A satellite system for radio astronomical measurements at low frequencies

Abstract

A study program was initiated at the Goddard Space Flight Center in 1962 to survey the astronomical observations most readily and profitably performed by an orbiting radio observatory, to analyze the antenna configurations most appropriate for such a mission and to develop the radiometers and other supporting instrumentation required for a radio astronomy satellite. This study has culminated in the conceptual design of a spacecraft intended solely for radio astronomical observations at wavelengths beyond the ionospheric cut-off. By utilizing long (250 m) antenna elements with a terminating resistance placed an odd number of quarter-wavelengths from the end, a V-antenna can be formed having a beamwidth less than 30° and an 18 db front-to-back ratio over a band of frequencies near 5 MHz. Proper combinations of four such long elements in a double-V or X configuration, furthermore can be made to yield some gain over a, dipole for observations as low as 0.3 MHz. A step-frequency, Ryle-Vonberg radiometer which employs an all solid-state-component comparison noise source has been developed to perform over a 70 db dynamic range with a relative accuracy of ± 0.5 db. A simple, precise instrument to measure both the resistive and reactive components of antenna impedance has also been developed for satellite use. Observations with this system from a gravity-gradient stabilized spacecraft in a 6000 km orbit would afford significant contributions to galactic studies, solar physics, and planetary astronomy by extending radio observations to frequencies in the range 0 3 to 10 MHz.

En 1962 au « Goddard Space Flight Center » on a commencé l'étude des observations à executer à bord d'un satellite radio-astronomique. Cette étude a ensuite été étendue aux antennes, aux radiomètres et aux équipements annexes. On a abouti à la conception d'un satellite spécialisé dans les observations radioastronomiques aux fréquences inférieures à la limite imposée par l'ionosphère. On montre que l'on peut construire une antenne en V dont le lobe principal aurait 30° de largeur à demi puissance, un lobe arriere à— 18 db pour fréquences pres de 5 MHz. Avec 4 éléments de 250 mètres de longueur formant un double V ou un X, on peut obtenir un certain gain par rapport à un dipôle jusqu'à 0,3 MHz. On a développé un radiomètre (du type Ryle-Vonberg) dont la fréquence d'accord est modifiée de façon discontinue et comprenant une source de bruit de comparaison avec une dynamique de 70 db et une précision de ± 0,5 db. De même un instrument simple et précis permettant de mesurer les deux composantes de l'impédance d'antenne a été mis au point pour l'utilisation en satellite. L'étude de la Galaxie, laphysique solaire et l'astronomie planétaire pourraient tirer un bénéfice considérable d'un satellite stabilisé par gradiënt de gravité, placé sur une orbite circulaire а 6000 km d'altitude et permettant des observations entre 0,3 ei 10 MHz.

Резюме

В 1962 ν в «Goddard Space Flight Center» было начато изучение наблюдений для проведения их с борта радиоастрономического спутника. Это изучение было затем распространено на антенны, на радиометры и на придаточные оснащения. Это изучение привело к концепции ('путника специализированного в радиоастрономических наблюдениях в частотах меньших предела налагаемого ионосферой. Показано, что можно построить антенну в форме V, главный лепесток которой имел-бы, 30° ширины при полумощности, задний лепесток —18 бол. гр. и полосу в 5 Мгц. С четырмя элементами но 250 метров длины, составляющих двойное V или X, можно получить некоторое усиление по сравнению с диполем, до 0,3 Мгц. Был изучен радиометь (типа Ryle-Vonberg), частота настройки которого прерывисто изменяется и содержащим источник эталонного шума с динамикой в 70 бол. гр. и точностью ± 0,5 бол. гр. Точно также был выработан простой и точный инструмент, позволяющий измерять обе составляющие антенного пмпедепца, для использования па спутнике. Исследование Галактики, физика Солнца и астрономия планет могут извлечь значительную пользу от спутника, стабилизированного на градиент силы тяжести, выведенного на круговую орбиту на 6000 км высоты и позволяющего делать наблюдения между 0,3 и 10 мгц.