Ørsted-satellitten - om den spæde start og det unikke - Viden (JP)

More documents

Recommendations

Info

„Solvinden“ afbøjes af Jordens magnetfelt. Jordens “polvendinger” kan afsløres ved målinger af magnetiseringen af stenprøver tæt ved de steder på jorden, hvor lava strømmer op og størkner. Langs den såkaldte Midtatlantiske ryg, der løber næsten fra pol til pol gennem Atlanterhavet, har der, siden Amerika og Europa/Afrika begyndte at glide fra hinanden, strømmet lava op, der så er størknet. Magnetfeltets retning på størkningstidspunktet er således “frosset” ind i jernforbindelser i disse bjergarter og kan på det nærmeste afspilles igen som på en båndoptager. mill. år 3,3 2,5 Ocean ryg 0,7 Gondolen med stjernekameraet og CSC-magnetometeret. 0,7 var, at som spørgsmålet blev formuleret, skulle man både kunne måle konstante og variable felter og selvfølgelig også nøjagtigt. Fritz fortalte os så, hvordan man kunne gøre: For en lang række fysiske størrelser gælder det, at det er meget lettere at måle præcist, om der overhovedet er noget signal end det er at Magnetiske storme Også magnetfelter, der ikke stammer fra jorden selv, har stor indflydelse på vores miljø. Under et soludbrud, hvor mængder af solens overflademateriale bliver slynget ud i rummet, vil den stærkere solvind ændre Jordens magnetfelt mærkbart, og vi kan få en såkaldt magnetisk storm. Sådanne storme kan forringe tv- og radio modtagelsen, eller inducere voldsomme ringstrømme i højspændingsforsyningsnettet, der igen medfører strømafbrydelser. Aktuel Naturvidenskab 2/1999 5 2,5 Lava 3,3 Normal orientering Revers orientering Foto: DSRI (Danish Space Research Institute) måle, hvor meget. Vi skulle altså bruge en såkaldt nul-felts sensor. For at finde magnetfeltets størrelse og retning med en nul-felts sensor, placeres denne inden i en spole, der har til opgave at lave et magnetfelt, et kompensationsfelt, som netop ophæver det felt, man vil måle. Den strøm, der skal til for at lave kompensationsfeltet inde i spolen, er proportional med det felt, vi ønsker at måle, og strømmen kan let måles meget nøjagtigt. Tilbage er blot det problem, at det var magnetfeltets retning i rummet, der skulle findes, dvs. feltets tre komposanter. Dette klares dog let ved at bruge tre spoler; en til hver akse, da feltet fra flere spoler bare lægges vektorielt sammen. Sådanne ultranøjagtige magnetometre bruges af de fleste me- teorologiske institutter verden over til at måle variationer i jordens magnetfelt. På fotoet ses en elegant måde at kombinere de tre spoler på. På kuglen er der viklet tre spoler, en for hver akse. Ved at fordele spolen over hele kuglen kan man opnå, at det magnetiske vakuum ikke blot eksisterer i centrum af kuglen, men faktisk inde i hele kuglen. Stjerner eller gærceller Halvandet år senere fik vi revanche, hvilket igen skete ved et temøde. Fritz Primdahl var igen på besøg og så nogle billeder, vi arbejde på. Billederne viste nogle gærceller, som stammede fra et udstyr, vi udviklede for en Øl-fabrikant. Fritz, der troede at billederne var af stjerner, spurgte derfor om man kunne måle stjerner med et videokamera. Nu kunne vi belære om, at det kan man nemt. Et CCD-baseret videokamera har omtrent samme følsomhed som det menneskelige øje, så med samme lukkertid (integrationstid), og en tilsvarende linse skulle dette være en smal sag. Nu fulgte en diskussion om, hvorvidt man på grundlag af et sådan stjernebillede automatisk kunne finde ud af, hvilken del af himlen billedet viste. Bagtanken var, at nok kan et magnetometer som beskrevet ovenfor måle feltets retning og størrelse yderst præcist, men dét, som feltets retning bliver målt i forhold til, er spolerne. For et stationært magnetometer er dette ikke noget problem, da man ved hjælp af specielle teodolitter og omhyggelige observationer af solop- og ned-gange kan finde retningen i forhold til jorden selv. Men for et mobilt magnetometer stiller sagen sig Et stjernekamera klar til opsendelse (Ørsted 2). noget anderledes. For eksempel kan man sagtens fare vild, selvom man ved, hvad der er op, ned, højre, venstre, frem og tilbage på kroppen. Man har brug for noget, der kan afgøre, hvordan man er orienteret i forhold til verden. Denne orientering mellem et objekt og et referencesystem (verden), kaldes objektets attitude. Normalt benytter personer og instrumenter sig af tyngdekraften til at fastslå lodlinien, og f.eks. solen, kompasser, landeveje, kendte objekter etc. til at give orienteringen omkring lodret. Mobile instrumenter skal således altid suppleres med et andet instrument, der kan måle attituden for at vektorinformationerne kan udnyttes fuldt ud. Stjernekameraet Baseret på vores diskussion designede vi et instrument, der kunne beregne, hvorledes instrumentet var rettet, altså dets attitude. Hermed var stjernekameraet født. Stjernekameraet består af en mikrocomputer og et CCDbaseret videokamera. Det fungerer ved at sammenligne et stjernebillede optaget med et specialdesignet videokamera med stjernerne i et katalog i computernes hukommelse, nogenlunde efter samme princip som en navigatør på et skib gjorde før i tiden (før GPSsystemet). Processen med at genkende stjernebilleder er ganske ligefrem, men der er en lang række faldgruber, man skal undgå, før instrumentet er tilstrækkeligt robust til at blive anvendelig på et rumfartøj. For eksempel må instrumentet ikke blive forvirret af andre lysende objekter
