为什么美国在1960年代要向太空发射近5亿根铜针?:上世纪60年代,美国开展了一项被称为“西福特计划”的太空部署,于1961年试图将4亿3000万根的铜制偶级天线散布
上世纪60年代,美国开展了一项被称为“西福特计划”的太空部署,于1961年试图将4亿3000万根的铜制偶级天线散布到地球的太空轨道上,但并没有成功,随后1963年第二次尝试,终于在轨道上散布形成人工的环状针云。
天线的长度大多两厘米左右,加上非常细,酷似一枚针,所以该计划也被成为“针计划”。
它们分布的高度在3500公里-3800公里之间,对很多的中地球轨道人造卫星具有一定的安全威胁,但按照联合国美国大使的说法,这些针并不会长时间存在,三年左右,在太阳辐射压的作用下就会离开轨道坠落进地球大气。
事实上,截止今天仍有大量的针残留在轨道上,但对地球生物并没有明显危害性。
该计划在实施后就遭到大量联合国成员的反对,但美国还是做了,这有什么目的呢?
原来,在冷战初期,当时的卫星通信还没开始,远距离的国际通信主要依靠海底电缆和天然存在的地球电离层反射无线电。
美国害怕海底电缆被苏联切断摧毁,而地球的电离层反射并不稳定,这试图会影响美国和海外部队的通信联络,于是异想天开地想通过在地球轨道上空散布能反射无线电波的铜制天线。
苏联的《真理报》甚至以“美国玷污了宇宙”为论点作出抗议,后来伴随着现代通信卫星的快速发展,该计划的技术实际上并未广泛应用就被淘汰了。
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美国1960年把数亿跟钢针发到太空中,实际上是航空航天史上臭名昭著的西福特计划。美国发在太空上的,也不是简单的钢针,而是数以亿计的针状的天线。这些针状天线,把地球围了一圈,形成一条由钢针组成的丝带,这些钢针成为美国通讯的关键点。
当然,绝大多数钢针会成为太空垃圾,长时间悬浮在地球周围,只有一小部分会落入大气层。这种丧心病狂的计划,遭到了各国极力反对,最后美国不得不停止计划。
西福特计划,是在美苏冷战的大背景下产生的,由美国麻省理工学院设计。这是一种新型的天空通讯系统,每个钢针,都是一根天线,这样的天线,在地球周边形成一个圆环,美国通讯可以通过这个圆环来保证通讯不中断。
对于这种变态的设计,美国人的想法非常现实,加入苏联摧毁了美国的通讯卫星,那么,美国的通讯势必会瘫痪,现代化战争中,通讯的瘫痪,意味着在现代化战争中处于劣势。为了防止这种事情的发生,美国人想到了西福特计划,让数亿根钢针,代替通讯卫星,在危急关头,可以保证通讯的持续畅通。
这个计划,耗资巨大,第一次发生实验,在1961年进行,但失败了。受到挫折的美国人并没有放弃这个疯狂的计划,而是在两年后,也就是1963年,再次实验,并且成功的将第一批钢针发生到太空中,这就预示着,西福特计划,从理论走向了实际操作。
西福特计划的成功,让全世界都震惊了。每个国家都想要发展太空事业,但没有一个国家有美国这般的疯狂且大胆。
从理论上讲,西福特计划绝对是一个天才的计划,如果实施成功,会让通讯达到另一个高度。但天才计划背后,存在巨大的危机,按照西福特计划的构想,将有四亿三千万根钢针飞向太空。
这是一个极为恐怖的数字,因为很有可能在太空,制造出数以亿计的太空垃圾。这些太空垃圾,对人造卫星,太空飞行器,都可能造成致命影响。也就是说,当美国方便了自己,顺手也恶心了别的国家。
更让各国感觉到恐惧的是,如果西福特计划真的被允许,难道苏联就不会这么做吗?那么,其他有这样技术的国家,都会这样去做,那地球周围,将是怎样的恐怖局面。即使想一想,就让人不寒而栗。
