Annons

Glöm inte locket! Med hjälp av stjärnkameran kan satelliten Mats lokalisera kända stjärnmönster och på så vis rikta sig åt rätt håll i rymden.

Bild: 
Lindsten & Nilsson

Ett svenskt öga på väg mot rymden

Att konstruera känslig vetenskaplig utrustning är en konst. Om den dessutom ska klara sig ute i rymden, långt från närmaste skruvmejsel, gäller det att veta vad man gör. F&F har mött specialisterna som förbereder Sveriges nästa stora rymdprojekt – forskningssatelliten Mats, som ska skickas i väg om knappt två år. 

Författare: 

Publicerad:

2016-11-22

När satelliten Mats skickas upp i rymden 2019 är det inte direkt någon söndagspromenad.

De mäktiga raketmotorerna tänds och raketen lyfter på en pelare av eld och rök. Längst upp i nosen vilar nyttolasten, satelliter som ska levereras till sina omloppsbanor. Alltsammans skakar våldsamt av kraftiga vibrationer från de dånande motorerna. På ett par minuter har det första raketsteget brunnit ut och skiljs ifrån med ett ryck som skakar om Mats och de andra satelliterna, medan motorerna i nästa steg tar över.

Väl uppe på 600 kilometers höjd kan det sista raketsteget finmanövrera och justera banan, för att sedan placera ut satelliterna. Mats får vänta på sin tur, men till slut utlöses en liten sprängladdning som lossar förtöjningen så att en fjäder kan fösa ut den. Plötsligt blir det helt stilla; skakningarna är över. Mats är i fritt fall, i en bana som passerar över nord- och sydpolen. Ett varv tar ungefär en och en halv timme.

Nu kommer nästa prövning. Solen gassar från ett håll, medan den andra sidan vetter mot rymdens mörker. Solsidan kan bli över 100 grader varm. Uppvärmda delar kan ändra form om de inte är rätt gjorda, och elektronik fungerar dåligt i värme. Baksidan, som i stället strålar ut värme i världsalltet, kan kylas ned till –50 grader.

Från solen kommer också en ettrig ström av laddade partiklar, och även om Mats bana ligger ganska skyddad av jordens magnetfält så kan solstormar tränga fram till satelliten och störa elektroniken.

Dessutom råder vakuum. Så det gäller att alla material är härdiga och inte börjar avdunsta eller släppa ifrån sig instängda gaser som stör satellitens känsliga kamera.


Sveriges satelliter – från Viking till Mats.

Bild: 
Johan Jarnestad

Skakningar och ryck, värme och kyla, strålning och vakuum. Detta är sådant alla satelliter måste klara av. Det som gör det dyrt att skicka utrustning till rymden är inte bara de kopiösa mängderna bränsle och de stora raketer som förbrukas vid varje uppsändning. Det handlar också om att allt måste konstrueras extra noggrant. Väl i omloppsbana finns det inget sätt att laga det som går sönder. Allt måste helt enkelt fungera.

Med Mats är tanken att försöka göra det som är svårt och dyrt mycket snabbare och billigare, och alltihop på hemmaplan i Sverige.

F&F får ta en titt på förberedelserna, som pågår för fullt på det halvdussin olika företag och institutioner som är inblandade. Inte minst gäller det hos de vetenskapliga initiativtagarna till Mats, en forskargrupp på Meteorologiska institutionen vid Stockholms universitet, MISU.

På MISU pryds den smala korridoren av delar från olika experiment som sänts upp med sondraketer för att studera atmosfären. Jacek Stegman visar och pekar ut några raketdelar ovanför en dörr. Han har utvecklat instrument för atmosfärsforskning under lång tid och var med under hela processen med att bygga satelliten Odin, som sändes upp 2001. (Han skrev om Odin tillsammans med två kolleger i F&F 4/2009.)


Mats uppdrag ute i rymden Atmosfären är en ocean av luft, och precis som i havet finns det vågor som bär med sig energi. Atmosfärsvågorna ger viktig information om väder och klimat, eftersom de visar hur vitt skilda delar av atmosfären påverkar varandra. Satelliten Mats ska undersöka vågfenomen genom att avbilda nattlysande moln och det svaga ljusfenomen som kallas luftsken.

Nattlysande moln och luftsken De tunna, nattlysande molnen 80 kilometer över jordytan syns inte när himlen är ljus. När solen gått ned och lyser upp dem underifrån framträder de som nattlysande moln. De syns när vi har sommar, men hänger ihop med vintervädret på andra sidan jorden.

Luftsken uppstår när molekyler som absorberat energi från solljuset strålar ut energin igen. Skenet syns bara där luften är tillräckligt tunn, annars knuffar molekylerna på varandra och den extra energin omvandlas bara till värme.

Bild: 
Johan Jarnestad

Men nu när det gäller Mats är det inte så mycket som byggs här på MISU.

– Utvecklingen går åt det hållet att man köper färdiga delar som man testar själv, säger Jacek Stegman. Men på ett annat sätt var det enklare förr. Då var det bara Rymdbolaget och deras underleverantörer. Nu är det flera små företag som ska synkas och samordnas.