Lodlinie Målt værdi Vinkel = 1 buesekund 31 m Vinkel = 1 buesekund såsom galakser, nebulae ((ofte) lysende interstellare gaståger) og stjernehobe, eller af andre forbipasserende satellitter. Men også det høje strålingsniveau i rummet spiller ind. Dels kan kosmiske partikler få enkelte bit i computeren til at skifte værdi, et såkaldt bit-flip, dels kan de blive opfattet som netop en (falsk) stjerne af kameraet. Det kræver derfor en helt speciel teknik at lave robuste programmer til sådan et instrument. Ved at detektere og isolere fejlmulighederne tidligt i behandlingen, udnytte fejlenes naturlige fordeling og konstant verificere mellemresultater, kan man opnå, at instrumentet bliver meget robust overfor fejl. Det færdige instrument kan derfor blive helt “levende” i sin opførsel, og det er vel den slags opførsel, der berettiger til titlen intelligent. F.eks. håndterer Ørsted stjernekameraet helt automatisk, at Jupiter eller Månen passerer igennem synsfeltet. Instrumentet ignorerer objektet og melder automatisk til brugeren, at målingen er lidt dårligere end forventet, fordi de stjerner, objektet dækker, naturligvis ikke er medtaget. Selv sol-blændinger håndteres automatisk. Når synsfeltet nærmer sig solen og stjerne efter stjerne forsvinder degraderers målingerne, men instru- Fejl (typisk 0,2 nT) Jordens magnetfelt (ca. 50.000 nT) Lodlinie Stjernekompasset ekstremt nøjagtigt – normalt 1,3 buesekund. To personer, der står 31m fra hinanden, hælder 1 buesekund fra hinanden pga. af jordens krumning! mentet bliver ved med at opdatere attituden korrekt indtil typisk kun 20% af stjernerne er tilbage, samtidig med, at der også overvåges for bit-flips og falske stjerner samt eventuelle kommandoer fra satellitten eller jorden. Tilmed er stjernekompasset ekstremt nøjagtigt. Ved en hastighed på en opdatering per sekund er nøjagtigheden således 1,3 buesekund (1 buesekund er 1/3600 grad. To personer, der står 31 m fra hinanden, hælder 1 buesekund fra hinanden på grund af jordens krumning!). Det er denne nøjagtighed, der muliggør, at man kan udnytte den fulde nøjagtighed af vektormagnetometeret, og det er kombinationen af de to instrumenter, der gør, at Ørsteds målinger er af international interesse. Ørsteds design For at minimere magnetiske forstyrrelser er Ørsted bygget med en 8 m lang bom. 2 m fra enden sidder CSC-magnetometeret monteret på en meget stabil struktur sammen med stjernekameraet. Yderst på bommen sidder et andet magnetometer et såkaldt Overhauser skalar magnetometer. Formålet med dette magnetometer er, at checke for eventuel drift i vektormagnetometerets kalibre- ring. Selve satellitkroppen indeholder ud over computere, strømforsyninger og styringsenhed også en partikledetektor og to GPS-modtagere. GPS modtagerne er nødvendige for at måle positionen af satellitten. Faktisk skal positionen for en magnetsfeltmåling være kendt bedre end 50 m. Dette skal ses på baggrund af, at Ørsted flyver med 8 km/sek. Ørsteds stjernekamera må helst ikke se ind i solen, så for at sikre, at satellitten hele tiden peger mod stjernehimmelen, er satellitten udstyret med nogle store spoler. Ved at sende strømme igennem spolerne, vil satellitten dreje præcis som en magnetnål i jordens felt. Vælges retning og størrelse på disse styrestrømme vil man kunne kontrollere satellitens orientering nogenlunde præcist. Det kan forekomme mærkeligt at bruge magnetfelter til at styre med på en satellit der helst skal være umagnetisk, men heldigvis er de nødvendige strømme og dermed forstyrrelserne meget små. Synlig dansk teknologi Ørsteds stjernekamera er det første af sin art i rummet, og det har derfor vakt betydelig international interesse. Ørsted har dermed levet op til et af de mål, der var sat for missionen: Dansk videnskab og højteknologi er blevet betydeligt mere synlig inden for international rumfart. Adskillige andre satellitter bruger eller planlægger at bruge stjernekompasset og det er allerede leveret til videnskabelige missioner hos NASDA (Japan), NASA (USA) og ESA (Europa). Herudover har det vist sig, at stjernekameraet kan forbedre ydeevnen af store astronomiske teleskoper, fordi det kan måle teleskopernes attitude langt bedre og hurtigere end tidligere muligt. Et typisk stjernebillede taget af Ørsted. Om forfatteren John Leif Jørgensen er lektor ved Institut for Automation (IAU) på DTU Bygning 326/327 2800 Lyngby Tlf. 4525 3550 Leif er leder af gruppen bag Ørsteds stjernekamera. Ørsteds design Flere oplysninger: Om stjernekameraet (på engelsk): http://iris.iau.dtu.dk/ Forskningsministeriets populærvidenskabelige hjemmeside om dansk rumforskning og rumteknologi: www.rummet.dk Dansk Rumforskningsinstituts hjemmeside (på engelsk): www.dsri.dk DMIs sider om projektet: http://web.dmi.dk/fsweb/soljord/ oersted/ Aalborg Universitet, Inst. for elektroniske systemer, Afd. for proceskontrol: www.control.auc.dk En brochure kan hentes her: www.tycho.dk/orsted/orbrochure.html 6 Aktuel Naturvidenskab 2/1999
Page 1: Ørsted-satellitten - om den spæde

Ørsted-satellitten - om den spæde start og det unikke - Viden (JP)

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?