S23 Substorm-GEOS

• Projektets bakgrund
• Nyttolastmodulmått och startvikter för raketerna
• Experiment
• Bilder från provningen i Linköping 
• Startförberedelser i Kiruna
• Viktigaste data för sondraketerna S23
• Händelser under flygningen
• Noter

Projektets bakgrund

Det vetenskapliga ändamålet med S23-projektet var att studera de olika faserna i en geomagnetisk substorm. Avsikten var att sända upp den första raketen i början av substormen, den andra i den fullt utvecklade substormen och den tredje under substormens s.k. "break-up"-fas. Samtidigt skulle mätningar på samma geomagnetiska fältlinje ske ombord på ESA:s rymdplasmafysiksatellit GEOS (se bilden till höger). Ombord på GEOS fanns experiment (3 ) från flera av forskargrupperna i S23-projektet, bl.a. Kiruna Geofysiska Institut. 

De tre S23-raketena sändes upp från Esrange den 27 januari 1979

• Kl 1712.32 UT S23-"Low" ("Johnny") till ca 268 km höjd
• Kl 2101.59 UT S23-"High" ("Fredrik") till ca 413 km höjd
• Kl 2152.10 UT S23-"Low" ("Sonny") till ca 270 km höjd

S23-projektet startade den 17 maj 1976 och avslutades med uppskjutningen den 27 januari 1979. Då hade uppskjutningen försenats med ett år för att avvakta uppskjutningen av det andra exemplaret av GEOS.Den första GEOS sändes upp 20 april 1977 men nådde inte geosynkron (1 ) bana p.g.a. att apogeumraketmotorn inte fungerade korrekt. GEOS 2 sändes upp till geosynkron bana (2 ) den 14 juli 1978 och S23-projektet kunde fortsätta.

Saab-Scania i Linköping konstruerade och tillverkade nyttolasterna. Rymdbolaget tillhandahöll telemetrisystemen, "slant-range"-mottagarna och radartranspondrarna. Forskargrupperna byggde förstås experimenten.

De skämtsamma benämningarna på raketerna -  "Johnny", "Fredrik" och "Sonny" - syftar på Johnny Andersson, chef för sondraketgruppen vid SAAB-SCANIA (senare även projektledare för samma företags arbete på Sveriges första satellit Viking) och SAAB:s projektledare för S23, Fredrik Engström, Rymdbolagets VD och Sonny Lundin, projektledare för S23-projektet på Rymdbolaget.

Raketerna hade fyra fenor och kunde inte sändas upp från Skylarktornet (som är gjort för tre fenor). I stället fick man använda rälsramper som MRL- och Centaure-ramperna på Esrange. För att hålla ned nedslagsspridningen var man därför tvungen att använda styrsystemet S19 som SAAB-SCANIA utvecklat på Rymdbolagets uppdrag.  Projekt av precis den här typen var bakgrunden till att S19 utvecklades över huvudtaget.

Nyttolastmodulmått och startvikter för raketerna 

Modul	Längd (mm)	Low	High
Noskon	1690	1690	1690	Alla moduler: Diameter 438 mm. Noskonens konvinkel 15° 12'
Nossektion	32	32	32
Servicemodul	350	350	350	Användes på S26 ION-sonderna sommaren 1978.
Styrmodul (S-19)	405	405	405
Experimentmodul	335	335	335
MISU-modul	168	168	-
Bärgningsmodul	361	361	-
Tändarhus	304	304	-	Inkl separationsadapter
Tändarhus	218	-	218
Totalt		3645	3030

Raketernas start- och slutvikter
Raket	S23 Low		S23 High
Del	"Johnny"	"Sonny"	"Fredrik"
Nyttolast	219	218	189
Black- Brant	1265	1265	1265
Nike	-	-	592
Totalt	1484	1483	2046
Utan noskon, luckor och med utbränt andra steg	441,4	440,4	411,4

Experiment

Nosmodulen med infällda bommar.

Placering av de olika experimentenheterna i nosmodulen.

