home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Space & Astronomy / Space and Astronomy (October 1993).iso / mac / TEXT_ZIP / jplpaper / 921230.ZIP / 921230.UNI
Text File  |  1993-08-11  |  25KB  |  459 lines

  1.  
  2. Jet Propulsion Laboratory UNIVERSE
  3. Pasadena, California - Vol. 22, No. 37 - December 30, 1992
  4. _________________________________________________________________
  5.  
  6. GOPEX reaches Galileo via laser beam
  7.  
  8. By Mark Whalen
  9.      JPL researchers took advantage of Galileo's recent pass by
  10. Earth to achieve a major milestone in space communications, by
  11. successfully transmitting laser beams fired from the ground to
  12. the spacecraft at distances of up to 6 million kilometers (3.7
  13. million miles).
  14.      "This experiment is part of a program to show that future
  15. deep space missions can use laser beams to send back to Earth
  16. larger volumes of space-acquired data than is currently possible
  17. using radio signals," said Dr. James Lesh, supervisor of the
  18. Optical Communications Group and principal investigator for the
  19. Galileo Optical Experiment (GOPEX).
  20.      The experiment's objectives, said Lesh, were to show that an
  21. uplink beacon laser -- required as a reference for pointing a
  22. return beam back to Earth -- could be successfully pointed to a
  23. distant spacecraft based only on the navigational predicts of the
  24. spacecraft trajectory. To do this, the distortions produced by
  25. Earth's atmosphere had to be predicted and accommodated.
  26.      The GOPEX demonstration began on Dec. 9 (one day after
  27. Galileo made its closest Earth approach on its way to Jupiter) at
  28. 600,000 kilometers (370,000 miles), and continued through Dec.
  29. 16. Laser beams were simultaneously transmitted to the spacecraft
  30. from a 61-centimeter (24-inch-diameter) telescope at the Table
  31. Mountain Observatory near Wrightwood, Calif. and from a 1.5-meter
  32. (60-inch) telescope at the U.S. Air Force Phillips Laboratory's
  33. Starfire Optical Range near Albuquerque, N.M.
  34.      The transmissions, which were detected by Galileo's onboard
  35. camera, established a record for the farthest known transmission
  36. and reception of a laser beam, a final distance of 6 million
  37. kilometers.
  38.      "GOPEX was extremely successful," said Lesh. "A real
  39. pleasant surprise in the experiment was that we conducted the
  40. experiment so repeatedly. Each day we made transmissions, we had
  41. extremely reliable detections on the spacecraft camera.
  42.      "We would predict ahead of time, `on this frame, we're going
  43. to see a series of pulses about so high on the picture,' and as
  44. soon as we got the image back, sure enough, there they were," he
  45. said.
  46.      Spacecraft signals produced by current radio-frequency
  47. systems are used for three purposes, according to Lesh --
  48. communications, navigation and science investigations. "There are
  49. completely analogous applications in the laser area," he said. 
  50.      "We can communicate at substantially higher rates while
  51. occupying much less room on the spacecraft," said Lesh. "The
  52. antenna is the main feature on the spacecraft with radio
  53. frequencies, often reaching diameters in excess of four meters.
  54. At laser frequencies, 10-50 centimeter telescopes are quite
  55. adequate.
  56.      "We can also use optical beams for navigation," Lesh
  57. continued. "When viewed from Earth, the light beam from a
  58. spacecraft will look like a blinking star. We can view it in the
  59. context of the stellar grid, or relative to target bodies we are
  60. approaching. That information can be used to derive angular
  61. coordinates of the spacecraft.
  62.      "Laser signals also can be used to determine the
  63. spacecraft's range, which, together with the angle information,
  64. can be used to locate the spacecraft," said Lesh.
  65.      As far as science investigations are concerned, Lesh claims
  66. that scientists could use optical signals to probe phenomena such
  67. as planetary atmospheres, to measure scattering from the
  68. interplanetary dust particle distribution, or to make spatially
  69. selective measurements of planetary ring systems using very short
  70. wavelengths (below one micron).
  71.      "Also," Lesh added, "optical signals are not corrupted by
  72. solar wind fluctuations, like radio frequencies are. Some past
  73. investigations of gravitational bending of radio waves have been
  74. limited by charged particle fluctuations in the solar wind."
