш; Ник Маршалл(W6OLO); Дон Стоунер (W6TNS);
Чак Таунс (K6LFH); и Фред Хикс (W6EJU).

Непосредственно проект OSCAR, полноценно начал свою работу в весной 1961 года, с его одобрения Американской радиолюбительской лигой — ARRL. С мая, журнал QST начал публикацию серии статей, подготавливая радиолюбителей к предстоящему запуску любительского спутника.
На первом этапе в состав группы разработчиков, вошли Чак Смоллхаус (W6MGZ), Эд Бек (K6ZX), Эл Дьем, Чак Таунс (K6LFH), Ник Маршалл (W6OLO) и Лэнс Джиннер (K6GSJ).
Некоторые участники проекта работали на тот момент в корпорации Lockheed, связанной с военно-космической деятельностью, кто-то преподавал в колледже Футхилл, где расположилась штаб-квартира проекта.

Миссия проекта заключалась в возможности исследовать вывод любительского спутника на орбиту и должна была доказать, что радиолюбители способны:
1. Разрабатывать и создавать надежные в эксплуатации спутники;
2. Координировать свою работу с правительственными агентствами;
3. Отслеживать спутники, осуществлять сбор и обработку соответствующей научной и технической информации;

Изначально было задумано два этапа. В первом предусматривалось разработка, создание и вывод на орбиту простого спутника с радиомаяком. Второй этап предполагал создание и вывод на орбиту спутника с полноценным ретранслятором. В рамках первого этапа проекта, был построен первый радиолюбительский спутник – «OSCAR I».* После его успешного запуска, по проекту разрабатывались еще три радиолюбительских спутника – OSCAR II, и спутники – OSCAR III и OSCAR IV. Все спутники были выведены на орбиту Земли до конца 1965 года.

Лэнс Джиннер (K6GSJ) с «OSCAR I»

Достаточно большое количество современных радиолюбительских спутников, тоже имеют в своем обозначении – OSCAR, которое является аббревиатурой от Orbiting Satellite Carrying Amateur Radio (Орбитальный спутник, несущий любительскую радиостанцию). Такая надпись была нанесена на корпус первого любительского спутника. Аббревиатура «OSCAR» дополнительно присваивается к названию, любительским космическим аппаратам, после их успешного запуска, по запросу «хозяев» этих спутников. Занимается этим, радиолюбительская спутниковая корпорация – AMSAT. О которой еще будет более подробно сказано в последующих публикациях.

Участники проекта OSCAR

Путь к запуску первого радиолюбительского спутника был нелегок и тернист. Руководители проекта OSCAR, столкнулись с серьезными проблемами, при получении разрешений от различных инстанций и правительственных учреждений, включая корпорацию Lockheed. Учитывая то, что ранее контрейлерные спутники, еще никогда не запускались, а в добавок к этому предлагалось использовать в качестве такого спутника «гаражный» — любительский аппарат, убедить высокое начальство в необходимости подобного эксперимента было весьма и весьма не просто. Опасность для основной миссии представлял даже преждевременный отстрел радиолюбительского спутника, который повлиял бы на корректную работу адаптера-ускорителя разгонного блока. Понятно, что никто не хотел идти на такой риск. Особенно с учетом того, что запуск космических аппаратов и так имел высокие риски возникновения различных технических проблем. Так, что было проведено огромное количество встреч с представителями агентств и военных, проведены всевозможные технические консультации, прежде чем, было получено разрешение на запуск. В сентябре проект «OSCAR» наконец-то получил поддержку FCC (Федеральной комиссии по связи) и благословение от Госдепартамента.
Добавлю, что лично в моем понимании, одобрение на запуск любительского спутника, было получено в результате «состояния аффекта», в котором еще пребывало западное общество, в результате череды собственных неудач, на фоне достижений космической программы СССР. Я, конечно, утрировал, но желание быть в чем-то первыми, сыграли на руку радиолюбителям, а именно в возможности вывода своего первого любительского спутника на секретном военном космическом аппарате.

