”Den svenska satelliten” – ett visionärt projekt från 1960-talet

• Forskning av högsta internationella klass.
• Tekniska lösningar som stimulans för de deltagande industrierna. 
• En plattform för efterföljande projekt.
  

Den första studien – 1967

En katalog av framtidsvisioner

”… Tankarna på en första svensk satellit byggd av svensk industri började nog ta form i diskussioner, främst mellan Lennart [7] och mig, redan 1964-65 och så snart vi hämtat oss från Kronogårdsanspänningen.  Det var närmast en självklarhet för oss att den tekniska ambitionsgraden för ett sådant projekt måste vara mycket hög, även i ett internationellt perspektiv, för att det skulle kunna lyckas.  Vi hade ingen kristallkula, som Sven förmodar, men vi var väl orienterade om hur man ute i världen, främst i USA, såg på rymdteknikens framtid. 

På plussidan i vår utgångskalkyl för arbetet stod för det första den faktiska, tillräckligt goda nivån på den naturvetenskapliga svenska forskning som måste stå i centrum.  För det andra hade vi hos NASA skaffat oss ett så gott renommé att det framstod som fullt realistiskt att där få vad vi behövde i form av bärraket, uppskjutningshjälp och standardinstrumentering.  Problemet var närmast att entusiasmera den svenska industri, som måste medverka i sitt eget intresse i attacken mot statskassan ...”

Lennart Lübeck skriver [8] om Rymdtekniska Gruppens försök att skapa PR kring projektet:

”…Men jag minns att vi hade kul, särskilt när jag gav mig den på att skapa ett tjusigt PR-material. Inga datoranimeringar på den tiden inte, så Erik Söderdahl [9] fick i uppdrag att tillverka en plåtmodell i skala 1:4 som sedan fick tjäna som fotomodell. Erik lade sin själ i detta (som vanligt) och han var särskilt stolt när han lyckats få fram något som riktigt bra liknade solceller, efter diverse experiment hos Fintlings [10]  med aluminiumeloxering. De bilder och fotomontage som sedan gjordes blev inte alls tokiga…” (Se foto i början på artikeln)

”… Jag minns mycket väl det första synbara resultatet av arbetet.  Det var när Lennart på mitt skrivbord släppte ner det första färgfotot av den satellitmodell han och Erik Söderdahl hade smusslat med.  Fotot var så inspirerande att hela arbetet med SATAN sköt ny fart …”

Forskningsinstrumenten

”… Experimentet innebär en systematisk kartläggning av den partikelstrålning (protoner och elektroner i energiområdet 0.5-200 kev), som under påverkan av jordens magnetfält infaller mot jonosfären och bland annat ger upphov till norrskensfenomen och en rad andra geofysiska effekter. Partikelflödets energispektrum och vinkelfördelningen kring de jordmagnetiska fältlinjerna mätes med ett stort antal detektorer av olika slag: s. k. channeltron-detektorer, halvledardetektorer och Geiger-Muller-rör.

Mätningar av detta slag är inte i och för sig nya. Bl.a. har Kirunagruppen själv liknande experiment i ESRO I och TD 2 [11]  - men dessa mätningar har haft karaktären av stickprov. En mer fullständig kartläggning är i dessa satellitexperiment helt otänkbar då partikelexperimenten ensamma alstrar datamängder, som överskrider dessa satelliters dataöverföringskapacitet med minst en faktor 100. Mätningar kan därför i princip endast utföras några minuter per dygn.

En satellit med ett mera fullständigt mätprogram och där den stora mängden mätdata genom bearbetning i satelliten kan reduceras till en sådan mängd att den kan överföras till marken, bedömes ha ett utomordentligt stort vetenskaplig intresse. Något liknande experiment har inte gjorts och är inte såvitt känt under förberedelse någonstans…

… Endast en satellit med en datamaskin ombord klarar det föreslagna experimentet. Om datamaskinen programmeras så, att möjligheter erhålles till anpassning efter det i förväg i sina detaljer okända mät¬resultatet, blir satelliten ett utomordentligt effektivt vetenskapligt verktyg. Möjlighet till programinläsning från marken bör därför helst ingå. …

…Ett kompletterande försök föreslås utföras samtidigt, genom att en magnetometer placeras i satelliten.... Experimentator vid detta försök är institutionen för plasmafysik vid KTH…”

