|
|
Sven Grahn
Redan under "Kronogårdsepoken" hade Rymdtekniska Gruppen (RTG) börjat utveckla banföljningssystem. Orsaken till det var att NASA inte kunde tillhandahålla något baninmätningssystem för Kronogårdsförsöken 1964 och RTG fick utveckla sitt eget system, en variant av det klassiska DOVAP-systemet. När RTG började skjuta raketer från Esrange som ganska styvmoderligt behandlad gäst fick man ånyo hitta på egna system. I oktober 1970 startades därför ett utvecklingsprojekt inom RTG som hette "Baninmätning" och fick beteckningen S9. Alla projekt som hade med sondraketer att göra hade beteckningen "S" - det s.k. S-programmet. Detta program innefatade både raketprojekt och utvecklingsprojekt för stödsystem. Projektledare för S9 var Per Zetterquist.
"Tone-ranging-systemet" på
Esrange bestod av en marksändare på 33,85 MHz som amplitudmodulerades med en ton
på 29979 Hz. Ombord på raketen fanns en ferritantenn och en mottagare som
demodulerade tonen. Den demodulerade tonen sändes åter till marken genom att den
ersatte IRIG-kanal 15 i ett telemetrisystem av FM/FM-typ. På marken gjordes en
fasjämförelse mellan utsänd och mottagen signal. Noggrannheten var 50-100
meter. Fasmätaren och interferometerutrustningen hade utvecklats av
Rymdtekniska Gruppen och fanns i den s.k. Scientific Barrack på Esrange.
Systemet hade utvecklats av de danska och norska rymdmyndigheterna för
användning på den norska raketbasen Andøya. Systemet hade utvecklats i samband
med att man tog fram ett system för att mäta elektrontätheten med s.k.
Faradayrotation. Genom att tonfrekvensen var 29979 Hz motsvarade en
vakuumvåglängd precis 10 km. Vid fasjämförelsen på marken ändrades fasen
med 2 pi radianer när avståndet till raketen ökade med 5 km. Detta system
skulle bli en viktig del i Rymdtekniska gruppens baninmätningssystem.
Ferritantennen som användes i det dansk-norska
systemet.
När Rymdbolaget gick över till digital (PCM) telemetri kunde man inte överföra rangingtonen på en underbärvåg. I stället användes ett ganska listigt system. Så här skriver (4) Bengt Holmqvist, en av Rymdbolagets veteraner från sondraket- och satellitprogrammen:
"... Klockfrekvensen i PCM-pulståget var ombord synkad till tonen på 33.85 MHz signalen. Tonen var väl på 30 kHz vill jag minnas. För att sedan komma ifrån tvetydigheterna eftersom klockfrekvensen var betydligt högre än tonen plockade man på marken även ut framehastighet eller formathastighet och använde vid jämförelsen med det ursprungliga tonen. Vid närmare eftertanke undrar jag om inte synkningen ombord också var låst till formatet.
Huruvida den här metoden verkligen användes på de allra första PCM-systemen kan jag inte svära på men så gjorde vi i alla fall senare innan man i modern tid övergick till högstabila klockgeneratorer ombord...."
"... 31.83 kHz är en standard upplänk telekommando-subcarrier som vad jag kan förstå användes i PIRAT genom att i nyttolasten multiplicera med 4 för att få PCM nedlänken 127 kHz. På marken dividerar man PCM med 4 och gör fasjämförelse för ranging. Övriga TC-subcarrier användes för andra kommandoändamål..."
Att man använde s.k. kommando-bärvågor berodde på att upplänksfrekvensen i dessa projekt var 449.95 MHz, en kommandofrekvens som används för bl.a. "command destruct" d.v.s. förstöring av styrda raketer som krånglar. De första raketer på Esrange som kam kunde "skjuta ned" med telekommando var de Ariesraketer (andra steget till Minutemanroboten) som sändes upp för det tysk-amrikanska projektet Porcupine.
Rymdtekniska gruppen tog sig an uppgiften att förbättra det dansk-norska systemet. Man tog chansen att göra det när man tvingades byta till 400 MHz för telemetrin för den s.k. Twilightsonden som sändes upp mars 1970. Esranges "tone-ranging"-sändare kunde användas, men all annan utrustning fick anskaffas och nyutvecklas. Men även för "tone-ranging"-systemet infördes förbättringar. En digital fasmätare utvecklades som hade en upplösning på 1/5000, d.v.s. en meter i avstånd, men noggrannheten var nog inte bättre än ± 15 meter. I figuren nedan är f0 signalen som sänds till raketen och fx den som kommer tillbaka från raketen.
