Dynamical, Electrical and Chemical Interactions near the Mesopause at Arctic Latitudes during the Summer
Sven Grahn
NLC93-kampanjen var en ambitiöst upplagd raketkampanj för att studera nattlysande moln och följa upp NLC91-kampanjen.
Målet med kampanjen var att undersöka den dynamiska, elektrodynamiska, fysikaliska och kemiska egenskaperna hos ett skikt av nattlysande moln med raketer och markbaserade utrustning: optiska-, radar-, lidar- och mikrovågsinstrument. Forskare och organisationer från Sverige, Norge, Tyskland, Schweiz, Österrike, USA och Ryssland.
De parametrar som undersöktes var bl.a. positiva joners sammansättning, plasmatätheten, geometrin hos aerosollager och egenskaperna hos PMS (Polar Mesospheric Summer Echoes). NLC 93 koordinerades med en liknande kampanj (SCALE) på Andöya och fjorton dagars mätningar med EISCAT:s VHF-radar. En lidar (Universitete i Bonn) för att studera nattlysande moln placerad på Andöya understödde också NLC 93. Mätdata från WINDII-instrumentet på satellites UARS användes också.
Instrumenteringen på
DECIMALS-sonderna i NLC93 hade använts redan nder NLC91 med undantag för
syreatomexperimentet (ORFA). Bakåtspritt ljus användes men en kalibrering av
absorption utefter en fix optisk sträcka krävdes. Därför placerades sensorer på
armar som sträcltes ut från raketkroppen på bommar - en komplicerad mekanim som
utvecklades av Rymdbolaget. Resultaten från ORFA rapporterades som
inressanta.
De svenska DECIMALS-sonderna sändes upp tillsammans med fyra Viper-Sphere-raketer som mätte vind och temperatur. Dessa raketer hade topphöjder i intervallet 105-109 km och tillhandahölls av forskaren Frank Schmidlin från NASA och banföljnigen sköttes med DLR:s radar). Följande uppskjutningar ägde rum under kampanjen:
Sonderna DECIMALS A och B sändes upp den 2 augusti 1993 under goda vetenskapliga villkor. Alla instrument ombord utom Field Mill levererade värdefulla data. Båda nyttolasterna bärgades samma dag.
Nyttolasterna konstruerades och sattes samman av Rymdbolaget som också hade huvudansvaret för genomförandet av projektet. Miljöprovningen av nyttolasten skedde hos Packforsk i Kista där Rymdbolaget kunde använda befintlig vibrationsprovningsutrustning och sin egen balanseringsmaskin för nyttolaster. Instrumenten levererades av forskargrupperna. Uppskjutningarna skedde från Esrange med Nike-Orion-raketer.
Rymdbolagets kampanjledare var Kaj Lundahl, Tommy Andersson var systemingenjör, Malte Sjökvist var nyttolastingenjöre, Peter Ericsen var kvalitetsingnjör och Stig Kemi koordinerade Esranges insats. Den vetenskapliga ledningen för DECIMALS bestod av Georg Witt från MISU som ledare och hans kollegor Ernest Kopp från universitetet i Bern, Eivind Thrane från Forsvarets Forskningsinstitutt och Martin Friedrich från det tekniska universitetet i Graz.
Tidplanen för projektet framgår av tabellen nedan.
| Händelse | Datum |
| Projektet startade med "projektstudiemöte" | 1992-02-021 |
| Projektmöte 1 |
1992-05-19 |
| Projektmöte 2 - kick-off |
1992-06-10 |
| Projektmöte 3 |
1992-08-06 |
| Projektmöte 4 |
1992-10-28 |
| Projektmöte 5 - Critical Design Review |
1993-01-27 |
| Nyttolastintegration inleds |
1993-04-13 |
|
Provning börjar |
1993-04-29 |
|
Acceptansprovning klar |
1993-05-14 |
|
Testnedräkning |
1993-07-24 |
|
Första "riktiga" nedräkning |
1993-07-25 |
|
Uppskjutning |
1993-08-02 |
| Experiment | Instrument | Forskningsinstitution |
|
SIDAMS-moduler (Simultaneous Ion Detection In Atmospheric Mass Spectrometry) | ||
| Ion Spectrometer (SIDAMS) | Masspektrometer för joner | |
| Plasma Probe (PP) | Langmuirsond och Faradayrotation | Tekniska Universitetet i Graz |
| Scattered Light
Intensity Profile Sensor (SLIPS) |
Fotometer för nattlysande moln | Meteorologiska Institutionen vid Stockholms Universitet (MISU) |
|
ORFA-MODULEN | ||
| PArticle Trap (PAT) | Elektrostatisk partikeldetektor | Meteorologiska Institutionen vid Stockholms Universitet (MISU) |
| Oxygen
Resonance Fluorescence and Absorption (ORFA) |
Kr/O resonansspridning | Meteorologiska Institutionen vid Stockholms Universitet (MISU) |
| Experiment | Instrument | Forskningsinstitution |
|
"OGIVE"-SEKTIONEN | ||
| Positive Ion Probe (PIP) | "Precision Charge Collector" |
Forsvarets Forskningsinstitutt |
| Plasma Probe (PP) | Langmuirsond och Faradayrotation | Tekniska Universitetet i Graz |
| Scattered Light
Intensity Profile Sensor (SLIPS) |
Fotometer för nattlysande moln | Meteorologiska Institutionen vid Stockholms Universitet (MISU) |
| "Warm" IR radiometer (WIRR) | Utah State University | |
| Field Mill | Elektrostatiskt fältmätare (se princip) | Novosibirsk State University |
| Scattered Light Photometer | CAO, Central Aerological Observatory, Russia. | |
|
ORFA-MODULEN | ||
| PArticle Trap (PAT) | Elektrostatisk partikeldetektor | Meteorologiska Institutionen vid Stockholms Universitet (MISU) |
| Oxygen
Resonance Fluorescence and Absorption (ORFA) |
Kr/O resonansspridning | Meteorologiska Institutionen vid Stockholms Universitet (MISU) |