苏联最先提出抗议,接着,英国也开始抗议,众多掌握或者想要掌握航天技术的国家,也加入了抗议的行列。而与此同时,美国也出现了技术瓶颈。自1963年发射成功之后,后续再也没有成功过。联合国开始过问这件事,迫于各方的压力,美国最终取消了西福特计划。
天才和疯子,本来就是一念之间,西福特计划毫无疑问是一个天才的计划,同时也是一个疯狂的计划。任何一种技术,都可能是一把双刃剑,当我们看到这个计划天才的一面,请不要忽视计划背后的疯狂一面。
上世纪60年代,正处于美苏争霸的关键时期,美国为了争夺太空站的主动权,同时为了获得更加稳定的地球无线电通讯信号,制定并实施了向太空发射数亿枚铜针的计划。
这张计划名为“西福特计划”,发射的铜针叫做“西福特针”,主要目的就是,将大量“西福特针”发射到太空轨道中,在地球上空形成环状针云,发挥这些铜针对于无线电信号的良好反射作用,改变当时无线电通讯信号质量不佳的问题。
(西福特计划中的地面控制天线)
“西福特针”实际上就是一个小型的铜质偶极天线,长度1.7厘米,横截面直径20微米左右。1961年,美国进行了第一次发射实验,结果不成功。1963年,继续实施第二次发射,最终把4.3亿根“西福特针”发射到地球3500-3800公里高的轨道上,形成的环状针云宽度8公里,长度38公里。
(西福特针)
这些“西福特针”发射以后,确实在一定时间内发挥了它们的作用,不过后来,随着通讯技术的飞速发展,以及人造通讯卫星的陆续发射升空,太空通讯网络日益成熟,“西福特针”的通讯技术就严重滞后,美国于是放弃了该计划。
按照预想的设计,“西福特针”在太空漂浮一段时间以后,就会因太阳辐射的压力而脱离既定轨道,3年时间内全部落入大气层焚毁。不过到现在,大部分的铜针仍然漂浮在太空轨道中,成为“太空垃圾”,对以后航天事业发展和卫星发射带来了很大的影响。
(地球上空的太空垃圾)
2017年2月时,印度曾经一次发射过104颗卫星,被称为“一箭百星”,今年5月份,马斯克全球WiFi计划卫星发射,一箭发射了60颗卫星,都足以让人类震惊,然而美国航空航天局(NASA)曾经在上世纪60年代开展过一项被称为“西福特计划”的太空任务,试图将数亿颗“人造物”发送到地球周围的太空中。
“西福特计划”在上世纪60年代时一度闹得沸沸扬扬,该计划于1961年第一次实施,美国航天部门试图将4亿3000万根铜制偶级天线撒到地球周围的太空轨道上,这些铜制偶级天线是比人的头发还细的铜针长度也只有1厘米左右,这些铜针分布于高度在3500~3800公里之间的高度上,轨道倾角在96度到87度之间,分布的面积大约是8公里宽,38公里长,成功实施之后,它将形成一个高悬在太空中的面积巨大的反射天线,有助于提升美国的通信能力。
西福特计划又被称为“西福特铜针”,美国实施该计划的初衷是想通过在以近地轨道上散布金属针形成云状环来反射无线电信号,从而解决当时美军在通信方面的不足。因为在上世纪50~70年代,远距离的国际通信主要由海底电缆和自然存在的电离层反射无线电的方式进行,由于美苏两国的冷战,美国军方生怕前苏联海军会切断其海底电缆,而依靠地球的电离层通讯又认为性质不够稳定,无法保证美国军方及其他领域的海内外的通信联络,所以美军寻求能在全球范围内都可以稳定地进行无线电通讯的办法,宇航领域的专家们就想到了西福特计划。
电离层通信↑
海底电缆↑
该计划试图将4.3亿根偶极天线发射到轨道上形成云状环,以改善远程通信条件。1961年10月21日该计划执行第1次发射任务,但并没有成功,但第二次于1963年5月9日成功进行,在轨道上形成了环状针云,美国人还利用其成功进行了通信。
