S32 NLC-OBS

Vetenskaplig bakgrund

Nedanstående text återfinnes i (1) och är troligen författad av professor Georg Witt. Texten här har översatts till svenska av Sven Grahn:

"... Ändamålet med S32 NLC-OBS var att fortsätta det systemiska utforskandet av nattlysande moln med hjälp av raketburna optiska mätningar som inleddes 1967 då en uppsättning polarisationskänsliga fotometrar på olika våglängder sändes upp genom ett nattlysande moln. Detta och därpå följande liknande experiment av MISU (Meteorologiska Institutionen vid Stockholms Universitet) som sändes upp av ESRO och senare också experiment i svensk-amerikansk samverkan med Dudley Observatory (Albany) och AFCRL (Air Force Cambridge Research Laboratories, Bedford, Massachusetts) har gjort det möjligt att bestämma den vertikala utsträckningen av nattlysande moln och även den mest troliga storleksfördelningen hos partiklarna. Kunskap om storleken och koncentrationen av partiklarna är av fundamental betydelse för förståelsen av mekanismerna för partiklarnas tillblivelse och tillväxt och också för bedömningen av eventuella fotokemiska effekter av den resulterande vattentransporten nedåt genom sedimentation.

De raketburna mätningarna har bestämt den övre gränsen för partikelstorleken till 0,12 µm – om partiklarna kan anses vara sfäriska. Partiklarna finns i ett tunt lager som är 1-5 km tjockt någonstans i höjdintervallet 80-86 km och den nedre gränsen hos skiktet är mycket distinkt. Olyckligtvis, som med varje raketburen radiometrisk mätning, kan man inte mäta den önskade parametern, den volymspecifika emissionen direkt, utan den måste räknas ut genom att numerisk derivera (m.a.p. på höjden) det vertikalt integrerade spridda solljuset.

Atmosfären lokala ljusspridningskoefficient, som i frånvaro av partiklar är direkt proportionell mot lufttätheten, kan mätas ”in-situ” om en begränsad luftvolym belyses med en konstgjord ljuskälla och bakgrundsljuset analyseras med en mottagande fotometer. I atmosfärens nedre del kan detta göras med en lidar men för studiet av mesosfäriska aerosoler är lidarns upplösning i höjdled sämre än vad man kan få fram genom en aktiv raketburen sond som arbetar med bakåtspritt ljus. Raketen tränger in i det nattlysande molnet och mäter spridningskoefficientens variation med höjden.

Mot bakgrund av dessa överväganden konstruerade MISU ett instrument som framgångsrikt provades under en raketfärd från Esrange den 7 mars 1975 (S13 ). Instrumentet (OBS) använde en pulsad Xenon-blixtlampa från EG&G och en paraboloidformad reflektor för att koncentrera ljuset från lampani en volym utanför den aerodynamiska chockvågen runt raketen. Det bakåtspridda ljuset reflekteras av den ostörda atmosfären. Pulserna skickades ut med frekvensen 10 Hz och hade en längd på en mikrosekund. Returpulsen analyserades med en elektroniskt styrd integrator som var inställd så att störningar från lampans tändningsprocess eliminerades. Systemet på NLC-OBS arbetade i våglängdsområdet 250-300 nanometer där produkten av lampans energiutbyte och den förväntade spridningskoefficienten var maximalt. Genom det pulsade arbetssättet var systemet inte känsligt för kvasi-kontinuerlig bakgrundsbelysning från t.ex. nattlysande moln. Denna bakgrund mättes emellertid också tillsammans med den pulsade signalen genom att sända ned till marken likspänningskomponenten i signalen från mottagarens fotomultiplikator.

