MAGIC

Mesospheric Aerosol - Genesis, Interaction and Composition

Sven Grahn

  • Projektets bakgrund
  • Tidplan och utvecklingsarbete
  • Experiment och delsystem
  • Händelser under raketfärden
  • Kampanjförlopp
  • Källor

    Projektets bakgrund

    Varje dag kommer omkring 100 ton meteoritiskt material in i atmosfären och förvandlas till kosmiskt damm. Den svenska forskningsraketen MAGIC sköts upp från Esrange på morgonen måndagen den 10 januari 2005 kl 0427 UT för att försöka samla in och studera dessa dammpartiklar och deras roll i övre atmosfärens kemi, elektriska egenskaper och bildandet av nattlysande moln och sommarmånadermnas radarekon från höjdskiktet 80-90 km.

    Meteorologiska Institutionen vid Stockholms Universitet (MISU) var den forskningsinstitution som stod bakom MAGIC. Vetenskaplig ledare för projektet var Jörg Gumbel (MISU) och Jacek Stegman (MISU). Mikhail Khaplanov från MISU var den forskningsingenjör som konstruerat MISU:s utrustning.

    MISU använde en förbättrad version av den hygrometer för att mäta vattenånga i stratosfären och mesosfären som togs fram för projektet Hygrosond-1. Hygrometern var avsedd att ge en detaljerad vattenångeprofil och ge information om horisontell transport av vattenånga. Förutom hygrometern medförde raketen ett experiment från University of Colorado som var avsett att mäta förekomsten av joniserade ispartiklar och ett nytt instrument från Naval Research Laboratory för att smala in rökpartiklarna från meteoriter.

    Den rakettyp som användes var en enstegs "Improved Orion". MAGIC var det tredje sondraketprojekt i Rymdbolagets regi i vilka man använde en enstegsraket baserad på Orionmotorn, i detta fall versionen M112, motorn till luftvärnsroboten I-Hawk, Improved Hawk.

    Rymdbolaget utvecklade raketsonden och hela raketekipaget. Nyttolastmodulerna utvecklades i nära samarbete mellan Rymdbolaget och MISU. Instrumenten var naturligtvis helt och hållet forskargruppernas ansvar.

    Projektledare för MAGIC på Rymdbolaget var Thomas Karlsson. I projektteamet ingick också Malte Sjökvist och Sven Wallin från Rymdbolaget i Solna. Koordinator för Esranges insatser i projektet var Lennart Andersson.

    Tidplan och utvecklingsarbete

    MAGIC-projektet började med kick-off-möte den 5 november 2003. Ytterligare arbetsmöten hölls den 16 januari 2004. Slutlig konstruktiosngenomgång (Critical Design Review) hölls den 15 mars 2004.

    Sammansättningen av sonden inleddes med en teknisk genomgång (Integration Readiness Review) den 15 juni 2004 och provningfasen inleddes med en genomgång den 29 oktober 2004 och själva provningsarbetet genomfördes vid provningsanläggningen PackForsk (numera Innventia) i Kista utanför Stockholm under perioden 11-15 oktober 2004 och den 1-10 november 20041. "Flight Acceptance Review" hölls  den 11 november 2004 och utrustning transporterades till Esrange 6-10 december 2004.

    Experiment och delsystem

    Huvudinstrumentet på MAGIC var en förbättrad version av den optiska hygrometern som utvecklades av Meteorologiska Institutionen vid Stockholms Universitet (MISU) och Centrala Aerologiska Institutet i Moskva för Hygrosond-1. Dess funktionssätt beskrives i artikeln om Hygrosond-1.

    University of Colorados instrument för att mäta jonflockar består av två grafitelektroder (2 x 6 cm) i raketens ytterskal och den insamlade laddningen mätsmed elektrometer. För att inte mäta joniserade luftmolekyler sitter en magnet bakom detektor som bara släpper fram tullräckligt tunga partiklar till elektroderna.

    NRL:s detektor består av tre enheter med vardera 10 st tunna rör med ett nät i toppen som i tur och ordning förs fram i färdriktningen. 


    Hygrometern i mitten, de tre metoritdetktorna runt om.

