Uppsala Jonosfärobservatoriums sondraketprogram

Sven Grahn

UJO, Uppsala Jonosfärobservatorium (en sektion inom dåvarande FoA 3) startade 1952 i Lurbo sydväst om Uppsala i den s.k. Hågadalens södra ände. Erfarenheterna från andra världskriget visade på jonosfärforskningens betydelse för försvarets radioförbindelser som fick Försvarets forskningsanstalt att starta observatoriet. I Lurbo har man sedan dess en gång per timme registrerat jonosfärens förändringar som reflektor för radiovågor inom kortvågsområdet. Under ledning av Willy Stoffregen (1909-1987) kom verksamheten snabbt att växa och omfatta även mer grundläggande forskning kring radiovågsutbredning, och från och med det internationella geofysiska året 1957-58 även norrskensobservationer genom kameror, och från 60-talet även mätningar med spektrometrar, kortvågsradar och sondraketer. Från 1976 överfördes verksamheten till dåvarande Kiruna Geofysiska Institut som nu kallas Institutet för Rymdfysik (IRF).

Willy Stoffregen föddes och utbildades i Tyskland men stannade kvar i Norden efter att han hade deltagit i en norrskensexpedition till Nordnorge under det andra polaråret 1932-33. Han bodde först i Tromsø, sedan i Finland och så småningom i Sverige där han var anställd vid Institutet för högspänningsforskning vid Uppsala universitet under krigsåren. 1946 återvände han till Norge och arbetade vid Forsvarets Forskningsinstitutt med jonosfärforskning. När han i början av 1950-talet fick anställning vid Försvarets forskningsanstalt, FOA, startade han regelbundna jonosonderingar i Uppsala. Han bidrog starkt till att Uppsala jonosfärobservatoriet, UJO, grundades 1952 och blev dess första chef. År 1954 stod ett nybyggt tegelhus klart i Lurbo, strax söder om Uppsala (12).

Sammanfattande tabell

Nr Ändamål År Mån Dag Lokal tid
(UT)
 Plats Raket Resultat Topp-
höjd		 Nyttolast-
vikt (kg)
P/L 
bygge
 Sond-
typ
UJO-1 Jonprob D-skikt 1963 10 8 19:00:00 White Sands Boosted Arcas Antennskada inga data. Bärgad
89
   UJO A
UJO-2 Jonprob D-skikt 1963 10 10 16:00:00 White Sands Boosted Arcas Data 70-30 km.Bärgad
81
   UJO A
UJO-3 Jonprob D-skikt 1963 12 13 21:00:00 White Sands Boosted Arcas Inga data under 70 km
99
   UJO A
UJO-4 Na-Li-utsläpp 1964 3 6 23:25:00 Wallops Isl. Boosted Arcas Lyckat. Vindskjuvning spred moln 
95.6
4.1
 UJO  
UJO-5 Jonprob D-skikt 1965 3 1 13:12:00 Andöya Boosted Arcas Bra data. Sjönk i havet
90-95
4.7
 UJO B
UJO-6 Natriumutsläpp 1965 3 1 20:43:00 Andöya Nike Apache Ingen observation från marken 
185
   GCA1  
UJO-7 Jonprob D-skikt 1965 3 2 20:09:00 Andöya Boosted Arcas Bra data. Sjönk i havet
80-85
4.7
 UJO B
UJO-8 Natriumutsläpp 1965 3 5 20:57:50 Andöya Nike Apache Na-emission upp till +40min 
180
32
 GCA1  
SA1/1 Jonprob D/E-skikt 1968 10 24 20:50:00 Esrange Boosted Arcas II Bra data. Slog ned Torneträsk 
107
7.7
 UJO "Kajan"2 
SA1/2 Jonprob D/E-skikt 1969 1 17 00:02:28 Andöya Boosted Arcas II Andra steget tände ej.
7
7.7
 UJO  "Kajan" 
SA1/3 Jonprob D/E-skikt 1969 1 18 19:23:00 Andöya Boosted Arcas II Bra data. Sjönk i havet. Flygförbud.
98
7.7
 UJO "Kajan"
SP4 Jonprob D/E-skikt 1970 8 9 23:40:10 Esrange Petrel  
 147
15
 UJO  "Kajan"
1CGA=Geophysics Corporation of America, Bedford, Mass., USA.
2Enligt Bengt Holmqvist byggdes fem sonder. En finns kvar på IRF-U i Uppsala som utställningsföremål. Se foto.

Sonderna A och B

Institutet intresserade sig mest för de s.k. E- och D-skikten. E-skiktet, som ligger mellan 95 och 140 km höjd, reflekterar radiovågor inom kortvågsbandets nedre del och mellanvågsbandet. D-skiktet är det lägsta jonosfärskiktet, beläget mellan 60 och 95 km höjd. I D-skiktet är gastätheten mycket större och därför är detta skikt framför allt absorberande på radiovågor och är därför mycket viktigt för radioförbindelser inom kortvågsbandet. I D- och E-skikten finns fria elektroner och joner som normalt bildas genom solens ultravioletta strålning. Vid störningar på solen anländer energirika partiklar och röntgenstrålning till jordens polartrakter och ger upphov till norrsken och onormal jonisation i D- och E-skikten. På våra breddgrader märks detta genom att radioförbindelser på kortvåg avbryts eller störs. För att utforska D-skiktet på plats utvecklade UJO, under Arne Pedersens ledning, på 1960-talets början en raketburen kondensatorsond, en s-k- Gerdien-kondensator för att mäta positiva och negativa joner i området 35-85 km. De första fem raketerna i tabellen förde med sig sonderna av typen A resp B och sändes upp från White Sands Missile Range och den norska raketbasen Andöya. Men det visade sig nödvändigt att inte bara mäta joner utan också känna till profilen av elektroner samt inkommande elektroner och röntgenstrålning. Det visade sig också vara nödvändigt att nå de lägre delarna av E-skiktet, d.v.s. upp till 115 km. En ny sond började därför utvecklas - se nedan.

