「黛安娜」計劃：軍方興奮、媒體懷疑，紛亂中人類又向前一大步

• 官方代號

「黛安娜」計劃

• 英文名稱

Project Diana

• 媒體稱呼

雷達天文學

• 密級

保密

• 發起者

美國陸軍小約翰·H·德維特中校

• 運作進程

1946年

• 目的

無線電信號從月球反彈並接收反射的信號

背景

1940年代，美國和匈牙利的研究人員首次從月球反彈了雷達波，而其他人則首次對流星進行了系統的雷達研究。這些實驗構成了用雷達對太陽系的初步探索。為了了解雷達天文學的開端，首先必須檢查雷達在無線電中的起源，電離層研究的決定性作用以及第二次世界大戰引發的雷達技術的迅速發展。

早在1922年6月20日，在紐約電氣工程師學會和無線電工程師學會的聯席會議上，無線電先驅古列爾莫·馬可尼建議使用無線電波探測船舶。正如赫茲首次展示的那樣，電波可以被導體完全反射。在我的一些測試中，我注意到數英裡之外的金屬物體對這些波的反射和偏轉的影響。

應該有可能設計一種裝置，使船舶可以沿任何所需方向輻射或投射這些射線的發散束，這些射線如果遇到金屬物體（例如另一艘輪船或輪船），會被反射回接收方，該接收方從發送船上的本地發射器篩選出來，從而立即顯示出另一艘船在霧天或濃厚天氣中的存在和方位。這種安排的另一個優點是，即使不為這些船提供任何種類的無線電，它也能夠警告船的存在和方位。

到1939年9月德國入侵波蘭（）和第二次世界大戰進行時，日本、法國、義大利、德國、英國、匈牙利、俄羅斯、荷蘭、加拿大和美國都可以使用無線電探測，定位和測距技術狀態。雷達並不是一項發明，而是從實驗室工作檯發展到工廠車間，而是無線電技術的不斷改進和完善。在日本、歐洲和北美洲，雷達的出現或多或少是同時發生的，而不是無線電研究具有全球性的結果。

儘管雷達在第二次世界大戰中得到了壓倒性的認可，但歷史學家肖恩·S·索斯認為，高性能和遠程飛機在1930年代後期的興起將促進包括雷達在內的先進無線電導航設備的設計，即使沒有戰爭。然而，更重要的是，電離層研究推動了1920年代和1930年代的雷達發展。正如歷史學家亨利·古拉克所指出的那樣：「雷達是由熟悉電離層工作的人開發的。這是一項相對簡單的軍事用途，是一項眾所周知的科學技術的改編，雷達的發展-在多個不同國家同時出現。」

電離層研究在雷達歷史以及後來的雷達天文學中的地位不可忽視。電離層研究是英國軍事雷達及其首批雷達研究人員和研究機構的開端所必需的技術。正如我們將看到的，戰後，電離層研究也推動了雷達天文學的出現。典型的例子是首次成功地針對月球的雷達實驗。這項實驗是在實驗室主任德維特的指導下，在新澤西州貝爾馬附近的陸軍埃文斯信號實驗室用信號兵設備進行的。

約翰·H·德維特出生於美國田納西州的首府納什維爾，在範德比爾特大學工程學院就讀了兩年。範德比爾特沒有開設電氣工程課程，所以德維特為了滿足他對廣播和業餘無線電的興趣而退學了。在建造了納什維爾的第一個廣播電臺之後，1929年，德維特加入了紐約貝爾電話實驗室的技術人員，在那裡他設計了無線電廣播發射機。1932年，他回到納什維爾，成為無線電臺WSM的總工程師。德維特對卡爾·詹斯基發現的「宇宙噪音」很感興趣，他建造了一個射電望遠鏡，並從銀河系搜尋無線電信號。

1940年，德威特試圖從月球上反射無線電信號，以研究地球大氣層。他在筆記本上寫道：「我突然想到，從月球反射超短波是可能的。如果能做到這一點，它將為研究高層大氣開闢廣闊的可能性。據我所知，從來沒有人把波從地球上發射出去，並在整個地球大氣層中測量它們的返回。」

