Suomen Automaatioseura ry RYM 1/1 Väinö Kelhä VTT RYMDFORSKNING OCH TEKNIK Kapplöpningen ut i rymden Rymdåldern inleddes den 4.10 1957 med Sovjetunionens Sputnik 1 -satellit, och ganska snart därefter, år 1959, sände Sovjetunionen den första levande varelsen, hunden Laika, ut i rymden. USAs första satellit, Explorer 1, avfyrades den 1.2.1958. Sovjetunionens följande prestation var den första bemannade rymdfärden med Jurij Gagarin och Vostok 1 år 1961. Ett år senare upprepades bragden av John Glenn från USA med rymdfarkosten Mercury. Den europeiska rymdorganisationen ESAs första satellit Esro 2B avfyrades i en bana runt Jorden 1968. USA hade besegrats i kapplöpningen ut i rymden, och det var orsaken till att president John F. Kennedy uppställde målsättningen att sända en människa till Månen. USA lyckades med detta år 1969, när Apollo 11 förde Neil Armstrong och Edwin Aldrin till Månens yta. Sovjetunionen kunde inte svara på denna prestation, men bestämde sig för att bygga den första bemannade rymdstationen. Det lyckades år 1971, när Saljut 1 avfyrades i bana runt Jorden. Den första verkligt stora bemannade rymdstationen var MIR, också den sovjetisk, som avlossades i bana runt Jorden 1986. USA svarade på detta med att utveckla den första bemannade rymdskytteln, vars första flygning ägde rum år 1981. Dessa två konkurrerande länder inledde till slut samarbete i december 1998, då arbetet med den internationella rymdstationen ISS inleddes. Kina kom med i rymdtävlingen med sin första bemannade flygning i oktober 2003, då den kinesiska rymdfarkosten Senzhou 5 tog den kinesiska taikonauten Yang Liwein ut i rymden. Det följande målet för antingen tävling eller samarbete kommer att vara en bemannad flygning till Mars. Mars i fokus För tillfället är Marsforskningen aktuell. På Mars finns två stycken av NASAs rovers 1, mobila forskningsrobotar, Spirit och Opportunity, som fungerar som automatiska geologer. De fungerar autonomt, rör sig längs planetens yta och både tar och analyserar prov från ytan. Rovern har ett eget navigeringssystem samt stereokameror, med vilka den utforskar terrängen framför sig. Den autonoma rovern väljer själv den bästa rutten till sitt mål, som bestäms av flygledningen, utan att kollidera med hinder eller störta ned i någon klyfta. Spirit har borrat en 2.5 mm djup grop i berget och fotograferat det med mikroskop. Utifrån bilderna och data som sänts av de övriga instrumenten har 1 Rover kommer från det engelska ordet rover, och det betyder ett fordon som rör sig på ytan av en himlakropp med hjul, rullar eller larvfötter. I den finskspråkiga Pieni avaruuskirja (Ajatus-kirjat, 2000) är det översatt med orden teknisk vandringsman. Suomen Automaatioseura ry, Asemapäällikönkatu 12 B, 00520 HELSINKI puh: 0201 981 220, fax: 0201 981 227, sähköposti: office@atu.fi, www.automaatioseura.fi
Suomen Automaatioseura ry REG 2/2 man dragit den slutsatsen, att berget består av vulkanisk basalt. Ett av rovernas uppdrag är att söka efter tecken på vatten, som för länge sedan eventuellt har täckt en stor del av Mars yta. Utgående från resultaten kan man bilda sig en uppfattning om huruvida det eventuellt har funnits liv på Mars. Spirits följande mål är kratern Bonneville nordost om den nuvarande platsen, som kallas Adirondack. Opportunity landade på ett omsorgsfullt utvalt område långt från Spirit. Dess mjuklandning åstadkoms med en bromsande värmesköld, bromsskärmar, bromsraketer och genom att till sist ett fritt fall från 40 meters höjd med luftkuddedämpning. Den studsade 26 gånger, innan den stannade 200 meter från den första nedslaget. För tillfället kretsar tre satelliter runt Mars: NASAs Mars Global Surveyor (1996) och Mars Odyssey - orbiter 2 (2001) samt ESAs Mars Express (2003). Den rover, Beagle, som Mars Express fällde ned på Mars yta julen 2003 försvann beklagligtvis, och man har inte fått kontakt med den. Marsforskningen med rymdsonder inleddes år 1960, då den första sovjetiska rymdsonden som skulle passera Mars sköts upp. Försöket misslyckades, och den första lyckade förbiflygningen gjordes först år 1965 av NASAs Mariner 4 -sond. Den första lyckade robotlandningen på Mars yta gjordes år 1971 av den ryska Mars 3. En verklig vetenskaplig framgång uppnåddes inte före med NASAs Viking 1 Mars-landare år 1975. Finland har varit med och utvecklat flera instrument för Mars. De ryska Phobossonderna, som avfyrades år 1988, utrustades med Aspera -plasmainstrument, precis