  75.      Lesh also said laser communications technology will yield a
  76. data rate increase "of about one-to-two orders of magnitude" over
  77. radio frequencies.
  78.      The idea of testing a laser uplink is not a new one. Lesh
  79. said that the GOPEX demonstration was originally proposed in June
  80. 1984, but was rejected at the time because there were no plans
  81. for Galileo to view Earth on its way to Jupiter. 
  82.      But the 1986 Space Shuttle Challenger accident prompted
  83. changes in Galileo's launch system and necessitated a new flight
  84. path, which included two gravity-assisted flybys of Earth. "At
  85. the same time," he said, "Earth viewing became part of Galileo's
  86. priorities, and the climate became much more receptive to our
  87. doing the experiment, subject to us demonstrating beyond any
  88. doubt that we would not damage any instrument on board the
  89. spacecraft."
  90.      In that regard, preperations were made to conduct GOPEX
  91. during the Earth-1 encounter in December 1990. But inconclusive
  92. data turned up on a test to determine if the experiment might
  93. harm the Galileo orbiter's Near-Infrared Mapping Spectrometer, so
  94. "about three days before the experiment, we were waved off," said
  95. Lesh. In the intervening two years, testing of the effects of
  96. laser signals on the NIMS and Solid State Imaging Camera
  97. detectors concluded that "we were safe to substantially higher
  98. levels than we would ever produce at the spacecraft," said Lesh.
  99.      What's next for the program? Lesh said proposed plans call
  100. for a flight experimental terminal to be flown aboard a space
  101. shuttle in the latter half of the 1990s. "We are developing the
  102. base technology for this now," he said, "and are trying to
  103. augment the base program with some new flight experiment monies
  104. that will allow us to do the (shuttle) demonstration."
  105.      Operational use of this technology is anticipated some time
  106. after the year 2000, Lesh added.
  107.      "We expect that the first deep space mission to fly optical
  108. will fly it as a mission enhancement experiment," said Lesh,
  109. "although this could change with the new emphasis on low-cost
  110. microspacecraft.
  111.      "I believe that there are missions that can be best served
  112. by laser frequencies, and there are those that are best served by
  113. radio frequencies," he said. "Laser beams do require a certain
  114. amount of pointing, for example. If you have large uncertainty
  115. about the spacecraft pointing direction, it may be better to use
  116. radio waves. However, most missions currently flying or on the
  117. drawing boards provide adequate attitude control to use laser
  118. communications.
  119.      "Nevertheless," said Lesh, "I don't see us de-implementing
  120. any capabilities in the future; I see us providing an additional
  121. capability that will allow future missions to plan for and make
  122. best use of the available technologies." ###
  123. _________________________________________________________________
  124.  
  125. Lab adds some magic to Rose Parade
  126.  
  127. By Diane Ainsworth
  128.      Pasadena's grand old tradition  -- the Tournament of Roses -
  129. - is something of a tradition at JPL too.Unbeknownst to most of
  130. the estimated 1 million spectators oohing and ahhing over the
  131. promenade of floats on New Year's Day will be a dozen JPL staff
  132. who volunteered their technical talents and civic-mindedness to
  133. make it all happen.
  134.      This year's 104th annual Tournament of Roses features three
  135. floats in keeping with the theme  -- "Entertainment on Parade" --
  136. that were either artistically or mechanically and structurally
  137. designed by JPL mechanical engineer Michael R. Johnson and his
  138. wife, Renee.
  139.      Perhaps the most bewildering is "Prestidigitation on
  140. Parade," sponsored by ARCO and the first animated float to
  141. perform what Johnson considers "true magic."  The float is a 25-
  142. foot-tall magical rabbit that makes a school bus filled with real
  143. kids disappear and, 30 seconds later, reappear, by waving its
  144. magic wand.
  145.      "It's a vanishing act," said Johnson, of the Mechanical
  146. Systems Section 352, who created the mechanical and structural
  147. design and whose wife came up with the artistic design, "and it's
  148. true magic because it's not obvious how the trick is performed.  
