Atmospheric Transport Of MInor Constituents
Sven Grahn
|
|
ATOMIC-sonderna var en integrerad del av det internationella projektet AURORA 90 som hade som ändamål att undersöka aeronomin i vinterns norrskenzon. Projektet innefattade både raketburna och markbaserade instrument. ATOMIC-sondernas uppgift var att studera atomära komponenter och "airglow" som hänger samman med atomärt syre och rekombinationsprocesser. Instrumenten på ATOMIC var grupperade efter olika atmosfärparametrar.
Ansvarig för forskningen och hela forskningsnyttolasten var Meteorologiska Institutionen vid Stockholms Universitet (MISU) och de ansvariga forskarna var professor Georg Witt och Dr André Zuber.
Fotometrarna var passiva fjärranalysinstrument som mätte radiansen i färdriktningen. Genom att derivera radiansprofikerna med höjden kunde man få fram emissionen per volymsenhet.
Andra experiment var aktiva instrument för att bestämma atmosfärens sammansättning in situ. Instrumenten för arr mäta molekylärt och atomärt syre och ädelgaserna argon och krypton var placerade i raketernas nos. Fyra ljuskällor var placerade nära raketens symmetriaxel och täckta ned en skyddande kon. Molekylärt syre, argon och krypton användes för att bestämma den omgivande atmosfären totala densitet. Täthetsprofieln medger beräkning av den s.k. skalhöjdstemperaturen. En experimentmodul långre från nosen mätte atomärt syre och väte - två komponenter med stor betdelse för transporten av syre och tillhörande airglow.
Troligen levererade University College of Wales det sidotittande
instrumentet FENG ochRutherford Appleton
Laboratories levererade troligen ljuskällorna för O, Kr, Ar och Xe..
Saab-Space i Linköping konstruerade, tillverkade och provade de två ATOMIC-nyttolasterna på Rymdbolagets uppdrag. Rymdbolaget tillhandahöll telemetrisystemen, radartranspondrarna, radiofyr samt hanterade gyroplattformar och bärgningssystemet. MISU ansvare för experimentnyttolasten. Detta projket blev der susta i vilket Saab leveredae en forskningsnyttolast till en svensk sondraket. En tjugo år lång och framgånsgrik verksamhet hade nått sitt slut.
Man kan notera att tiddonen till dessa sonder levererades från firman ACR (Aerospace Consulting Resources) i Trosa, ett företag som startats av den före detta rymdbolagsanställde Lars Stenmark. Lars Stenmark blev senare adjungerad professor i ryndteknik vid Ångströmlaboratoriet i Uppslala. Inna dess hann hans firma med att leverera bl.a. följande utrustning till Rymdbolaget: Ballonggondolen Pirog, strukturen till satelliterna Freja och Odin, kryostat och annan utrustning till instrumentet på Odin, solsensorer till mikrosatelliterna Astrid.... .
Projektet startade i maj 1986. Prototypprovning skedde november 1988-mars 1989. Leverans till Esrange skedde den 29 januari 1990.
Sonderna sändes upp med Nike-Orionraketer - en kombination som varit en "arbetshäst" för MISU:s forskning. Startrampen som användes var den flexibla MRL-rampen. Lars Hall var projektledare hos Saab Space och Kaj Lundahl var projektledare hos Rymdbolaget.
RSG i projektnamnet RSG/ATOMIC var faktiskt bara Rymdbolagets interna projekt"nummer". Tidigare hette projekten S + en siffra. Fr.om projekten ANODE och ATOMIC bytte man nomenklatur, RSG=ATOMIC, RSM=ANODE.
