ANODE

Sven Grahn

Projektets bakgrund

Meteorologiska Institutionen vid Stockholms Universitet (MISU) var den forskningsinstitution som stod bakom ANODE.

Sonden ANODE hade som vetenskapligt mål att bestämma kväveoxidmolekylens ymnighet och höjdfördelning i avsikt att studera molekylens produktionsmekanismer i norrskenet. Mätningen skedde på spektroskopisk väg genom att man registrerade det av NO resonant spridda solljuset. Experimentet måste således utföras då solen stod över horisonten, i praktiken på daqtid. Uppsändningsvillkoret för ANODE var att en intensiv geomagnetisk störning hade inträffat under natten som föregår skottet. Skjutfönster var 1000-1400 lokal tid,endast efter qeomagnetiskt störd natt. 

På MISU var professor Georg Witt vetenskapligt ansvarig och ingenjör Nathan Wilhelm ansvarig för experimentutvecklingen. Andra deltagande forskare var Charles Barth vid Laboratory for Atmospheric and Space Physics, U of Colorado (LASP) och Martin Friedrich vid Tekniska Universitetet i Graz (Graz).

ANODE var det första vetenskapliga sondraketprojekt som Rymdbolaget ansvarade för efter ett uppehåll på tio år. Dett skedde under en period då antalet sondraketprojekt reducerats kraftigt i och med att rymdplasmafysikerna övergett sondraketen som forskningsverktyg till förmån för satelliter och interplanetära rymdsonder. Endast MISU återstod som användare av sondraketer utanför microgravityområdet. Projektledare på Rymdbolaget i Solna var Malte Sjökvist. 

Tidplan och utvecklingsarbete

Våren 1989 lär Rymdbolaget bygga en balanseringsmaskin för sondraketer avsedd att placeras vid provnngsanläggningen PackForsk (numera Innventia) i Kista utanför Stockholm. De mekaniska delarna tillverkades av Georgssons Mekaniska Verkstad ("specialitet: maskiner för färg-, pappers- och Massaindustrin") och för instrumentering och intrimning anlitades Vibrationsteknik AB. Rymdbolaget såg framför sig mycket framtida provningsarbete för sondraketerna MASER och MAXUS och även satelliten Freja. Det vore opraktikst att behöva åka till Saab i Linköping för all provning. PÅ den kommersiella provanläggningen PackForsk fanns en avancerad vibrationsprovningsanläggning någon kilometer från Rymdbolaget i Solna. Kraven på balanseringsmaskinen koordinerades också med kraven från Freja. ANODE var den första farkost som använde den nya balanseringsmaskinen.  

ANODE-projektet började med kick-off-möte den 6 mars 1989. Ytterligare arbetsmöten hölls den 17 mars, 1 juni, 24 augusti och den 27 september. Konstruktions- tillverkningsarbete startade vid kick-off och fortsatte tiil den 13 oktober 1989. Den 16 oktober levererade  MISU experimenten och sammansättningen av sonden tog sin början. Funktions- och miljöprov pågick från 13 november till den 1 dec 1989. Slutlig elektrisk funktionsprovning 4-15 december. Nedpackning och transport tiöö Esrange skedde 8-12 januari 1990. 

Under vibrationsprovet på Packforsk under 22-24 november 1989 skadades sondens batteri allvarligt och måste bytas ut. Orsaken var en resonans mellan det däck på vilket batteriet satt och hela strukturens egenfrekvens vid 170 Hz. Ett nytt batteri tillverkades med nyinköpta celler och ett prov med en del av sonden genomfördes 8-9 januari 1990. Man försökte höja det oroblematiska däckets resonansfrekvens genom att styva upp det med T-balkar. Detta ändrade inte resonansfrekvensen men minskade förstärkningsfaktorn från Q=6 till Q=2, vilket löste problemet.  
    