  149.      "Depending on where you are standing along the parade route,
  150. you'll either see the rabbit holding the box with a bus full of
  151. kids or, presto, you'll see the rabbit wave its magic wand, a
  152. puff of smoke will go up, and the kids and bus will disappear.
  153. The rabbit will be holding an empty box."
  154.      Johnson also did the mechanical and structural design for
  155. "Bungee Fun at the Big Top," sponsored by Nestle USA, Inc.  Atop
  156. a 72-foot-high totem pole of floral clowns will be the star clown
  157. pouring a bucketful of real bungee jumpers into the air.  Some of
  158. the jumpers will be making as many as 90 bungee jumps during the
  159. five-mile-long parade route.
  160.      If those can be topped, Honda's "Come Ride With Us" float
  161. pays tribute to American ingenuity with a display of two double
  162. Ferris wheels spinning above an antique steam calliope. Johnson's
  163. wife painted the artist's rendering, while Johnson created the
  164. structural design. Six kids will be waving from each spinning
  165. Ferris wheel. The Ferris wheel debuted at the Chicago World's
  166. Fair in 1892, according to the TofR parade program, two years
  167. after the first Rose Parade.
  168.      Johnson, who has spent 14 years applying his engineering
  169. skills to Rose Parade floats, found all of the float designs
  170. intriguing. As the floats progressed, though, he found his
  171. greatest challenges professionally in some of the more intricate
  172. mechanical requirements.
  173.      "What I thought would be the biggest challenge this year was
  174. making the bus and kids inside the rabbit's magic box disappear,"
  175. he said. "But actually, the challenge was to make the doors of
  176. the box open and close."
  177.      Johnson starts from nearly scratch to design the frames and
  178. mechanical, moving parts of a float. The work begins almost as
  179. soon as the parade is over, if it hasn't already begun. From
  180. line-drawings submitted by artists, Johnson designs the chassis
  181. of a float and its framework.
  182.      The float's skeleton is usually constructed of steel beams
  183. and uses chicken wire, screening or wire mesh to form the shapes
  184. of characters, animals, plants and objects on the float. The type
  185. of material used depends primarily on what types of flowers will
  186. be applied.
  187.      The frame is "cocooned," covered with a polyvinyl material
  188. that was used to moth-ball Navy ships after World War II, Johnson
  189. said. Then the frames are painted in the colors of the flowers
  190. that will be used to adorn the floats starting on Dec. 26.
  191.      Every centimeter of every float must be covered with flowers
  192. or other natural materials, such as leaves, seeds, bark or
  193. powders. Flowers large and small can be secured on the floats by
  194. sticking the stems through wire meshing, screen or chicken wire. 
  195. Other flowers are simply glued on flat surfaces such as wood. 
  196. Delicate flowers, such as roses and orchids, must be placed in
  197. tiny vials of water that are then tied or wired to the float. On
  198. average, each float is decorated with more flowers than the
  199. typical florist would use in five years.
  200.      Float construction is a science unto itself, as is
  201. organizing this monumental annual tournament.  Other individuals
  202. at the Lab have earned their TofR stripes by helping with the
  203. logistics of the Rose Parade. All in all, it takes 875 volunteers
  204. and 29 Tournament of Roses committees to put the multi-million-
  205. dollar enterprise together.
  206.      Neil Nickle, on the technical staff of the Office of Space
  207. Science and Instruments, has been a member of the Tournament of
  208. Roses Association for 20 years, serving on many of the
  209. Association's committees.
  210.      This year he is chairman of the Community Relations
  211. Committee, which acts like a speaker's bureau, providing talks,
  212. slide shows and video presentations about different aspects of
  213. the Rose Parade to service clubs, churches, schools, civic groups
  214. and retirement clubs.
  215.      "We've got 10 speakers on our committee this year who give
  216. community presentations.  Depending on what the group is
  217. requesting, we'll give talks on anything from the way floats are
  218. built to selection of the Rose Queen and her royal court."
  219.      Of all the committees he's worked on over the years, Nickle
  220. said the Float Construction Committee was his favorite.
  221.      "You're more involved in that, he said. "It's tougher and
  222. requires more of your time, but you get much more involved with
  223. all of the floats and you get to know them."
