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20世纪60年代末和70年代初，国家侦察局开始将两个地球同步卫星项目的产品放入轨道：“峡谷”（CANYON）和“流纹岩”（RHYOLITE，后者随后改名为“水技表演”AQUACADE）。第一颗“峡谷”于1968年8月从卡纳维拉尔角发射，进入近地点高度为19641英里、远地点高度为22853英里、9.9度倾角的轨道。卫星受德巴特艾布灵地面站控制，是美国的第一个高空信号情报系统和第一颗专用通信情报卫星。后续还进行了6次发射，最后的一次是在1977年。
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1970年，四颗“流纹岩”航天器中的第一颗被放入轨道，而该轨道比“峡谷”的轨道更近似于对地静止轨道（0度倾角，近地点和远地点都是22300英里）。“流纹岩”针对通信信号，其主要功能是拦截苏联和中国的进攻和防御导弹测试、反卫星测试和太空发射的遥测。有一颗卫星明显位于东经69度非洲之角上方某处，负责收集发射于丘拉塔姆、沿东北方向对准堪察加半岛目标区域的液体燃料洲际弹道导弹（ICBMs）传输的遥测信号。另一个是在东经115度婆罗洲上方，负责监控苏联的液体燃料导弹，如发射于普列谢茨克的SS-16ICBM和SS-20ICBM。
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“流纹岩”卫星除了拦截苏联和中国导弹测试的遥测信号外，还具备重要的通信情报能力。这些卫星显然被用于拦截苏联和中国的超高频波段、甚高频波段和微波频波段的电话和无线电通讯。苏联军事演习中发生的对讲机通讯属于甚高频/超高频范围，也由“流纹岩”卫星进行定期监控，这些卫星事实上整体覆盖了西半球以外的整个世界，拦截来自中国、越南、印尼、巴基斯坦和黎巴嫩的通信。
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“流纹岩/水技表演”卫星提供有关中国的弹道导弹、巡航导弹和地对空导弹发展情况的情报。这些卫星中，不止一颗探测到空军上尉斯科特·奥格莱迪（Scott O’Grady）在波斯尼亚上空执行任务时被塞尔维亚军队击落后发出的求救信号。这些卫星还搜集阿富汗和伊拉克就有关伊拉克GPS干扰系统、阿富汗武器系统、基地组织头目通信、飞毛腿导弹雷达等问题的多次交锋相关的情报。
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“峡谷”和“流纹岩/水技表演”项目，最终分别产生了后续项目，最初的代号为“小木屋”（CHALET）和“大酒瓶”（MAGNUM）。1978年6月10日，第一颗“小木屋”卫星被放入与“峡谷”卫星所用相似的轨道。后来，该项目于1979年被媒体曝光后，被重命名为“漩涡”（VORTEX）。1987年，又一次被曝光后再次改名，这次是“水星”（MERCURY）。
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“小木屋”最初的任务只限于通信情报。但是，在损失了伊朗地面站并发现“流纹岩”的信息被卖给了克格勃之后，“小木屋”卫星被允许拦截苏联的遥测信息。第一颗调整后的“小木屋”发射于1979年10月1日（当时它已被称为VORTEX）。后续的发射（不是全部成功）时间为：1981年10月1日；1984年1月31日；1988年9月2日；1989年5月10日；1989年9月4日。1998年发射的最后一颗“水星”卫星因发射失败被毁。
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在项目存续的大部分时间里，“漩涡”的主要目标是苏联，尤其包括了苏联的导弹和核研究、开发、测试和评估场地以及国防相关的各部委和国防产业的通讯。在“漩涡”工作高峰期，至少有三颗“漩涡”卫星在运行：一颗覆盖东欧和苏联西部，另一颗覆盖苏联中部，第三颗覆盖苏联东部。