Problemet med sonden av typ A var att noskonen med telemetrisändaren hängde under Gerdien-kondensatorn i fallskärmen och störde luftflödet genom den cylindriska mätproben. I sond B hade man löst detta problem genom att Gerdien-kondensatorn hängde längst ned under fallskärmen. Vid uppsändningen från White Sands den 8 oktober 1963 visade radardata att fallskärmen fällts ut vid rätt tidpunkt på uppvägen, men ingen telemetrisignal dök upp vid denna tidpunkt som planerat. En lastbil som placerats ut för att bärga nyttolasten fick syn på den i fallskärmen när den landade 1 timme och 55 minuter efter starten. Nedslagsplatsen låg 20 km från startplatsen. Inspektion av den bärgade nyttolasten visade att bladantennerna för telemetri skadats vid separationen av nyttolasten på uppvägen. (3)

Vid en andra uppsändningen från White Sands den 10 oktober 1963 landade nyttolasten 40 km från startplatsen efter endast 22 minuter. Vissa skador på fallskärmen från det första skottet ledde till  att man satte in extra skydd  för fallskärmen. Radar såg ånyo att fallskärmen fällas ut och telemetrisignalen började sex sekunder före den tidpunkt då radardata visade att fallskärmen fällts ut fullständigt. Bra data från Gerdien-kondensatorn erhöls mellan 70 och 30 km. När man återfann nyttolasten upptäckte man att fallskärmen var "strimlad". P.g.a. av det extra skyddet för fallskrmen satt den hårt i fallskärmsbehållaren och fallskärmsbehållarens bakstycke splittrades och splittret gjorde hål i fallskärmen. På hög höjd påverkades inte fallskärmens funktion men på låg höjd slets fallskärmen i strimmor p.g.a. dessa hål. (3)

Vid det tredje skottet den 13 december 1963 hade ändringar i både fallskärmsdesign och antennutformning gjorts. Allt gick till en början som planerat, men den höga topphöjden gjorde att fallskärmsinbromsningen mellan 70 km och 65 km blev kraftig, ca 3-4 g. Under denna period snurrade och sträcktes fallskärms- och andra linor mellan de ingående delarna. Kabeln mellan Gerdien-kondensatorn och telemetrisändaren vreds troligen av under denna period och dataflödet avbröts. De horisontella vindarna förde sonden långt åt öster och man hade förlorat radio och radarkontakrt med sonden då den landade ca 170 km öster om startplatsen. Bra vetenskapliga data erhölls mellan 96 km och 70 km på nedvägen innan kabeln mellan Gerdien-kondensatorn och telemetrisändaren gick av (3).

Vid skjutningarna från Andöya i mars 1965 fungerade sonderna alldeles utmärkt, men baninmätningen var bristfällig eftersom den meteorologiska radar av typen PV30R som skulle följa fallskärmen ända från topphöjden endast kunde följa uder 40 km. De två sonderna tog 2,5 timmar att falla ned i ahvet, 92 km resp. 67 km från startplatsen. Vi dessa skott användes sonder av typen B för första och enda gången. Uppskjutningrana gjordes den 1 mars 1965 kl 1312 Ut resp den 2 mars 1965 kl 2009 UT.
 

Na/Li-utsläpp

Den 6 mars 1964 genomfördes från Wallops Island ett tekniskt test för att lära sig producera ett konstgjort moln av natrium och litium. Ingen raketbas var tillgänglig för detta försök i Sverige (Kronogård för litet (?), Esrange fanns ännu ej) därför genomfördes uppsädningen från NASA:s raketbas vid Wallops Island i Virginia. Tanken var att kunna skapa ett "point cloud" i norrsken i mörker, men för att kunna se hur man lyckades valde man att genomföra försöket i skymingsförhållanden (kvällen) med solen 6 grader under horisonten, vilket gav en geometrisk höjd för jordskuggan på 36 km [SG,tumregel: kvadraten på soldepressionen i grader]. Svartvita och färgbilder togs av molnet och svartvita bilder genom interferensfilter (100 Å breda) för natrium och litiumlinjerna.

Man använde bland annat flygfotokameror av typen K-24 och en Paillard filmkamera. Raketen som användes var en Boosted Arcas och molnet släpptes ut 134 sekunder efter starten på en höjd av 92 km. Bra bilder togs av många kameror och de visade hur vidskjuvningen sträckte ut molnet i flera riktingar.

Slutsatsen av provet blev att man borde välja en högre höjd för att lösgöra molnet, t.ex. på 120 km:s höjd där vindskjuvningen betydligt mindre. Dessutom behövs starkare explosiver för att skapa tillräckligt med fritt natrium. Man anar här specifikationerna för ett raketförsök som genomfördes 1976-77, S21 Trigger. Nyttolasten byggdes av UJO med assistans av FOA:s explosivexpert Hellmouth vid försöksstationen vid Grindsjön på Södertörn, samma person som klargjorde explosiverna till S21 Trigger .
 
 

Explosion i norrskenet och natriumspår

Försöken på Andöya i mars 1965 var UJO:s största raketkampanj där inte mindre än fyra raketer sändes upp, två D-skiktssonder ombord på Boosted Arcas och två utsläppsnyttolaster uppsända med Nike-Apache-raketer. Den första raketen sändes upp den 1 mars 1965 kl 2043 UT och innehöll 20 kg sprängmedel (60% TNT och 40% HEX) med 500g natriumkulor inbäddade i sprängmedlet. Avsikten med explosionen var att dess chockvåg skulle "modulera" spektrallinjerna från norrskeent och att man på så sätt skulle kunna bestämma chockvågens utbredningshastighet och därigenom temperaturen i norrskenet. Natriumet var tänkt att ge en synlig blixt vid detoantionen. Observationsplatser i närheten av Andöya obsverarde förloppet. En fotometer hade interferensfilter kring syrelinjen vid 5577 Å den andra vid natriumlinjen vid 5890 Å och N2+ vid 4278 Å. Fotometrarana kunde upptäcka tvåprocentiga avriationer i norrskenemissionerna.