  224.      Brooks Vinson, an engineer in the Electronic Parts
  225. Reliability Section 514, is a 19-year Association member and
  226. currently a member of the Communications and Credentials
  227. Committee. The committee is charged with issuing all of the
  228. ribbons, armbands and paper windshield passes to parade security
  229. officers, workers, volunteers and residents in the Pasadena area.
  230. Last year the committee issued about 10,000 passes. He
  231. anticipates even more this year.
  232.      Of all of his years with the Rose Parade, Vinson's most
  233. vivid memory comes from his early days as an active parade
  234. volunteer standing watch at a traffic barricade on Green Street
  235. at about 2 a.m. the morning of the parade.
  236.      "I saw some large vehicle moving toward me in the dark,"
  237. Vinson recalled, "but I wasn't able to make it out until it was
  238. almost in front of me. It was a lady in costume riding a huge
  239. elephant.
  240.      "I knew there weren't any elephants in the parade, so I told
  241. her no vehicles were allowed until the parade was over," he said.
  242.      "She looked down at me and told me she was not in a vehicle,
  243. but on an elephant. By then, a motorcycle officer had arrived,
  244. and that elephant was getting pretty mad because he reached out
  245. his trunk and almost pulled the officer off his bike."
  246.      After a lot of laughter and jokes, it turned out that the
  247. woman and her elephant had been invited to a private New Year's
  248. Eve party. Apparently, she was just out "joyriding."
  249.      The 1993 parade will feature 57 floats, 21 marching bands
  250. and 29 equestrian units. Floats will be on display for two days
  251. after the New Year's Day parade, at Sierra Madre Boulevard
  252. between Washington Boulevard and Sierra Madre Villa Avenue, and
  253. on Washington Boulevard between Sierra Madre Boulevard and
  254. Woodlyn Road.
  255.      Viewing areas are open to the public on Friday, Jan. 1, from
  256. 1:30 p.m. to 4 p.m., and on Saturday, Jan. 2 and Sunday, Jan. 3,
  257. from 9 a.m. to 4 p.m. On Jan. 2 and 3, the post-parade viewing
  258. areas will also be open to the mobility-impaired and senior
  259. citizens from 7 a.m. to 9 a.m.  Admission is $1 per person. ###
  260. _________________________________________________________________
  261.  
  262. Where in the world?
  263. Just ask a GPS satellite
  264.  
  265. By Franklin O'Donnell
  266.      Knowing where you are isn't an ultra-high-precision question
  267. for most spacecraft. Typically, Earth satellites or even the
  268. space shuttle are doing well if they know their whereabouts to
  269. within a kilometer or so.
  270.      When JPL's TOPEX/Poseidon satellite was launched from French
  271. Guiana last summer, however, the mission's aim dictated a much
  272. tighter need. To measure heights of ocean surfaces around the
  273. world, flight controllers needed to know TOPEX/Poseidon's
  274. position to within a few centimeters.
  275.      To accomplish that, mission designers turned to not one but
  276. three different technologies. One of them has been used by JPL
  277. researchers for years to monitor the slow northern creep of the
  278. western part of California, as well as movements of continental
  279. plates in other parts of the world.
  280.      That technology -- the Defense Department's Global
  281. Positioning System (GPS) -- is employed as well in many
  282. industries, and may someday turn up on the dashboards of "smart
  283. cars" that know their own position on a city's streets.
  284.      "GPS has turned out to be a very effective approach for us
  285. in precision position determination," said Dr. Nick Renzetti,
  286. manager of JPL's Telecommunications and Data Acquisition Science
  287. Office.
  288.      Since the launch of the first Navstar GPS satellites in the
  289. late 1970s, JPL has devised ways of using them to a variety of
  290. ends.
  291.      The Navstar satellites send out a constant beacon signal
  292. that is time-tagged to an ultra-precise clock onboard each
  293. satellite. Each satellite sends the beacon on two separate
  294. frequencies, which helps cancel out transmission errors caused by
  295. water vapor in Earth's atmosphere.
  296.      When all of the Navstars have been launched -- anticipated
  297. in late 1993 -- a total of 24 satellites will circle the Earth. 