Tekniska lösningar

I förslaget till NASA i mars 1968 [12] angavs satellitens banhöjd till 390-1850 km (200-1000 nautiska mil). Scoutraketen kunde placera en satellit på 105 kg i den föreslagna banan. Satellitens konstruktionslivslängd angavs till sex månader, en mycket försiktig siffra trots att flera apparater var dubblerade. Sannolikt sattes siffran så lågt eftersom forskningsuppdraget kunde anses vara fullbordat efter ett halvår, på samma sätt som Sveriges första satellit Viking tio år senare specificerades för att fungera åtta månader.

Permanentmagneten skulle rikta in satellitens längdaxel utefter magnetfältlinjerna sedan spinnhastigheten reducerats till 3 varv/sekund med ett s.k. jo-jo-system och dämpande magneter (hysteresstavar). Man tänkte sig att mäta satellitaxelns inriktning i rymden med magnetometer, solsensor och horisontsensor.

Datorn var tänkt att använda 12-bitars ord och ha ett minne på upp till 8000 ord (96000 bits eller 12 kB) i ”RAM” [13] och 500 ord (750 bytes) i ”ROM” [14]. RAM skulle innehålla vetenskapliga data och ”applikationsprogram”, medan ”ROM” skulle innehålla ”bootstrap” [15] och kommandoavkodningsfunktioner. En bandspelare med ”ändlös slinga” var tänkt att ingå med 2 Mbit (250 kB) kapacitet och 10 kb/s uppspelningshastighet, d.v.s. hela bandspelaren kunde tömmas på 200 sekunder.

S.k. högnivåkommandon skulle implementeras med NASA:s s.k. ton-digitala system som arbetade på VHF (148 MHz). En s.k. kommandofördelare kunde också fördela kommandon skapade i omborddatorn. Eventuellt kunde en reservkommandolänk upprättas via den mikrovågslänk som också planerades. Ett slags tiddon/programverk ingick också i ombordelektroniken.

Man tänkte sig två sändare på VHF-bandet [16], en för realtidsdata och en för data från bandspelaren. Realtidssändaren skulle kontinuerligt sända ned data om satellitens hälsotillstånd med 250 bits/s och 200 mW sändareffekt. Bandspelardata skulle sändas med 10 kb/s – ”höghastighetsdata” kallades det. Sändaren skulle ha 2 Watts uteffekt.

Omborddatorn representerade något mycket modernt på den tiden, men satellitprojektet innehöll också ytterligare en innovation som inte förekom i den tidens små forskningssatelliter – en datalänk med hög hastighet. Man ville gärna se rådata i realtid, förutom de datorprocessade data som lagrades på bandspelaren. Den datatakt som då krävdes medförde en bandbredd som inte skulle rymmas på VHF-bandet. Därför planerades en sändare på mikrovågsbandet med en uteffekt på ca 1 Watt och en bandbredd på 1 MHz. Mikrovågslänken skulle också ha en mottagare som kunde ta emot nya program till omborddatorn. En gruppantenn placerad på den ände av satelliten som pekade mot jorden på norra halvklotet (där ju magnetfältlinjerna pekar brant mot jordytan) skulle kunna ha avsevärd riktningsverkan mot en markstation. I studien 1967 var det oklart vilket frekvensband som skulle väljas, men kommunikationssatellitbanden 4 GHz (ned) och 6 GHz (upp) nämndes.

Solpanelerna skulle ge 40 watt oreglerad effekt och uppta totalt 2,3 kvadratmeters yta. Satelliten var tänkt att utrustas med Ni-Cd-batterier med 60 Wh energiinnehåll (15% urladdningsdjup)

I projektstudien angavs att markstationer i ESRO:s, CNES’ eller NASA:s STADAN-nät skulle användas och även den norska markstationen i Tromsö. En enkel markstation för låghastighetslänken skulle förläggas någonstans i Sverige, medan mikrovågsstationen, med en 4,5-6 meters antenn, skulle placeras i Kiruna för att möjliggöra jämförelser med markmätningar och data från sondraketer från Esrange! Här ser vi redan fröet till det som 1978 skulle bli Esrange Satellite Station, den markstation för kommunikation med satelliter som på 2000-talet ingår i Rymdbolagets största verksamhetsgren.