En mycket svag blixt, ungefär som en stjärna av magnitud 3-4, syntes men ingen natriumemission eller annan effekt noterades. Det var fulllständigt oklart om laddningen i raketen hade briserat som avsett eller inte (3).

Nästa raket, en Nike Apache, som släppte ut kemikalier i jonosfären sändes upp från Andöya den 5 mars 1965 kl 2057:50 UT, Den släppte ut ett spår av förångat natrium i ett norrskens i höjdområdet 85-165 km. Kraftiga natriumemissioner iakktogs från gasspåret ända upp till 40 minuter efter utsläppet. Natriumljuset från rökspåret varoerade i takt med ljuset från det omgivande norrskenet.

En standarnyttolast från Geophysical Corporation of America för utsläpp av natrium användes (se figuren och bilden till höger). Nyttolasten vägde totalt 32 kg, varav 2 kg var natrium. Av de två nyttolasterna i figuren användes en för explosionen den 1 mars och den andra för natriumutsläppet den 5 mars.

Tre observationsstationer iakttog försöket:  Gratangen (68,6 N 17,7 Ö), Tromsö (69,7 N 19 Ö) och startplatsen vid Andenes (69,3 N 16,1 Ö). Där fanns all-skykameror, K-24 flygfotokameror, filterfotometrar och spektrofototmetrar. Raketbann bestämdes genom att man bilder av använde natriumspåret i förhållande till stjärnbakgrunden från de tre stationerna och kunde triangulera fram flygbana och topphöjd som låg på 165 km. Natriumspåret var ungefär 100 meter brett vid utsläppet och det syntes för blotta ögat endast några sekunder (3).

De två "utsläppsraketerna" från Andöya i mars 1965 pekade framåt mot raketexperimenten Trigger och Tor som utfördes vid Esrange i slutet på 70-talet och mitten av 80-talet och där forskargruppen vid UJO spelade en huvudroll.
 

SA1 - Swedish Arcas 1- kampanjerna K68 och A69

Den nya sonden utvecklades med början 1966 och var inte bara utrustad med Gerdien-kondensatorn utan även med en s.k. Faraday-mottagare som kunde mäta elektrontätheten genom att mäta polarisationsplanets vridning hos en radiovåg som sändes upp från marken. Dessutom hade den nya sonden en halvledardetektor för högenergetiska elektroner och röntgenstrålning. För att nå den högre höjden var det nödvändigt att byta raket, i detta fall till en ny, relativt oprövad raket, Boosted Arcas II. Sonden, med smeknamnet "Kajan", konstruerades vid UJO under ledning av Harald Derblom (1926-2011) som också var den vetenskaplige ledaren under uppskjutningskampanjen. Elektroniken konstruerades av hrr Bengt Holmqvist, H Gunnarsson och L Ladell (2). Faraday-mottagarna levererades från Dansk Rumforskningsinstitut. Ombordtelemetrisystemet och raketmotorerna tillhandahölls av NASA. Sonden vägde 7,6 kg och var 1166 mm lång. Hela raketekipaget med nyttolast var 4439 mm långt vid starten. (1)

Gerdien-kondensatorn bestod av en cylinder med en mittelektrod och satt längs fram i sonden så att det analyserade plasmat störningsfritt kunde flöda genom instrumentet. Instrumentet exponerades genom att raketens noskon kastades av vid 57,5 km:s höjd på uppvägen. Vid topphöjden på ca 120 km utlöstes en fallskärm. På så sätt kunde Gerdien-sonden falla långsamt ned genom E- och D-skikten. Mätningar med Gerdiensonden gjordes således både på upp och nedväg. De två halvledardetektorerna fälldes ut på små "armar" när noskonen kastades av. En finurlig anordning fick halvledardetektorna att vända sig 180 grader då fallskärmen fällde ut. På så sätt vändes halvledardetektorerna alltid uppåt. Radiomottagarna för Faradayrotationsmätningrana bestod av tre ferritstavsantenner och arbetade på frekvenserna 3,883 MHz och 7,835 MHz och 15,011 MHz. Sändaren på marken hade en uteffekt på 250 Watt. (1)

Telemetrisystemet var ett på den tiden normalt FM/FM system där analoga data frekvensmodulerade lågfrekventa oscilatorer vars signaler blandades och frekvensmodulerade huvudbärvågen. Sändaren på 255,6 MHz hade en uteffekt på 250 mW. Dessutom använde sonden ett senare mycket använt system för avståndsmätning, som utvecklats vid Dansk Rumforskningsinstitut för användning vid Andöya i Norge. En bärvåg på 33,85 MHz amplitudmodulerad med en 30 kHz-signal togs emot ombord med en ferritantenn. Den detekterade 30 kHz-signalen fogades in i frekvensmultiplexet på nedlänken och genom att jämföra fasen på signalen som sänds från marken och den som tas emot från raketen kan avståndet (slant range) till raketen mätas. Fasen ändrades 360 grader var 10:e km. Inriktningen av antennerna på marken användes tillsammans med avståndsdata för att rekonstruera flygbanan. (1)

Fallskärmen var av typen "disc-gap-band" och tillverkades av USA-firman Schjeldahl Corporation. Materialet var metalliserad mylarplast med nylonförstärkning. Insidan var silverfärgad och utsidan orange (se bild av fallskärmsmaterialet nedan). Fallskärmskalottens var 2 meter i diameter i utfällt tillstånd. Maximal fallhastighet var 900 m/s vid 70 km höjd.