不过该计划招到了世界各国的谴责,因为大量的真云散布到太空中,将妨碍其他卫星的正常运行,时间长了还会形成太空垃圾,对人造航天器造成较大的损害,苏联方面就在联合国对美国的该太空行为提起谴责,苏联的《真理报》还以“美国玷污了宇宙”为论点作出抗议,美国国内各界也阻挠该计划的实施,再加上现代通信技术的发展进步,使得该计划未能继续实施和广泛运用。
当其他国家和美国各界提出反对的时候,美国联合国大使阿德莱·史蒂文森称这些细小的铜针会在太阳辐射压力和太阳风的作用下在短短3年内离开轨道,大部分将进入地球大气层销毁,然而事实上直到现在仍有相当数目的铜针残留在轨道上,这对世界各国的航天任务无疑也是不利的。
林肯实验室是属于美国国防部的一间研究中心,由美国政府投资,麻省理工代管。这是前提。
一、背景
在冷战时期甚至现在,国际通信主要靠海底电缆,当然过去还有利用电离层反射短波进行通信信号传输,不像现代还有卫星可用。
而电离层传输非常不靠谱,电离层是色散介质,它只能传播的较窄的频带,而且还有多径效应造成无线信号的衰落较大;
如果遇上太阳爆发的话,就会引起电离层暴,那么此时的电离层通信和广播可能遭受严重干扰,或者干脆直接中断。
尤其在1958年,美国在太平洋上进行的核试验过后,美军发现核试验地点上空的电离层被破坏了,阻断了夏威夷和新西兰等地与美国本土的无线电短波通信。
美军当时就害怕啊!万一给苏联切断了海底电缆,那么美军的信号传输就歇菜了,于是,需要一种能在全球范围内都可以稳定地进行无线电通讯的办法。
二、林肯实验室挑重担
不出所料,这个任务落在了林肯实验室头上,专家们苦思冥想,终于这些顶级专家们制定了针计划(Project Needles),后来更名叫西福特计划(Project West Ford)。
西福特计划的目标是使用超高频电磁波(SHF)完成远距离通信。假如在近地轨道上布置一条金属环来反射无线电信号,这样无线信号传输不就解决了吗?
当然,发射金属环是不可能的,最后采用了非常细的4亿3000万根偶极天线散到轨道上,这样就形成金属云状环,然后利用8GHz的载波频率进行短波通信。
但是这根天线可不一般!它是一个全向天线,又叫偶极天线,所以它是有带绝缘层的六根铜针组成,直径最细达到了17.8微米。
1961年10月21日进行了第一次发射,结果发射失败了,此次采用的铜针全长1.78厘米,直径25.4微米。
1963年5月9日进行了第二次发射,此次发射成功将几百万根铜针,送到了高度在3500公里到3800公里之间,轨道倾角在96度到87度之间的轨道附近,此次采用的铜针更细,全长虽然还是1.78厘米,但直径缩小到了17.8微米。
据说,成功利用这个金属云状环进行了通信,不过谁也不知道真假!
很快这个消息被传开了,苏联的《真理报》以“美国玷污了宇宙”为论点进行了抗议。
于是以苏联为首的国家在联合国大会上公开抗议美国的西福特计划,声称西福特计划将会给人类未来的通讯、太空探测等带来不良影响。
最终,1966年12月19日联合国大会通过了《外层空间条约》(Outer Space Treaty),在规定从事航天活动所应遵守的10项基本原则中,其中第九条保护空间环境原则中,明确规定了航天活动应避免使外空遭受有害的污染,防止地外物质的引入使地球环境发生不利的变化;禁止了美国西福特计划这种不负责任的行为。
至此,美国西福特计划彻底夭折!但太空垃圾已经形成了。
在20世纪60年代早期,国际通信仅限于通过海底电缆或偶尔不靠谱的电离层反射无线电信号进行通讯。当时正值冷战时期,都幻想着第三次世界大战可能会打响,比如苏联在发动攻击之前切断海底电缆的话,那国际通讯就不得不依赖于电离层的情况。