Старт РН «Тор-ДМ21»

И вот, 12 декабря 1961 года, с базы ВВС Ванденберг, расположенной близ города Лампок в штате Калифорния, состоялся пуск ракета-носителя «Thor-DM21» с разгонным блоком «Agena B», на борту которой, в качестве дополнительной полезной нагрузки был первый радиолюбительский спутник – «OSCAR I». Основной полезной нагрузкой был спутник-шпион «Discoverer 36», миссии «Corona 9029», восьмого и последнего успешного запуска серии KH-3. Он считается одним из самых результативных в своей серии. Холодная война была в самом разгаре и за кем он шпионил пояснять не надо. Эти спутники-шпионы, весьма интересны. Очень хочется немного рассказать и о них, но я понимаю, что сейчас меня занесет и парой слов точно не обойдется. Так что вернемся к любительскому спутнику.

«OSCAR I» со снятой крышкой

«OSCAR I» — не имел системы ориентации. Его корпус был выполнен в виде изогнутого прямоугольного ящика 15.2 x 25.4 x 30.5(см), материалом служил алюминиево-магниевый сплав. Внешняя сторона корпуса, была позолочена нанесенными поперек полосами. Это было сделано для пассивного терморегулирования внутренней температуры. Общий вес спутника составлял 4.5 кг**. На борту спутник нес передатчик мощностью 140 мВт, работающий в 2-метровом диапазоне, на частоте — 144,983 МГц. Питание передатчика и подсистем осуществлялось от трех параллельно соединённых 18 вольтовых аккумуляторов. В качестве передающей антенны, был использован гибкий штырь, длиной 60 см, вытянутый от центра выпуклой поверхности.
По функционалу «OSCAR I» напоминал первый ИСЗ «Спутник-1». В течение трех недель простой радиомаяк спутника передавал сообщение азбукой Морзе — «HI» (Привет). А не «Хи-Хи», как можно внезапно встретить в некоторых публикациях. «Хи-Хи». Надо же было додуматься. Смех без причины…

Запись сигнала «OSCAR I»***

Скорость передачи сигнала «Hi-Hi» контролировалась встроенным датчиком температуры. Чем теплее было, тем быстрее шла передача.

Отмечается, что и в наше время некоторые организации иногда используют этот сигнал в маяках своих спутниках, передающие его азбукой Морзе.

Печатная плата передатчика

Чак Смоллхаус (W6MGZ) и Эл Дьем разработали и построили радиопередающее устройство.
Оно состояло из трех каскадов, кварцевого генератора, работающего на частоте 72,5 МГц, буферного каскада и удвоителя диода варактора. В 1961 году, на рынке еще не существовало транзисторов на 145 МГц, которые могли выдавать, какую-либо нормальную мощность и энтузиасты использовали прототип изделия компании Fairchild. Резонансный контур L4 настроен на 145 МГц. На рисунке 7 показана печатная плата передатчика. В нем виден кристалл, два транзистора в радиаторах, индуктор L3, который подключен справа от варакторного диода.

Принципиальная схема телеметрического передатчика, опубликованная в февральском выпуске журнала «QST» за 1962 г.

Эд Бек (K6ZX), отвечал за создание маяка, таймера и вот этого самого — «Hi». Первоначальная концепция OSCAR заключалась в простом радиомаяке, передающем немодулированную несущую в двухметровом радиолюбительском диапазоне. Но позже Эд Бек разработал блок кодирования, позволяющий маяку передавать слово «HI» (•••• ••), и был добавлен канал телеметрии для контроля внутренней температуры спутника.

Лэнс Джиннер (K6GSJ) в процессе работы над «OSCAR I»

Лэнс Джиннер (K6GSJ) взял на себя радиочастотный модуль, а также внутреннюю электропроводку, соединение к батареям питания и систему отделения (отстрела) спутника.

Ник Маршалл(W6OLO) и Лэнс Джиннер (K6GSJ)

Так как Лэнс Джиннер работал в корпорации Lockheed, он заметил, возможную интеграцию спутника, с разведывательным аппаратом «Discoverer 36». Да, в Lockheed, как раз занимались разработкой таких вот шпионских спутников. Пользуясь возможностями, которые предоставляла работа в компании, и своей должностью, «в нерабочее время» он и Ник Маршалл, работающий там же, провели все необходимые испытания спутника, включающие вибрационные, температурные, а также испытания на механические воздействия.

Та самая пружина системы отделения «OSCAR I» за 1.15$

Не могу не упомянуть, но очень часто в зарубежных публикациях, сообщается забавный момент, что система отделения «OSCAR I», при выводе его на орбиту, осуществлялась с помощью пружины за 1 доллар 15 центов, купленной в обычном хозяйственном магазине. Голь — на выдумки хитра, я полагаю. Общая сумма, потраченная любителями из «собственного кармана» на создание спутника без учета пожертвований со стороны, составила порядка 68 долларов.