  298. Currently 20 are in orbit.
  299.      Equipped with a special receiver, a user on the ground can
  300. take the signal from a Navstar satellite and use the time codes
  301. embedded in it to determine how long the signal took to arrive --
  302. and, thus, how far she or he is from the satellite.
  303.      With distances calculated to several different satellites,
  304. the user can fix her or his position on Earth.
  305.      To support the TOPEX/Poseidon mission, Renzetti's office put
  306. together a network of six ground stations around the globe. In
  307. addition to Deep Space Network sites in California, Spain and
  308. Australia, the locations include GPS receivers in Japan, Chile
  309. and a South African site operated by the French space agency.
  310.      Each of the six sites constantly monitors GPS satellites in
  311. orbit to provide an extremely precise frame of reference against
  312. which to measure TOPEX/Poseidon's location.
  313.      The GPS system is only one of three methods used to pinpoint
  314. the location of TOPEX/Poseidon. Another method uses laser beams
  315. fired from the ground and bounced off reflectors on the
  316. satellite.
  317.      The third method uses a French receiver onboard the
  318. satellite which listens to microwave signals sent up from
  319. stations on the ground. This uses a technique called doppler
  320. ranging which measures slight changes in the frequency of the
  321. received signal to determine TOPEX/Poseidon's velocity.
  322.      "The advantage of the GPS approach is that it offers
  323. continuous coverage, high accuracy and low cost for the ground
  324. stations," said Tom Yunck, deputy manager of JPL's Tracking
  325. Systems and Applications Section 335.
  326.      Renzetti says he plans to enlarge the network of GPS ground
  327. stations to support future missions such as Aristotle, a joint
  328. NASA-European Space Agency satellite that will study Earth's
  329. gravity field in the late 1990s.
  330.      The Aristotle mission will require 12 ground stations, or
  331. twice as many as currently support TOPEX/Poseidon.
  332.      Apart from playing a role in such satellite missions, GPS
  333. also finds other uses at JPL. Since the earliest days of the
  334. Navstar satellite launches, Lab researchers have used their
  335. signals to study movements of tectonic plates, noted Dr. Bill
  336. Melbourne, manager of JPL's Geodynamics Program.
  337.      When the GPS system was being designed in the 1970s, JPL had
  338. used several other techniques for years to measure precise
  339. positions for studies in such areas as plate tectonics, according
  340. to Melbourne.
  341.      One approach -- called very long baseline interferometry, or
  342. VLBI -- uses radio telescopes observing quasars on the edge of
  343. the universe. This technique can be used to establish the
  344. distance between two radio telescopes on opposite ends of the
  345. United States to within a centimeter.
  346.      Another approach uses laser beams sent up from the Earth and
  347. bounced off a mirror-studded orbiting satellite, such as the
  348. LAGEOS spacecraft deployed by the space shuttle in September. 
  349. Its accuracy is similar to that of VLBI.
  350.      "Both allow you to measure your position to an accuracy
  351. under one centimeter, but they both call for expensive mobile
  352. systems, said Melbourne. "The real revolution with GPS has been
  353. the low cost of the receivers."
  354.      To measure tectonic plate motion, researchers are sent out
  355. into the field with receivers about the size of a laptop
  356. computer. By taking readings of several GPS satellites they can
  357. establish the location of a survey marker; returning to the
  358. marker months or years later, they can see if the marker's
  359. position has changed.
  360.      Seven ground campaigns are ongoing in areas such as Central
  361. and South America, noted Ruth Neilan, manager for the campaigns.
  362. The next major campaign to get under way will be one in the
  363. southernmost areas of South America.
  364.      Besides measuring the position of sites on solid earth,
  365. tectonics researchers are even taking readings at sites on the
  366. ocean floor. To accomplish this, a ship on the ocean surface
  367. measures its position with a GPS receiver, then uses sonar to
  368. establish a range to a marker on the ocean floor.
  369.      Yunck noted that the Defense Department occasionally
  370. scrambles the data transmitted by GPS satellites. The Defense
  371. Department has also stated it will scramble transmissions around-
  372. the-clock when the Navstar satellite constellation is completed
  373. next year.