Projektets första budget baserades på uppskjutning med en SCOUT-raket från Western Test Range i Kalifornien hösten 1971. Den sammanlagda kostnaden för de industriuppdragen för att realisera projektet uppskattades till ca 50 Mkr. I detta belopp ingick en investering av ca 9 Mkr för att upprätta markstationer. Men en reserv på 20 % blev den slutliga kostnadsuppskattningen 60 Mkr. I slutet av mars 1968 sändes denna projektskiss till NASA:s Office of International Affairs som basis för ett framtida samarbete.

Mellanspel 1968-1969

Vid ett besök på NASA i april 1968 diskuterades en lämplig tidtabell för det fortsatta samarbetet mellan Sverige och NASA intill den dag en formell överenskommelse mellan USA och Sverige kan träffas. Från svensk sida antogs vid detta tillfälle att ett ställningstagande från regeringen i någon form skulle ske under maj -juni detta år.   

Kontakter och diskussioner mellan prof. B. Hultqvist och C. G. Fälthammar och forskare från NASA skulle tas under maj 1968 i samband med COSPAR-mötet i Tokyo och resor i USA. I september skulle en svensk delegation besöka NASA för att diskutera samarbetets form och innehåll och för att bilda en "Joint Project Definition Group". I slutet av 1968 skulle vissa projektstudier inledas vid svensk industri och i början av 1969 var det tänkt att ett antal nyckelpersoner inom den svenska projektledningen skulle påbörja sex månaders utbildning vid olika NASA-etablissemang.  Under våren 1969 skulle ett formellt samarbetsförslag framläggas efter överenskommelse projektdefinitionsgruppen. Dessa insatser skulle leda fram till ett slutligt Memorandum of Understanding om projektets genomförande under hösten 1969.  

Denna tidtabell omkullkastades emellertid av att det inte kom något ställningstagande från kanslihuset på våren 1968. Man hoppades på ett sådant under oktober 1968. Projektet fördes emellertid vidare mitten av 1968 genom fortsatta tekniska studier och genom en rad sammanträffanden med NASA-tjänstemän i samband med resor och konferenser.

På inrådan av NASA ägnades särskild uppmärksamhet åt den tänkta omborddatorn (ibland kallad kalkylatorn” och stundom ”datamaskinen”) och dess förmåga att bearbeta data från instrumenten ombord. Vid Datasaab genomfördes på egen bekostnad under maj-augusti (1968) genomförts en studie med tonvikt på partikelexperimentets krav. Minne och beräkningskapacitet ansågs vara tillräcklig, men processorns snabbhet ansågs marginell och större ordlängd kunde behövas. Dessutom insåg man behovet att kunna programmera om datorn i rymden. På den tidens kanslisvenska uttrycktes detta i en PM från Rymdtekniska Gruppen i september 1968:

”…Omedelbara kontakter med NASA för diskussion av de datamaskintekniska konstruktionsproblemen förknippade med omprogrammering i kretsbana måste komma till stånd, för att en ståndpunkt skall kunna intagas i denna fråga innan de fortsatta vetenskapliga diskussionerna med NASA kan påbörjas. Med utgångspunkt härifrån har ett besök vid NASA i början av september arrangerats, där de aktuella datamaskinfrågorna skall diskuteras. Deltagande är från Datasaab tekn. lic. B. Jiewertz (chef, utvecklingsavdelningen) och civ. ing. T. Lindblom samt från Rymdtekniska gruppen L. Liibeck...”

”…Redan före 1972 projekterade Saab Scania i Linköping två svenska satelliter SS1 och SS2. Tanken var att de skulle förses med datorer från Datasaab, men både satelliterna och datorn stannade på skrivbordet. På hösten 1972 offererade i stället Saab i Göteborg en "engineering model" av OBC1 [18] till ESTEC [19] …”

Den andra studien – mars-oktober 1970

I mars 1970 lade Rymdnämnden ut en beställning på 335.000 kr till Rymdtekniska Gruppen för en teknisk uppdatering av 1967 års projektförslag. Arbetet bedrevs parallellt med STU: s rymdteknikutredning och avslutades i oktober 1970. Rymdtekniska Gruppen beställde arbeten hos Saab Scania för arbeten 275.000 kr rned tekniska bidrag från LM Ericsson.

