Raketsond S17 "Mor-Dotter" var ett projekt inom ramen för det svenska nationella sondraketprogrammet avsett att mäta energispektrum och pitchvinkelfördelning hos norrskenspartiklar samt elektriska fält i norrsken. Mätningarna var tänkta att utföras på ca 70-250 km höjd och genom att sondinstrumenteringen på lämplig höjd separerades i två mindre sonder ("mor" och "dotter") skulle det bli möjligt att skilja mellan
variationer i rum och tid(1) .
Systemkrav
I den preliminära projektbeskrivningen (1) daterad den 18 juni 1973 finns vissa grundkrav på systemet beskrivna:
Separationsmetoder
I den preliminära projektbeskrivningen (1) finns också preliminära idéer om hur man skulle separera "dottern" från "modern":
Projektstudie startar
Den 18 juni 1973 sände Rymdbolaget också en offertförfrågan (2) till Saab-Scania avseende en möjlighetsstudie av S17-projektet. Studien skulle i första hand utreda olika alternativ för att separarera de två sonderna från varandra och från dessa utrednigar skissera totallösningar för sonderna. Kontraktsbeloppe var 60 000 kronor (Saab fick ett förskott på 25 000 kronor) och Saab-Scania skulle enligt beställningen lämna två rapporter:
Delrapporten (3) kom i själva verket i januari 1974 och rekommenderade "separation framåt 2" med en impulsraket för att åstadkomma rörelsen i sidled. farten framåt föreslogs ges med fjädrar. Impulsakten skulle tändas 5-10 sekunder efter separation på ungefär 10 meter mellan mor och dotter. Delrapporten påpekade docj vissa problem som måste utredas ytterligare, bl.a.:
Saabs projektspecifikation blev också en smula försenad och är daterad den 28 mars 1974. Tabellerna nedan sammanfattar huvudpunterna i projektspecifikationen.Den totala vikten av varje nyttolast var endast 96 kg (mot 129 kg för Norrskenssonden). vilket beräknades ge raketerna en topphöjd runt 235 km (mot ca 190 km för Norrskenssonden). S10-sonderna hade en diameter av 305 mm och längden var 2079 mm.
Experiment | Beskrivning |
KTH | Plasmafysikinstitutionen vid Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm ansvarade för ett experiment som mätte det elektriska fältet i jonosfären. Mätningarna utfördes från sfäriska sonder, placerade i ändarna på c:a 1,5 m långa bommar. KTH-experimentet ingick i både moder- och dottersonden. Två bompar, placerade vinkelrätt mot varandra , ingick i modern och ett bompar i dottern. Bommarna fälldes ut efter att dottern separerat och erhållit sin sidoknuff. Mätningarna skulle börja vid c:a 80 km höjd. Ansvarig forskare på KTH var Ulf Fahlesson? |
KGI | Kiruna Geofysiska Institut (nuförtiden Institutet för Rymdfysik) levererade ett instrument som mätte pitchvinkelfördelning och energispektrum för norrskenspartiklar. Experimentet ingick i både modersond och dottersond varför mätningar beträffande variationer i tid och rum kunde utföras. Mätningarna gjordes dels med channeltrondetektorer och dels med solid-state-detektorer. Ansvarig forskare var Rickard Lundin.? |
UJO | Uppsala Jonosfärobservatorium (nuförtiden Institutet för Rymdfysik i Uppsala) levererade ett experiment som mätte finstrukturen hos elektrontätheten med en sensor monterade på en kort (0,5 m) bom. Experimentet ingår i både modersond och dottersond. Ansvarig forskare för UJO:s experiment var Bengt Holback? |
Nyttolastmodulmått | ||
Modul | Längd (mm) | Anmärkning |
Nossektion, konisk del |
900 |
Alla moduler: Diameter 305 mm. Noskonens konvinkel 18,5° |
Nossektion, cylindrisk del |
155 |
|
Cylindrisk nyttolastsektion, dotter |
718 |
|
Cylindrisk nyttolastsektion, mor |
469 |
|
Anslutningsring till Tomahawk |
200 |
Övergång från 305 mm till Tomahawks diameter på 228,6 mm |
Totalt |
2442 |
Raketernas start- och slutvikter | |
Del | Massa (kg) |
Nyttolast Mor | 58,3 |
Nyttolast Dotter |
34,2 |
Totalt f nyttolast |
92,5 |
Tomahawk |
245,9 |
Nike | 591,5 |
Total startvikt | 929,9 |
Mor utan noskon, luckor, dotter och utbränt andra steg |
38,5 |
Dotter utan separerad impulsraket och luckor |
33,5 |
Saabs offert i juni 1974
Den 19 juni 1974 sände Saab-Scania sin offert för S17 (4) till Rymdbolaget. Man erbjöd sig att leverera de två raketsonderna till Esrange under vecka 39 1975 för ett bok- och räkningspris om ungefär 1,4 miljoner kronor (exkl moms). Om man tar hänsyn till variationen i konsumentprisindex så mostvarar detta ett nutida pris på ungefär 7,4 miljoner kronor - ett så vitt jag kan bedöma mycket rimligt pris. Sedan tillkom åtskilliga kostnader som Rymdbolaget hade för projektet: inköp av åstkillig utrustning som raketer, sändare, antenner, mangnetometer samt utvecklingen av avståndsmätningsradarn. Troligen landade slutkostnaden för S17 ganska nära ett nutida sondraketprojekt.