|
|
Eftersom Esranges telemetriantenner inte fungerade på 400 MHz blev det nödvändigt att utveckla ett vinkelmätsystem. En totaleffektsinterferometer av ny typ utvecklades. För att övervinna problemen med fasfel i elektroniken, vilket varit svårigheten i tidigare system så gjordes fasjämförelsen i det nya systemet i ett passivt ledningsnät innan signalen nådde någon förstärkare. Signalen från en av interferometerantennerna matades genom en fasskiftare som stegade igenom fasfördröjningarna 0°,90°, 180° och 270° med frekvensen 1 000 Hz. Sedan adderas signalerna från de två antennerna i en hybridring där själva fasjämförelsen utförs.
|
Principen för RTG:s interferometer |
Den sammansatta signalen går genom en detektor med kvadratisk karaktäristik och sedan genom en dekommutator som går synkront med fasskiftaren. Efter filtrering producerar fasmätaren två signaler som är proportionella mot sinus och cosinus av den elektriska fasvinkeln. Dessa två signaler kopplas till en räknare som stegar upp och ned beroende på fasförändringens riktning - fyra gånger på en hel fasskiftscykel. Slutresultatet var en siffra i räknaren som är proportionell mot riktningcosinerna till raketen. Eftersom interferometerns baslängd var 50 våglängder så var upplösningen ungefär 0,3° grader. Fullt utslag på räknaren var ± 200.
Den stora fördelen med denna konstruktion var att den arbetade mot telemetrisändaren och att ingen extra utrustning erfordrades. Systemet hade dock två begränsningar: Den stegvisa fasskiftaren fungerade bara i ett smalt frekvensband runt den nominella frekvensen. Om en annan frekvens användes var det nödvändigt att bygga en ny fasskiftare. Ett relativt bredbandigt system som detta är inte lika känsligt som ett system för en enda omodulerad bärvåg, men detta är ingen begränsning i detta fall eftersom känsligheten hos interferometern är ungefär densamma som för telemetrimottagningen, d.v.s. -115 dBm.
RTG:s två-axliga interferometer av "totaleffektstyp" och det normala "tone ranging"-systemet som fanns på Esrange användes på nytt.
Interferometern bestod av tre antenner orienterade i nord-sydlig och öst-västlig riktning och som bildade två antennpar med en antenn gemensam. Avståndet mellan antennerna i respektive par var 32 våglängder på den aktuella frekvensen (230,33 MHz). Den gemensamma antennen låg 674 meter söder om och 168 meter öster om startrampen "Nike West".Interferometern lämnade riktningscosiner till raketen och dessa värden fanns i både analog och digital form. Noggrannheten var +/- 0,2o i azimut och elevation.
 I komponentförrådet hos
Rymdbolaget i Solna fann jag i december 2009 en låda fylld
med radioutrustning. |
| Kampanj | Raketbas Tidsperiod |
Raketer |
Transponder | Avstånd | Vinklar | Radar |
| K63 | Kronogård Juli-augusti 1963 |
4 Nike-Cajun Ljudgranater |
US DOVAP 36,8-73,6 MHz |
NASA SSD2 73,6 MHz |
NASA |
- |
| K64 | Kronogård Juli-augusti 1964 |
4 Nike-Cajun |
US DOVAP 36,8-73,6 MHz |
RTG fyra stationer 73,6 MHz |
- | - |
| K68 | Esrange Oktober 1968 |
1 Boosted-Arcas II E-skiktssond |
Dansk (EC3) 30 kHz/34 MHz |
ESRO tone ranging 30 kHz |
ESRO själv- följande TM-antenn 256 MHz |
Skin C-band |
| A69 | Andøya Januari 1969 |
1 Boosted-Arcas II E-skiktssond |
Dansk (EC ) 30 kHz/34 MHz |
RTG enkel stationer 73,6 MHz |
Manuellt styrd TM-antenn 256 MHz |
- |
| K69/1 | Esrange Januari 1969 |
4 Nike-Cajun Ljudgranater |
US DOVAP 36,8-73,6 MHz |
RTG enkel station 73,6 MHz |
RTG interferometer 1 x 175 lambda, 73,6 MHz |
Skin C-band |
| Twilight | Esrange Mars 1970 |
5 Skua II Elektrontäthet |
Dansk (EC) 30 kHz/34 MHz |
RTG tone ranging 30 kHz |
RTG interferometer 2 x 50 lambda, 400 MHz |
Skin C-band |
| NLC | Esrange Juli-augusti 1970 |
1 Petrel D-skiktet 2 Nike-Apache Insamling 2 Nike-Apache D-skiktet & Insaml. |
Dansk (EC) |
RTG tone ranging 30 kHz NASA tone ranging 100 kHz - |
RTG interferom. |
- - Transp. C-band |