    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. Magnetometer och solsensor kan i princip ge denna information, men det kräver en solbelyst sond och man får i allmänhet mångtydiga matematiska lösningar på raketens inriktning. Gyrot ger desutom attityddata i realtid.

    Delsystemen på MAGIC var i vanlig ordning de som användes på alla liknande 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. Rymdbolaget utvecklade också speciella gränsnittskretsar för vissa instrument och för gyrot.

    Data för några av MAGIC:s delsystem

    Telemetri
    • 2251,5 MHz, 2 Watt, PCM/FM 512 kbit/s, servicemodulen
      “Slot-wraparound”-antenn. Linjär polarisation
    • 2246,5 MHz, 2 Watt, PCM/FM 512 kbit/s, GPS-modulen
      “Slot-wraparound”-antenn. Linjär polarisation
    Baninmätning
    • Radiofyr: 240.8 MHz, 100 mW
      Tre quadraloopantenner.
    • En gyromodul med en tre-axlig magetometer från DEVELCO, en
      GPS-mottagare (Ashtech G12 HDMA), en förförstärkare från Trimble,
      Rymdbolagets PCM-enkoder, en "wrap-aroundantenn" för att ta emot
      GPS-signaler, 3 st +28V batterier på 6 Ah. Sändaren satt i service-
      modulen (se ovan).
    Attitydmätning
    • Gyroplattform MIDAS (Space Vector)
    Tiddon
    • 2 st ACR 5526 med 8 händelser vardera.
    Bärgningssystem Det av Rymdbolaget modifierade NASA-systemet. Användes i
    NLC-91 och NLC-93.

    Händelser under raketfärden

    Händelse Tid (s) Höjd (km)
    Raketen lyfte

    0

    0

    Brinnslut

    24,4

    20,3

    Noskonen kastades av

    47

    45,1

    Topphöjd

    149,2

    95,1

    Raketmotorn avskiljdes

    163,3

    94,2

    Hygrometern drogs tillbaka

    290

    20,6

    Fallskärmen fälldes ut

    403

    5,7

    Radiofyren slogs på

    1074

    1,1

    Kampanjförlopp

    Informationen nedan är hämtad från slutrapporten om MAGIC (1):

    Datum Händelse
    3 jan 2005 Personalen anlände. Uppbackning, experimenutprovning inleddes. Fallskärmen gjordes iordning.
    4 jan 2005 Flygsimulering, motoradaptern installerades på raketmotorn.
    5 jan 2005 Raketen sattes upp på startrampen, bärgningsmodul och nyttolast installerades på raketmotorn och provades.
    6 jan 2005 Trettondag Jul. Ledig dag.
    7 jan 2005 Testned räkning och "Pre-flight meeting" .
    8 jan 2005 Första riktiga nedräkning.
    10 jan 2005 MAGIC och Super-Loki-raketer sändes upp.
    17 jan 2005 Sista möjliga nedräkningsdag.


    Flygsimulering på Esrange den 4 januari 2005.


    Bärgningsmodulen monteras på motorn. 5 januari 2005.


    Åtta magiker.


    MAGIC på väg till startrampen.5 januari 2005.

     

    Data

    MAGIC

    Startdatum

    10 januari 2005

    Starttid

    0437:29 UT

    Startplats

    Esrange

    Startramp

    MRL-rampen

    Rakettyp

    Improved Orion (Hawk M112)

    Nyttolastmassa

    86,9 kg

    Nyttolastlängd

    2746,5 mm

    Raketens längd

    5545,5 mm

    Raketens startvikt

    516 kg

    Topphöjd

    95,1 km

    Bäring till nedslaget för nyttolast

    351,0°

    Avstånd till nedslaget för nyttolast

    60,3 km

    Bäring till nedslaget för motorn 345°

    Avstånd till nedslaget för motorn

    63,5 km

    Bärgning

    Ja

    GPS-inmätningen av banan fungerade bra. Mottagaren "låste" på de nödvändiga fyra GPS-satelliterna 8 sekunder efter starten.

    Magicraketen ingick i en serie uppsändningar från Esrange samma morgon: En liten stratosfärballong med en hygrometer sändes upp klockan, nådde en höjd av 33,7 km och landade i norra Finland efter två timmar och bärgades efter tre dagar. De meteorologiska raketerna av typen "Super Super Loki" gav vind- och täthetsdata sändes upp i samband med MAGIC som följer.