5月20日晚，德威特使用為無線電臺WSM配置的接收機和80瓦發射機，試圖在月球上反射138兆赫（2米）的無線電波，但由於接收器靈敏度不夠，他失敗了。

1942年，加入新澤西州惠帕尼貝爾電話實驗室的工作人員，專門為海軍設計雷達天線後，德維特受命於信號部隊，並被指派為埃文斯信號實驗室的執行官，後來擔任主任。

行動經過

「黛安娜」計劃在新澤西州沃爾鎮埃文斯營（蒙茅斯堡的一部分）的一個實驗室裡，為此建造了一個大型發射器、接收器和天線陣列。發射機是經過高度改進的二戰時SCR-271雷達裝置，在1/4秒脈衝下以111.5兆赫的頻率提供3000瓦的功率，被應用到天線上，這是一個由8x8個半波偶極子陣列組成的「彈簧」反射陣列天線，在反射鏡前面提供24分貝的增益。大約2.5秒後接收到反射信號，接收器補償都卜勒調製的反射信號。天線只能在方位角旋轉，因此只有在月亮升起和落山時，當月亮穿過15度寬的光束時，天線的仰角是水平的，才能進行嘗試。當月球穿過天線圖案的各個波瓣時，每次經過大約40分鐘的觀測。

1945年8月10日，美國向日本發射第二顆原子彈的第二天，兩國間的軍事敵對行動停止。德維特並沒有立即復員，他開始計劃他的「寵物」計劃（Pet Project），反射月球上的無線電波。他以羅馬神話中的月亮女神的名字給這個計劃取名為「黛安娜」。

1945年9月，德維特召集了他的團隊：哈羅德·D·韋伯博士、赫伯特·P·考夫曼、E·金·斯託多拉和傑克·莫芬森，實驗室理論研究小組的沃爾特·S·麥克菲博士計算了月球的反射率係數，天線和機械設計組、研究組和其他實驗室組的成員也作出了貢獻。

沒有人試圖專門為實驗設計主要部件。接收機、發射機和天線的選擇是根據現有設備進行的，其中包括無線電先驅埃德溫·H·阿姆斯特朗為信號兵設計的一種特殊晶體控制的接收器和發射器。晶體控制提供頻率穩定性，設備提供所需的功率和帶寬。地球和月球的相對速度使回波信號與發射信號相差300赫茲，這種現象被稱為都卜勒頻移。窄帶接收機允許調諧到回波的精確射頻。正如德維特後來回憶的那樣：「我們意識到月球的回聲非常微弱，所以我們必須使用非常窄的接收器帶寬來將熱噪聲降低到可容忍的水平……我們每次都必須調整接收器的頻率，使其與發出的頻率稍有不同，因為地球自轉和徑向速度會產生都卜勒頻移當時的月亮。

在一個9英寸的陰極射線管上，接收到的回聲既有視覺上的，也有聲學上的，即180赫茲的嗶嗶聲。天線是一對「彈簧」天線，來自一個SCR-271固定雷達，並排放置，形成一個32偶極子陣列天線，安裝在一個30米（100英尺）的塔上。天線只有方位控制，要想找到更好的機構是不現實的。因此，實驗僅限於月球的上升和下降。

1946年1月10日，小約翰·H·德維特中校用「床簧式」桅杆天線在月球上反射雷達回波

1946年1月10日，小約翰·H·德維特中校使用「彈簧」桅杆天線，美國陸軍信號兵團，在新澤西州蒙茅斯堡，用於反射月球上的雷達回波。SCR-271固定雷達的兩個天線並排放置，形成一個32偶極子陣列天線，並安裝在一個100英尺（30米）的塔上。

信號兵試了好幾次，但都沒有成功。」設備非常混亂，」德維特回憶道。最後，在1946年1月10日上午11點48分，月亮升起時，他們將天線對準地平線，開始發射信號。具有諷刺意味的是，德維特沒有出席：「我在貝爾馬吃午飯，在藥店買了一些東西，比如香菸」。

第一個信號是在上午11點58分被探測到的，實驗在晚上12點09分結束，那時月亮離開了雷達的射程。無線電波從新澤西州到月球再到月球來回傳播大約需要2.5秒，距離超過80萬公裡。在接下來的3天裡，這個實驗每天重複一次，當月晚些時候再重複8天。

當地時間1946年1月10日上午11:58，第一次成功的回聲探測由約翰·H·德維特和他的首席科學家E·金·斯託多拉共同完成。

直到1月24日晚，戰爭部才宣布成功。

後續

正如德維特幾年後所說：「我們與華盛頓研發主管範·道森將軍有麻煩。當我的獄警維克多·康拉德上校在電話裡告訴他這件事時，將軍不想讓這件事在外人證實之前被公布，因為他擔心這會讓情報官難堪。兩個來自輻射實驗室的局外人，小喬治·E·谷利和唐納德·G·芬克到達，和範德森將軍一起觀察到了在斯託多拉的指導下進行的系統月升試驗，什麼也沒發生。德維特解釋說：「你可以想像，在這一點上，我快要死了。不久，一輛大卡車從設備旁邊的路上經過，立刻發出回聲。我始終相信，其中一個晶體是不會振蕩的，直到它被搖動，或是有一個鬆散的連接固定了自己。每個人都歡呼起來，除了那個試圖裝出高興樣子的將軍。