  374.      "This will pose a problem for some GPS users, but the effect
  375. should not be as great for us" at JPL, Yunck said. "We work with
  376. the GPS satellite's signal in a way that is not as dependent on
  377. the information encoded in the signal that will be encrypted."
  378. ###
  379. _________________________________________________________________
  380.  
  381. News briefs
  382.  
  383.      JPL is co-sponsoring the eighth annual Battery Conference on
  384. Applications and Advances Jan. 12-14 at Cal State Long Beach.
  385.      The meeting provides a forum for thorough examination of
  386. issues related to analysis, design and selection of batteries and
  387. power conditioners that meet the performance and cost goals of
  388. various applications.
  389.      Advance registration is $450 and includes admission to
  390. technical sessions, proceedings, parking, lunch and reception.
  391. Call (310) 985-4605 for information.
  392.  
  393.      The fifth annual High-Tech Business Development Procurement
  394. Conference, which is designed to aid small, minority and woman-
  395. owned businesses, is set for March 1-2 at the Los Angeles Hyatt
  396. Hotel.
  397.      The two-day conference is sponsored by NASA and the Southern
  398. California Small Business Utilization Council and is coordinated
  399. by JPL's Procurement Contractor Capabilities Office.
  400.      The meetings will include marketing and networking
  401. opportunities, as well as nine how-to workshops. The $80
  402. registration fee covers continental breakfast, lunch,
  403. refreshments, receptions and conference packet. Call ext. 4-6093.
  404. ###
  405. _________________________________________________________________
  406.  
  407. Program aids AA degree students
  408.  
  409. By Mark Whalen
  410.      In 1988, JPL's Professional Development Section initiated an
  411. educational program designed to meet the needs of Lab employees
  412. who had not had the opportunities to pursue college degrees.
  413.      Now, almost 80 JPL staffers have taken advantage of the
  414. Associate of Arts (AA) Degree Program, which is set up to make
  415. class attendance easy for people who work at JPL.
  416.      The program is conducted in conjunction with Glendale
  417. Community College (GCC). But the convenient part is that students
  418. don't have to travel to GCC for classes -- they are all held at
  419. the PDC, at the Lab's Woodbury complex.
  420.      The next session starts March 2, and information sessions
  421. for prospective students will be held on Jan. 13 (in the Building
  422. 167 Conference Room) and Jan. 14 (Building 525-215A). Both
  423. sessions will be held from 11:45 a.m. to 12:45 p.m.
  424.      Betty Shultz, a personnel specialist in Professional
  425. Development and coordinator of the AA Degree Program, said that
  426. students who attend the full three-year program will earn 56
  427. units transferable toward a four-year degree at any of the 20
  428. California State University campuses.
  429.      "With no registration lines to stand in and no commute to
  430. Glendale, we have made it real convenient and easy for JPL
  431. staffers to obtain an AA degree," said Shultz. Students sign up
  432. for individual classes on the first night each one is held, but
  433. can pre-enroll for the program during one of the information
  434. sessions, she added. During the sessions, GCC counselors and
  435. Professional Development staff members will be on hand to answer
  436. questions about the program, and current and former students of
  437. the program will be there for information as well.
  438.      Shultz noted that students who have started AA programs on
  439. their own, or who are just interested in taking a particular
  440. class without an AA in mind, may also sign up for the program.
  441. Enrollment fees range from as low as $60 to as high as $300 per
  442. class, depending on the number of units each carries, as well as
  443. the number of students in each class.
  444.      Tuition reimbursement is also available for most JPL
  445. employees, where requirements include at least a "C" grade. Once
  446. approved, employees are eligible for up to $1,500 in tuition
  447. reimbursement per calendar year.
  448.      Shultz said classes are held one at a time at the
  449. Professional Development Center, Building 605, on Tuesdays and
  450. Thursdays from 6-10 p.m. Students starting the next program in
  451. March without any prior units to their credit could receive their
  452. AA degree in August 1996; Shultz has a complete class schedule
  453. available for the three-year period.
  454.      She added that the students who just completed the first of
  455. the program's three-year sessions "formed a close-knit group.
  456. They would study together, have dinner together, and help each
  457. other out. This program is a wonderful opportunity to further
  458. your education." ###
  459.