Partikelinstrumenten från KGO hade förfinats ytterligare. Partikelflöde och spektrum skulle mätas i nio riktningar med channeltroner och halvledardetektorer. Totalt antal sensorer var tänkt att vara 114 och från varje detektor kom pulser mellan 2,3 V och 6V. Partikelinstrumentet skulle köras i ”snabb-”, ”långsam-” och ”lågnivåmod” beroende på hur snabbt partikelflödet varierade. Datatakten i de tre moderna förutsågs vara 36 kb/s, 25 kb/s och 2,4 kb/s. Pulser skulle samlas i 40 ms och bearbetas i 40 ms. Magnetometern hade nu kompletterats med funktioner för spektrumanalys av signalen.

Satellitens omloppsbana hade nu definierats om och föreslogs vara exakt polär (i=90º) på 700 km höjd. Genom att en ny version av Scoutraketen [20] nu blivit tillgänglig kunde satellitmassan ökas till 138 kg.

Tjugo små stavar med stor magnetisk hysteres skulle monteras vinkelrätt mot satellitens symmetriaxel. Stavarna skulle vara 300 mm långa och 2 mm i diameter. Permanentmagneten som skulle rikta in satellitens symmetriaxel utefter magnetfältlinjerna skulle bestå av Alnico 600 vara 200 mm lång, 23,5 mm tjock och ha ett magnetiskt dipolmoment på 71,5 Am2. Det skulle ta två veckor till dess satelliten riktade in sig i magnetfältets riktning. I denna version hade man inkluderat några elektromagneter med järnkärna styrda av magnetometern för att ge en lagom rollhastighet för att hålla jämn temperatur i satelliten, särskilt under perioder då satelliten inte alls skulle vara i jordskugga.

Datahanteringssystemet ändrades en smula mellan 1967 och 1970. En låghastighetsenkoder tänktes överföra komprimerade data från magnetfälts- och partikelinstrumenten direkt, från bandspelaren och från kommandodistributionsenheten (kommandoverifiering). Låghastighetsenkodern skulle mata en sändare på 136-137 MHz-bandet.

Omborddatorns ändamål var att komprimera datamängden från partikelinstrumentet med en faktor 100. Den var tänkt som en dator med 16-bitars ord och 8 kB ”RAM” och 512 ords ”ROM”. Datorn skulle byggas med CMOS-teknik och väga 10 kg. Man oroade sig för att det ännu var svårt att få tag på integrerade kretsar med denna teknik.

Lagrade data från bandspelaren (kapacitet 6 Mb) skulle sändas med 10 kb/s på markkommando via en VHF-sändare med hög effekt. En lågeffektsändare på VHF skulle kontinuerligt sända ut vissa magnetfältsdata, tekniska data och kommandoverifiering med 600 bits/s. Kommandosystemet skulle ta emot upp till 1 kb/s och bl.a. manövrera 62 reläer och kunna ta emot ny programvara till datorn. Systemet skulle också kunna hantera lagrade kommandon – kommandon som skickades upp till satelliten, lagrades i dess minne och verkställdes vid en senare tidpunkt – en finess som inte infördes i svenska satelliter förrän med Frejasatelliten som sändes upp 1992.

Partikelinstrumentets data skulle reduceras i datorn, lagras i bandspelaren och sändas till marken med 10 kb/s. I realtid skulle partikeldata och magnetfältsdata sändas med 200 kb/s via mikrovågssändaren som nu var tänkt att använda det relativt nyöppnade frekvensbandet för rymdtelemetri 2200-2300 MHz, det som vi nu kallar ”S-bandet”.  Sändaren var tänkt att ha en effekt på 0,7 Watt och använda en riktantenn [21] med 10 dBi maximal antennvinst och ca ± 70 graders öppningsvinkel (vid 1 dBi). Eftersom satellitens symmetriaxel skulle följa de magnetiska fältlinjerna skulle antennen peka ned mot marken och ganska väl passa en markstation i norra Sverige. Maximalt kunde 9 minuter långa perioder av realtidsdata tas emot.

I projektutkastet från 1967 fanns en tvåvägs mikrovågslänk och det fanns också i Saabs slutrapport 1970, men i Rymdtekniska Gruppens rapport [22] om projektet hade systemet förenklats till att mikrovågslänken endast var en nedlänk. Man anar här ett försök att spara pengar i ett redan sofistikerat projekt.