 |
 |
|
|
|
Data för några av DECIMALS-sondernas delsystem | |
| Batteripaket |
Batteri 1: +28 V (24 celler). |
| Telemetri |
2251,5 MHz, 2 Watt, sändare för telemetridata via
PCM 512
kbit/s. (DECIMALS-A &
B) |
| Baninmätning |
Radartransponder, Vega: 5612 MHz upp,
5662 MHz ned.
|
| Attitydbestämning |
Gyro: MIDAS(Space Vectors analoga gyroplattform) |
| Tiddon | 2 st ACR 5526-01 elektroiska tiddon med 8 händelser i DECIMALS-A och 7 i DECIMALS-B. |
| Bärgningssystem | Baserat på NASA Wallops Flight Centers
14-tumssystem men modifierat av Rymdbolaget så att tändsystemet också bärgades. |
| Farkostdel |
DECIMALS A |
DECIMALS A |
DECIMALS B |
DECIMALS
B |
| Noskon | - | - | 12,7 | 912 |
| OGIVE | - | - | 29,2 | 503 |
| Mellanring | - | - | 3,0 | 33 |
| Balanseringsmassa | - | - | 5,6 | - |
| Experimentmodul SIDAMS 4 | 13,1 | 907 | - | - |
| Experimentmodul SIDAMS 3 | 29,5 | 300 | - | - |
| Experimentmodul SIDAMS 2 | 4,0 | 95 | - | - |
| Balanseringsmassa | 2,4 | - | - | - |
| Experimentmodul SIDAMS 1 | 21,5 | 301 | - | - |
| Servicemodul | 17,8 | 301 | 17,1 | 301 |
| Gyromodul | 21,0 | 301 | 21,2 | 301 |
| ORFA-modul | 20,0 | 301 | 19,9 | 301 |
| ORFA-bommodul | 11,5 | 301 | 11,5 | 301 |
| Balansering- och ballastmassa | 2,4 | - | 27,8 | - |
| Tändarmodul | 5,0 | 95 | 5,0 | 95 |
| Bärgningssystem | 24,0 | 420 | 37,0 | 420 |
| Motoradapter + diverse | 6,0 | 100 | 5,8 | 100 |
| Nyttolastvikt (brutto) | 178,2 |
3422 |
184,8 |
3267 |
| Orionmotor | 387,2 |
2659 |
387,2 |
2659 |
| Orionfenor | ? |
- |
34,0 |
- |
| Nikemotor | 547,3 |
3640 |
547,3 |
3640 |
| Nikefenor | 35,6 |
- |
35,6 |
- |
| Nike-till-Orion-adapter | 12,4 |
- |
12,4 |
- |
| Raketens vid starten | 1132+? | 9721 | 1166,1 |
9566 |
 |
|
|
|
|
|
 |
 |
|
Fr.v.: Staffan Persson, Mikael Björklund, Thomas Carlsson - Rymdbolaget. |
Terje Angeltveit (FFI), Nathan Wilhelm (MISU), Alexander... |
|
DECIMALS A | ||||
| Tid (s) (nom) |
Tid (s) (verklig) |
Höjd
(km) (nom) |
Höjd (km) (verklig) |
Händelse |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
|
| 3,5 | - | 1,0 | - | Nike-raketen utbränd och föll mot marken. |
| 9,0 | 9,1 | 3,6 | 3,6 | Orion-motorn tände |
| 41,5 | - | 34 | - | Orion-motorn slocknade |
| 44 | - | 37 | - | SIDAMS högspänning på |
| 55 | 55 | 50 | 46,7 | ORFA-luckor av. |
| 65 | 65/80 | 60 | 56,1/68,5 | ORFA-locken öppnades |
| 65 | 65 | 60 | 56,1 | Noskonen kastades av, |
| 66 | 67 | 61 | 57,8 | ORFA-bommar fälldes ut. |
| 67 | 161 | 62 | 98,1 | SLIPS-lockor kastades av |
| 69 | 69 | 64 | 59,6 | SIDAMS-lock kastades av. |
| 165 | 161 | 108 | 98,1 | Motorseparation |
| 165 | 159 | 108 | 98,1 | Topphöjd |
| 272 | 272 | - | - | SIDAMS-ventiler stängdes, högspänning från. |
| 280 | 280 | - | - | Nyttolasten slogs från |
| Barosw. | <443 | 3 | - | Fallskärmen fälldes ut. Baroswitch |
|
DECIMALS B | ||||
| Tid (s) (nom) |
Tid (s) (verklig) |
Höjd
(km) (nom) |
Höjd (km) (verklig) |
Händelse |
| 0 | - | - | 0 |
|
| 3,5 | - | 1,0 | - | Nike-raketen utbränd och föll mot marken. |
| 9,0 | 9,0 | 3,6 | 3,6 | Orion-motorn tände |
| 41,5 | - | 35 | - | Orion-motorn slocknade |
