K70/1-kampanjen - Twilightsonden

Den första skissen av "Twilight-
sonden" i protokollet från feb-
ruari 1969 [2]. Utförd av Anders
Söderdahl den 11 dec 1968.
Bilderna nedan visar att sonderna
blev ungefär så här.

Sven Grahn

Bakgrund
Raketer och Nyttolaster
Provning av nyttolasterna i Solan och på Esrange
Stillbilder ur min smalfilm från Twilightkampanjen
Observationsgeometri och uppskjutningar
Resultat
Källor och noter

Bakgrund

På våren 1970 sändes den s.k. Twilightsonden upp – fem små raketer som startade från Esrange under en och samma gryning för att mäta hur elektrontätheten i olika delar av jonosfärens s.k. D-skiktet ändrades när solen gick upp. Raketerna kunde även mäta ozonprofilen till mycket hög höjd i mesosfären. Tanken med experimentet var att både mäta UV-ljus och elektrontäthet. Det var MISU och Kiruna Geofysiska Observatorium (KGO) som stod bakom projektet.

Vid den här tidpunkten var jag anställd vid MISU:s atmosfärfysikgrupp och blev inblandad i att färdigställa de fotometrar för ultraviolett ljus som MISU levererade till raketerna i Twilightsonden. Jag blev också skickad till Esrange för att representera MISU vid uppskjutningen. Det var första gången jag besökte Esrange. Det var Rymdtekniska Gruppen, d.v.s. mina gamla kompisar från Kronogård som skötte uppskjutningen. Vi bodde i det gamla lappålderdomshemmet i Jukkasjärvi – som numera är den restaurang som betjänar gästerna på ishotellet!

Jag måste medge att mina minnesbilder av kampanen är en smula diffusa, men jag hade med mig en smalfilmskamera och filmen finns kvar och bilder från den återges nedan.

Raketer och nyttolaster

Det första projektmötet för Twilightsonden (benämnt K69/2 i RTG:s dokument) hölls den 10 december 1968. De som deltog var Bengt Hultqvist och P Christophersen från Kiruna Geofysiska Observatorium, Georg Witt och Nathan Wilhelm från MISU samt Lennart Lübeck och Sonny Lundin från Rymdtekniska Gruppen. Av protokollet [2] framgår att fem Skua II-raketer beställts från England och att topphöjden uppskattades till 95 km. I protokollet kan man också läsa att den ursprungliga planen var att sända upp raketerna från Esrange under perioden 8-30 september 1969. Därav projektets benämning K69/2 (K69/1 var "sudden warming"-kampanjen i januari 1969). MISU ville redan då senarelägga kampanjen. När uppskjutningarna flyttades till 1970 bytte projektet beteckning till K70/1 (det fanns ju okså ett K70/2 ).

Fem stycken Skuaraketer sändes upp vid olika soldepressioner (solens vinkel under horisonten), nämligen 12, 8, 5, 2 och -2 (solen över horisonten). Det var Rymdtekniska Gruppen (RTG) i Solna som ledde projeket och utvecklade själva raketsonderna. RTG:s projektledare var Sonny Lundin och delprojektledare för sonden var Bengt Holmqvist.

Nyttolasterna innehöll vardera följande vetenskapliga instrument:

En s.k. SIP (Solar Irradiance Photometer) från MISU som arbetade på fyra olika våglängder där absorptionen av ljuset var olika starkt. Ju kortare våglängd desto kraftigare dämpning i atmosfären. Korta våglängder kunde därför mäta högt upp i atmosfären och vice versa. De våglängder man använde var 2540 Å, 2840 Å, 3140 Å, 3500 Å, 5000 Å och 5030 Å i olika kombinationer.
En Faradaymottagare på frekvenserna 3883 kHz, 7835 kHz, 15011 kHz med ferritantenner. Sändaren var placerad i samma barack som RTG fick använda för sitt arbete. Polarisationsplanets vridning var ett mått på elektrontätheten.

Nyttolasterna var utrustade med telemetrisystem av FM/FM-typ , d.v.s. varje instrument anslöts till en spänningsstyrd bärvågsoscillator vars signaler blandades och frekvensmodulerade radiosändaren på 400,55 MHz. MISU:s fotometer tilldelades den snabbaste telemetrikanalen, d.v.s. IRIG-kanal nr 18. Avståndsmätsystemet, "slant range" använden en mottagare ombord på raketen på frekvensen 33,85 MHz utrustad med ferritantenn och den mottagna signalen sändes ned till marken på IRIG-kanal 16. Nyttolastens ytterskal var gjort av glasfiber och sändarantennenerna från Allgon [3] dolde sig bakom glasfiberskalet.

Baban mättes förutom med "slant-range" av en tvåaxlig interferometer som var 50 våglängder (på 400 MHz) lång i båda riktningarna. (Läs här om Rymdtekniska Gruppens baninmätningssystem).

Principen för MISU:s fotometer framgår av figuren nedan.

Principskiss av MISU:s "Solar Irradiance Photometer", SIP.

Provning av nyttolasterna i Solna och på Esrange

Esrange var en europeisk anläggning vid den här tiden och nationella rymdprojekt behandlades styvmoderligt av ESRO. Vi fick hålla till med all utrustning i en lätt murken träbarack i ett avlägset hörn av basområdet. Där hade RTG byggt upp en komplett markstation och baninmätningssystem, helt separat från ESRO:s anläggningar. De fem raketnyttolasterna slutprovades också i baracken. De små brittiska Skua-raketer som användes var ungefär lika stora som de Arcasraketer som använts vid Nausta och Kronogård.

