Echo 1
Typ:	Ballonsatellit
Land:	Vereinigte Staaten Vereinigte Staaten
Betreiber:	National Aeronautics and Space Administration NASA
COSPAR-ID:	1960-Iota-1 (1960-009A)
Missionsdaten
Masse:	76 kg
Größe:	30 Meter Durchmesser
Start:	12. August 1960, 09:39UTC
Startplatz:	Cape CanaveralLC-17A
Trägerrakete:	Thor-Delta D2
Status:	verglüht am 24. Mai 1968
Bahndaten[1]
Umlaufzeit:	118,3 min
Bahnneigung:	47,2°
Apogäumshöhe:	1684 km
Perigäumshöhe:	1524 km

Echo 1 (eigentlichEcho 1A) ist der Name eines großenBallonsatelliten derUSA, der am 12. August 1960 als ersterNachrichten- undgeodätischer Satellit gestartet wurde. SeineCOSPAR-Bezeichnung war 1960-009A (9. Start des Jahres 1960, 1. Komponente).

DerStart erfolgte als zweiter Einsatz einer neu entwickeltenTrägerrakete vom TypDelta, der später erfolgreichsten amerikanischen Raketentype im mittleren Leistungsbereich. Ihr Erstflug (am 13. Mai 1960 mit Echo 1 und einemStartgewicht von etwa 60 kg) war allerdings einFehlstart.

Der mit dünnemAluminium überzogene dünneBallon aus demPolyester-KunststoffMylar (einer nur Bruchteile von Millimeter starkenFolie) wurde erst „aufgeblasen“, als dieEndhöhe von etwa 1500 km erreicht war (Umlaufzeit knapp zwei Stunden). Die zunächst 30 Meter große, stark reflektierende Kugel, die bereits nach einem Jahr auf einen Durchmesser von 18 Metern geschrumpft war,^[2] konnte etwa acht Jahre lang als hellerStern 1. Größe gesehen werden und diente der passiven Weiterleitung von Signalen imRadio- undFunkverkehr. Gegen Ende seiner Lebenszeit – kurz vor demVerglühen im Jahr 1968 – war die Bahnhöhe von 1500 auf etwa 1000 km gesunken.

Eine einfache Skizze bzw. die Anwendung des „Satzes des Pythagoras“ ergibt, dass ein solcherErdsatellit in einer 1500 km hohenKreisbahn bei einemErdradius von 6370 km mehr als 4600 km weit sichtbar ist. Liegen zweiFunkstationen also 9000 km auseinander und geht dieSatellitenbahn zwischen ihnen durch, können sie bei genügend starken Funkwellen deren gegenseitigeReflexion empfangen.^{[Anm. 1]}

Die erste Fernmeldeverbindung über größere Distanz gelang zwischen zwei US-Erdfunkstellen im OstküstenstaatNew Jersey und im westlichenKalifornien (Crawsfords Hill undGoldstone) über fast 4000 km. Die aluminiumbeschichtete Plastikhülle erwies sich als ausreichenderReflektor für die Funkwellen.

Derart große Flugkörper wie ein 30-Meter-Ballon sind nicht nur mit Fernrohren, sondern bis etwa 5.000 km auchfreiäugig sichtbar. Generell ist bei (kleineren) Erdsatelliten jedoch die visuelle Sichtbarkeit schwieriger als ihre Beobachtung mittels Funkwellen, weil

1. der Satellit von derSonne beleuchtet sein muss,
2. der Beobachter im Schatten (d. h. auf der Dämmerungs- oderNachtseite) der Erde liegen muss,
3. dieHelligkeit einer Kugel vom Winkel zwischen Lichteinfall und Beobachter abhängt – sieheMondphasen – und
4. außerdem inHorizontnähe durch die atmosphärischeExtinktion stark absinkt.

Dennoch ist es auch für präzise Zwecke derSatellitengeodäsie kein Problem, einen Flugkörper wie Echo 1 bis herab zuHöhenwinkeln von 20° zu beobachten – was einer Distanz von 2900 km entspricht. Daher lassen sich theoretisch Entfernungen zwischenVermessungspunkten bis über 5000 km „überbrücken“, und in der Praxis zumindest 3000–4000 km.