Data för några av S17-sondernas delsystem och viktiga apparater | |
Batteripaket |
I både mor och dotter:
Batteri 1: +28 V 24 celler för
telemetrisystemet.
Dessutom fanns spänningsregulatorer från Rymdbolaget
som tillhandahöll |
Telemetri (7) |
Sändare Antenner Datatakt |
Baninmätning |
Mottagare för tone ranging på 33,85 MHz i både mor och dotter. |
Magnetometer | Tvåaxlig magnetometer, Schonstedt RAM-72C, en i vardera i mor och dotter. |
Bommar | Tillverkades av Weitzmann Consulting, San Fransisco. |
Stjärnsensor | En vardera i mor och dotter. Utvecklades av Kalevi Hyypää, KTH, Plasmafysik. |
Tiddon | Raymond 1060-10G-360T-8SPDT (mor) och 1060-10G-30T-8SPDT (dotter) |
Kraftomkopplare | Ledex (13-polig, tvåvägs)128941-001, en i mor resp dotter |
Separation av "dottern"
Nedanstående text är tagen direkt från (5) men med byte av tempus från presens till imperfekt:
"... I modersondens övre del fanns en mekanism för framåtseparation av dottersonden. Den bestod av fyra spiralfjädrar sant styrningar. Mekanismen var beräknad för en separationshastighet av c:a 1,0-1,5 m/s. Separationen skedde då ett spännband lösgjordes med hjälp aven pyroteknisk utlösningsmekanism.
För sidoknuffen används en impulsraket vars dragkraft verkar i dottersondens tyngdpunkt. För att erhålla en väldefinierad separationsriktning är raketens brinntid kort (c:a 20 ms). Raketen dimensioneras för att kunna ge en 35 kg tung dottersond en separationshastighet av c:a 5 m/s. Raketen kan monteras genom skalet i ett sent skede under klargöring.
Raketen tänds från en speciell styrenhet i dottersonden. Villkor för tändning är att dottern separerat från modern samt rätt läge i rotationsplanet. Tändning av impulsraketen för sidoknuffen av dottern styrs av en speciell enhet. Villkoren för tändning är att dottern separerat från modern samt rätt läge i rotationsplanet. Första villkoret erhålls från tiddonet i dottern. Tiddonet startar då framåtseparationen från modern börjar. Efter viss tid kopplas +28 V tändspänning fram till styrenheten. Styrenhetens funktion visas i blockschema nedan.
Magnetometersignalen påföres efter lågpassfiltrering en komparator. Omslag i dennas utsignal erhålles då magnetometersignalen passerar referensnivån. För att kompensera för fel i referensnivån justeras referensnivån med hjälp aven integrator, så att den resulterande referensnivån blir nära lika magnetometersignalens medelvärde. Komparatorns utsignal startar (en gång per period) en nonostabil vippa som i sin tur via ett drivsteg styr en switch. Switchen kopplar spänning från tiddonet till tändaren i impulsraketen. Monovippan är blockerad då tiddonet ej lämnar +28 V drivspänning. Enheten strömförsörjs med +28 V ostabiliserad spänning. Enheten kan testas genom att en +5 V signal påföres en testingång. Därvid erhålles vid korrekt funktion på testutgången en +5 V signal med 20 ms långa negativa pulser vid magnetometerns nollgenomgångar (en per period)..."
Placering av utrustning i sonden
För att skilja på rums och tidsvariationer var det nödvändigt att bestämma den relativa rörelsen mellan mor och dotter- För det första behövde man mäta avståndet till dottern. Det skedde med en doppleradar monterad på modern som varje spinnvarv (ca. 4 Hz) gav en indikation av den relativa hastigheten. Den relativa bäringen till dottern fick man fram genom att ta reda på spinnfasen när radarekot från dottern kom. Det kunde ske med den stjärnsensor som fanns på modern (och dottern i och för sig). För att få avståndet till dottern fick man integrera hastighetssiganlen under datautvärderingen.