    Starttid (UT) Raket Mätintervall Topphöjd
    0329:00 Super-Loki 1, radarremsor 85,0-75,0 km,70-65,8 km 85,0 km
    0437:29 MAGIC 80-23 km 95,0 km
    0600:00 Super-Loki 2, Datasonde 71,2-22,3 km 77,0 km
    0703:00 Super-Loki 3, radaremsor 81,6-65,1 km, 54,3-57,0 km 80,0 km

     


    Super-Loki-raketerna för MAGIC.


    Super-Loki-startrampen

    Magicraketen nådde en höjd av höjd av 95 km och allt fungerade bra, fallskärmen fälldes ut och nyttolasten landade mjukt. Via radioförbindelsen med instrumentlasten fick Esrange en sista positionsbestämning från GPS-mottagaren ombord på 400 meters höjd. Eftersom vinden var svag kan man räkna med att instrumentlasten har landat mycket nära denna position.

    Planen var att en helikopter skulle gå ut och hämta den värdefulla lasten inklusive prover på kosmiskt stoft, men vädrets makter satte käppar i hjulen, det gick inte att flyga pga.. för låga moln. Väderleksrapporten talade dessutom om kraftigt snöfall natten till tisdagen - något måste göras! Instrumentlasten landade relativt nära en plats, Järämä, där samer just nu bedriver renskillning, men det har inte varit möjligt att nå dem per radio eller mobiltelefon för att be dem leta efter instrumentlasten. Esrange sände därför efter lunch på måndagen ut en fyrmannapatrull med två bilar, två snöskotrar, GPS-mottagare och satellittelefon för att försöka ta sig fram till samelägret.

    När bärgningspatrullen nådde fram till renskillningen vid Järämä visade det sig att en jättestor renhjord uppehöll sig där instrumentlasten landat, och för att inte riskera att skrämma och skingra hjorden i mörkret beslöts, i samråd med renskötaren Bertil Unga, att vänta till tisdag morgon (11 januari 2005) och till dagsljuset (om än svagt) med att söka efter instrumentlasten. Bärgningpatrullpatrullen övernattade i ett vandrarhem i anslutning till en frikyrka Övre Soppero.

    På tisdagen var vädret fortfarande för dåligt för att flyga med helikopter så bärgningspatrullen gav sig av från Övre Soppero på morgonen. Vid lunchtid kom patrullen så nära instrumentlasten att man kunde höra pipandet från dess radiofyr (lyssna!). Vid 13.30-tiden på tisdagen hade man funnit en väg att nå instrumentlasten utan att störa de tusentals renar som fanns i området. Just när det började bli riktigt mörkt kl 1530 hittade Thomas Karlsson och Bertil Unga instrumentlasten stående med nosen rakt ned i snön med fallskärmen bredvid. Instrumentlasten hittades ungefär 300 meter från den position som dess GPS-mottagare rapporterat från 900 meters höjd. Det värdefulla instrumentpaketet lastades på en snöskotersläde och kunde så småningom nå Esrange med skåpbil kl 2030, 39 timmar efter uppskjutningen! Prov visade att alla system ombord fungerade perfekt och ekipaget hade nästan inte en repa. Noskonen var lätt bucklig och en av antennerna till radiofyren hade en spricka. Nästan ingen snö hade trängt in. Insamlingsanordningarna för meteoritstoftet befanns vara hermetiskt täta och fortfarande med rymdens vakuum inuti. De fördes till Naval Research Laboratory i USA för att öppnas i s.k. renrumsmiljö.

    Bilderna nedan togs alla (utom den med nyttolasten vertikalt i hangaren) av Rymdbolagets projektledare Thomas Karlsson.


    En renhjord vid Järäma.


    Nyttolasten förs över från släde till skåpbil f.v.b. till Esrange

     


    Jag övervakar återkomsten (skäggiga ansiktet vid oranga fallskärmen)

    Källor

    1. MAGIC Final Report, Thomas Karlsson, redaktör, Rymdbolagets dokument SUV214-S2, den 2 juni 2005.


    Tillbaka till svenska rymdprojekt