Experiment	Beskrivning
CRPE	Centre de Recherches en Physique de l'Environnement Terrestre et Planetaire i La Source, Orleans ansvarade för detta experiment. Avsikten med experimnentet var att mäta plasmats anomala resistivitet. Instrumenteringen bestod av fyra guldpläterade cylindriska sonder på fyra bommar i nosmodulen. Elektroniken var placerad i experimentmodulen. CRPE var en av experimentatorerna på GEOS.
DRI	Dansk Rumforskningsinstitut   i Lyngby ansvarade för ett experiment som mätte lågfrekventa elektrostatiska och elektromagnetiska vågor i jonosfären för aat förska spåra de instabiliteter som ger upphov till vågorna. Två ferritantenner och tillhörande elektronik monterades på en "hylla" i nosmodulen.
DMI	Danmarks Meteorologiske Institut tillhandahöll en tre-axlig flux-gate magnetometer som var placerad på ett plaströr i toppen på nosmodulen. Avsikten var att undrsöka plasmainstabiliteter och strömsystem i jonosfären under en substorm.
RIT	Plasmafysikinstitutionen  vid Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm ansvarade för ett experiment som mätte både statiska och varierande elektriska fält och elektrontemperatur och täthet. Instrumenteringen bestod av två bomsystem. Ett bomsystem var placerat i nosmodulen och ett i experimentmodulen.  Det "övre" bomsystemet i nosmodulen bestod av fyra mätsonder monterade på fyra radiella bommar som fälldes ut från ett viloläge innanför själva noskåpan. Fjädrar vred ut bommarna och ett nylonsnöre fäst i varje bom och upprullat på en bromsad trumma saktade in utfällningsförloppet. Det "nedre" bomsystemet bestod av två s.k. "Weitzmann"-bommar  i experimentmodulen. All elektronik var placerad i experimentmodulen.
KGI	Kiruna Geofysiska Institut (nuförtiden Institutet för Rymdfysik) levererade ett instrument som mätte energi- och riktningsfördelningen av norrskenspartiklar i energiområdet 0,05-200 keV. Fem sensorboxar och en elektronikbox fanns på en "hylla" i den övre delen av nosmodulen. KGI levererade också en en detektor för positiva joner med massor under 30 AMU. Detektorn använde ett s.k. Wien-filter och ar placerad bakom en lucka i exprimentmodulen och kunde glida ut på gejdrar.
UIO	Uppsala Jonosfärobservatorium (nuförtiden Institutet för Rymdfysik i Uppsala) levererade ett experiment som mätte den totala tätheten hos positiva joner i jonosfären. Mätsonderna var monterade på två korta bommar på nosmodulen. Elektroniken var placerad i experimentmodulen.
MISU	Meteorologiska Institutionen vid Stockholms Universitet levererade en gitterspektrometer för att mäta följande emissioner: 135,6 nm, 5S - 3P, förbjudna syrelinjen. 150 nm, Lyman-Birge-Hopfieldbandet för N2. 215 nm, NO-banden (med absorptionscell för NO) 215 nm, NO-banden (med referenscell). 276 nm, N2-molekylens ban V-K (0,6) 337 nm, N2-molekylens band 2 POS (0,0) Instrumentet sköts ut på gejdrar genom en lucka på MISU-modulen (som bara ingick i "Low"-nyttolasterna.

Bilder från provningen i Linköping

För att få en rimlig uppfattning om störningsnivån i instrumenten från nyttolastens egna system var det nödvändigt att genomföra ett utomhusprov (nr 1) för att komma bort från inomhusmiljöns störkällor.

Funktionsprov nr 1 genomfördes med alla nyttolasternas delssystem men utan några instrument. Vissa smärre fel upptäcktes och rättades till under detta prov.

Vibrationsprov hos SAAB-Scania i Linköping. Uno Fröberg står bakom vibratorn.

Spinnprov i Linköping. Näten fångar upp noskon och luckor som kan komma att lösgöras.

Utfällning av bommarna för KTH:s och CRPE:s experiment vid 4 varv per sekund.

Utomhusprov 2 visade att störningarna i CRPE:s experiment reducerats till en rimlig nivå.

De fyra bommarna för KTH:s och DRI:s experiment. Nyttolastmodulerna är faktiskt staplade i fel ordning på denna bild. Styrmodulen, som här står längst ned skall flyttas upp ett steg.

Prov med utfällning av "Weitzmann"-bommarna (4 ) som består av tunna stålblad som är ihoprullade och hårt packade före uppskjutningen.