Radarn var ett av Rymdbolagets bidrag till S17-Mor/dotter-projektet. Det var elektronikingenjören Olle Nilsson hos Rymdbolaget i Solna som tog fram radarn. Apparaten bestod av en sändare/mottagare, en förförstärkare (x 25) för att förstärka radarsvaret, ett bandpassfiler (70-455 Hz) och en logatritmisk förstärkare (frekvensomfång 50-1500 Hz, max utsignal 2,7 Volt). Antennen var en hornantenn med längden tre våglängder och en öppningsvinkel i E-planet med +/-30° och i H-planet +/- 12°. (9)
Radarsändtagaren var av fabrikatet Microwave Associates MA-86135 med en sändareffekt på 100 mW på frekvensen 10,525 GHz. Känsligheten var -94 dBm. Själva radarsändtagaren var 140 x 100 x 55 mm och vägde 450 gram medan resten av elektroniken fanns i en låda med måtten 100 x 100 x 35 mm som vägde 300 gram. Systemet drog 40 mA på +/- 18 V och 1 A på 10,5 Volt. (9)
![]() ![]() |
Bilden till vänster kommer från Rymdbolagets arkiv
(9) och visar Bilden ovan är från Saab-Scanias dokumentation (6) och visar radarn monterad på "moderns" ovansida. Figuren till höger kommer från ett Rymdbolagsdokument (9) och visar observationsgeometrin och hur radarn ser dottern på varje spinnvarv. |
![]() |
Radarns antenn hade således en bred antennlob i vertikalplanet och en ganska smal i horisontalpanet. Det var en garanti för att man inte skulle missa dottern efter separationen och för att få en tydlig riktning i horisontalpanet till dottern. I (8) analyserade Anders Söderberg, matematiker och programmerare på Rymdbolaget, radar-, stjärnsensor och baninmätningsdata för att räkna ut banan för mor och dotter. Figurerna nedan visar avståndet till dottern och hur långt över horisontalplanet dottern syntes från modern för S17-1. Man ser att radarantennen lätt täckte in dotterns rörelse.
![]() |
![]() |
Det kan vara värt att citera vad Torbjörn Forsell (11) skriver om utvecklingen hos Saab av impulsraketen för "sidoknuffen":
"... Först skulle en impulsraket designas och utprovas. Det fanns kunskap om detta bl.a från raketstolarna i flygplanen. Det var därför naturligt att låta dessa experter ta hand om denna raket. Senare fick vi bevittna avfyring av en impulsraket när sprängexperterna gjorde prov. Det small rejält..."
![]() Gränsen mellan "Mor" och "Dotter" går på olika ställen på sondens ut- och insida. "Dotterns" bakre del fungerade som "noskon" åt "modern". |
De två sonderna sändes upp i januari-mars 1976. I arkivet finner jag tyvärr ganska lite detaljerad information om kampanjförloppet. Av (8) framgår dock att separation och sidoknuff av döttrarna och inmätning av banorna för alla fyra sonderna fungerat bra. Men det finns ett brev (10) från leverantören av KTH:s bommar, Weitzmann Consulting, som analyserar varför endast två av de sex bomparen som användes på sonderna fälldes ut korrekt. Denna felfunktion måste ha varit ett svårt avbräck för KTH och Weitzmann spekulerar i att ett handhavandefel orsakade missödet.
|
Data |
S17-1 |
S17-2 |
Startdatum |
22 januari 1976 |
6 mars 1976 |
Starttid |
1858.36 UT |
2100.16 UT |
Startplats |
Esrange |
Esrange |
Rakettyp |
Nike Tomahawk |
Nike Tomahawk |
Nyttolastmassa |
92,5 ? kg |
92,5 ? kg |
Nyttolastlängd |
2442 mm |
2442 mm |
Raketens längd |
9701 mm |
9701 mm |
Raketens startvikt |
929,9 kg |
929,9 kg |
Verklig topphöjd (8) |
211,2 km |
203,5 km |
Separation av dottern, sek efter start (8) |
51,9 | 49,8 |
Vertikal separationshastighet, m/s (8) | 1,2 | 1,1 |
Horisontell separationshastighet, m/s (8) | 4,8 | 4,8 |
Tändning av impulsraket, sek efter start (8) | 57,2 | 56,9 |
Dotterns relativa bäring relativt modern(8) |
326° ±6° |
43° ±6° |
Verklig bäring till nedslaget (8) |
336° |
344° |
Verkligt avstånd till nedslaget (8) |
80 km |
60 km |
Spinnvarvtal under mätfasen, avsett värde |
3,5 rps |
3,5 rps |
Bärgning |
Icke planerad |
Icke planerad |