你的学科出现过哪些最终失败的有趣研究？ 第1页

说一个不算完全失败的, 同时也是比较疯狂的研究计划。

冷战早期，美国人在太平洋进行了大量的核试验，其中在约翰斯顿环礁（Johnston Atoll，美国人爆兵建立的人工岛）附近进行了一系列的高空核爆试验，这被称为“压缩饼干行动”(Operation Hardtack)

高空核爆摧毁了爆点附近大范围的电离层，这使得依赖电离层散射(电磁波碰到电离层中分布不均匀的带电介质时，一部分电磁波就会产生散射返回地面)的高频通信^[1]（米波、分米波和厘米波通信，也就是超短波和微波通信）完全失效了，跨太平洋的空运航班因此不得不停止。如果是战时，特别是核战争时出现这种状况，那后果不堪设想。

为了解决这个问题，MIT的林肯实验室^[2](MIT Lincoln Laboratory, 由美国国防部资助建设，MIT管理)在1958年提出，既然太阳风和核爆都能破坏电离层的电磁波波反射性，那么发射人工的地球轨道物体可能起到类似电离层的反射作用。此时恰逢人造地球卫星出现，证明了发射人造物体上天稳定运行可行性。进一步地，他们提出向3600千米的圆极轨道发射总重19.5千克的4.8亿枚半波偶极子天线(half-wave dipoles). 天线由铜制成，长度约1.78cm, 直径17.8或25.4微米。设计为支持7750 MHz ～ 8350 MHz频段的通信。(全双工)通信试验计划在加州的Camp Parks和马萨诸塞州的Westford之间展开。该计划因此也被称为Project Westford^[3].

这些针形天线由一种萘粘合剂(napthalene gel)粘连成不同的小针团块共计约20万个，计划在太空中由旋转的轨道散布器利用离心力甩出，在轨道上平均0.3千米分布一个。萘粘合剂在真空中挥发，针形天线因此得到进一步的均匀释放。

显而易见地，这个疯狂的计划会在太空产生大量的，稠密分布的太空垃圾。为了说服国防部，林肯试验室解释道，只需几年，这些天线就会因为太阳风的存在而逐步降低轨道，直至接近大气层的边缘而快速落地或者被焚烧，从而不会产生太空垃圾^[4]. 这个解释成功的说服了国防部。在经历了1961年的发射失败之后，终于在1963年5月9日成功。发射4天之后，通信试验展开，此时针形天线还没有完全散开，对电磁波的散射质量会比较好。通过使用18.5米的巨型抛物面天线，加州和马萨诸塞州两地进行了语音通话，通话质量被认为是“易于理解的”(intelligible). 实际的数据传输率仅有20Kb/s, 大约是2G时代的语音通信码率。随着针形天线的进一步展开，相互之间的距离变得越来越大，在轨道上的分布不再稠密了，通信的码率在6月18日就降低到约0.4Kb/s. 直到7月2日变得完全不可用而终止通信试验。

从技术上来讲，这个试验证明了“人造电离层”的可行，但是其成本显然是很高的，效能也低。发射一次仅能维持一个月左右的很有限带宽的通信。1962年成功发射的AT&T's Telstar 1通信卫星提供了另一种更为高效的方案，“人造电离层”方案被彻底终止，林肯实验室转而研究星间链路。虽说大量的针形天线在发射后几年之内就返回地球了^[5][6]，但仍然有相当数量的天线直到今天遗留在轨道上^[7][8]：

虽说理论上这些针形天线会越来越分散，但实际中部分天线会由于各种原因汇聚在一起，形成大的团块，这些团块不仅具有更大的碰撞损伤性^[9]，还对天文观测产生了影响^[10][11]（如同今天的starlink一样）.

该试验虽然在技术上获得了有限成功，但可能产生了至今影响范围最大的一簇太空垃圾。这一事件的负面影响/破坏性促进了《外层空间条约》的起草和缔结^[12].

参考

1. ^ Al'pert, J. L. (1973). Radio wave propagation and the ionosphere (Vol. 1, pp. 61-77). New York: Consultants Bureau.
2. ^ https://www.ll.mit.edu/
3. ^ Overhage, C. F. J., & Radford, W. H. (1964). The lincoln laboratory west ford program—an historical perspective. Proceedings of the IEEE, 52(5), 452-454.
4. ^ Shapiro, I. I., & Jones, H. M. (1961). Lifetimes of orbiting dipoles. Science, 134(3484), 973-979.
5. ^ Shapiro, I. I. (1966). Last of the West Ford dipoles. Science, 154(3755), 1445-1448.
6. ^ Shapiro, I. I., Jones, H. M., & Perkins, C. W. (1964). Orbital properties of the West Ford dipole belt. Proceedings of the IEEE, 52(5), 469-518.
7. ^ http://stuffin.space/?search=westford%20needles
8. ^ Wiedemann, C., Bendisch, J., Krag, H., Wegener, P., & Rex, D. (2001, October). Modeling of copper needle clusters from the West Ford Dipole experiments. In Space Debris (Vol. 473, pp. 315-320).
9. ^ Levin, T. J. (2000). Contaminating space: Project West Ford and scientific communities, 1958-1965 (Doctoral dissertation).
10. ^ Liller, W. (1961). Report on the effects of Project West Ford on optical astronomy. The Astronomical Journal, 66, 114.
11. ^ Liller, W. (1964). Optical effects of the 1963 Project West Ford experiment. Science, 143(3605), 437-441.
12. ^ Terrill Jr, D. R. (1999). The Air Force Role in Developing International Outer Space Law. AIR UNIV MAXWELL AFB AL.