Raketen Boosted Arcas II var en drygt tre meter lång tvåstegraket med en startvikt på 62,1 kg. Diametern var 114 mm. Tabellen ger raketens huvudsakliga data. Andra steget tändes 8 sekunder efter starten med hjälp av en fördröjningsstubin. När andra stegets laddning, som var "cigarettbrinnande" nått raketens topp, tändes ytterligare en fördröjningsstubin som brann i 123 sekunder och utlöste den laddning som avskiljde nyttolasten 160 sekunder efter starten. Den nominella banan framgår också av tabellen. (1)
 

Kampanjen på Esrange 1968

Raketen i sig själv var för liten för att följas med radar, men fallskärmen kunde följas med radar i "skin-track mode" och förhoppningen var att kunna finna nyttolasten för att kunna återanvända den. Det tog nominellt ca 50 minuter för sonden att falla ned från topphöjden till marken. (1)

Uppsändningen av raketen krävde att någon av observationsposterna i Jukkasjärvi och Abisko hade klart väder och kunde observera norrskenet. Eftersom norrskenet kan ändras fort genomfördes den blott timslånga nedräkningen snabbt ned till -5 minuter där man väntade på lämpliga skjutvillkor. Vid observationsposten i Jukkasjärvi (man var inkvarterad i det gamla åldersdomshemmet, numera värdshusets restaurant) befanns sig UJO:s chef Willy Stoffregen med tre medhjälpare. Vid Esrange fanns Rymdtekniska Gruppens (RTG) kampanjledare, Johan Martin-Löf och hans assistent Sonny Lundin samt den vetenskaplige ledaren Harald Derblom från UJO. Där fanns också Bengt Holmqvist och D Pettersson från UJO som klargjorde nyttolasten, Erik och Anders Söderdahl från RTG som klargjorde raketen samt Anders Björkman från RTG som skötte markinstrumenteringen. Från Esranges sida var projektledaren Ernesto Hildalgo-Lozano. Under raketfärden användes också den s.k. jonosonden vid Esranges s.k. "downrange station" vid Sekkujärvi.

Denna raketkampanj var den första efter Kronogårdsförsöken som genomfördes i nationell regi och där den svenska Forskningsrådens Rymdnämnd (ett slags föregångare till Rymdstyrelsen) genomförde kampanjen via sin tekniska organisation, Rymdtekniska Gruppen (RTG) i Solna (som finns kvar som Space Systems Division i Solna, en del av Rymdbolaget) på den europeiska raketbasen Esrange. Esrange skulle mindre än fyra år senare bli svensk och slås ihop med RTG för att bilda Rymdbolaget - men det är en annan historia.

I det arkiv på Rymdbolaget i Solna som under 2004-2005 skulle gallras gick det att finna ganska fyllig dokumentation av SA1-projektet. Både originaldokument och projektmedarbetarnas kopior gick att finna samt lösa handskrivna lappar av visst intresse.

Det framgår av brevet att man diskuterar att använda ett uppskjutningsrör och oroar sig för om radiovågor från och till utrustningen ombord når igenom röret om det är av metall. En sektion längst ut av glasfiber övervägs. Harald Derblom svarar redan den 15 november 1967 i vilket han sänder måttskiss på sonden samt diskuterar uppskjutningsröret och dess genomtränglighet för radiovågor och hur man kan lösa det. Johan Martin-Löf svarar redan den 24 november och nu gäller frågorna vilken sändarfrekvensen man skall använda för sonden. Balanseringsmaskin för sonden diskuteras också, liksom tillverkare av glasfibersektionen av uppskjutningsröret.
”Grundorsaken till de uppkomna problemen är att Du chansat på en oprövad raketkonstruktion, som drabbats av problem under utveckingsskedet. Vi har full förståelse för att Du känner besvikelse och oro över detta, men Du kan vara förvissad om att allt som över huvud taget kan göras har gjorts och kommer att göras från vår isda för att föra det hela till ett lyckligt slut.”
Här börjar de kommande problemen i projektet att skymta. Den nya versionen, II, av Boosted Arcas har problem – som kommer att fortsätta.
Därefter finns bara operationsplaner och dokument som vittnar om intensiva förberedelser för kampanjen på Erange i oktober-november 1968.

Från den 24 september 1968 finns ett brev (7) från RTG till Rymdnämndens Ernst-Åke Brunberg där  RTG förslår en justering i ett förslag till pressmeddelande inför kampanjen. Ett stycke där det framgår att Försvarets Forskningsanstalt delvis finansierat framtagningen av raketsonderna.  Orsaken anges på följande sätt: "...., främst därför att det i detta sammanhang är klart olämpligt att nämna FOA tillsammans med rymdnämnden och NASA. Den civila karaktären hos verksamheten får ej ifrågasättas." Intressant eller hur? Det kalla kriget pågick som bäst och ingen skugga fick falla på Sveriges neutralitet.

Nästa riktigt intressanta dokument har titeln ”Försöksledarens redogörelse för fältförsöket”, daterad december 1968 (10). Elva nedräkningar genomfördes. Under 4 kvällar förekom godtagbara vetenskapliga förutsättningar och under 7 kvällar var vinden sådan att skjutning  kunde tillåtas:
 
 