电离层是在海平面以上80到900公里的上层大气。之所以得名电离层是因为这个区域的大气在太阳和宇宙辐射的作用下部分处于电离状态。简单地说,当特定的光子被分子吸收时,太阳和其他宇宙源发出的x射线、紫外线和短波辐射就会在这一层大气中释放出电子。由于电离层,特别是上层大气分子和原子的密度很低,允许自由电子存在的时间很短,很快会重新组合形成中性原子。在较低的大气中,分子密度较大,这种重组发生得更快。
在没有干扰的情况下,无线电波从广播源沿直线传播,最终会到达电离层。之后会发生什么取决于多种因素,其中最重要的是波的频率和电离层中自由电子的密度。对于某些类型的无线电波,在适当的条件下,它们基本上会在地面和电离层之间来回反射,把信号传播得越来越远。因此,电离层在地面无线电通信过程中发挥着重要的作用。但正是电离层不断变化的性质影响了信号传播的稳定性,因此就有了美国的大胆设想也就是西福特计划。
首先,电离层的组成在晚上变化最大,这主要是因为晚上没有太阳。如果没有足够的电离射线源,电离层的D和E层(图右)就不再处于电离状态,但F区(特别是F2区)仍然处于电离状态。此外,由于这里的大气密度明显低于E和D区域,所以会产生更多的自由电子,这里的自由电子密度是关键。
当这些电子遇到某种类型的强无线电波时,比如AM无线电,它们会以电波的频率振荡,在这个过程中电子会从无线电波中吸收一些能量。如果有足够多的电子,比如在F层(当电子密度相对于特定的信号频率足够大时;在白天是在E层和D层),这可以非常有效地将信号反射回地球,使其具有足够的强度被接收器接收到。
根据特定的条件下,反射过程可能会重复很多次次,信号反弹到地面,然后又反弹回来电离层再反弹地面。因此,利用这种天波,某些无线电信号甚至可以传播到数千公里外的大洋彼岸。
当然,考虑到这种交流方式的不可预测性,这完全是在靠天吃饭,冷战时期的美国希望有另一种更加可靠的通讯方式。
该项目由麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)林肯实验室(Lincoln Labs)开发,沃尔特·莫罗(Walter E. Morrow)教授在1958年首次提出这个想法时,最初将其称为“针计划”(project Needles)。后来,它被重新命名为“西福特计划”,大概是根据附近的马萨诸塞州韦斯特福德镇命名的。他们的想法是将数十亿个微小(1.78厘米长,直径25.4微米)的铜质天线或偶极子放置在中等大小的地球轨道上,形成一个环状针云,用于反射8千兆赫的通信信号。
1961年10月21日发射了第一批超过一亿枚的针头,但不幸的是,由于针头没有按计划散开,试验失败了。第二次尝试是在1963年5月9日,一批3.5亿根铜针被放置在一颗空军卫星的背面,并被送入地球轨道。这一次铜针分散开来,形成了一个稀疏集中的环带,每立方米大约有50个偶极子。实验的早期结果是非常成功,从加利福尼亚到马萨诸塞,大约相距4800公里,使用环状针云成功建立了通信。当时美国正考虑再发射两个针云环带,以便在轨道上永久放置。
世界上所有的国家都反对美国进一步部署和延续西福特计划。天文学家担心这条腰带会干扰地球上的天文观测。其他国家则认为在不与地球上其他国家协商的情况下,美国没有权利随心所欲地利用地球上空空间。
当然,这个问题很快就得到了解决,因为在第二组针头被送入轨道后不久,美国在1966年部署了自己的第一个通信卫星系统,这就让使得环状针云失去了用武之地,已经过时了。
虽然该项目基本上已被遗忘,但它促成了1967年《外层空间条约》的签署,该条约是由99个国家参与签署的,目的是防止外层空间军事化。简而言之,它规定任何国家都不能宣称对太空或任何天体拥有所有权;所有国家都不能污染外太空和天体,并对它们造成的任何损害承担责任;不得将任何大规模毁灭性武器部署或放置在轨道或任何天体上;在任何天体上都不能建立军事基地,包括月球!