För MISU handlar arbetet om just samordning, inköp och planering. Forskarna måste se till att det vetenskapliga instrumentet blir bra och kan ge den information som de behöver för sin forskning.

Men en del praktisk kompetens för att bygga instrument kommer ändå fortfarande till användning. I ett av rummen här finns en blank vakuumtank, som ser ut som en större varmvattenberedare tippad på sidan. Där går det att testa hur instrumenten fungerar i rymdens tomhet. På arbetsbänkarna runt tanken arbetar kollegerna Jonas Hedin och Mikael Seo med den första prototypen till ett av instrumenten, en av två fotometrar som ska mäta bakgrundsljuset från atmosfären och jordytan för att underlätta tolkningen av de bilder som satelliten ska ta.

Fotometern påminner om en liten ficklampa, men fungerar baklänges: Den ska samla in ljus och omvandla det till en elektrisk signal. Inuti sitter en liten ljussensor, och röret framför den är en sorts sikte som ska absorbera ströljus som kommer från sidorna. Den här delen ska kopplas ihop med kretsarna som Mikael Seo förbereder, så att mätningarna kan bearbetas och lagras och sändas ner till jorden.

Men det mesta av arbetet här är alltså osynligt. På Meteorologiska institutionen är Linda Megner projektledare för Mats, och hon berättar att det nu handlar om att köpa in de viktigaste delarna till den stora specialbyggda kameran. Till den behövs speciella speglar, och optiska filter som sållar fram olika våglängder av ljuset – och så själva de digitala ljussensorerna, CCD, som fungerar på samma sätt som i en vanlig digitalkamera.

Med ljussensorerna dök en oväntad svårighet upp. Från början var det tänkt att Mats skulle sändas upp redan 2017, men nu har starten flyttats till 2019. Ett helt år av fördröjningen har gått åt till att köpa in CCD-sensorerna. Firman i Storbritannien som tillverkar dem håller fortfarande på med sina egna tester.

– Vi hade inte hajat att det skulle ta så lång tid för dem att leverera, säger Linda Megner.

En av idéerna för att göra Mats till ett relativt snabbt och billigt projekt är alltså att köpa färdiga komponenter. Men det visade sig att det inte var så lätt.

I väntan på CCD-sensorena håller företaget Omnisys i Göteborg på att utforma monteringen av dem. Ingenjören Steve McCallion berättar över telefon om sitt arbete med Mats:

– Balansen mellan en låg budget och höga krav tycker jag är tuff och intressant.

Det är typiska ingenjörsutmaningar, att bygga bra saker inom givna begränsningar.

Omnisys tillverkar forskningsinstrument dels till satelliter och rymdsonder, dels till teleskop på jorden. När det gäller Mats har de ansvar för att sätta ihop sensorer, speglar, filter och linser till de färdiga kamerorna.

Huvudkameran arbetar med hög upplösning, och det är väldigt viktigt att den avancerade optiken med speglar och filter sitter riktigt precist monterad. De våldsamma vibrationerna under raketuppskjutningen får inte rubba de optiska komponenterna mer än på sin höjd några få tusendels millimeter. Dessutom är de mycket känsliga för smuts, som kan lossna från vissa material i vakuum.

Ingenjören Steve McCallion funderar mycket på materialval, både till den mekaniska monteringen och till själva kameradelarna.

– Vi ska bygga fin optik med en låg budget. Det är två saker som inte går ihop så lätt, säger han.

Det är svårt inte minst för att Mats ska studera en del av atmosfären som är svagt upplyst, men helt nära det bländande dagsljuset. Jämför med att försöka ta en bra utomhusbild i motljus en solig dag. För Mats blir det väldigt viktigt att kunna skärma av ljus från sidorna och bara fånga in det som kommer från den del av atmosfären som ska avbildas.

En annan svårighet är temperaturen. CCD-sensorerna behöver kylas, samtidigt som resten av satelliten ska hållas på en stabil temperatur.

I en vanlig dator kyls processorn genom att värmen leds ut i kylflänsar och att luft drivs förbi av en fläkt, vilket jämnar ut temperaturen. I rymden finns ingen strömmande luft som kan kyla, och det gäller helt enkelt att leda bort värmen till skuggsidan där den får stråla bort.

Alla sådana lösningar på rymdens utmaningar ska vägas ihop för att det ska bli bra vetenskapliga instrument.

När kamerorna så småningom är färdigställda ska OHB Sweden ta över, det som en gång i tiden var Rymdbolagets satellitbyggaravdelning. Där monteras instrumenten ihop med resten av satelliten.

en grå fasaden av korrugerad plåt i Kista ser rätt tråkig ut, men innanför pågår mängder av aktiviteter. Niclas Larsson, projektansvarig för Mats-satelliten på OHB, visar vägen nerför en smal trappa, till verkstäder och laboratorier.