| Experiment | Beskrivning |
| Fotometrar |
Dessa arbetade i fotonräkningsmod och deras optik begränsade det cirkulära synfältet till en kon med halvvinkeln = 4°. Ingångsaperturen var 27,5 mm i diameter. Ett interferenafilter var placerat framför optiken för att bestämma vilken våglängd fotometern var känslig för. En intern ljuskälla användes för kalibrering. Den ena fotometerna hade en mittvåglängd på 5577 Å med bandbredden 15 Å och var avsedd för OI (1D-1S)-linjen ("gröna linjen") och bredbandigt airglow. Den andra fotmetern arbeta på våglängden 7620 Å med 80 Å bandbredd och var avsedd för O2 (0-0), det "atmosfäriska bandet". |
|
Aktiva instrument |
Atomärt syre i den övre modulen: in-situ-mätning av halten atomärt syre genom en kombination av resonansabsorption och spridning av ljuset från ljuskällor ombord. Syre-ljuskällan skickade ut resonanslinjer vid 1300 Å. En konkav spegel fokuserade en del av ljuset på dioddetektorer på bommarna. Dessa detektorer mätte genomsläppligheten hos den lokala atmofären. Den differentiella absorptionen gav ett absolut mått på halten atomärt syre. En annan del av ljuset från ljuskällan spreds av syreatomerna och detekterades av en fotomultiplikator. Både dioderna och fotomultiplikatorn drevs som synkrondetektorer. Molekylärt syre i den övre modulen:: Den lokala concentrationen av molekylärt syre mättes genom tekniken med differentiell absorption med hjälp av två detektorer och en xenonlampa som sände ut resonanslinjen 1470 Å. En konkav spegel fokuserade en del av ljuset på dioddetektorer på bommarna. Dessa detektorer mätte genomsläppligheten hos den lokala atmofären. Ädelgaser: Två resonansljuskällor, en för krypton och en för argon, användses för att bestämma dessa ämndens koncentration som funktion av höjden. Resonansstrålning sändes ut från de två ljuskällorna vinkelrätt mot spinnaxeln och en del av ljuset sändes till ett gitterinstrument (FENG) som satt under det första sonddäcket och blickade uppåt. Eftersom ett instrument (FENG) användes för att detektera ljuset från två ljuskällor (argon och krypton) var det nödvändigt att skilja signalerna åt genom att pulsmodulera ljuskällorna. FENG använde sig av fotonräkning. Atomärt syre i den nedre modulen: En syreljuskälla sände ut ljus vinkelrätt mot spinnaxeln och en del av ljuset spreds av atomärt syre i raketens närhet. En fotomultiplikator försedd med att filter med centrum vid 1300 Å observerade spridningsvolymen och mått och steg hade tagits för att minska sol- och himmelsljus. Det bakåtspridda ljuset var ett mått på halten atomärt syre. Fotomultiplikatorn arbetade i fotonräkningsmod. Atomärt väte i den nedre modulen: Detta instrument är identiskt med syreinstrumentet förutom att en väteljuskälla används och att inget interferensfilter nvänds. |
|
I figuren nedan ser man orienteringen för sensorer och ljuskällor
|
 |
 |
|
Raketernas vikter (kg) | ||
| Del | ATOMIC-1 | ATOMIC-2 |
| Nyttolast (inkl tändarenhet) |
136,4 |
133,6 |
| Nike-motor (fyra fenor) |
600,9 |
600,9 |
| Orion-motor |
428,1 |
427,4 |
| Total startvikt |
1165,4 |
1161,9 |
| Under mätfasen |
120,6 |
117,2 |
|
|
|
Data för några av ATOMIC-sondernas delsystem | |
| Batteripaket | Batteri 1: +8 V, SAFT VR 0.8
Batteri 2: +18 V, SAFT VR 1.2 Batteri 3: -18 V, SAFT VR 1.2 Batteri 4: +28 V, SAFT VR 2 Batteri 5: +28 V, SAFT VR 2 |
| Telemetri |
|
| Baninmätning |
|
| Attitydmätning |
|
| Tiddon |
|
 |
 Till vänster syns de två ATOMIC-sonderna i "kyrkan" på ESRANGE. Det finns två färglagda band runt varje sond. Sonden till vänster gröna band och den till vänster har gula band. Det är ATOMIC-2 som har gula band. Detta var ett sätt att hålla reda på att man satte rätt sond på startrmpen. Sondernas instrumentering var en aning annorlunda, men det syntes inte på utsidan. Bilden ovan visar Orionmotorn med monterad "grön" nyttolast den 13 januari 1990 - en vecka före den första riktiga nedräkningen. |
|
ATOMIC-1 |
ATOMIC-2 | ||||
| Händelse |
Nom. |
Nom. |
Verkl. |
Nom. |
Verkl. |
|
Nike-raketen tänder |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
| Nike-raketen slocknar |
1,0 |
3,35 |
- |
3,35 |
- |
| Orion-raketen tänder |
3,7 |
9,0 |
8,0 |
9,0 |
8,0 |
| Orion-raketen slocknar |
37,5 |
41,0 |
- |
41,0 |
- |
| Noskonen avskiljs och luckor kastas av |
66,0 |
65,0 |
64,5 |
65,0 |
65,0 |
|
Bommar fälls ut, lock öppnas |
68,0 |
67,0 |
66,5 |
67,0 |
67,0 |
| Raketmotorn avskiljs. |
72,0 |
71,0 |
74,0 |
71,0 |
70,0 |
| Topphöjd |
128,0 |
181,0 |
- |
181,0 |
- |
| O+H-lockor kastas av |
127,0 |
185,0 |
187,0 |
185,0 |
186,0 |
| Experimentkalibrering |
80,0 |
300,0 |
- |
300,0 |
- |
|
Gyrot från, Flip-over armering. |
78,0 |
302,0 |
304,0 |
302,0 |
302,0 |
| Experimenten slås ifrån. |
30,0 |
320,0 |
324,0 |
320,0 |
323,0 |
| Fallskärmen fälls ut. |
6,0 |
Barosw |
443,0 |
Barosw |
443,0 |
| "Flip-Over". |
- |
Para+60s |
503,0 |
Para+60s |
503,0 |
|
Nedslag |
- |
|
|
| |
Sen första riktiga nedräkningen skedde den 20 februari 1990. De två sonderna sändes upp den 25 resp 28 februari 1990. Texten i tabellen nedan är hämtad ur (3). Det är intressant att inga av problemen med radartransponder och radiofyr inte nämns alls i (1) eller (2).
