Sverige siktar mot månen

I ett rum på Umeå universitet står en liten kub av blank metall inuti en stor trälåda. Den ser kanske inte mycket ut för världen, men tanken är att den ska skickas upp till månen.

– Inget svenskt instrument har varit på månens yta sedan Hasselbladkamerorna som astronauterna hade med sig dit, berättar Sebastian Sjöquist.

Tillsammans med Tomas Härdin och Isak Silander driver han amatörprojektet Umeå lunar venture, ULV. I drygt två år har de lagt en stor del av sin fritid på att konstruera vad de hoppas ska bli det första svenskbyggda instrumentet på månens yta sedan de mänskliga månfararnas dagar på 1970-talet. Men de har fått medtävlare. Institutet för rymdfysik, IRF, bygger också ett instrument, som ska följa med en kinesisk farkost upp till månen.

Just nu pågår alltså en svensk kapplöpning till månen, även om startfältet kanske ser lite udda ut: det lilla hobbyprojektet Umeå lunar venture vid sidan av det anrika Institutet för rymdfysik – som samarbetar med det enorma och välfinansierade kinesiska rymdprogrammet.

Umeå lunar venture föddes i efterdyningarna av att företaget Google år 2007 utlyste en tävling för privata aktörer, Lunar X Prize, som gick ut på att sätta en farkost på månen som kan röra sig 500 meter över månens yta och skicka tillbaka en högupplöst video.

En av deltagarna i tävlingen var tyska Part-Time Scientists, PTS, ett företag med ursprung i en teknisk studentförening. Tomas Härdin hade länge följt vad PTS hade för sig. När forskarna i PTS för några år sedan upptäckte att de hade lite plats över i den månbil som de konstruerade med hjälp av stöd från bil- och teleindustrin och tyska rymdstyrelsen, meddelade de att de gärna ville ge utrymmet till någon icke-kommersiell aktör. Tomas Härdin var inte sen att nappa. Han samlade ihop några vänner för att fundera ut vad de kunde göra.

Över pizza och öl slungades idéer fram och tillbaka. Timmarna gick. Sebastian Sjöquist var en prestigelös idéspruta som kunde ställa dumma frågor. Isak Silander tog rollen som gruppens realist och avfärdade det ena infallet efter det andra: ingen 3D-skrivare, ingen robotarm – och hur klarar batterier av kölden under den 14 dagar långa natten på månen?

Riktig fart fick projektet först när de vände sig till rymdfysikgruppen vid universitetet. Lektorn Maria Hamrin föreslog att de kunde ta sig an uppgiften att mäta elektriska fält på månens yta.

Mötet med rymdfysikerna ägde rum i slutet av 2015. Sommaren 2016 ledde ULV-gänget en sommarkurs vid universitetet, där studenterna fick bidra till utformningen av instrumentet.

Både Isak Silander och Tomas Härdin arbetar som forskningsingenjörer vid Umeå universitet, medan Sebastian Sjöquist har en privat anställning inom IT. Månkuben bygger de på sin fritid. Tomas Härdin arbetar deltid, så han kan tillbringa två dagar i veckan här i ULV-lokalen. Det verkar vara en ganska krävande hobby. Men alla tre är helt på de klara över varför de drog i gång detta.

– För att vi kunde, säger Isak Silander enkelt.

Sebastian Sjöquist broderar ut det lite mer:

– Man har kanske en chans i livet att göra något sådant här. Att kunna säga att man bygger något som ska användas på månen.

– Sedan kommer den att stå kvar där i miljoners miljoners år, inflikar Tomas Härdin.

På Institutet för rymdfysik (IRF) i Kiruna lyckas Martin Wieser slita sig från labbet en stund för att berätta om sitt måninstrument. Han är inblandad i det mesta av allt rymdbyggande som pågår här. Instrumentet Asan, som ska följa med den kinesiska månbilen Chang’e 4 till månen, har han huvudansvaret för. Men han har inte alltid intresserat sig för att utforska månen.

– Vi tänkte alltid på månen som tråkig. Där finns ingen atmosfär, inga starka magnetiska fält. Men den är inte alls tråkig! Tvärtom, månen är mycket komplex.

