Sven Grahn
Den 7 februari 1981 kl 2030 UT sändes
Rymdbolagets raketsond S35 OXYGEN upp med en Nike-Orionraket från Skylarktornet
på Esrange. Sonden hade byggts av för att genomföra ett forskningsprogram från
den meteorologiska institutionen vid Stockholms universitet (MISU).
Målet med S35 var att
i detalj studera den mekanism I den övre atmosfären som genom kemiska reaktioner i
vilka atomärt syre är inblandat, ger upphov till ljusfenomen. Parallellt med
mätningarna med S35-sonden gjordes mätningar av höjdprofilen för atomärt syre
med resonansfluorescensmetoden på en separat Petrelraket.
Försöket
genomfördes under nära nog idealiska experimentvillkor. Skottet föregicks
planenligt av uppsändandet Petrelsonden, tillhörig den brittiske forskaren P
Dickinson vid Appleton Laboratory, som var försedd med utrustning för
direktmätning av syreatomens ymnighet. Separationen i tid mellan de båda skotten
var minimala 12 minuter inklusive Petrelsondens sju minuter långa flygtid, varför
de båda experimenten kan antas ha ägt rum under så nära som möjligt likartade
förhållanden. Båda sonderna följde perfekta banor och stabil attityd. Därmed
hade den första fasen i MISU:s projekt OXYGEN avslutats; nästa steg väntades
bli ett liknande experiment med enbart Petrelsonder från South Uist i januari
1982. Sonden S35 bärgades i praktiskt taget oskadat skick och bedömdes kunna
återanvändas till förnyade experiment.
En undersökning av kemiluminescenta atmosfärsemissioner kräver minimal norrskensaktivitet, klart väder samt specifika mån- och solpositioner. Trots solens just nu ganska intensiva aktivitet har dessa villkor kunnat uppfyllas. Efter en veckas ständigt växande norrskensaktivitet som avslutades den 6 februari av en kraftig störning med upp till 800 gamma magnetisk deviation följde således ett nära nog ostört dygn med önskad minimal aktivitet. Under S35:s flygtid uppmättes från marken en elektronexciterad emission från N2+ vid 391,4 nm med en intensitet av endast 50-100 Rayleigh. Denna restaktivitet varierade dock inte nämnvärt med tiden fri från sådana fluktuationer som ofta karakteriserar den lugna perioden kring magnetisk midnatt efter en normal substorm och som avsevärt skulle ha försvårat en uttömmande tolkning av mätningens resultat såsom fallet var vid MISU:s tidigare airglowexperiment S13 våren 1975; Det faktum att försöket har kunnat genomföras omedelbart efter en så pass starkt störd period antyder att man kan anta att störningen har modifierat den neutrala termosfärens sammansättning.
Sonden S35 OXYGEN var bestyckad med inalles 11 filterfotometrar varav två sidotittande. De axiellt monterade instrumenten mäter följande emissionskomponenter:
Fotometer nr. | Våglängd | Emission |
1 | 330 nm | O2 Herzberg I |
2 | 370 nm | O2 Chamberlain |
3 | 391,4 nm | N2+1 Neg (mätning av energetiska partiklar) |
4 | 540 nm | Airglow-kontinuum från reaktionen NO+O->NO2 |
5 | 557,7 nm | OI Gröna linjen |
6 | 724 nm | OH (8-3) Meinelbandet |
7 | 762 nm | O2 (0- 0) Atmosfäriska bandet |
8 | 864,5 nm | O2 (0-1) Atmosfäriska bandet |
9 | 1, 27 µ | O2 (0-0) IR atmosfäriska (från E Llewellyn, Saskatoon) |
Det sistnämnda instrumentet är ett
bidrag från E J Llewellyn, Saskatoon. De två sidotittande fotometrarna täckte
samma ultravioletta område som kanalerna l och 2. För att på bästa möjliga sätt
skilja emissionen från en störande bakgrund var fotometrarna 5, 6 och 9 försedda
med vippande filter som i en programmerad sekvens tidvis lutade filtret mot
optiska axeln varigenom filtrets transmissionsmaximum flyttades från den
undersökta atmosfärsemissionen till bakgrunden.
Den optiska utrustningen på S35 kompletterades av en jonprob och partikeldetektor för energetiska elektroner och uppmätning av elektrontätheten med hjälp av Faradayrotationen. Dessa instrument var ett bidrag från Uppsala Jonosfärsobservatorium.