Wenn man auf ±0,01° (oder 36″) genau die Satellitenspur vor denFixsternen misst und sich der Satellit um 0,3° pro Sekunde bewegt, muss die Zeit auf 1/30Sekunde genau sein. Das konnten aber nur sehr geübte Beobachter im damaligen „Moonwatch“-Programm. Für Zwecke derGeodäsie wäre eine noch höhere Genauigkeit notwendig.

Diese höhere Qualität erhielt man schon damals mit lichtstarkenfotografischen Kameras bei Brennweiten ab 20 cm (sieheSatellitenkamera). Zwar kann man damit nur Satelliten aufnehmen, die etwa eine freiäugige Helligkeit besitzen, doch war das für helle Ballonsatelliten des Echo-Typs bei weitem erfüllt (wegen des guten Erfolgs folgten noch weitere drei Starts bis 1966).

Liegen nun solche Foto-Aufnahmen mit Satellitenspur plus kurze Unterbrechungen (Verschluss mit Zeitmarken) vor, kann daraus die Satellitenbahn im Sternkoordinatensystem α, δ auf etwa ±2″ bestimmt werden (sieheBahnbestimmung). Nun hat man zwei Möglichkeiten:

1. Analyse derBahnstörungen und damit eine genaue Bestimmung desErdschwerefeldes in Satellitenhöhe, oder
2. gleichzeitige Messung des Satelliten von zwei oder mehrBodenstationen und Bildung von großen Dreiecken zwischen ihnen. Diese Methode entspricht derterrestrischen Triangulation, mit der die Geodäten zwischen 1600 und 1950 die Erde großräumig vermessen haben, und heißt deshalb „Stellartriangulation“.

Damit wurden zwischen 1960 und 1968 – als der erste Ballonsatellit verglühte – hunderttausende Messungen gemacht. Die Achsen desErdellipsoids, die bis dahin wegen der geodätisch fast unüberbrückbarenOzeane nur auf etwa 100 Meter bekannt waren (0,0016 Prozent des Erdradius), konnten dadurch etwa zehnmal genauer bestimmt werden. Durch den Fortschritt der Technik stieg diese Genauigkeit bis 1975 nochmals fünffach (auf zwei bis drei Meter); 1980 erreichte man ±1 m und heute ist man – allerdings mitMikrowellen-Techniken undGPS – bei wenigenZentimetern bisDezimetern angelangt.

Für dieNachrichtentechnik wurde das „passive Prinzip“ (Reflexion derFunkwellen an derBallonhaut) jedoch bald durch aktiveSysteme ersetzt:

• Einerseits war der technische Fortschritt in den ersten Jahren der Raumfahrt einigermaßen rasant und wirkte sich sowohl bei Start undSteuerung, als auch bei der in die Satelliten eingebautenTechnik aus.
• Andererseits erkannte man bald, dass nur mit aktiv arbeitenden Satelliten eine effektiveInformationsübertragung möglich ist und dieReflektivität der Ballonhüllen zu rasch abnahm.

Der erste aktiv sendende, kommerzielleFernsehsatellitTelstar 1 wurde am 10. Juli 1962 gestartet und kam bereits im Sommer für eine direkteFernsehübertragung zwischen USA,Westeuropa undJapan zum Einsatz. Er konnte gleichzeitig mehrere hundertTonkanäle aussenden.

Wegen des so erfolgreichen Nachrichtensatelliten wurde schon 1963 in den USA die KommunikationssatellitengesellschaftCOMSAT (Communications Satellite Corporation) gegründet. Ein Jahr später folgte dieIntelsat (International Telecommunications Satellite Organization) und COMSAT war Gründungsmitglied. Ihr erster Nachrichtensatellit hießEarly Bird (Morgenvogel) und startete 1965. Early Bird (offiziellIntelsat 1) konnte 240 Telefongespräche bzw. einen Fernsehkanal übertragen.