Så här kan en rymdfysiker betrakta månen. Rymdfysik handlar om elektriska och magnetiska fält i rymden, och hur de växelverkar med partiklar. Nära jorden studerar rymdfysiker de laddade partiklarna i solvinden som sveper fram kring jordens magnetfält. En del av partiklarna trasslar sig ner längs fältlinjerna mot jordens poler och ger upphov till norr- och sydsken. Längre bort i solsystemet finns bland annat de spännande omgivningarna runt gasplaneterna Jupiter och Saturnus. Inom rymdfysiken ansågs det däremot inte finnas mycket av intresse på månen – men det visade sig alltså vara helt fel.

När Martin Wieser först kom till Kiruna 2005 fick han ge sig in i det redan påbörjade arbetet med instrumentet Sara. Det följde sedan med den indiska farkosten Chandrayaan-1 in i omloppsbana över månens poler 2008 och gav mycket intressant information. Här väcktes Martin Wiesers intresse för månen.

– Solvinden ger intressanta reaktioner med månytan. En av dem kan producera vatten.

Tidigare trodde de flesta forskare att månens yta var fnösktorr. Men instrumenten på Chandrayaan-1 visade att det finns vatten i det översta skiktet av månens yta.

– På en yta stor som en tennisplan finns det mellan en halv matsked och en mellanstor flaska vatten i den översta millimetern, berättar Martin Wieser.

Om människor ska bedriva någon sorts aktivitet på månen i framtiden är det mycket intressant att en del vatten kan utvinnas på plats i stället för att fraktas från jorden. Men det är också en intressant vetenskaplig utmaning att förstå varifrån vattnet kommer. Vätejoner i solvinden kan reagera med syre i månmineralerna och bildar då vattenmolekyler.

Instrumentet Sara visade också att en stor del av partiklarna i solvinden kastas ut igen i elektriskt neutral form. Eftersom Chandrayaan-1 kretsade ungefär 200 kilometer ovanför månen är detaljerna i processerna mycket oklara.

– Vi måste komma ner på ytan för att se vad det är som händer, säger Martin Wieser.

Och det är just vad som ska ske nu. När den kinesiska månbilen Chang’e 4 landar kommer mätinstrumentet Asan att finnas ombord och studera månytan på bara några decimeters avstånd.

Efter Sara, instrumentet som gick i bana runt månen med Chandrayaan-1, har Martin Wieser arbetat med en rad liknande instrument. När den kinesiska rymdstyrelsen hörde av sig och ville ha bidrag till den vetenskapliga lasten på Chang’e 4 gick det därför relativt lätt att konstruera Asan.

Till sin hjälp har Martin Wieser en ingenjörsgrupp på ungefär tio personer som har gjort allt från mekanik till elektronik och mjukvara. En expert har lämnat över till nästa, medan Martin Wieser har haft den övergripande kontrollen.

Instrumentet Asan är nu redo att monteras på den kinesiska månbilen för att kunna mäta elektriskt neutrala och positivt laddade partiklar nära månytan. Landningsplatsen för Chang’e 4 ligger på månens baksida, som är mer exponerad för solvinden än framsidan (se grafik).

Månens yta består av ett lager av grus, sand och damm som kallas regolit. Årmiljoner av meteoritnedslag har kastat upp pulveriserad berggrund, och det finns ingen vind och inget regn som nöter ner hörnen på de glasartade kornen. Måndammet var mycket besvärligt för månfararna på 1960- och 70-talen. Det vassa dammet trängde in vid rymddräkternas ledade delar och försvårade astronauternas rörelser. Det nötte sig dessutom igenom tre lager av kraftigt kolfibermaterial i astronauternas skor.

Måndammet kan också bli elektriskt laddat så att kornen stöter bort varandra och flyttar sig över ytan. I frånvaro av luft och vatten tycks det på så vis finnas en sorts rudimentärt elektriskt ”väder”. Sådana processer förväntas långsamt jämna ut månens kratrar över tid, men de har ännu inte undersökts ordentligt. Hur lång tid tar det till exempel innan en solpanel är täckt av damm? Det finns flera anledningar att studera både partiklar och det elektriska fältet på månytan.

Det är också en stor fördel att instrumentet sitter på en farkost som rör sig över marken, och som kan komma bort från den delen av marken som har störts och rörts om vid landningen.