儘管德威特有其他的動機來實施「黛安娜」計劃，但他收到了首席信號官、信號部隊司令的指示，要開發能夠探測來自蘇聯的飛彈的雷達。由於沒有飛彈可供試驗，所以月球試驗站在了他們的位置。幾年後，信號公司為電離層研究建立了一個新的50英尺（15米）的「黛安娜」天線和108兆赫的發射器。它進行了進一步的月球回波研究，並參與了阿波羅發射的跟蹤。

現在，「黛安娜」計劃的網站由資訊時代科學/歷史學習中心維護。

關聯性

「黛安娜」計劃屬於科學研究行動計劃，自身沒有行動序列。

影響

「黛安娜」計劃成功的消息，引起了大眾媒體的注意。

「黛安娜」計劃也成為後來的「地球-月亮-地球」（EME）通信技術的靈感來源。

在德維特和拜伊的月球雷達實驗之後進行的極光和流星雷達研究實質上是電離層研究。儘管極光和流星電離痕跡的原因是在地球大氣層之外產生的，但現象本身實質上是電離層的。在喬德雷爾天文臺，流星學和極光學研究為建立正在進行的雷達天文學計劃提供了最初的動力，但當然不是維持力。維持力來自月球研究。但是，就像許多早期的雷達天文學一樣，那些月球研究離電離層研究也從來都不遠。實際上，德維特和拜伊的開拓性努力利用月球的雷達回波打開了電離層和通信研究的新視野。

從歷史上看，科學家僅限於電離層的下面和下部。貝爾電話研究員卡爾·詹斯基在1932年發現「宇宙噪聲」，表明更高的頻率可以穿透電離層。德維特和拜伊的實驗建議將雷達作為穿透電離層下部區域的一種手段。此外，德維特觀察到持續了幾分鐘的信號強度意外波動，這歸因於電離層折射異常。他的意見請對該問題進行進一步調查。

澳大利亞科學與工業研究委員會放射物理學分部的一組電離層主義者尋求更好地解釋這些波動：弗蘭克·J·克爾、C·阿歷克斯·沙恩和查爾斯·希金斯。1946年，在英國的洛弗爾之後，克爾和沙恩探索了從流星獲得雷達回波的可能性，但「黛安娜」計劃將他們的注意力轉向了月球。

1951年，喬德雷爾天文臺工作人員在一些流星雷達實驗中使用的4.2米探照燈天線前，伯納德·洛弗爾爵士位於中間

評論

「黛安娜」計劃標誌著美國太空計劃和雷達天文學的誕生，是雷達天文學的第一個實驗，也是主動探測另一個天體的第一次嘗試。

「黛安娜」是第一次證明人工製造的信號可以穿透電離層，為空間探測器和人類探險者打開了地球以外無線電通信的可能性。

新聞稿解釋說，「信號兵毫無疑問地確信實驗是成功的，所取得的結果經過了艱苦的驗證。」

儘管《新聞周刊》嘲諷地懷疑美國陸軍部的預測，稱其堪比儒勒·凡爾納，但美國陸軍部還是領會了信號兵實驗的含義。其中包括對月球和行星的精確地形測繪、電離層的測量和分析，以及來自地球的「宇宙飛船」和「噴氣式或火箭控制飛彈」的無線電控制。

《時代》報導說，「黛安娜」可能會對愛因斯坦的相對論進行檢驗。

與典型的生活節奏相反，這兩種新聞雜誌都持懷疑態度，這是正確的；然而，戰爭部的所有預測，包括相對論測試，都以儒勒·凡爾納小說的方式實現了。

代號說明

「黛安娜」，是德維特本人取的，以羅馬神話中的月亮女神的名字給這個計劃取名為「黛安娜」，部分原因是「希臘神話書上說她從未被破解過。」

在古希臘神話中，「黛安娜」，名叫「阿爾忒彌斯」，「歷史脈動」剛剛發布一個，恰巧也是與科技有關，感興趣的可以點擊連結移駕。

「黛安娜」還確立了以羅馬神命名太空項目的慣例，例如「赫爾墨斯」（ ）和「阿波羅」（ ）等等。

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