som den misslyckade Mars-96 -sonden år 1996 och Mars Express -orbitern år 2003. De tryckdosor som Vaisala Ab tillverkat var med på NASAs Mars Polar Lander -flygning 1999. Sammanlagt har man sänt 35 rymdsonder till Mars, av vilka 25 helt eller delvis har misslyckats. Endast åtta farkoster har lyckligt landat på Mars yta, tre ryska och fem amerikanska. I framtiden är det meningen att sända ett flertal sonder till Mars för att förbereda bemannade flygningar som förväntas äga rum ca. år 2030. Avsikten är att bygga upp forskningsbaser och kolonier som människor kan bo i. I Europa förbereder man ett omfattande Aurora-program för utforskningen av Mars. Saturnus, en okänd gasplanet Gasplaneten Saturnus är den näst största i vårt solsystem. Den omges av vidsträckta, men tunna ringar samt 31 månar, av vilka Titan är den största. Titan är intressant för att den är den enda måne i solsystemet som har en egen atmosfär. Ringarna runt Saturnus är hundratals, och de består av miljoner is- och stenstycken, varierande i storlek från små 2 Orbiter eller en rymdfarkost i bana runt en himlakropp betyder något som cirklar runt en himlakropp, dvs. en satellit. Det finns inte någon etablerad svensk term för ordet. Så kan t.ex. Mars-sonden i landningsskedet uppdelas i två olika delar, orbiter och lander. Orbiter stannar kvar i bana runt planeten, medan landern landar på planetens yta. Ifall lander är ett fortskaffningsmedel är det fråga om en rover.
Suomen Automaatioseura ry REG 3/3 partiklar till bumlingar stora som hus. Man tror, att ringarna har bildats av kometer, asteroider och månar, som splittrats innan de stannade kvar i bana runt planeten. Cassini-Huygens-sonden är NASAs och ESAs gemensamma rymdflygning, som avlossades i Florida 1997 och anländer till sin bana runt Saturnus i juli 2004. Flygningen är tvådelad. Orbitern Cassini stannar i bana runt Saturnus under fyra år och cirklar runt Saturnus över 70 gånger. Den andra delen, Huygens-sonden, dyker genom Titans atmosfär och landar på dess yta 4.1.2005. Avsikten med Cassini är att undersöka Saturnus magnetfält, solvinden, ringarna och atmosfären. Huygens-sonden skall undersöka egenskaperna hos Titan och dess atmosfär. Man tror, att månen Titan ungefär är sådan som Jorden var för tre miljoner år sedan. Därför får man indirekta uppgifter om Jordens förflutna. Sonden Huygens frigörs i december 2004 från Cassini, och därefter faller den fritt genom Titans gula och molniga atmosfär. Det tar två timmar för sonden att landa, när hastigheten dämpas med fallskärmar. Till slut slår sonden emot Titans iskalla yta och sjunker kanske i ett hav av metan. Innan apparaterna tystnar hinner de under några minuter ge värdefull information om förhållandena på Titan. Informationen förmedlas via Cassini till jätteantennen Deep Space Network på Jorden. Huygens-sondens forskningsmål är det mest avlägsna, som en apparat tillverkad av människor någonsin nått. Fartyget Cassini-Huygens har flera instrument och kameror. Finländska apparater är ACT-vridmaskineriet, mikrovågshöjdmätaren samt IBS-jonstrålespektrometern, som tillverkats i samarbete med NASA. Instrumenteringen av Cassini är Finlands hittills största projekt för rymdapparatur. Planeringen påbörjades 1988 och fortsätter åtminstone till år 2008, dvs. projektet pågår i över 20 år. Den finländska rymdforskningen och dess resultat I Finland har man under de senaste åren inlett ett flertal rymdforskningsprogram. Det treåriga Antares-programmet tar slut i mars 2004. Antares-programmet är ett teknologioch vetenskapsprogram. Med det förverkligas en finländsk rymdstrategi, vars centrala områden är vetenskaplig forskning och satellitbaserad fjärranalys. En gemensam nämnare är att man konstruerar apparatur för observationer och utvecklar observations- och tolkningsmetodik. Programmet har producerat en stor mängd vetenskapliga resultat, som ger ny information om universum, svarta hål, solen, planeterna och Jordens omgivning. På våren 2003 upptäckte finländska forskare två nya svarta hål i stjärnbilderna Svanen och Örnen. Tidigare har man endast känt till sexton svarta hål. För observationen, som skedde med ESAs Integral-satellit (2002), användes gammadetektorer som utvecklats av den finländska industrin. Den nya röntgenteknologi som utvecklats av det finska bolaget Metorex International kan också utnyttjas i vardagslivet i olika säkerhets- och analystillämpningar, och den har möjliggjort ny affärsverksamhet.