Bland andra rymdprojekt testas här delar till Mats. På en arbetsbänk kopplas elektronik ihop med de instrument som ska se till att satelliten är rätt inriktad i rymden. Det är väldigt viktigt att huvudkameran på Mats riktar in sig precis i en viss riktning, mot horisonten 2 600 kilometer bort, för att det ska bli möjligt att se genom atmosfären på bästa sätt. Just nu är det febril aktivitet, för det är nästan klart att testa styrningen av de här delarna via radio – på samma sätt som det ska gå till i rymden.

– Om något år flyttar vi in i renrummet och bygger flyghårdvaran, den version som ska användas i rymden. Då ska vi veta hur allting ska vara, då har vi så att säga torrkört allting innan, säger Niclas Larsson.

När satelliten väl är i sin bana, oåtkomlig för reparationer, gäller det att varje del fungerar pålitligt. Det gäller inte minst om solen skulle ha ett utbrott så att extra strålning drabbar satelliten.

– Får man en sådan skur med hög energi kan elektronikkretsar påverkas eller i värsta fall ta skada. Till exempel kan det uppstå ett fel i minnet, en etta kan vändas till en nolla.

Eftersom Mats kommer att kretsa på jämförelsevis låg höjd kommer den att ha ett visst skydd från jordens magnetfält. Därför kan kraven på stråltålighet sättas lite lägre än när det gäller instrument som ska fungera längre bort i rymden. Men strålning måste ändå tas med i beräkningen.

– Antingen bygger man elektroniken så att det aldrig blir fel. Men det är väldigt dyrt. Eller så inför man felrättande mekanismer.

Sådana mekanismer kan till exempel vara att varje beräkningssteg som görs i processorn görs av tre separata komponenter samtidigt, och om ett av resultaten skiljer sig från de andra kastas det bort.

Ungefär ett halvår innan satelliten ska skickas ut i rymden ska den monteras ihop här på OHB och utsättas för något som kallas för miljötestkampanj. Då gäller det att se att allt fungerar i vakuum, och så ska hela satelliten utsättas för skaktest och ett antal stora temperaturväxlingar. Det är då de sista justeringarna görs, till exempel av värmefiltarna som skyddar de känsliga komponenterna inuti.

– Om någonting går snett blir det väldigt snabba ryck för att byta en del. Vi har inte lika många reservdelar som man har på stora rymdprojekt.

Men Niclas Larsson har stort förtroende för att det ska fungera. Under alla hans år med rymdbyggen har det visserligen hänt några gånger att något har gått snett i miljötestkampanjen, men aldrig något som inte har gått att rätta till.

Längs en rad med inglasade mötesrum står modeller av de satelliter som Rymdbolaget och OHB Sweden har haft ansvar för. Den modell som ska föreställa Mats ser mycket enkel ut – som en mindre flyttlåda med raka kanter. På ena sidan sitter en skiva som sticker ut ovanför själva lådan. Den visar hur solpanelen ska sitta, som ska ge el till instrumenten, styrsystemen och kommunikationen med jorden.

I den här formen skulle det kunna gå att få in alla möjliga sorters instrument för olika syften, påpekar Niclas Larsson. Han är intresserad av att bygga en rad satelliter baserade på samma grundritning.

Mats blir billig för att vara en forskningssatellit, men inte riktigt så billig som förhoppningen var från första början. Och det har inte gått så fort att få den färdig som det var tänkt. Men om det går att fortsätta medan farten är hög och utnyttja det arbete som redan är gjort, då skulle Mats kunna vara föregångaren som öppnar en ny väg för svensk forskning i rymden.

Den statliga Rymdstyrelsen har redan tagit in förslag från forskare som vill skicka ut sina instrument i omloppsbana med en efterföljare till Mats.

– Det är viktigt att forskarna kan få nationella flygmöjligheter, säger Johan Köhler på Rymdstyrelsen. Om det inte är alltför många år emellan blir det en mindre startsträcka för att driva nya rymdprojekt. Och det är en stegpinne på vägen mot internationella samarbeten.

Blir det en ny era för svensk forskning i rymden? Reza Emami, professor i rymdteknik på Luleå tekniska universitet, är positiv.

– Att bygga satelliter i stil med Mats är definitivt rätt väg att gå. Men det gäller att hänga med i trenden att bygga mindre och snabbare. Ett mål bör vara att en ny satellit kan planeras och tillverkas på ungefär två år.

Hur det än blir med övriga framtidsplaner är vägen utstakad för Mats. Raketuppskjutningen är planerad till slutet av 2019.

Du har just läst en artikel från tidskriften Forskning & Framsteg. Prenumerera här.

Kommentera:

Dela artikeln:

TIDNINGEN FÖR DIG SOM ÄR NYFIKEN PÅ ALLVAR
10 nummer 779 kr
2 nummer 99 kr
Du vet väl att du kan läsa Forskning & Framsteg i din läsplatta? Ladda ned appen från App Store eller Google Play. (Läsplatteutgåvan ingår i alla prenumerationer.)

Lägg till kommentar