Bengt Holmqvist (t.h) och Sven Söderdahl (bakom oscilloskopkameran) arbetar
med Twilightsonderna vid Rymdtekniska Gruppens laboratorier i Solna.

De fem Twilightsonderna på labbet i Solna. Man ser här bandet som håller fast
fyra luckor som döljer MISU:s fotometer och solsensorer.

De olika delarna av MISU:s fotometer.

Fotomultiplikatorn som sitter mitt i fotometern med katoden uppåt.
I fotometeroptiken sitter interferensfilter och färgade glasfilter.
Ljusselektiva speglar skickar ned ljuset på fotomultplikatorn.
Längst ut på varje optikpaket sitter ett sandblästrat mattglas.
Fotometern konstruerades av Nathan Wilhelm på meteorologiska
institutionen.

De olika delarna av nyttolasten. Bilden tagen på Esrange.

Tre av fem Skuaraketer med nyttolast ligger skjutklara.

Batteriladdning i nyttolasterna pågår på Esrange.

Stillbilder ur min smalfilm från Twilightkampanjen


Bengt Holmqvist poserar med en Twilightsond på Esrange	Den s.k. "scientificbaracken" på Esrange där Rymdtekniska Gruppen fick hålla till.	RTG:s antenn för att ta emot telemetri på 400,55 MHz.
Ett helt raketekipage vägs i Skylarkhallen på Esrange.	Uppskjutningsröret för Skuaraketerna monterat på en Nike-launcher.	Den sista Skuan gick tidigt ut i solljuset och rökspåret syntes tydligt från marken.
Boosterraketer samt skumplastdistanser från Skuaraketerna	Till höger: Rester av två bärgade raket- motorer. Till vänster bärgade rester av en nyttolast.

Se på smalfilmen här:

Observationsgeometri och uppskjutningar

Figuren nedan kommer från min rapport [1] om mätresultaten. Doldepressionen för solens mitt är U_C. Man ser också att större delen av absorptionen av ljuset från solen sker när linjen mellan raketen och solen är som närmast jordens centrum - avståndet R_A.

Observationsgeometri. U_C är soldepressionen i tabellen nedan

Den 19 mars 1970 sändes de fem raketerna upp från samma startramp inom loppet av knappt tre timmar. Kortaste tiden mellan två raketer var 32 minuter.

När den sista raketen räknades ned för start strax efter klockan sex på morgonen upptäckte RTG:s tekniker att en radiomottagare (den "slant-range"-mottagare på 33,85 MHz som nämndes ovan) i raketen för inmätning av flygbanan inte fungerade. Raketen måste skjutas för att göra mätserien komplett, den vore helt oanvändbar vid ett annat tillfälle. Jag glömmer aldrig den mycket ”coola” tonen på kommunikationsslingan mellan RTG:s tekniker. ”Den går igång när raketen lyfter” var den allmänna åsikten och nedräkningen löpte vidare utan att ha stannats en sekund. Hur gick det? Precis som alla trodde; den krånglande utrustningen ruskades igång i startögonblicket och hela raketserien fungerade perfekt. Jag måste medge att jag blev ganska imponerad av RTG-gängets självsäkra och avspända arbetsstil – samma ”can-do-attityd” som i Kronogård!

**Twilightsonden den 19 mars 1970 (1)**
Raket nr	Starttid (UT)	Topphöjd (km)	Soldepression (^o)	SIP våglängd (Å)	O₃data
1	0230.50	106	12	Ingen fotometer	-
2	0323.30	106	7,92 uppväg	3165 3500 5000 5800	33-40 km
3	0356.40	98	4,94 uppväg 4,70 nedväg	3145 3165 3500 5800	36-55 km
4	0428.50	104	1,95 uppväg	2540 2840 3140 5000	50-71 km
Soluppgång	0452.00	-	0	-	-
5	0518.00	102	-2,61 uppväg -2,89 nedväg	2540 2540 2840 5000	48-72 km

Resultat

Kurvorna nedan visar de mätresultat som erhölls från de olika raketerna. Data från raket nr 5 på nedvägen bedömdes som opålitliga eftersom raketens spinn "konade" svårartat vilket gjorde att observationsgeometrin varierade kraftigt under ett spinnvarv vilket gjorde att referenssignalen på 5000 Å eller 5800 Å (där ozonet inte abosrberade solljuset nämnvärt) inte samlades in vid samma attityd hos raketen som när mätsignalen vid kortare våglängd samlades in.

Skillnaden i ozonmängd mellan "raket 4 upp" och "raket 5 upp" ovanför 60 km bedömdes som en verklig effekt.

De ozonprofiler som mättes upp med MISU:s fotometer.

Källor och noter

"High-latitude ozone soundings with a rocket-borne multi-wavelength solar irradiance photometer", Sven Grahn and Georg Witt, Meterorologiska Institutionen, rapport AP-16, september 1974, UDC 535.247:551.510.4
Protokoll från det första sondsammanträdet, S Lundin, februari 1969, RTG dokument K69/2-5.
Den en gång i tiden kända antennspecialisten Allgon i Åkersberga, ett företag som i princip inte finns längre. Enligt uppgifter på nätet är bolaget nu ett säljbolag i Göteborg med två anställda under namnet Allgon Microwave AB och som dessutom skall ha gått i konkurs i november 2009. En annan del av Allgon verkar ha sålts till amerikanska LGP och absorberats av detta företag som bytt namn till Powerwave.

Tillbaka till svenska rymdprojekt

K70/1-kampanjen - Twilightsonden Den första skissen av "Twilight-sonden" i protokollet från feb-ruari 1969 [2]. Utförd av AndersSöderdahl den 11 dec 1968.Bilderna nedan visar att sondernablev ungefär så här.