那么已经送上太空的铜针呢?当时美国的史蒂文森表示:太阳辐射压力会导致偶极子只在轨道上停留大约三年的时间。50年后的2013年,一些没有正确部署的偶极子仍然以团块的形式存在,为太空垃圾贡献了一部分力量,这些碎片被NASA轨道碎片项目办公室一直跟踪。随着时间的推移,数量逐渐在减少,因为它们偶尔会坠入大气层。截至2019年5月,已知仍有40团针在地区轨道上游荡。
上个世纪二战结束后美国和前苏联这两个超级大国进入冷战时期,在很多领域都展开竞争,被大家所熟知的就是太空探索,发射卫星、载人航天、载人登月、金星探测以及火星探测,美国还发射了四颗星际探测器,最远的旅行者一号已经飞到了220亿公里之外。
除了航天上的探测就是对于深海的探测,两个国家也都实现了进入超过10000米深的马里亚纳海沟,那么深海探测完了还要干什么?那么就是探测地心了,例如前苏联的“地球望远镜计划”钻的一个孔超过12000米深。直到九十年代前苏联解体之后,这种畸形的竞争才算正式结束。
在冷战期间美国提出过三个现在看来非常疯狂的太空计划:第一个就是期望用核武器对月球进行轰炸,目的就是彰显国力,但最后并没有实施;第二个是星球大战计划,设计两个太空飞船,让这两个飞船在太空中进行对打;第三个是就是本文要说的“西福特计划”,也就是向太空中发射铜制偶极天线,并且这个计划得到了实施。
所谓的铜制偶极天线就是一种类似于针的金属体,它们长度在1.70cm,直径在20微米左右非常细。这个计划第一次实施是在1961年,但当时并没有成功,而经过了两年在1963年继续实施该计划,最终把4亿3000万根铜制偶极天线发射到3500-3800公里高的轨道之上,形成了一个宽度在8公里,长度在38公里的长云状的结构。
这个计划最后被没有继续实施,而是被搁置了,现在的大多数“针”已经变成了名副其实的太空垃圾。
在上个世纪向国际远距离通信只能依靠海底电缆和自然条件下的大气电离层来反射无线电进行。但美国比较担心如果再一次发生战争,电缆被前苏联所破坏的话,那么就无法准确的指挥联络海外部队进行作战。而向太空发射这样的针状物可以在全球范围内稳定的稳定地进行无线电通讯,因为它们可以反射无线电信号,这比自然形成的电离层要稳定准确的多,当是的控制天线就在西福特小镇之上。
你去按太空垃圾的问题已经快到了人类需要关注的程度,这些太空垃圾大部分都是来自于各国的卫星,执行完科学任务后被弃置在太空,如果是在近地轨道上的,有着稀薄的大气层,最终就会再入大气层,质量小的燃烧殆尽,而那些较大的可能有落在地面上的危险。
文/科学黑洞,图片来源网络侵删。
在冷战时期,也就是美苏争霸时期,双方在科技和军事上竞赛。由于当时的远距离通讯主要由海底电缆以及大气层中的电离层来反射无线电。
因此,美国当时担心苏联会切断海底电缆,导致只能依赖不稳定的电离层来联络驻扎海外的官员,而这或将导致美国无法及时联系到海外的部队。
基于这种背景,美国想到了将4亿3000万跟偶极天线发射到地球轨道上空,形成云状环以用来改善远程通讯。该计划被称为西福特计划,又被称为西福特针计划。
在该项计划中,美国本打算发射的针为铜制偶极天线,长约1.78厘米,直径约25.4微米,比头发丝还细。
按照计划,这些针会被发射到大约3800多公里的太空中,形成的针状环云厚度约8公里,然后通过设置在西福特镇上的卫星天线作为辅助远程通讯,而太空中的针则相当于人工电离层,让信号的反射更稳定,而且敌军无法摧毁。
该计划第一次发射于1961年10月21日,但这一次发射并没有成功。但他们并没有放弃,决定继续第二次发射。