Väderförutsättningar 
Ja
Nej
Vetenskapliga
 Ja
2
2
förutsättningar
Nej
5
2

Datum Anteckning
7 oktober 1968  Uppresa till Kiruna, möte m Esrangechefen etc..
8 oktober 1968 Man upptäckte att boosterns dysor ej tätade mot raketmotorn. Esranges mekaniska verkstad anlitades för att rätta till felet.
9 oktober 1968 ”Pre-flight meeting” med Esrange. Två andra Esro-kampanjerna pågick samtidigt. UJO-sonden tilldelades skjutfönstret 19-24 under den första veckan och nedräkningen skulle starta kl 1800 varje dag. Mätning av snedheten i boosterdysorna genomfördes men mätmetodiken verkade bristfällig. Raketskjutröret monterades på plats.
10 oktober 1968 Handhavandet av Faradaysändarna gick igenom. Tändsystemet och ”skjutpanelen” modifierades (”beskriven endast i ett relativt svårtytt franskt kopplingsschema”).
11 oktober 1968 Provnedräkning. Telemetrisändarens sluttransistor gick sönder men ESRO tillhandahöll reserv. Enligt Bengt Holmqvist (intervju 2005) berodde detta på att sändaren inte tålde at antennens impedans aändardes från nominellt 50 ohm. Om man råkade nudda antennen när sändaren var på blev det missanpassning och den reflekterade vågen förstörde sluttranssistorn. De ESRO-sonder som klargjordes hade samma sändare och samma problem. Därför fanns reservdelar på plats.
14 oktober 1968 Laddning av raketen i skjutröret visade att tändkablarna måste förlängas och att den s.k. navelsträngsutdragaren var svår att montera. Raketen färdig för skott kl 2219, vetenskapliga förutsättningar fanns men vinden för hög. Nedräkningen avbröts 2315.
15 oktober 1968 Vinden OK, men för lite magnetisk aktivitet. Nedräkningen avbröts 2328.
16 oktober 1968 Navelsträngsutdragaren modiferades. Vinden kraftig, men inom gränserna, men ingen magnetisk aktivitet. Nedräkningen avbröts redan 2042.
17 oktober 1968 Spridningen hos Arcasraketen diskuterades med en representant, G K Oss, för tillverkaren, Atlantic Research. Vinden på gränsen och viss geomagnetisk aktivitet. Nedräkningen kördes ned till -1m 50s, men man var tvungen att ställa om skjutröret och då hade aktiviteten försvunnit. Avbrott 2322.
18 oktober 1968 Ingen vetenskaplig aktivitet. Vinden just ovanför gränsen. Avbrott 2141.
19 oktober 1968 Praktfullt norrsken, men för kraftig ballistisk vind. Avbrott 2106.
20 oktober 1968 ESRO övergick till ”morgonskjutfönster” för sina raketer (hade varit ”kvällsfönster”) och SA1-skjutfönstret ändrades till 2030-0130 med nedräkningsstart 1940. Ingen aktivitet, acceptabel vind. Avbrott 0120.
21 oktober 1968 ”Ingen aktivitet, för kraftig vind. Efter diskussion med säkerhetschefen ändrades nominell nedslagspunkt så att det blev möjligt att skjuta inom vindrestriktionerna. Avbrott 0120.”
22 oktober 1968 Ingen aktivitet, acceptabel vind. Avbrott 0121.
23 oktober 1968 Viss norrskensaktivitet, men för kraftig vind. Avbrott 0100.
24 oktober 1968  ”Start av nedräkningen 1950. Magnetometeraktivitet. Ballistiska vinden omkring 5 m/s från NV. Större delen av radarvinden omkring 5 m/s från NV. Nedräkningen hölls på -3 min fram till kl 2147 då den kördes ned mot noll. Raketen startade 2150. Man kunde under första stegets brinnfas se att flykten gick mot väster. Telemätsignalen mottogs normalt under hela flykten och förlorades efter 10,5 min. Detta visade att fallskärmen ej utvecklats så tidigt som avsetts. Radarstationen lyckades ej heller följa den. Topphöjden var c:a 105 km och nedslaget skedde i bäring 305 grader på ett avstånd av 80 km, d.v.s i trakten av Torne träsk. [nominell nedslagspunkt var 70 km bort i riktning 350 grader] Telemätregistreringarna underkastades en ingående granskning under natten, varvid konstaterades att all apparatur hade fungerat tillfredsställande. Chefen för ESRANGE belade omedelbart raketen med skjutförbud med anledning av att nedslaget skett utanför fältet.”
25 oktober 1968 Kl 0200 sändes följande pressmeddelande med telex till TT i Luleå:

"DEN FÖRSTA NATIONELLA SVENSKA SONDRAKETEN FRÅN ESRANGE AVFYRADES KL 21.50 PÅ TORSDAGSKVÄLLEN (24/10/68). RAKETEN VAR AV TYPEN BOOSTED ARCAS II VARS INSTRUMENTEING UTVECKLATS VID UPPSALA JONOSFÄROBSERVATORIUM. UPPSKJUTNINGEN UTFÖRDES AV RYMDTEKNISKA GRUPPEN OCH SKEDDE I NORRSKEN. ALLA DE TRE VETENSKAPLIGA EXPERIMENTEN OMBORD FUNGERADE TILLFREDSSTÄLLANDE OCH VÄNTAS GE INTRESSANTA DATA OM FÖRHÅLLANDENA I JONOSFÄREN. RAKETEN NÅDDE EN HÖJD AV C:A 105 KM. INSTRUMENTLASTEN DALADE UNDER SISTA DELEN AV NEDFÄRDEN I EN FALLSKÄRM VILKEN MAN KOMMER ATT FÖRSÖKA ÅTERFINNA UNDER FREDAGEN. T. BERGE."

"En spaningspatrull utsändes med helikopter till terrängen krings Torne träsks järnvägshållplats för att söka efter instrumentlasten. Spaningsförutsättnngrarna var god med stora obrutna snöytor mot vilken en röd fallskärm borde ha avtecknat sig tydligt eftersom ingen snö fallit under natten vid Torneträsk. Inga spår kunde emellertid upptäckas. Vindriktningen hade under natten varit sydvästlig i området vilket mycket väl kan ha lett till att fallskärmen förts ut över vattnet. På ESRANGE skedde markspaning efter booster-raketen. Detta försvårades i hög grad av att ett tjockt snölager fallit under natten och även denna spaning förblev resultatlös..."