Startförberedelser i Kiruna

Integrationsprov.

Montering av bärgnngsmodul med fallskärm.

Viktigaste data för sondraketerna S23

Data för några av S23-sondernas delsystem
Batteripaket i servicemodulen	+8 V 7 celler SAFT VR 0.5 AA (0,5 Ah) +18 V 16 celler SAFT VR 1.2 RR (1.2 Ah) -18 V 16 celler SAFT VR 0.7 RR (0,7 Ah) +28 V 24 celler SAFT VR 1.2 RR (1.2 Ah) +28 V 24 celler SAFT VR 1.2 RR (1.2 Ah)
Telemetri, PCM	230,33 MHz, 3 Watt, “Quadraloop”-antenner PCM 254,64 kbit/s.
Telemetri, FM/FM	400,55 MHz, 4 Watt, 2 “Quadraloop”-antenner, IRIG-kanaler B, D, F och H.
Radartransponder	5612 MHz upp, 5662 MHz ned.
Magnetometer	Schonstedt SAM-72C

Data	S23 Low "Johnny"	S23 Low "Sonny"	S23 High "Fredrik"
Startdatum	27 januari 1979	27 januari 1979	27 januari 1979
Starttid	1712.32 UT	2152.20 UT	2101.59 UT
Startramp	Centaure	Centaure	MRL
Rakettyp	Black Brant VC	Black Brant VC	Nike Black Brant VC
Nyttolastmassa	218,8 kg	218,3 kg	189,1 kg
Nyttolastlängd	3645 mm	3645 mm	3030 mm
Startrampens elevation	86,1°	86,3°	87,4°
Startrampens bäring	351°	355°	353°
Verklig topphöjd	267,5 km	270,1 km	413,1 km
Predikterad topphöjd	243,9 km	243,9 km	418,4 km
Verklig bäring till nedslaget	346°	343°	356°
Nominell bäring till nedslaget	350°	350°	350°
Verkligt avstånd till nedslaget	80,9 km	76,2 km	64,3 km
Nominellt avstånd till nedslaget	70 km	70 km	70 km
Bärgning	Ja	Ja	-
Markvind	3,1 m/s fr 338°	3,6 m/s fr 320°	3,7 m/s fr 325°
Temperatur	-31°C	-32°C	-31°C
Tryck	735 mm Hg	734 mm Hg	734 mm Hg

Man kan notera att de "låga" raketerna gick över 25 km högre än beräknat i SAAB:s slutrapport (5 ) noterar man att om luftmotståndskoefficieten hade satts 25 % lägre så hade simuleringen stämt med verkliga prestanda.

Händelser under flygningen

De "låga" nyttolasterna var utrustade med fallskärmar och bärgades i ganska gott skick dagen efter uppskjutningen. Alla bommar i nosmodulen hade förstörts och smält vid återinträdet i atmosfären. En av de fyra styrmodulfenorna på de "låga" nyttolasterna var förstörd. Den "höga" nyttolasten återfanns men var naturligtvis totalförstörd eftersom den inte var utrustad med fallskärm.

Bärgning av en av "Low"-nyttolasterna.

Noter

1. En geosynkron bana har 24 timmars omloppstid (egentligen 1436 minuter), men inte nödvändigtvis 0º inklination.
2. Initialbana: 36009-36071 km, vinkel mot ekvatorsplanet 11.8º, startposition vid 37º Öst.
3. Experimentet S 310 (Ten Electrostatic Analyzers)utvecklat av KGI mätte ankomstriktningar för elektroner oh protoner i energiområdet 0,2-20 keV.
   Experimentet S 300 (Search Coil Magnetometer), utvecklat av CRPE, ESA:s tekniska center ESTEC och Dansk Rumforskningsinstitut.
4. Dr Robert H Weitzmann (1933-2000), anställd vid UC Berkeley space sciences lab   drev också en egen firma, Weitzmann Consulting Inc. Bob bodde i ett fantastiskt hus (49 Casa Way) i San Fransiscos marinadistrikt. Han levererade tio år senare trådbommar till Frejasatelliten.
5. Payload S23 Substorm GEOS, Final report, SAAB-SCANIA rapport RRK-79:41, 15 juni 1979.

 
Tillbaka till svenska rymdprojekt