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每颗卫星也会覆盖在其工作区域内的非苏联目标，包括以色列、伊朗和中东其他国家。因此，“漩涡”位于英国的曼威斯希尔地面站曾为“沙漠盾牌”行动和“沙漠风暴”行动提供了有力支持。1989年，因“在1987年5月至1988年9月1日期间做出的杰出成绩”，该站收到了国防部长迪克·切尼授予的集体嘉奖，这个时间段正好与美国海军在波斯湾的行动时间吻合。
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1985年1月25日，“大酒瓶”项目下研发的第一颗卫星从“发现”号航天飞机上发射，进入地球同步轨道。发射时，该项目被称为“猎户座”（ORION）。1989年11月22日，第二颗“猎户座”航天器也是从航天飞机上被放入轨道。据称，该卫星重量约6000磅，有两个巨大的抛物形天线。一颗准备拦截通信和遥测信号，另一颗准备将被拦截的信息材料中继至地球。第一颗“猎户座”卫星可能已在婆罗洲上方就位，而第二颗则在非洲之角上方就位。
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另外6至7颗“猎户座”卫星也已被放入轨道，从1995年5月14日的“猎户座3”，到2014年4月10日的可能的“猎户座9”，都使用一次性运载火箭。尽管还有两个“水星”后续系统于1994年8月和1996年4月进入轨道运行，但“猎户座”网络已经成为首要的地球同步信号情报卫星群。
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与低轨道卫星和地球同步卫星不同，第三级信号情报卫星并不是在地球同步轨道中运行。这个级别的第一代卫星代号为“折叠座椅”（JUMPSEAT），发射于范登堡空军基地，进入一个63度倾角的高椭圆轨道（200×24000英里）。显然，共发射了七颗“折叠座椅”卫星，其中第一颗发射于1971年3月20日，最后一颗发射于1987年。该项目的初始目的是监控苏联在萨雷沙甘的反弹道导弹测试场的信号和雷达系统的地理定位信号。后来，增加了一项通信情报任务，目标是苏联北部。在高椭圆轨道上，“折叠座椅”每次在苏联上空“徘徊”8至9个小时。“折叠座椅”与989雪貂卫星一起合作的组合，最初被称为“收益”（YIELD），自1982年起又被称为“柳树”（WILLOW）。
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“折叠座椅”的更高级版本，代号是“号角”（TRUMPET），发射于1994年5月3日。随后两次发射的时间为1995年7月10日和1997年11月8日。卫星重约1万磅。与“折叠座椅”相同，“号角”运行在高度倾斜的椭圆轨道，但它的任务更为广泛。该项目最终被取消，让步于另一个成本更高的项目。这个昂贵的项目进行了至少三次发射，其中一次是在2006年6月27日，发射于加利福尼亚州范登堡空军基地，由“德尔塔”火箭将卫星送入了62.4度倾角、690×23785英里的轨道。该卫星还携带了一个试验传感器，将用于天基红外系统（Space-Based Infrared System, SBIRS）。后续的发射也携带了天基红外系统有效载荷，时间为2008年3月13日和2014年12月12日，均发射于范登堡空军基地。
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信号情报卫星行动得到了多个专业地面站的支持，这些站点分别位于：科罗拉多州巴克利空军基地；英国曼威斯希尔；澳大利亚松树谷。巴克利地面站可能是四个卫星项目的地面站：“猎户座”、“号角”及其后续项目“入侵者”，也许还有一个（地球同步系统）。虽然巴克利空军基地一直是与“猎户座”项目捆绑的三个地面站之一，但它显然是“号角”及其后续项目的唯一地面站，该项目的轨道使得其卫星在北半球上空时会在巴克利的视野内工作。巴克利是与另一个地球同步系统捆绑的两个地面站中最重要的一个，该系统非涉密名称为“推弹杆”（RAMROD）。巴克利“提供了全世界推弹杆系统所有上报量的70%的信息”。
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自1972年到1974年，国家安全局开始扩大位于约克夏西8英里的曼威斯希尔监听站。该站占地562亩，包括一个大型的卫星追踪天线阵列。其中一个目的就是使曼威斯希尔成为即将实施的“小木屋”系统的首要地面站。另外，曼威斯希尔也是“水星”后续项目的地面站。