Det finns en handskriven lös lapp i en av pärmarna i Rymdbolagets arkiv över kampanjen som lyder:

"K68
Sista signal 305 grader 67 km, d.v.s 3 km O Torneträsk station 10,5 min efter launch."
26 oktober 1968 "... Skjutröret underkastades minutiös inspektion. Det var helt oskadat ...tändkablarna hade avslitits på korrekt sätt. De fyra plastblock aom atödde raketen under utskjutningen hade alla fallit på ett ordnat sätt några meter från röret...allt detta tyder på att själva utskjutningen förlöpt normalt ...... Forografen på ESRANGE presenterade en stillbild tagen med en Hasselbladare från huvudbyggnaden. Den visade flygbanans första 700 meter. Det syntes tydligt att banan ej var helt rak utan oscillerade i takt med raketens rollrörelse. Detta uppförande stöder hypotesen att det fanns vissa kvarstående snedheter i booster-raketen"
27 oktober 1968 "... rollhastighetskurvorna för Arcas-raketen utvärderades. Raketen hade uppfört sig i stort sett normalt. Det kunde utläsas att separation hade ägt rum normalt efter första stegets brinnslut. Vidare hade rollhastigheten minskat under början av andra stegets brinntid för att mot slutet åter öka. Orsaken till detta är oklar men kan eventuellt bero på kopplingsfenomen. Vid diskussion med Lenman [chef för Esrange] klarlades att det är utsiktslöst att få upp raketens rollhastighet under de första sekunderan genom att snedställa fenorna..."
28 oktober 1968 "Lenman försökte hela dagen komma i kontakt med Montalenti [chef för ESOC] och lyckades först på kvällen, bara för att finna att denne ej heller kunde fatta beslut om fortsatta skjutningra utan vidare instruktioner från ESRO:s generaldirektör. Samtal med Atlantic Research där man meddelade att det skulle gå att få fram stora booster-fenor till 11 november. Annars hade man inga ledtrådar till förklaring av den stora nedslagsavvikelsen. På kvällen stod det klart att det enda alternativ ESRO eventuellt kunde rekommendera för fortsatta skjutningar var att gå över till rälslauncher och stora fenor. Arbeten för flyttning av hjälputrustning igångsattes därför..."
29 oktober 1968 "Under dagen monterades stora fenor på boostern. Passningen mellan fenröret och raketen var ej särskilt god, varför det var svårt att rikta upp fenorna ordentligt. Det gick utmärkt att flytta utdragarlådan [för att dra ut "navelsträngen"]. Rollanalys gjordes för ESRO:s två Arcas-raketer. De två hade någorlunda lika uppförande. Den ena var dock över, den andra under kritiskt varvtal i början. ... Dagen förflöt utan besked från ESRO:s generaldirektör. På kvällen inflöt telex från RTG vilket meddelade att man efter konferens med svenska ESRO-kommittén måste rekommendera inställande av vidare Arcas-skjutningar tills raketen utprovats bättre på annat håll. Lenman fann det otroligt att ESRO:s ledning skulle kunna gå emot denna rekommendation, varför beslut fattades om att avbryta kampanjen."

Trots det nedslående resultatet när det gäller nedslagspunkten, raketens stora nedslagsspridning och skjutförbudet gick SA1/1-skottet tekniskt bra. Noskonen separerade 65,5 sekunder efter start (65 sekunder nominellt) och nyttolasten separerade efter 176 sekunder (160 sekunder nominellt). Fallskärmen fälldes ut fullt efter 308 sekunder i st.f. nominellt efter 200 sekunder. Topphöjden blev 105 km mot förväntade 120 km.

44 år senare, i december 2012, fick jag följande e-postmeddelande (13 ) från Bengt Holback, f.d. anställd vid UJO:

"... Under raketkampanjen SA1 sköts från ESRANGE en Arkas-raket med en UJO payload, som landade nära Torneträsks station. Payloaden skulle falla med fallskärm, varför man hoppades den skulle synas väl från luften. Men trots letande med helikopter hittade man den inte utan antog att den landat i Torne träsk. Men året efter ringde en man från trakten och berättade att han hittat något i terrängen nära Torneträsk, som han kopplade till ESRANGE. Mycket riktigt, det var vår förlorade nyttolast. Det anmärkningsvärda var att fallskärmen hade inte utlösts varför payloaden borde ha gått i backen med hög fart. Men alla data tydde märkligt nog på att den dalat med fallskärm som planerat. Payloaden var dessutom i stort sett intakt, bortsett från att den legat ute i terrängen utsatt för väder och vind i nära ett år..."

Hans besked att fallskärmen verkligen inte fälldes ut är märklig. Nyttolastens tillstånd verkar ju bekräfta att den fälldes ut som det står  i arkiven. Ett för alltid kvardröjande mysterium? Att nyttolasten verkligen återfanns var också något nytt. 

En intensiv skriftväxling med rakettillverkaren Atlantic Research och NASA utbröt efter det att ESRO utfärdat skjutförbud vid Esrange för Boostaed Arcas II. Slutsatsen var oklar, men RTG:s projektledare Johan Martin-Löf hävdade som sin personliga åsikt att raketerna inte tillverkats med tillräckligt strama toleranser. ESRO:s kampanj för Polar Cap Absorption som planerats ske från Esrange och också använde Boosted Arcas II flyttades till Andöya och tanken att skjuta de återstående två SA1-sonderna från Andöya  dök naturligtvis upp. På Andöya är nedslagsområdet större och man kunde använde lägre skjutelevation vilket borde leda till säkert nedslag.
 

Kampanjen på Andöya 1969

I ett telex från Andöya den 21 november 1968 anges villkoren för att skjuta de återstående sonderna från Andöya. Man krävde maximal nominell elevationsvinkel 80 grader och max "setting" (elevation med kompensation för vinden) 84 grader, Villkoret var också att två skjutningar med Boosted Arcas II från Wallops Island gick bra. Detta var en chanstagning från Rymdnämndens sida. Om ESRO började skjuta före Rymdtekniska Gruppen och ESRO:s Boosted Arcas-raketer uppvisade dåliga flygegenskaper kunde SA1-kampanjen ånyo få flygförbud. Men man beslutade ta chansen. Den nya kampanjen fick namnet A69 - för Andöya 1969. (Kampanjen på Erange hade haft benämningen K68 efter Kiruna 1968).