Till skillnad från Martin Wiesers instrument Asan kommer kuben som ULV bygger inte att fara omkring, utan stanna kvar vid landningsplatsen – trots att den liftar dit med en tysk månbil som ska rulla i väg för att utforska ytan. Kuben ska nämligen monteras på själva landaren. Där ska den bland annat undersöka om det elektriska fältet på månens yta ändrar riktning när solljuset kommer från olika håll. Det kan bli en nyckel till att förstå måndammet.

De elektriska fälten på månens yta är mycket svaga, och det finns än så länge bara indirekta mätningar. På arbetsbänken i Umeå har ULV redan en fältmätare med unik kapacitet. Kuben står inuti en låda där det går att skapa elektriska fält av önskad storlek och riktning för att testa instrumentets respons.

– Den visar en känslighet som är cirka tio gånger bättre än den bästa publicerade, säger Isak Silander.

Trots det ska instrumentet helst bli ännu bättre innan det skickas till Tyskland för att monteras inför uppskjutningen. Det är oklart hur svaga fälten är på månen.

– Det var bra att uppskjutningen blev flyttad, då fick vi mer tid på oss, säger Sebastian Sjöquist.

PTS föll ur tävlingen om Lunar X Prize. I slutänden var det ingen av deltagarna som lyckades genomföra en månfärd innan tävlingstiden gick ut i mars 2018.

Flera av de tävlande har dock fortfarande för avsikt att fullfölja sina månprojekt. PTS har en bokningsbekräftelse för sin månbil på en Falcon 9-raket som ska ut i omloppsbana kring jorden. Med hjälp av ett eget slutsteg ska bilen sedan ta sig vidare till månen. Det finns inget datum för uppskjutningen ännu, men den är tänkt att bli av i början av 2019.

– Det finns egentligen två sköna utfall, säger Sebastian Sjöquist. Det ena är att raketen exploderar – då är det i alla fall inte vårt fel. Eller också går allt bra, och då kan vi generera data.

Att komma fram till månens yta är ju inte slutet på historien. Ännu återstår en hel del detaljer att lösa – bortsett från att göra själva nyttolasten redo – som hur de ska kunna ta emot data från instrumentet. Några av de lämpliga antenner som finns på jorden måste ta emot signalerna och förmedla dem vidare. När kuben väl är framme på månen, ska detta förhoppningsvis vara ordnat, så att mätningarna kan strömma in.

Planen är att medarbetarna på ULV ska ta ledigt från jobbet och gå i skift under de fjorton dagar som solen skiner över landningsplatsen på månen. De vill övervaka sina data medan dessa kommer in. Upptäcker de något spännande kan de styra sitt instrument för att till exempel mäta mer i en viss riktning.

– Det blir två veckor med tältsäng, säger Isak Silander.

När solen går ner under månhorisonten ger solcellerna inte längre någon ström, och det är oklart om instrumentet eller månbilens datalänk sedan kan vakna igen efter den kalla natten som varar i 14 jorddygn.

Även Martin Wieser på IRF får en intensiv tid när Chang’e 4 har landat. Han har utformat instrumentet Asan för att klara upp till ett år på månen, men räknar med att kunna göra mätningar i åtminstone 14 dagar. Resten hänger på om alla nödvändiga system på Chang’e 4 lyckas överleva månnatten.

Det är den kinesiska markkontrollen som kommer att sköta styrningen. Mätdata kommer till IRF med kanske en dags fördröjning. Men då vill Martin Wieser titta på resultaten så fort det går.

– Man vill omedelbart veta hur instrumentet mår, även om det är mitt i natten, säger han.

Instrumentet Asan har redan skickats i väg till Kina. Om allt går enligt planen ska Chang’e 4 sändas upp mot månen i slutet av 2018.

När tidsplanen för den kinesiska uppskjutningen diskuteras i ULV-lokalen i Umeå reagerar både Sebastian Sjöquist och Tomas Härdin.

– Å nej, då blir vi inte först!

ULV väntar fortfarande på att deras samarbetspartners på PTS ska få ett datum för raketuppskjutningen, som är tänkt att ske någon gång under första kvartalet 2019.

Men inget är avgjort förrän något någon av farkosterna faktiskt har landat på månen. Vi får vänta och se.

Det enda som är helt säkert är att det just nu finns två svenskbyggda instrument redo att skickas till månen, ungefär samtidigt – och att intresset för jordens drabant har tagit ny fart, både i Sverige och internationellt.

– Om två år har vi semester. Om tre år bygger vi ett nytt instrument, säger Sebastian Sjöquist optimistiskt.