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建在澳大利亚松树谷的联合太空防御设施，就是位于婆罗洲上方的“流纹岩”卫星的地面控制站和向下链接，后来也为“猎户座”项目位于婆罗洲上方的卫星承担同样的任务。它可能还为“推弹杆”系统的某个卫星承担类似任务。该设施包括至少七个大型的雷达天线罩，一个大型的计算机室，约20座支持性建筑。这些雷达天线罩（第一个建于1968年）就像是被切掉底部的巨型高尔夫球，有机玻璃建造，安装在混凝土机构上。它们的用途是保护封闭天线不受尘土、风和雨的影响，并躲避苏联侦察卫星。
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计算机室分为三大部门。轨道控制部门负责将卫星保持在地球同步轨道中，使其正确对准感兴趣的目标。信号处理办公室接收从卫星传输而来的信号，将其转换成信号分析部门能够使用的格式。1996年，美国和澳大利亚政府宣布了升级松树谷站点的多项计划。
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卫星的日常任务分配是空中搜集管理中心（Overhead Collection Management Center, OCMC）的职责，它是国家安全局位于米德堡的所属部门。信号情报空中管理系统是一套硬件和软件工具，“帮助空中搜集管理中心根据国家信号情报搜集小组委员会建立的优先级别和指导原则，将指定的信号情报卫星对准情报目标”。
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空中搜集
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军方最大的三个情报系统都各自操控航空器进行信号情报搜集工作。空军第25联队的第55军情大队的总部位于内布拉斯加州奥福特空军基地，负责操控RC-135侦察机群，多达20架飞机，其中有17架RC-135V/W“联合铆钉”飞机。这些型号的飞机总长度为135英尺，翼展达131英尺，整体高度为42英尺，工作高度为34990英尺。它们能飞行500英里每小时以上，不加油航程为3900英里。但是，它们在10小时之后必须进行空中加油。它们可在空中停留30小时，飞行的最高限度为5万英尺。飞机上可乘坐超过30个人，包括机舱成员、电子战官员、情报操作员和飞行中维修技术人员。
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联合铆钉飞机的飞行任务被称为“燃烧的风”（BURNING WIND）和“模糊的风”（MISTY WIND），负责拦截通信和电子信号。该飞机携带电子发射器自动定位系统，扫描飞机两边，在数秒内能够识别雷达，但其精准度还不足以识别出智能武器。数据可以通过安全的语音线路（战术信息广播业务或战术数字信息线路）进行传输。飞机初期携带的多种通迅发射器定位系统，已经被平面刃型天线所取代。联合铆钉侦察机的起飞基地有：希腊克里特岛索达湾的奥福特空军基地；日本冲绳的嘉手纳空军基地；沙特阿拉伯阿尔卡吉的苏尔坦王子空军基地（第763远征侦察中队ERS）；卡塔尔多哈以西的阿尔乌代德空军基地。
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随着冷战的结束，联合铆钉机群的目标有了显著的变化。1995年和1996年期间，79%的飞行任务为了支持联合特遣部队在中东（伊拉克）和波斯尼亚的行动。1995年2月22日，一架联合铆钉飞机执行了该项目的第1000次飞行任务，支持“南方守望”行动（Operation SOUTHERN WATCH），实施联合国对伊拉克的制裁。1996年10月，一架来自米尔登霍尔皇家空军基地的联合铆钉飞机执行了第1000次亚德里亚海飞行任务，该任务开始于4年前，是为了支持“提供希望”行动（Operation PROVIDE PROMISE）。另有19%的飞行任务目标是古巴、地中海地区（尤其是利比亚）、太平洋地区（包括朝鲜、中国和越南）。