Ytterligare ett besvärligt problem dök upp strax för jul. och nyårshelgen 1989. I (2) kan vi läsa att den s.k. kampanjhandboken (ett dokument som bl.a. beskriver vilket tekniskt stöd från raketbasen som erfordras) utkom på remiss dagarna före julhelgen. Då upptäckte personalen på Esrange att en av de frekvenser för sändarna på Esrange för Faraday-experimentet som forskarna begärt under ett möte i mars 1989 inte längre var standard. För ett lyckat genomförande av ett av experimenten i ANODE-nyttolasten måste man ha minst tre Faraday-sändare på marken, den fjärde var viktig men inte oumbärlig. En av frekvenserna var inte en av Esranges standardfrekvenser varför både kristall och antenn saknades. Leveranstiden för nödvändig kristall var åtta veckor. Trots en avsevärd ansträngning i form av antennbygge och lån av sändare från Norge lyckades man inte lösa problememt. Skottet fick gå utan denna sändare.


Experiment och delsystem

Instrument Institut
NO-spectrometer Laboratory for Atmospheric and Space Physics, U of Colorado
GRUP 1.8 Meteorologiska Institutionen vid Stockholms Universitet
GRUP 2.4 Meteorologiska Institutionen vid Stockholms Universitet
SCRAP 04 Meteorologiska Institutionen vid Stockholms Universitet
Poly SIP Meteorologiska Institutionen vid Stockholms Universitet
SCAM Meteorologiska Institutionen vid Stockholms Universitet
Faraday experiment Tekniska Universitetet i Graz
Ion Probe Tekniska Universitetet i Graz
Geiger-Müller-experiment

Tekniska Universitetet i Graz  

I de dokument jag kunnat hitta om ANODE finns tyvärr föga detaljer om experimentetn ombord. Det enda jag hitta är nedanstående tabell. I MISU:s terminologi brukade SCRAP betyda Scattered RAdiance Photometer och SIP betyder Solar Irradiance Photometer. Faraday-experiment finns beskrivna för åtskilliga svenska sondraketer. Vad GRUP och SCAM betyder återstår att ta reda på.  

Delsystemen på ANODE var i vanlig ordning de som användes på alla liknade sondraketer vid den här perioden. Det var en av grundidéerna bakom sondraketprogrammet - standardlösningar som kunde modifieras efter behov. Rymdbolaget ansvarade för telemetrienkodern, en fundamental del av gränssnittet mot forskarnas experiment.

Typiskt för atmosfärforskningsnyttolasterna är förekomsten av gyroplattformen MIDAS från Space Vector Corporation. Eftersom dessa nyttolaster nästan alltid médförde fotometrar av olika slag var det extremt viktigt att veta observationsgeometrin. Magneomeer och solsesnor kan i princip denna information, men det kräver en solbelyst sond pch man får i allmänhet mångtydiga matematiska lösningra på arketens inritkning. Gyrot ger desutom attityddata i realtid.

Det enda som man kan noera i övrigt är att man använde VARTA i st.f. SAFT-celler. Den svenska firmans ACR elektroniska tiddon användes i st.f. de mekaniska från Raymond, som annars varit brukligt.

Data för några av ANODE-sondens delsystem

Batteripaket Batteri 1: +8 V, 7 st VARTA VR 1.8
Batteri 2: +18 V, 15 st VARTA VR 1.8
Batteri 3: -18 V, 16 st VARTA VR 1.2
Batteri 4: +28 V, 24 st VARTA VR 4.0
Telemetri
  • 256,2 MHz, 2 Watt, PCM 256 kbit/s
    “Quadraloop”-antenner.
Baninmätning
  • Radartransponder, Vega 207C: 5612 MHz upp, 5662 MHz ned.
    Signaldelare Vega 853-2C
    2 s
    t antenner Vega 801-C4
  • Radiofyr: 240-245 MHz 
    Antenn: monterad i fallskärmlina. Fungerade dåligt.