Weil Echo-1 trotz seiner Einfachheit doch recht erfolgreich war – auch gegenüber seinen oben erwähnten elektronischen Nachfolgern – wurde 1964 ein ähnlicher Ballonsatellit Echo 2 gestartet. Echo 2 war mit 41 Metern Durchmesser noch größer als Echo 1. Es wurde ein höherer Gasdruck zum Aufblasen des Ballons verwendet.^[2] Seine Bahn war etwas niedriger (anfangs etwa 1200 km) und verlief sehrpolnah (Bahnneigung nun ca. 82°, gegenüber Echo-1 mit 47°).
Dadurch konnte man den Satelliten auch in höheren geografischenBreiten beobachten, wo großer Bedarf aninterkontinentalen Verbindungsmessungen bestand. Echo-2 hatte mit seinen sechs oder sieben Jahren eine etwas kürzere Lebensdauer als Echo-1 (1960–1968). Beide Ballone verloren ihre Kugelgestalt erst nach einigen Jahren, obwohl ihreGasfüllung wegenMikrometeoriten vermutlich nur wenigeStunden vorhanden war. Im Jahr vor dem Absturz waren beide Ballone bereits ziemlich „verbeult“, und man konnte ihreRotation deutlich an ihren sich periodisch ändernden Lichtreflexionen erkennen. Ihrescheinbare Helligkeit war im Laufe der Jahre von 1. Größe (0,2 bis 1,0) um fast eine Größenklasse gesunken.

Zur Erforschung der Dichte der Hochatmosphäre startete die NASA die kleineren BallonsatellitenExplorer (Nr. 9, 19, 24 und 39), und im Jahr 1966 folgte der 30-m-BallonPAGEOS. Sein Name bedeutet (deutsch wie englisch) „PAssiver GEOdätischer Satellit“.

PAGEOS wurde speziell für das sogenannteWeltnetz der Satellitengeodäsie gestartet, für das bis 1973 um die 20 Beobachtungsteams weltweit unterwegs waren. Mit den vollelektronischenBC-4-Kameras (1:3 /Brennweite 30 bzw. 45 cm) nahmen sie in 46 Bodenstationen insgesamt 3000 verwertbareFotoplatten auf, woraus die Stationendreidimensional auf durchschnittlich 4 m genau berechnet werden konnten. Der Koordinator dieser Kampagnen warHellmut Schmid von derETH Zürich.

In Europa lagen drei Stationen des Weltnetzes:Catania auf Sizilien, derHohenpeißenberg in Bayern undTromsø im nördlichen Norwegen. Zur Ergänzung des reinenRichtungsnetzes waren genaue Streckenmessungen nötig, die auf vier Kontinenten – und auch quer durch Europa – mit Genauigkeiten von 0,5 mm pro km vermessen wurden.

• Ionosphäre
• Erdmessung

• Eugene Nelson Hayes:Trackers of the skies: A history of the Smithsonian satellite tracking. Doyle, Cambridge MA 1968.

• Space.com:1st Communication Satellite: A Giant Space Balloon 50 Years Ago (englisch)

1. ↑Echo 1 imNSSDCA Master Catalog, abgerufen am 8. Oktober 2012 (englisch).
2. ↑^abJoel Strasser:New Look in This Year's Comsats; Electronics 19. Juli 1963, S. 19

1. ↑Hierbei handelt es sich um den Abstand zwischen dem Satelliten und einem Beobachtungspunkt auf der Erdoberfläche (verbunden durch eine gerade Verbindungslinie; diese ist unter den genannten Bedingungen rund 4621 km lang). Der Abstand zwischen der senkrechten Projektion des Satelliten auf die Erde und demselben Beobachtungspunkt beträgt dabei etwa 4447 km. Über Echo 1 konnten also unter optimalen Bedingungen zwei 8894 km entfernte Bodenstationen Verbindung aufnehmen.

• Forschungssatellit (Kommunikation)
• Forschungssatellit (Geodäsie)
• NASA
• Beobachtende Astronomie
• Raumfahrtmission 1960