第二次发射于1963年5月9日,这一次发布成功,并实现通讯功能。但此事后来被英国皇家天文学会知道了,当时的英国天文学家以及光学天文学家都对此时表示了抗议,苏联更是称美国玷污了宇宙。
最终这件事情被提交到联合国,由于全世界的反对以各界的不满,最终被禁止,再加上后来通讯行业蓬勃发展,因此该技术并未获得广泛运用,就已经过时。
然而苦果已经埋下,这些分布在3500-3800公里高的针,最终成为了太空垃圾,并威胁到世界各国的航天器。
虽然当初在发射西福特针时,美国联合国大使解释:在太阳风的作用下,这些针将会在3年内离开原来的轨道,并回到大气层,直到返回地球表面。
然而,就目前的情况来看,仍有大量的针残留在轨道上,只有一小部分返回到了大气层。
首先我们要知道,无论是针,还是发射针的技术相对简单,地球上有许多国家有实力发射。如果该计划没有被阻止,那么肯定有其他国家会效仿没过发射偶极铜针来传递信号,届时地球可能会被厚厚的一层针所包裹。
由于这些针离地球并不是非常远,地球引力仍旧能够束缚住它们,这将会导致一些针会在地球引力的作用下进入地球表面,或将对人类以及其他地上的生物产生严重影响。
事实上,仅仅美国发射的这批针,已经对许多国家的航天计划产生了一定的困扰。我们知道,这些针游走在太空上时,就是一个个细小的太空垃圾,5亿枚针就相当于5亿个太空垃圾。
这些太空垃圾体型较小,不易被人察觉,在太空中高速运转的飞行器,无法对其有效识别,一旦撞上,或将对飞行器造成毁灭性的伤害。
西福特计划从技术手段上看是一个非常天才的计划,如果该项目能够完成,那么人类的通讯会达到一个高度。
但是,科学的发展不能只看技术手段,还要看对社会以及未来造成的影响。正是这些外在因素的约束,科学技术才没有走向极端。
自从二战结束后,强国则开始对航天进行了各种竞赛,无论苏美之间的登月攀比还是卫星发射,似乎世界强国都要在航天领域上超越对方,以表明自己的国力,因此各种航天研究项目陆续发生。1960年,美国就曾对太空发射了大约5亿枚铜针,大家知道是为什么吗?
美国的这个项目叫“西福特计划”,其预计在1961年的时候把4.3亿枚由铜质构成的偶级天线发送到地球外的太空轨道里,可惜由于技术不到位,导致计划失败。但坚韧的美国人并没有因此放弃,他们很快重整旗鼓,终于卧薪尝胆于1963第2次启动该计划,由于吸取了前面的教训,美国人这次总算把4.3亿铜针送入了外太空轨道,并且在轨道里形成一个圆形的针云,由于所用铜针每一枚约1.8厘米,做工极其细小,很多人便成为“针网”,但实际上美国人把这叫做“天线”。
然而胡乱破坏宇宙平衡也是有一定风险跟报应的,当年美国把该计划施行地点定在麻省理工学院的林肯研究室,云集众多科学家合力展开。经过一次失败后,第二次才把4亿多的“天线针”送达离地球表面约3700公里高的太空轨道当中,这些铜针在进入真空环境后,慢慢成形,最终呈现出一个宽达8公里距离长约38公里的云状。“西福特针计划”成功之后,发挥了一些预想的用途,但并没有多大贡献,比较当年施行的时间是1961年,随着岁月推移,科技日新月异,各种技术有所突破,不久后这个“太空针网”就显得落后了。
后来,美国制造出卫星并且成功发射,使得太空通讯像前跨出一大步,各种联系网络成形且越来越先进。这个“针云计划”的通讯能力已经远远满足不了美国人的需求,因此美国最终被迫放弃这个项目。而遗留在太空轨道的4.3亿铜针将是一个大难题,这些铜针云被遗弃后,无疑就成了一堆太空垃圾,美国人有能力放上去,那么是否有能力回收呢?