Место размещения спутников «OSCAR I» и «OSCAR II» на примере «Discoverer I»

Первый радиолюбительский спутник имел успех. Более 570 радиолюбителей из 28 стран направили свои наблюдения и поздравления проекту OSCAR. Свыше 3-х тысяч отчетов было получено от радиолюбителей, по сообщению журнала QST. Позже сообщалось уже о 5 тысячах.

Более того, сразу после запуска «OSCAR I» вице-президент США Линдон Бейнс Джонсон почтил проект OSCAR, в поздравительной телеграмме отправленной группе –
«Для меня этот проект символизирует свободу, которую отстаивает эта страна – свобода предпринимательства и свобода участия со стороны, людей всего мира».

Конечно же не обошлось без специальных радиолюбительских открыток (QSL карточек), за отправленный отчет о приеме сигналов принятых с «OSCAR I», они высылались радиолюбителям.

QSL карта, высылаемая за отчет принятых сигналов радиомаяка «OSCAR I»

Благодаря полученным отчетам от радиолюбителей, были сделаны определенные выводы, которые отразились на модификации второго спутника.

После запуска «OSCAR I» — отработал 22 дня, накрутив по орбите более 300 витков, и прекратил передачу сигналов 3 января 1962 года. В конце того же месяца он сошел с орбиты и сгорел в атмосфере Земли.
Уникальность первого радиолюбительского спутника заключается не только в том, что он был построен радиолюбителями, через четыре года после запуска первого ИСЗ «Спутник-1», но и в том, что это был первый в мире контрейлерный спутник, иными словами, первый отделяемый спутник, полетевший в качестве дополнительной полезной нагрузки, и первый в мире частный негосударственный космический аппарат.

В дополнение, предлагаю ознакомится с интересным отрывком, из автобиографии одного из первопроходцев спутниковой связи в отечественном радиолюбительском движении — Леонида Михайловича Лабутина (UA3CR) с воспоминаниями того периода истории.

«1961 год …В начале года на собрании ФРС в Центральном радиоклубе я сделал сообщение о предложении американца Дона Стоннера (W6TNS) запустить на нашей ракете радиолюбительский спутник. В то время я был хорошо знаком с Доном, мы с ним обсуждали многие технические проблемы. Он даже начал изучать русский язык. Электронную часть спутника американцы обещали изготовить полностью сами, корпус — совместно, запуск — наш. Э.Т.Кренкель обещал обсудить вопрос с инстанциями. Через месяц Э.Т.Кренкель сообщил, что «Инстанции против», а позже С.Матлин объяснил причины****: они оказались те же, что и запрет на публикацию нашей с UA3CN статьи о прохождении радиоволн. Американцы сделали спутник без нас и запустили его 12 декабря на своей ракете. Это был ‘OSCAR-1’.

На международной конференции ITU делегация СССР высказалась против использования спутников в радиолюбительских целях. На многие годы работы по радиолюбительским спутникам нам были закрыты.»

Вот такой немного печальный эпизод истории. Забегая вперед, полноценный советский радиолюбительский спутник был выведен спустя, аж 17 лет(!) после запуска на орбиту «OSCAR I». А получение разрешения на его запуск, с пробитием всех барьеров, был еще более серьезен. Вот уж, где энтузиастам и не равнодушным, пришлось по-настоящему пройти «через тернии – к звездам».
Но это уже другая, и тоже очень интересная история.

Резервная копия спутника «OSCAR I», была восстановлена и на данный момент полностью работоспособна. Запитан от сети переменного тока. Из открытых источников по состоянию на 2011 год он демонстрируется в штаб-квартире ARRL в Ньюингтоне, штат Калифорния, и продолжает транслировать свой «Привет» азбукой Морзе.

«OSCAR II»

Изначально не хотел совмещать, но учитывая, что следующий радиолюбительский спутник — «OSCAR II», не сильно отличался конструктивом от первого, то пару слов и о нем.