Petrel-sondens huvudinstrument var en pulsad urladdningslampa som utsänder syreatornens resonanslinje vid 130,4 nm. Linjen absorberas och sprids av syreatomer genom en resonant process, och registreringen av resonans absorptionen och den fluorescenta emissionen möjliggör tillsammans bestämningen av O-atomens ymnighet med både absolut noggrannhet och hög precision. Syresonden kompletterades här av en Langmuirsond för termiska elektroner. Dessutom var sonden försedd med ett nykonstruerat varmtrådinstrument, där den differentiella värmeöverföringen av värmeenergi från två trådar med olika s.k. ackomodationskoefficient till den mot raketen strömmande luften ger en information om luftmolekylernas medelhastighet, d.v.s den kinetiska temperaturen.
OXYGEN-studiens mycket strikta
experimentvillkor med avseende på störande himmelsemissioner gjorde det
nödvändigt att i större utsträckning än tidigare optimera den markbaserade
optiska utrustningen. Följande markbaserade instrument tjänstgjorde under den
gångna kampanjen:
Nr | Instrument | Placering |
1 |
Filterfotometer med dubbelbrytande filter för gröna syrelinjen (MISU). | Radornen, Scientific Center |
2 | Meridiansvepande fotometer för gröna och röda syrelinjerna,
N2+-bandet vid 391.4 nm samt bakgrund vid 552 nm (H Lauche, MPI, Lindau) . |
Taket, Scientific Center |
3a | Svepande l-meters Ebert-Fastie spektrometer (MISU). |
Buss uppställd vid Landsat- |
3b | Filterfotometer för 391.4 nm (MISU). | Buss uppställd vid Landsat-antennen |
4a | Svepande 0.5 Ebertspektrometer för registrering
av 1270 nm emissionen från molekylärt syre och infraröda hydroxylband i olika himmelsriktningar med kyld Ge-detektor. |
Mätvagn vid Landsat-antennen. |
4b | Filterfotometer för nämnda
emissionskomponenter, i olika himmelsriktningar. (G Lange, Gesamthochschule Wuppertal) . |
Mätvagn vid Landsat-antennen. |
Huvudsyftet med kombinationen av två svepande gitterinstrument var att för första gången kunna komplettera sondraketernas optiska data med en spektralt upplöst översikt över de aktuella emissionskomponenterna. Infrarödinstrumentets hydroxylspektra innehåller dessutom en information om det emitterade skiktets temperatur. Till detta kommer den tyska fotometerns förmåga att genom observationer i fyra olika riktningar ge en uppfattning om den horisontella transportriktningen i det emitterande skiktet.
|
Viktigaste data för sondraketen S35 | |
Rakettyp |
Nike-Orion, 3-fenor tillverkad av Hercules, USA
|
Startramp | Skylarktornet: 67°53'40"N 21°06'41"E 298 m over havet |
Uppskjutning |
7 februari 1980 kl 20:30:40 UT,
|
Nyttolastmassa | 135 kg |
Nyttolastlängd | 2952 mm |
Nyttolastdiameter | 360 mm |
Telemetri | 256,2 MHz, 3 Watt, “Quadraloop”-antenn PCM 256 kbit/s. |
Radartransponder | 5612 MHz upp, 5662 MHz ned. |
font>
Nominell tid
(s)
Höjd (km)
Händelse
0
0
Niketändning
Raketen lyfter
Navelsträngen rycks ur
Tiddonet startar
55
58,8
Noskonen avskiljs
56
Nyttolastluckor lossas
56,5
60,8
Noskonen delas
58
Bommar fälls ut
198
153,8
Topphöjd
310
77,8
Nyttolasten avskiljs från raketen
Fallskärmen fälls ut.
1080
0
Nedslag
Flygbanan för S35 | |||||||
Topphöjd |
Nedslag | ||||||
Nominell |
Verklig |
Nominell |
Verklig | ||||
Tid (s) | Höjd (km) | Tid (s) | Höjd (km) | Azimut (°) | Avstånd (km) | Azimut (°) | Avstånd (km) |
188 |
141 |
191,1 |
144,5 |
350 |
70 |
350 |
70,5 |
26 januari
1981
Nedräkning startade kl 19. Problem med nyttolastgyrot.