För kampanjen på Andöya utsågs Harald Derblom till försöksledare. Nu skulle Andöyas personal och ESRO:s personal sköta raketer, baninmätning etc. RTG:s personal erfordrades ej och de var dessutom strängt upptagna med att förbereda en annan kampanj på Esrange, den s.k. K69-kampanjen.  En sentida läsare häpnar över hur snabbt allting gick. Visst var tekniken en smula enklare än nu, men ändå imponerar det snabba tempot i förberedelserna.

Den 7 januari packades sondraketinstrumentering, testenheter, markobservationsutrustning m m packades i observatoriets tjänstebil. Dagen därpå, den 8 januari avsändes bilen inklusive utrustning till Narvik per järnväg. Den beräknades vara framme den 12 januari. UJO-gruppen, bestående av H. Derblom, B. Holmqvist och L. Ladell, avreste med tåg till Narvik just den 12 januari. De kom fram till Narvik den 13 januari då de kvitterade ut bilen från tullen och järnvägen. Här följer ett utdrag ur Derbloms dagbok från kampanjen.
 
14 januari 1969 Bilresa Narvik-Andenes. Ankomst kl 1800. Uppackning
15 januari 1969 Förberedelse för skott. Sondlasterna testas. kablar mellan skjutramp och blockhuset kopplas in och kontrolleras. Montering av navelsträngsutdragare. Telemetritest. Uppmontering och intrimning av markobservationsutrustning.
16 januari 1969 Fortsatt kontroll av sondinstrumentetn. Nedräkningsschema fasställdes i samarbete med skjutledaren R. Bjurström, NTNF, och kampanjledaren Mr Pooley från ESRO. Nedräkning startas på kvällen kl 1900. Väntan på ur vetenskaplig synpunkt lämplig situation.
17 januari 1969 Första raketen avfyrades kl 01.02.28 MET [0002.28 UT]. Själva avfyringen och boosterns brinnfas verkade helt normala, men andra steget tände ej. Topphöjden blev därför endast 7 km och inga vetenskapliga data erhölls. Instrumehetringen ombord och telemetri fungerade bra tills raketen slog ned i havet efter 86,5 sekunder. 

[I rapporten till Rymdnämnden och NASA framgår att raketen slog ned 5 km bort och att maximal "slant range" var 7,5 km efter 42 sekunder. Noskonen separerade som planerat efter 61,6 sekunder, men naturligtvis till ingen nytta. En handgjord anteckning på telexet undertecknad av Johan Martin-Löf lyder: "Booster impact rätt azimut 3-500 m avstånd"]

Undersökning igångsattes omedelbart, för att försöka finna eventuell orsak till att andra steget inte tände. Någon direkt påvisbar orsak kunde man inte finna, men för säkerhets skull testades och justerades hela tändsystemet och änringra företogs på följande punkter:

  • Mikrobrytaren, som sluter strömkretsen till andra steget, när boostern har tänt och rört sig några centimeter, var marginellt justerad och slöt kretsen nära ena ändläget. Denna inställdes bätter. Mikrobrytarens arm, som vilar på boosterns munstycke, gavs en mera aerodynamisk utformning, så att lågans tryck inte skulle hindra dess rörelse. En starkare fjäder monterades dessutom på brytararmen för att säkerställa tillslaget.
  • Tändledningarna är försedda med flatstiftskontakter, som skall pluggas in i motsvarande uttag på rampen. Dessa kontakter var mycket lösa. Nya kontakter monterades och försågs dessutom meden klämma som höll dem stadigt på plats.
  • Tändledningen till andra steget hade vid första skottet en rörlig längd av ca 1 m innan den klipptes av av knivarna i kopplingsstycket mellan booster och raket. Denna ledning förlängdes och tejpades löst på boostern, så att klippningen skedde först alldeles innan raketen lämnade rampen. meningen var att säkerställa tillräcklig tändtid för andra steget.
  • En ny testprocedur infördes. Båda tändkretsarna testades från blockhuset strax för H-5 mnuter i nedräkningsschemat, för att kontrollera att de hade korrekt motstånd
När alla rimliga åtgärder var vidtgna beslöts att nedräkningen skulle upptas igen till kvällen kl 1900. Vetenskapliga förutsättningar fanns men vinden låg hela natten något för högt och var dessutom varierande. Nedräkningen avbröts därför den 18/1 på morgonen 0400.
18 januari 1969 Nedräkning återupptogs igen på kvällen med tidigaste skottid kl 1900. Kl 20.23.30 MET [1923.30 UT] avfyrades så den andra raketen under utmärkta vetenskapliga och vindmässiga förhållanden. Tyvärr gick raketen, strax efter den hade lämnat rampen, i avsevärt högre elevation än beräknat (ca 87 grader mot nominella 80 grader) och slog ned utanför säkerhetszonen. Raketen belades med skjutförbud. Denna gång tände även andra steget normalt och raketen nådde en topphöjd av nära 100 km. Alla experiment ombord fungerade bra och utmärkta vetenskaplig data erhölls. Dr B Landmark, FFI, Norge erbjöd sig i detta läge att skjuta upp vår resterande sondraketnyttolast som ett samarbetsprojekt i en norsk nationall kampanj på hösten 1969. Våra experiment ansågs på ett utmärkt sätt komplettera de mätningar som man på norsk sida avser att utföra.