剩余的2%飞行任务是培训和演习。RC-135侦察机已经“成为攻击敌方电子防空系统的关键工具，该系统依赖于对来袭敌机具体位置的数据迅速交换”。自2000年以来，联合铆钉飞机多次执行支持“伊拉克自由”行动和阿富汗“坚持自由”行动的飞行任务。根据空军2009年一份情况说明所述，“自20世纪90年代初开始，RC-135侦察机一直保持着在西南亚的持续存在”。2008年，第763远征侦察中队在执行阿富汗某项目过程，完成了50000飞行小时的记录。近期的飞行任务包括利比亚和乌克兰。2010年，多架联合铆钉飞越菲律宾，拦截阿布沙耶夫恐怖组织的通信。2011年，来自索达湾的多架联合铆钉监控了利比亚的空军和防空通信。那一年，它们出动了83架次，支持“奥德赛黎明”行动和“联合保护者”行动（Operation UNIFIED PROTECTOR），这些行动寻求在利比亚实现建立禁飞区和武器禁运。2014年12月，俄罗斯空军总司令抱怨，RC-135“几乎每天”都会数次出现在俄罗斯沿海的波罗的海地区，还声称2014年RC-135出现了140次，对比之下2013年只有22次。
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其中某些次数应该归于两架RC-135U，它们被称为作战派送（Combat Sent）；它们与联合铆钉的速度和工作高度一致，但航程可达4000海里，最高飞行高度可在35000英尺以上。该机组包括两名飞行员，一名导航员，两名机载系统工程师，至少10名电子战官员和6名或更多任务区域专家。与联合铆钉飞机一样，作战派送携带发射器自动定位系统。作战派送飞机上携带的主要传感器是精密功率测量系统（Precision Power Measurement System），该系统判断选定目标的绝对功率、功率方向图和选定目标发射器的偏振。另外，在高分辨率相机与多个电视和雷达传感器上都配备了“指南针时代”（COMPASS ERA）系统，该系统包括红外热成像，一个干涉光谱仪和多个光谱辐射仪传感器。作战派送飞行任务的目标是对外国军事用地、雷达信号、海军雷达信号和机载雷达信号进行定位和识别。具体而言，这些飞行任务旨在提供“信号参数，用于开发雷达预警接收器、电子战（EW）系统、威胁系统模拟器和任务策划”。信号参数包括功率、脉冲和极化数据。2014年10月，据称一架RC-135U上的任务标记显示它曾被用于监控乌克兰危机的发展情况。
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RC-135系列的最后一个成员是RC-135S型号，它被称为“眼镜蛇球”（Cobra Ball），行动代号被称为“燃料恒星”（BURNING STAR）。这类飞机有三架。“眼镜蛇球”飞机驻扎在阿拉斯加州艾尔森空军基地，经常从谢米亚空军基地起飞执行任务，直到1991年末，“眼镜蛇球”的相关任务被转到了奥福特空军基地。
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20世纪90年代中期，“眼镜蛇球”每年约执行100次任务，目标是获取俄罗斯、中国、印度和以色列的导弹试验情报。因此，1994年1月，迪戈加西亚基地的一架“眼镜蛇球”被部署在孟加拉湾，监控印度即将举行的导弹试验。1996年，“眼镜蛇球”飞机监控中国在台湾附近进行的数次导弹试验、印度的几次导弹试验和俄罗斯的数次导弹试验。1997年5月，一架“眼镜蛇球”监控了朝鲜的一次反舰导弹试验。2003年3月初，朝鲜几架战斗机在朝鲜海岸线外约150英里处拦截了一架“眼镜蛇球”并命令其降落在朝鲜，美国飞行员对这些指令置若惘闻。
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RC-135S飞机携带的系统中，配有高级遥测系统（Advanced Telemetry System, ATS），是自动搜索频带的一部分，为出现的所有信号制作一份数字记录。高级遥测系统的操作人员为重新进入链接分配搜集资源，并记录所有探测到的遥测信号。
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