常言道泼水容易想收回来就比登天还难。美国当年精心策划把4.3亿铜针发射进地球的太空轨道,使其扩散形成长达38公里距离的针网,无数枚铜针飘散在真空状态之中,十分松散,如果想逐一回收,基本是不可能的。
根据数据推测,这批数量巨大的人造铜针将受到太阳的辐射,期间随着辐射压力的增加会慢慢移出原有轨道,之后会受到地球引力的影响,进入地球的大气层,不过大气层足够厚能够抵挡住这满天飞针,使得铜针在穿越大气层的时候就因为快速摩擦,导致产生高温接着随着温度上升铜针才被烧融。
而想要烧熔这4.3亿枚铜针至少要花费3年以上的时间,被烧化的气体也将流入大气层。虽然这个说法是由美国提出的,但实际上并非如此,通过长时间的观察后,科学家们发现美国的这些铜制天线仅有一部分飘回了地球大气层烧毁,剩余的仍然漂浮在地球之外,而这些数量惊人的铜针将永远流浪在太空环境,并成为人类创造的太空垃圾。
综上所述,随着科技的发展,各国开始有能力向太空发展,首当其冲的就是世界第一强国美国,他们在实力增强的同时无疑也暴露了不负责的本质,希望其在以后的研究项目中能够注意环保,毕竟地球是大家共同的家园,而不是美国人独有。
1963年夏天,美国确实在地球轨道周围建立了一个由5亿根的铜丝构成的巨大的环,这些铜丝是西福特计划的一部分,该计划旨在加强地球的电离层,并为美国军方提供一个防故障和防破坏的通信系统,以便在苏联发动攻击时保护美国的远程通信,这是冷战偏执和军事思维在美国早期太空计划中发挥作用的完美例子。20世纪50年代,远距离通信要么通过海底电缆,要么通过超视距无线电,电磁波从地球的自然电离层反射回来。海底电缆更为可靠,而超视距无线电的保真度易受到太阳活动的影响,电离层经常受到太阳耀斑的干扰。处于冷战思维中的美国担心,如果苏联攻击海底电缆,那么仅剩的超视距无线电通信系统将非常不稳定,从军事角度来看,这可能是灾难性的。
因此,1958年,麻省理工学院一位名叫Walter E. Morrow的电气工程师提出,在地球轨道上方铺设一条铜线带,这些铜线可以作为一个永久性的无线电反射器,使美国能够将无线电波反射到位于国外的基地,同时不受太阳干扰,该项目被称为西福特计划。西福特计划预计准备4.8亿根铜针,每根针长1.8厘米,直径18微米,比人的头发丝还短还细。这个长度相当于8 GHz电磁波波长的一半,有效地将每根铜丝变成了偶极天线。这些针虽然单个很小,但当它们均匀分布时,预计会在距地球3500公里的轨道上形成一条环带,构成西福特反射器,作为人类历史上最大的无线电天线。
1961年10月第一次尝试绕地球轨道构建西福特反射器以失败告终,这些铜针没有散开,反而形成了几团金属线团漂浮在地球轨道上。1965年5月的第二次尝试相对成功,在西福特号宇宙飞船里,铜针被密密麻麻地由一种可在太空中迅速蒸发的萘凝胶困住一起,整包铜针只有20公斤重,在释放两个月后,估计有1.2亿至2.15亿根针的铜针逐渐遍布整个轨道,最后形成的西福特反射器宽15公里,厚30公里,在3700公里的高度环绕地球。几天之后,在加利福尼亚和马萨诸塞之间成功地利用西福特反射器进行了语音传输。最初,数据以大约每秒20千比特的速度传输,可以进行相当清晰的语音传输。但随着铜针继续分散,率明显下降,四个月后,传输能力只有100比特每秒。
从一开始,西福特计划就遭到了世界各地天文学家的强烈反对,天文学家担心这些铜线可能会直接干扰对天空的观测。然而,最终扼杀西福特计划的并不是来自杰出科学家的反对,而是现代通信卫星这一更可靠、容量更大的远程通信系统的迅速发展。1962年,第一颗现代通信卫星发射,它每天能够跨越大西洋传送两个小时的电视信号。西福特计划最终被搁置,半个多世纪过去了,根据理论和观测证据,大部分西福特铜线在1970年左右重新进入地球大气层,由于它们太小,这些针没有在大气中燃烧,慢慢地漂落回地球表面,计算结果显示,在北极高地,每平方公里可能有多达5个西福特铜线落。上世纪90年代中期的观测数据表明,在2500公里以上的轨道上只剩下有少量的西福特铜线小碎片。
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