Suomen Automaatioseura ry REG 4/4 De forskare som arbetet inom Antares-programmet har för ESAs sond Planck utvecklat världens känsligaste 70 GHz mikrovågsmottagare, med vilken man undersöker världsalltets urexplosion. Ekot av urexplosionen (Big Bang), som skedde för 13.7 miljoner år sedan, syns som 3 K -mikrovågsstrålning överallt i universum. Den utvecklade teknologin kan också användas för säkerhetskontroller på flygfälten, i avståndsmätare för bilar, molnradar och tillämpningar av datakommunikation. Antares-forskarna utvecklade en banbrytande assimileringsmetod för att med satellit observera miljön, förebygga översvämningar, göra modeller av snösmältningen för att optimera vattenkraftsförsörjningen och observera alger i havet. De fjärranalysmetoder som utvecklats inom programmet gör att skogarna kan utnyttjas mera ekonomiskt och att man mera detaljerat än förut kan följa med och övervaka förändringar i naturen. Finland har deltagit i mer än 50 internationella rymdprogram tillsammans med USAs rymdorganisation NASA, den ryska rymdorganisationen RKA samt ett flertal nationella rymdorganisationer. Inom ramen för dessa program har finska forskningsinstitutioner och finsk industri deltagit i planeringen och konstruktionen av mera än 50 apparater för användning i rymden. De viktigaste projekten har, förutom Integral och Cassini-Huygens, varit instrumenten ERNE och SWAN för solsatelliten SOHO, som avfyrades år 1995. Dessa båda instrument mäter fortfarande strålningen från solen och solvindarna. Patria Finavicomp byggde år 1999 kolfiberstommen för satellitteleskopet XMM. År 2002 avfyrades den första europeiska miljösatelliten Envisat-1 i bana runt Jorden. Den är utrustad men en ozonmonitor, Gomos, som byggts av finländare. Andra viktiga finländska projekt har varit ozonmonitorn OMI för NASAs EOS AURA -satellit (2004), Aspera-plasmadetektorn till Mars Express (2003) samt XSM röntgendetektorn för månsonden SMART-1 (2003). Rymdtillämpningar Rymdforskningen har blivit affärsverksamhet inom datakommunikation. Årligen skjuter man upp ungefär 80 nya satelliter i bana runt Jorden. Från och med år 1957 har ca. 4300 uppskjutningar ägt rum, och ungefär 600 aktiva satelliter cirklar runt Jorden. Majoriteten av dessa är kommunikationssatelliter. De mest betydande tillämpningarna är TVsändningar, som förmedlas av geostationära satelliter på 36 000 kilometers höjd. Satelliterna förmedlar hundratals program till nästan alla världens hörn. Även lokala radiosändningar, satellitsamtal samt Internet-datapaket sänds med samma teknik till vissa områden eller kunder. En viktig ny affärstillämpning är positionering. Tiotals GPS (Global Positioning System) -satelliter kretsar runt jorden. Med hjälp av dessa kan man lokalisera mottagarens position med några meters noggrannhet. Denna teknik används vid lokalisering och navigering av fortskaffningsmedel, bilar, fartyg och flygplan. Vid sidan av det amerikanska GPSsystemet har Ryssland sitt eget GLONASS network -system. Också Kina har startat sitt eget Beidou (Big Dipper) Navigation -system. Man förväntar sig stor nytta och en omfattande affärsverksamhet inom flera tillämpningsområden.
Suomen Automaatioseura ry REG 5/5 Fjärranalys erbjuder nya möjligheter för att övervaka och utnyttja väder, miljö och naturresurser. Ungefär 30 fjärranalyssatelliter kretsar runt Jorden. Väderförutsägelser med satellit är en rutintjänst överallt. Den omfattar normala väderutsikter och dessutom rymdvädret, eller förutsägandet av olika störningar högt ovanför atmosfären. Sådana störningar, som bl.a. påverkar teknisk apparatur, orsakas av norrsken och jonisering, vilka i sin tur förorsakas av laddade partiklar som kommer från solen. Satellittekniken erbjuder nya möjligheter för att planera markanvändning, producera temakartor och inventera samt optimalt utnyttja skogs- och vattenreserver. Fjärranalys används också för att förutsäga och följa med naturkatastrofer såsom orkaner, vulkanutbrott, jordbävningar och skogsbränder. Den internationella konkurrensen inom rymdbranschen växer. Traditionellt har USA och Ryssland varit de två stora inom området. Nu har ESA utvidgats till att omfatta hela Europa. Kina har stärkt sitt grepp även inom avfyrningen och planerar att erövra rymden med bemannade flygningar. Det finns 27 avfyrningsramper i världen, men de överlägset mest aktiva är Baikonur i Kazakstan, Plesetsk i Ryssland, Cape Canaveral och Vandenberg i USA samt ESAs Kourou i Franska Guyana.