[I rapporten till Rymdnämnden och NASA framgår att startrampen riktats in i 77 graders elevation och 316 graders azimuth. Ballistiska vinden var 6,3 m/s i riktning 167 grader. Nedslaget skedde 52 km bort i stället för 135 km i riktning 305 grader. Topphöjden uppnåddes efter 167,7 sekunder på 98,7 km:s höjd mot planerade 103 km (En slutlig analys av banimätningsdata gjord av RTG visade en topphöjd på 98,03 km med ett medelfel på 0,2 km (5)). Noskonen separerade efter 62,6 sekunder på 42 km höjd och nyttolasten separerade efter 178,1 sekunder mot planerade 165 sekunder. Fallskärmen fälldes ut precis som planerat efter 260 sekunder. Telemetrisignalen förlorades efter 625 sekunder då nyttolasten försvann bakom bergen i riktning 160 grader och på ett avstånd av 40 km. Nyttolasten landade troligen i havet]
19 januari 1969 Undersökningar igångsattes för att om möjligt ersätta den tydligen opålitliga boostern med en annan booster, en s.k. Sidewinder. L Rey och K Änggård, RTG, kom på kort besök med flyg från Kiruna. De ekonomiska förutsättningarna för kampanjen diskuterades bl.a.

Det visade sig vara problematiskt att snabbt byta till Sidewinderboostern och i samråd med RTG beslöts den 22 januari att avbryta kampanjen.  ESRO-kampanjen bytte till Sidewinder-Arcas men de sju skotten gick dåligt. Endast ett skott nådde planerade 85 km, alla de övriga endast mellan 45 km och 65 km. Rymdnämnden bestämde att man p.g.a. brist på medel inte fann det motiverat att starta en särskild kampanj för endast den återstående nyttolasten (4). Den återstående Arcasraketen förefaller ha återlämnats, men UJO fick behålla telemetrisystemet (6).
 

SP4 - den sista UJO-sonden

Projektet hade hamnat i limbo men Rymdnämden och RTG hade uppenbarligen tankar om att kunna sända upp den återstående sonden med en annan raket i samband med en annan raketkampanj. I ett brev (8) till NASA från RTG:s chef Lars Rey i februari 1970 framgår att planerade att sända upp den återstående sonden inom ramen för en gemensam raketkampanj med NASA sommaren 1970 för att försöka samla in partiklar från nattlysande moln- kampanjen K70/2. I brevet nämns att sonden höll på att modifieras för uppsändning på en brittisktillverkad Petrelraket. I ett annat dokument (9) framgår att den nya nyttolasten fått beteckningen SP4 av Rymdnämnden. Där framgår också att den modifierade sonden är är ca 100 mm kortare än tidigare d.v.s. 1067 mm  men har samma diameter - 11,4 cm. Man hade lagt till en adapter till Petrelraketen som hade 19 cm diameter (se foto till höger). I övrigt var denna sond nästan identisk med de tidigare. I stället för en av halvledardetektorerna hade man satt dit en kort bom med en Langmuir-sond för att få en detaljerad elektrontäthetsprofil att komplettera Faradyrotationsmätningarna med. Halvledardetektorerna hade tillverkats av AB Atomenergi och provades vid Kiruna Geofysiska Observatorium som förfogade över ett elektronmikroskop, vars elektronstråle användes vid kalibreringen.

Petrelraketen var 2,75 m lång, dragkraft vid starten 20 kN och startvikt på 137,3 kg.  Boostern (Chick) brann i 0,2 sekunder och huvudmotorn i 34 sekunder. Boostern bestod av tre raketer i ett knippe och vars dysor var snedställda så att deras dragkraftsvektorer gick igenom huvudmotorns (Lapwing) masscentrum. Med denna sond hade topphöjden beräknats till 130 km (9). Raketen klargjordes i Skylarkhallen på Esrange och sändes upp från ett 10 meter skjutrör som brittiska forskningsrådet (SRC) hade placerat på Esrange.

Raketen sändes upp kl 2340:10 sv.t. den 9 augusti 1970 och nådde en topphöjd av 147 km står det på vissa håll, men i ett brev till Harald Derblom från Per Zetterquist på RTG daterat den 4 september 1970 (11) anges topphöjden till 150,3 km över ett plan som tangerar jorden vid RTG:s interferometer. Höjden över jordytan vid banans högsta punkt är ungefär densamma. I övrigt har jag inte hittat några uppgifter om hur skottet gick - ännu!

I samma e-postmeddelande från Bengt Holback i vilket han rapporterade bärgningen av SA1-sonden (13) finns också följande besked:

" ... När det gäller Petrel-skottet under sommarkampanjen 1970 (vilket handlade om en uppgraderad SA1-payload) så kan jag meddela att det ur vetenskaplig synpunkt fungerade mycket bra och vi fick i stort sett data vi hade hoppats få ..."
 

Källor

  1. K68-30, Operations Plan for the Swedish K68 campaign at Esrange, Edition 2, Space Technology Group, September 1968.
  2. Derblom H, Holmqvist B, "FOAs första raket från Kiruna gav jonosfärforskarna nya data." FOATIDNINGEN 4/68.
  3. Uppsala Jonosfärobservatorium, meddelande nr 15, 1966, "Rocket Experiments for studies of D-region ion concentration & Emissions from released chemicals in twilight and aurora".
  4. Brev från Johan Martin-Löf till Robert Conrad, NASA GSFC, daterat 21 maj 1969, RTG Dnr R 990.
  5. Brev från Sonny Lundin till Harald Derblom, UJO, daterat 23 maj 1969, RTG Dnr R 1002.
  6. Telex från Lloyd Jones, NASA International Affairs, daterat 6 juni 1969.
  7. Brev från RTG till Ernst-Åke Brunberg, Rymdnämnden, daterat 24 september 1968, RTG Dnr R 386.
  8. Brev från RTG till Lloyd Jones, NASA International Affairs, daterat 25 februari 1970, RTG Dnr R 1296.
  9. Preliminary specification of NLC-campaign at Esrange in July-August 1970, RTG dok nr 353-1, daterad 15 februari 1970.
  10. Försökledarens redogörelse för fältförsöket. Johan Martin-Löf, december 1968, RTG dokument K68-40.
  11. Brev från RTG till Harald Derblom, UJO, daterat 4 september 1970, RTG Dnr R 1399.
  12. IRF:s hemsida. 
  13. E-post från Bengt Holback den 7 devember 2012.



Tillbaka till Svenska rymdprojekt