Datum
Händelse
900215
Testnedräkning ATOMIC 1 och ANODE. Inget onormalt
framkom. Avlysning p g a låg molnbas kl 22.15 UT.
900217
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.
900218-
900219 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.
900220
De
vetenskapliga förhållandena för ANODE var uppfyllda och ANODE sköts upp kl
09.41 UT. Nedräkningen för ATOMIC l
avbröts p g a starka vindar och alltför störda magnetiska
förhållanden.
900221
De lovade att undersöka bandade data. Testnedräkning
ATOMIC 2 genomfördes. Nedräkningen för ATOMIC l måste avbrytas då vindarna
var för starka.
900222
Ingen
nedräkning genomfördes för ATOMIC l p g a starka
vindar.
900223
Ingen nedräkning genomfördes för ATOMIC l eftersom
vindarna var för starka.
900225
ATOMIC 1 sköts upp kl 23.21.20 UT. Signalen från
transpondern var mycket brusig varför radar tappade följningen efter ca 8
sek. Med hjälp av TM-vinklar fick radar följning på raketens nerväg och kunde ge
en sista position i Az:334, avstånd 49.4 km. Vid den efterföljande
bärgningen erhölls ej någon pejlsignal förrän helikoptern var rakt ovanför
nyttolasten. Bärgning kunde trots detta genomföras inom 1
timme.
900226
ATOMIC 2 nedmonterades då man misstänkte att
pejlsändaren var ur funktion. Det visade sig att räckvidden bara var några
hundra meter varför Esrange lånade ut en sändare, som vid test hade en
normal räckvidd på 15-20 km.
900227
De vetenskapliga förutsättningarna var uppfyllda för
ATOMIC 2 varför nyttolasten sköts upp kl 00.52 UT. Radar tappade
omedelbart följning p g a brusig signal från transpondern. Med hjälp av
TM-vinklar kunde radar få följning på raketens nerväg och ge en sista
position i Az: 014, avstånd 58.8 km. Vid den efterföljande bärgningen
erhölls ej någon signal från pejlsändaren. Det visade sig sedermera att
plus- och minuspolen på batteriet hade förväxlats vid monteringen i
nyttolasten. Nyttolasten kunde även denna gång bärgas inom 1 timme.
|
Data |
ATOMIC-1 |
ATOMIC-2 |
|
Startdatum |
25 februari 1990 |
28 februari 1990 |
|
Starttid |
2310.20 UT |
0052.00 UT |
|
Startplats |
Esrange |
Esrange |
|
Startramp |
MRL-rampen |
MRL-rampen |
|
Rakettyp |
Nike-Orion |
Nike-Orion |
|
Nyttolastmassa |
136,4 kg |
133,6 kg |
|
Nyttolastlängd |
2987 mm |
2987 mm |
|
Raketens längd |
9286 mm |
9286 mm |
|
Raketens startvikt |
1165,4 kg |
1161,9 kg |
|
Startrampens elevation |
86,1° |
87,1° |
|
Startrampens bäring |
019° |
006° |
|
Verklig topphöjd (nom) |
133,1 km |
139,2 km |
|
Verklig bäring till nedslaget |
332,5° |
013° |
|
Verkligt avstånd till nedslaget |
51,1 km |
57,0 km |
|
Spinnvarvtal under mätfasen |
5,4 rps |
5,5 rps |
|
Bärgning |
Ja |
Ja |
|
|