    Batterilivslängd 40 timmar.
Attitydmätning
  • Gyroplattform MIDAS (Space Vector)
Tiddon
  • 2 st ACR 5526 med 8 händelser vardera.
Extern/Intern omkoppl
  • Leach JL-D2A-002 latchrelä
Bärgningssystem Det av Rymdbolaget modifierade NASA-systemet

 

Kampanjförlopp

Texten nedan är hämtad från den fascinerande kampanjrapporten för Aurora 90 (2):

Datum               Händelse
15 feb 1990 Testnedräkning ATOMIC 1 och ANODE. Inget onormalt framkom. Avlysning p.g.a låg molnbas kl 22.15 UT.
17 feb 1990 De vetenskapliga förhållandena var bra varför beslut togs att skjuta ANODE. Nedräkningen fungerade bra och klockan gick genom noll men raketen fick inte tändpulsen. Detta berodde på att ett relä i Cl-launchern inte fungerade. Reläet hade fungerat under testnedräkningen två dagar tidigare. Problemet löstes men tiden rann iväg och vi måste avlysa då skjutfönstret var till ända.
18-19 feb 1990 Ingen nedräkning p g a mycket starka vindar. Kraftleveransen var borta den 18 februari mellan kl 05.15 - 14.30 p.g.a ett linbrott mellan Jukkasjärvi och Esrange. Ansvarig för eldistributionen mellan Esrange och Kiruna är Jukkasjärvi belysningsförening.
20 feb 1990 De vetenskapliga förhållandena för ANODE var uppfyllda och ANODE sköts upp kl 09.41 UT. Trots en mycket brusig signal följde radar i ca 30 sek. på anmodan av operation (OP) började telemetriavdelningen (TM) läsa upp vinklar från TM-antennerna, men eftersom radar sökte på en nominell range fick man ej någon följning på raketens nedfart. Radardata bedömdes som oanvändbara för en utvärdering av nedslagspunkten. Bärgningshelikoptern skickades därför ut i samma bäring som TM hade strax före LOS i hopp om att få signal från pejlsändaren. Med hjälp av nominell topphöjd och elevationsvinklar från TM beräknades en nedslagsplats till Az: 003, avstånd 110 km. P g a dåligt väder kunde ej helikoptern gå upp längre än till Rappsåive (ca 65 km från Esrange). Ingen pejlsignal kunde registreras. Kontakt togs med finska myndigheter för att få gå in i Finland och leta morgonen därpå. Svenska militära myndigheter kontaktades för att utröna om radarstationerna i Boden eller Svappavaara hade sett något. Nedräkningen för ATOMIC l avbröts p g a starka vindar och alltför störda magnetiska förhållanden.
21 feb 1990 Genomgång med Norrlandsflyg på förmiddagen angående strategin för dagens sökningar vilka, koncentrerades i det område i Finland som beräknats med hjälp av TM-data. Sökningarna gav inget resultat och ingen signal erhölls från pejlsändaren. Vädret var dåligt och de högst belägna områdena kunde inte genomsökas. Svenska militära myndigheter meddelade att deras radarstation inte observerat raketen. Radarn i Svappavaara var nere för underhåll och Boden-stationens observationer var negativa. Kontakt togs med den norska radarstationen nära Esranges västra skjutfältsgräns för att utröna om de observerat raketen. De lovade att undersöka bandade data. Testnedräkning ATOMIC 2 genomfördes. Nedräkningen för ATOMIC l måste avbrytas då vindarna var för starka.
22 feb 1990 P.g.a. stormi fjälltrakterna kunde ej bärgningshelikoptern gå ut och leta. Jan Englund och Kaj Lundahl beslutade att SAAB skulle försöka göra en utvärdering av nedslagsplatsen med hjälp av gyrodata. Ingen nedräkning genomfördes för ATOMIC l p.g.a starka vindar.
23 feb 1990 Genomgång med Norrlandsflyg på förmiddagen för att lägga upp taktiken för dagens sökningar. Dessa skulle koncentreras till områden som ej varit möjligå att genomsöka tidigare samt en punkt man fått från SAAB (Az:003, avstånd 102 km). Detta område var i och för sig genomsökt sedan tidigare, men då under sämre väderförhållanden. Sökningarna gav inget resultat och ingen signal erhölls från pejlsändaren. De höglänta områdena kunde inte heller denna gång genomsökas p.g.a hård vind och snödrev. Den norska radarstationen rapporterade att man inte funnit någon registrering på sina databand vid aktuell tidpunkt. Ingen nedräkning genomfördes för ATOMIC l eftersom vindarna var för starka. Beslut fattades att annonsera i finska tidningar om hittelön (10.000 FIM) för eventuella raketfynd.
24 feb 1990 Genomgång med Norrlandsflyg på förmiddagen för att gå igenom strategin för dagens sökningar. Området som skulle genomsökas, låg mellan SAAB:s beräknade nedslagspunkt och det område som beräknats med hjälp av TM-vinklar. Vidare skulle ej genomsökta höglänta områden genomsökas, sökningen utsträcktes ytterligare 10 km österut för att ha större marginal för vindavdrift. Trots en total söktid av 6 timmar kunde nyttolasten ej upphittas. Beslut togs att inställa sökningarna med helkopter och hoppas att någon renskötare, jägare eller fiskare skall hitta ANODE.