De två VHF sändarna skulle ha 2 respektive 0,2 Watts uteffekt och använda en ”vändkorsantenn” med minst – 5dBi antennvinst. Kommandomottagaren skulle ha arbetat på 148,25 MHz, en standardfrekvens.

Vad skulle ”den svenska satelliten” egentligen ha kostat?

”… Projektet kan tjäna som fokus för den spirande svenska rymdindustrin vid en tidpunkt då den senare löper stor risk att vittra bort på grund av bristen på nya internationella projekt …”

”… den bärande idén som vi var ganska besatta av var on-board processing och datakomprimering. Vi uppfattade att Bengt Hultqvist hade ett verkligt kvalificerat vetenskapligt problem att erbjuda som inte var lösbart med dåtidens teknik och därför en verklig utmaning…”

Pärmen som sprack

Den gamla logotypen

1. En grupp ingenjörer som 1961-1964 genomfört de första svenska sondraketförsöken vid  Nausta och Kronogård i Norrbotten. Fortlevde under 1960-talets slut som expertorgan för forskningsrådens rymdnämnd och ESRO-kommittén. Gruppen blev en del av Teleutredningar AB. Rymdtekniska Gruppen (RTG) bestod av nio personer med Lars Rey som förste chef. Under perioden 1964-1968 arbetade RTG med planering av framtida svenska raketkampanjer och säkerhetsutredningar kring etableringen av raketbasen Esrange. I samband med omorganisationen av svensk rymdverksamhet 1972 bildades ett statligt bolag, Rymdbolaget, för att bistå myndigheten, Statens Delegation för Rymdverksamhet, med tekniska tjänster och för att driva Esrange. I bolaget ingick RTG i Solna och en försvenskad personalstyrka vid Esrange.
2. Svenskt industriellt rymdprogram. Förslag utarbetat tillsammans med en arbetsgrupp från ASEA, LME och SAAB. Maj 1967, RTG nr 67-27
3. Förslag till en första svensk satellit. PM utarbetad för ”Arbetsgruppen för rymdteknik” RTG Nr 67-48, Lars Rey oktober 1967.
4. En testsatellit för telekommunikation som skulle sändas upp med provskottet F9 inom det s.k. ELDO-projektet för att utveckla den europeiska bärraketen Europa. Både F9 och ELDO blev fiaskon.
5. Telefonsamtal i december 2007.
6. E-postmeddelande den 26 november 2007.
7. Lennart Lübeck, vd för Rymdbolaget 1986-1998, styrelseordförande i Rymdbolaget 1998-2006.
8. E-postmeddelande den 24 november 2007.
9. Erik Söderdahl (f. 1924) ingenjör, anställd i Rymdtekniska Gruppen och Rymdbolaget i över tjugofem år.
10. Numera Fintlings Ytbehandlingsfabrik AB i Solna, på den tiden på Roslagsgatan 33 i Stockholm.
11. Ett satellitprojekt för rymdplasmafysik som lades ned 1968 och ledde till en kris inom den europeiska rymdorganisationen ESRO.
12. Preliminary proposal for a cooperative satellite project between the United States and Sweden, submitted by the Swedish Space Research Committee, March 1968.
13. Random-Access Memory
14. Read-Only Memory
15. Den programvara som startar datorn.
16. 136-137 MHz, ett mycket använt, frekvensband för satelliter på den tiden.
17. Datasaabs Vänner - En ideell förening för datorhistoria och IT – utveckling, Nr 4 – november 2004 – årgång 11
18. En prototyp till en omborddator till det som skulle bli Arianeraketen
19. Det nuvarande ESA:s tekniska centrum i Noordwijk i Nederländerna.
20. Scout D
21. Antennen förefaller denna gång ha varit tänkt att utgöras av en helix. En måttskiss av antennen finns i dokumentationen, men ingen ritning som visar det aktiva elementets utformning.
22. Rymdtekniska Gruppens dokument A3-3, med titeln ”The Swedish Satellite – Technical Status Report November 1970”, författad av Stefan Zenker.
23. Översatt från engelska av Sven Grahn.

Åter till "Svensk Rymdhistoria"