Nyttolasten demonterades.
28 januari
1981
Ingen
nedräkning på grund av starka vindar. Vid nyttolastprovet lösgjordes noskonen
och skadade en fena. Utredning startade. Det som hände var att det mekaniska
tiddon som styr avfyringen av alla pyrotekniska anordningar som lösgör noskon och
diverse luckor startade. Orsaken till att det startade var att den stålsprint
som håller tiddonet låst på marken av någon orsak dragits ur. Tiddonet gick
igång och alla händelser utlöstes. Detta pinsamma missöde ledde till att man i
senare raketsonder satte en barometrisk strömbrytare i serie med tiddonet. Då
kan inte detta pinsamma inträffa om stålsprinten av misstag skulle dras ur på
marken (1)
.
|
29-31 januari
1981
Ingen nedräkning pga utredning och väntan på ny
fena.
1 februari
1981
Nyttolastprov 1900 UT. Inställt 2340 UT pga för stark
vind.
2 februari
1981
Nedräkning startade 1900 UT. Räkning till – 5 min. Inställt
0226 UT pga för mycket magnetisk aktivitet och molnighet,
3 februari
1981
Nedräkning startade 1900 UT. Vädret bra, men för mycket
norrsken och moln. Inställt 0250 UT.
4 februari
1981
Nedräkning startade 1900 UT. Vädret bra, men för mycket
norrsken . Inställt 0305 UT.
5 februari
1981
Nedräkning startade 1900 UT. Vinden bra, men för mycket
norrsken och moln. Inställt 0224 UT.
6 februari
1981
Ingen nedräkning p.g.a. stark vind, snöfall och stark magnetisk
aktivitet. Inställt 2400 UT.
7 februari
1981
Nedräkningen började som vanligt klockan 19.00 UT. Klar himmel
och perfekta vetenskapliga förhållanden. Vinden var marginellt innanför
gränserna men med tendens att öka. Genom att snabba upp vissa delar av
nedräkningen kunde uppskjutningen ske trettio minuter tidigare än planerat. Den
brittiska P219K-sonden sändes upp klockan 20.13.45 UT och S35 startade
20.30.40 UT. Om uppskjutningen hade fördröjts med en timme hade vinden varit för
stark.
Telemetrin fungerade bra för båda sonderna. Signalen förlorades efter 14 m 50 s för S-35 och efter 8 m 57 s för P219K. Den senare sände mycket längre än väntat – antingen landade den mjukt eller så ”seglade” den på fallskärmen. Radarn på Esrange följde S35 hela vägen och P219K upp till 110 km:s höjd. Radarn fick också en kort kontakt vid + 7 m 50s i bäring 2 grader på avståndet 57 km.
S35-nyttolasten bärgades med helikopter tidigt nästa morgon. Nyttolasten hittades 71 km från Esrange i bäring 355o. Nyttolasten fördes tillbaka till Esrange hängande under helikoptern. Hela bärgningsoperationen gick smidigt och helikoptern var tillbaka på Esrange inom tre timmar. Nyttolasten var helt oskadad.
|
Georg Witt, den vetenskaplige ledaren för projektet skrev den 3 mars 1981 (2) :
”… Således har det för första gången lyckats att kombinera en praktiskt taget komplett studie av syrekomponenternas airglowemissioner med en så gott som samtidig bestämning av det atomära syrets koncentration och möjligen även av den molekylära temperaturen, en studie som dessutom har kunnat kompletteras med markbaserade spektrala observationer.
De båda sondernas instrument har fungerat enligt förväntan. Samtliga fotometrar i OXYGEN-sonden verkar ha lämnat vetenskapligt värdefulla data med undantag för den kanadensiska IR-fotometern, som hade för låg ljuskänslighet i förhållande till emissionens ringa intensitet. Speciellt kan nämnas att syrets ultravioletta Herzberg- och Chamberlain-band för första gången har registrerats separat. Kontinuumfotometern har registrerat en relativt hög emissionsintensitet och tycks därmed bekräfta slutsatsen från det tidigare experimentet S13, nämligen att den förhöjda intensiteten hos elektronutfällningen under starkt störda perioder leder till en ökning av termosfärens kväveoxidkoncentration...”
Tillbaka
till svenska rymdprojekt