 


Vid den grå ringen slog ANODE troligen ned. Figur: S Grahn 2012.

Data

ANODE               

Startdatum

20 februari 1990

Starttid

0941 UT

Startplats

Esrange

Startramp

MRL-rampen

Rakettyp

Nike-Orion

Nyttolastmassa

136,2 kg

Nyttolastlängd

2997 mm

Raketens längd

ca 9300 mm

Raketens startvikt

ca 1170 kg

Startrampens elevation

?

Startrampens bäring

?

Nominell topphöjd 

136 km

Verklig bäring till nedslaget

ca 2°

Verkligt avstånd till nedslaget

ca 110 km

Spinnvarvtal under mätfasen

?

Bärgning

Nej

Hur gick det med nyttolasten? Återfanns den? Enligt Malte Sjökvist (4) återfanns nyttolasten flera år senare och återbördades till Rymdbolaget i Solan och forskarna på MISU i ett ganska dåligt skick. Gyroplattformen kunde i varje fall användas som demonstrationsföremål i Solna för att förklara för nyanställda ingenjörer och andra intresserade hur den fungerade. Jag kommer själv ihåg att jag pillade på denna komplicerade apparat. Någon förklaring till den långa skottvidden (110 km i st f 60 km) kunde inte Malte Sjökvist erinra sig.

Lärdomar

Problemen med banmätningen föranledde Rymdbolagets personal att i kampanjrapporten (2) rekommendera ett reservbaninmätningssystem som bygger på att en stabil oscillator inmonteras i nyttolasterna. Lennart Marcus legendarisk telemetrispecialist och "ingenjör extraordinär" på Esrange förklarar principen så här (3):

"... I nyttolasten driver den stabila oscillatorn PCM-encodern som har ett traditionellt fast format (bit rate, word length, frame length, format length) vilket inte ändras oberoende av datainnehåll. På marken avkodas PCM bit-strömmen i en "format synchronizer" som genererar separata tidsmarkeringar för varje word, frame, format. Dessa tidsmarketingar återkommer med konstant tidsintervall som bestäms av den stabila oscillatorn i nyttolasten. Genom att på marken, i ett separat system som är förankrat i Esrange stationsreferensfrekvens, ställa in "exakt" samma frekvens som nyttolastens stabila oscillator kan lämpliga referens-tidsmarkeringar skapas som representerar nyttolasten vid stillastående. När nyttolasten avlägsnar sig från startpunkten kommer de "format synchronized" tidsmarkeringarna att fördröjas i förhållande till referens-tidsmarkeringarna. Tidsfördröjningen kan mätas och omvandlas till avstånd enligt det kända sambandet ljushastighet*tid=avstånd ..." 

Man rekommenderade också att batterikapacitet på pejlsändarsystemet ökade från 40 timmar till till tre dygn.

Källor

  1. ANODE TECHNICAL DESCRIPTION, K. Lundahl , M Sjokvist Rymdbolagets dokument RSM - 2, den 9 november 1989
  2. Kampanjrapport AURORA 90, S Kemi, J Englund, M Sjökvist, K Lundahl, Rymdbolagets PM EKT-1, 26 mars 1990.
  3. E-postmeddelande från Lennart Marcus den 8 september 2011.
  4. Telefonsamtal med Malte Sjökvist den 28 januari 2012.


Tillbaka till svenska rymdprojekt