«OSCAR II»

«OSCAR II» — второй спутник, созданный группой разработчиков проекта OSCAR. Был запущен 2 июня 1962 года ракета-носителем «Thor-DM21» с разгонным блоком Agena B, с базы ВВС Ванденберг, Ломпок, Калифорния. Так же, как и первый любительский спутник, в качестве вторичной полезной нагрузки к разведывательному спутнику США «FTV 1127» миссии «Corona 9036». Это был пятый запуск серии КН-4, но его миссия была провалена и шпионскому спутнику не суждено было свершить свои шпионские делишки.

Процесс установки «OSCAR II» на носитель Лэнсом Джиннером

А вот «OSCAR II» успешно был выведен на орбиту, о чем он и пробибикал «HI-HI» целых 18 дней.

Запись сигнала маяка спутника OSCAR II

20 июня 1962 года спутник прекратил передачу, а на следующий день сошел с орбиты.

Установленный «OSCAR II» на носитель

«OSCAR II», был аналогичен своему предшественнику, тот же форм фактор, тот же вес и такая же монопольная антенна — штырь, но все же спутник был немного модифицированный. Учелся опыт, полученный в процессе работы его предшественника.
Улучшение коснулось механизма измерения температуры, для повышения точности, изменение внешнего покрытия спутника для достижения более низкой внутренней температуры.

График сравнения внутренней температуры OSCAR I и II

На графике видно телеметрию, которая отображает внутреннюю температуру спутников «OSCAR I» и «OSCAR II».

Еще одна модификация снизила мощность передатчика радиомаяка, до 100 мВт, для увеличения срока службы аккумуляторной батареи спутника. Но как раз, с батареей и случилась неприятность.
В целом если сравнивать внешне спутники «OSCAR I» и «OSCAR II», то как таковых различий там и не видно, ну за исключением разве, что другого расположения и ширины полосок на корпусе.

Визуальное сравнение «OSCAR I» и «OSCAR II»

В результате этой работы был накоплен большой практический опыт, который нельзя было получить другим способом. Некоторые участники спроектировали и построили полноценные станции слежения, фиксируя и записывая свои наблюдения. Другие научились делать прогнозы орбиты на основе минимальной информации. Были получены ценные сведения о распространении радиоволн в 2-метровом диапазоне на орбитальных высотах, а также о характеристиках аппаратуры космической связи.

Эта любительская спутниковая деятельность имела также и последствия. Международный союз электросвязи, определил участок 144 – 146 МГц в качестве международного радиолюбительского диапазона радиокосмической связи, предоставив радиолюбителям во всем мире новые возможности.

Примечания
* Нумерация римскими цифрами не случайна. Изначально все спутники проекта OSCAR нумеровались исключительно так. И не только они, например носитель на котором был закреплен OSCAR I, имел обозначение Discoverer ХХХVI, но аутентичность в статье я решил сохранить лишь за OSCAR. Традиционные арабские цифры в обозначении, стали изредка использоваться со спутника OSCAR IV. С АО-5 обозначение уже было исключительно только ими . Но в последующих статьях и обзорах это уже не имело значения, и можно встретить в обозначении всех спутников, как и традиционные арабские цифры, так и римские.
** Из интервью Лэнса Джиннера (K6GSJ) и в документах — указан вес в 4.5 кг, в некоторых других источниках вес указан в 10 кг.
*** Записи сигналов и некоторые фотографии из своей коллекции, любезно предоставил Маттиас Бопп (DD1US)
**** Запрет на рассекречивание прохождения радиоволн над территорией СССР.

Краткая информация

Спутник Номер Частота радиомаяка Режим Дата запуска Статус
OSCAR I 214 144.983 MHz CW 12.12.1961 Сошел с орбиты
OSCAR II 305 144.983 MHz CW 02.06.1962 Сошел с орбиты

На этом, пожалуй, пока все. Благодарю за внимание. Следующий на очереди «OSCAR III».
73!
Список материалов, использованных в подготовке статьи.

https://projectoscar.files.wordpress.com/2014/04/sepoct06.pdf
https://noji.com/hamradio/pdf-ppt/OSCAR.pdf
http://www.arrl.org/files/file/Technology/Bilsing.pdf
http://www.cqham.ru/forum/archive/index.php/t-6084.html
http://hamgallery.com/qsl/country/USA/California/w6ee.htm
https://n4hy.smugmug.com/AMSAT/Oscar-1
http://www.dd1us.de/spacesounds%202a.html
Журнал «QST», февраль, 1962 г.
Журнал «Popular Electronics», март, 1965 г.

А. Шафиев (RA3PPY) для R4UAB