| 55 | 55 | 50 | 48,2 | ORFA-luckor av. |
| 63 | 63 | 58 | 56,2 | OGIVE-luckor kastades av |
| 64 | 64 | 59 | 57,2 | Field Mill motorn dras ut. |
| 65 | 65 | 60 | 58,1 | ORFA-luckor kastades av |
| 65 | 65 | 60 | 58,1 | Noskonen kastades av. |
| 66 | 67/70,5 | 60 | 60/63,2 | ORFA-bommar fälldes ut. |
| 66 | 66 | 60 | 59,1 | Field Mill-motorn på. |
| 70 | 70,5 | 64 | 63,2 | Motorseparation |
| 164 | 164 | 107 | 104,6 | Topphöjd |
| 265 | - | - | - | Field Mill-motorn från. |
| 280 | 280 | - | - | Nyttolasten slogs från |
| Barosw. | 394 | 3 | - | Fallskärmen fälldes ut. |
|
Data |
DECIMALS A |
DECIMALS B |
| Raket | Nike Orion | Nike Orion |
| Startdatum | 2 augusti 1993 | 2 augusti 1993 |
| Starttid | 00.23 UT | 01.02 UT |
| Startramp | MAN (11,9 m lång) | Centaure 2 (6,4 m lång) |
| Rakettyp | Nike-Orion | Nike-Orion |
| Nyttolastmassa | 178,2 kg | 184,8 kg |
| Nyttolastlängd | 3422 mm | 3267 mm |
| Startrampens elevation | 82,4° | 82,5° |
| Startrampens azimut | 344° | 343° |
| Ballistisk vindstyrka | 6,4 m/s | 5,6 m/s |
| Ballistisk vindriktning | 157° | 154,5° |
| Topphöjd (nom) | 98,1 km (108 km) | 104,6 km (107 km) |
| Bäring till nedslaget | 349° | 352° |
| Avstånd till nedslaget (nom) | 52,7 km | 49 km |
| Bärgning | Ja, samma dag före 0900 UT | Ja, samma dag före 0900 UT |
| Spinnvarvtal under mätfasen | 4,8 rps | 5,0 rps |
DECIMALS-A nådde bara 98 km i st f avsedda 108 km, d.v.s. samma problem som under NLC 91-kampanjen. Det visade sig (1) finns ingen förklaring till diskrepansen.
En lucka för instrumentet SLIPS på DECIMALS-A skulle ha kastats av på 62 km höjd men lösgjordes inte förrän vid topphöjden - då motorn avskiljdes. Stöten från motorseparationen fick luckan att lossna. Ett liknande problem inträffade under NLC 91 och konstruktionen av lösgöringsarrangemanget var uppenbarligen marginell.
På DECIMALS-B öppnades den korta ORFA-bommen 3 sekunder sent och det var förmodligen stöten vid motorseparationen på 63 km höjd som fick bommen att fällas ut.
Bärgningssystemen fungerade bra på båda nyttolasterna och de nya bladantennerna för radiofyren gjorde att en bra signal uppfattades från båda nyttolasterna. DE hitttades lätt av helikoper. Nyttolasterna dealdes i två delar innan de flögs tillbaka till Esrannge. Ytterskalet till en av bärgningsmodulerna sprack och några detektorbommar var brända elller böjda. I övrigt inga skador.
När de två DECIMALS-sonderna avfyrades låg ett väldefinierat nattlysande molnskikt över Esrange - mycket mer distinkt än under NLC91. Natten mellan den 1 och 2 augusti 1993 kunde nattlysande moln observeras ända ned till Stockholm. PMSE var dock mycket mer frekvent 1991 än 1993. Temperauren vid 85-86 km höjd var 130 K. De galvanisak laddningssensorerna å båda registrerade passagen genom skiktet med nattlysande moln. Ströömen i jon- och elektronsonderna ändrades vid samma tillfällen - troligen genom infallande sub-mikronpartiklar. Denna effekt har noterats vid tidigare raketförsk och i laboratoriexpweriment.Syremätningarna med ORFA på de två raketerna var lika varandre och loivade gott för framtiden.