OBS utgjorde hälften av nyttolasten för studiet av nattlysande moln sommaren 1978. Bakåtspridningssonden kompletterades av en passiv fotometer for precisa polarisationsmätningar på våglängden 450 nanometer. Detta instrument mätte Stokes’ parametrar (total radians, andelen polariserat ljus, orientering hos polarisationsplanet, ellipticiteten hos ljuset) i det nedåtspridda ljuset. Den vetenskapliga bakgrunden till detta instrument var de då nyligen publicerade markbaserade mätningar  som visade att nattlysande molnpartiklar hade en delvis elliptisk polarisation. Detta förklarades i sin tur med antagandet att partiklarna är mekaniskt orienterade och har en asymmetrisk (nål eller skiva) form, snarare än sfärisk form. MISU:s tidigare mätningar bekräftade inte en sådan orienteringseffekt. Men raketburna mätningar sker vid en spridningsvinkel i området 60°-100° medan markbaserade mätningar gjorts på framåtspritt ljus och så de två typerna av mätningar kan ha påverkats av olika delar en och samma partikelpopulation.

Det har bedömts nödvändigt att utföra ytterligare polarimetriska mätningar med förbättrad precision, om möjligt tillsammans med samtidiga markbaserade mätningar, för att ytterligare utforska detta problem med stor betydelse för problemet med tillväxten hos sedimenterande partiklar i mesopausen.

Mätningarna med NLC-OBS krävde en topphöjd om minst 95-100 km för att sonden säkert skulle gå igenom det nattlysande molnskiktet eftersom partiklar kan finnas vid högre höjder och bakgrunden polarisation behöver mätas ..."

Projektet S32 NLC-OBS var det andra raketprojektet för MISU:s räkning under 1978 och den andra Orionbaserade raketen i det svenska sondraketprogrammet. Instrumenten till raketen byggdes således av Meteorologiska Institutionen vid Stockholms Universitet (MISU) och nyttolasten sattes samman av Rymdbolaget i Solna som också hade huvudansvaret för genomförandet av projektet. Uppskjutningen från Esrange med en Nike-Orion-raket (se skiss av ekipaget till höger) skedde den 30 juli 1978.

Tidplanen för projektet framgår av tabellen nedan.

Händelse	Datum
Projektet startade	1977-09-12
Nyttolastintegration	1978-05-16
Funktionsprov (hos Saab)	1978-05-18
Miljöprov (hos Saab)	1978-05-23
Funktionsprov (Rymdbolaget:	1978-05-24
Transport av nyttolasten till Esrange	1978-07-10
Integration av nyttolasten	1978-07-11
Acceptanceprovning	1978-07-15
Testnedräkning	1978-07-25
Uppskjutning	1978-07-30

Experimenten på S32

Experiment	Beskrivning
Exp 1	Meteorologiska Institutionen vid Stockholms Universitet (MISU) levererade en entt experiment OBS (Optical Backscatter Sonde), som mätte täthetsprofilen  på plats med hjälp av bakåtspritt ljus. En pulsad Xenonolampa och reflektor skickade ut en ljusstråle vinkelrätt mot raketens axel och två fotometrar observerade det spridda ljuset från en volym nära raketen. Joachim Müller hade utvecklat instrumentet.  Instrumentet byggde på en pulsad stroboskopisk UV-lampa från EG&G som satt i fokus på en djup, parabolisk reflektor från en bilstrålkastar av märket Bosch. Signalen från det spridda ljuset mättes med s.k. synkrondetektering (sample-and-hold).
Exp 2	Meteorologiska Institutionen vid Stockholms Universitet (MISU) levererade en fotometer som mätte polarisationen hos spritt ljus på våglängden 450 nm.

Data för några av S27-sondens delsystem och viktiga apparater

Nyttolastmodulmått och startvikter för S32-ekipaget 

Farkostdel	Massa	Längd
Noskon	10,0	902
Experimentmodulens struktur	8,0	522
Servicemodul 1	21,1	320
Servicemodul 2	16,4	320
Struktur- & servicesystem	55,5	2064
Experiment	14,2	-
Nyttolastvikt (netto)	69,7	-
Ballast för topphöjdsreduktion	61,6	-
Orions tändarenhet	6.6	160
Nyttolastvikt (brutto)	137,9	-
Orionmotor	387,2	2659
Orionfenor	34,0	-
Nikemotor	547,3	3423
Nikefenor	35,6	-
Nike-till-Orion-adapter	12,4	217
Raketen vid starten	1154,4	8523

Nyttolastmått

Spinnprov och noskonseparation. Hos Saab i Linköping