Utan rymdtekniken stannar vardagen
Rymden har under året varit ett hett ämne. Rymdstationen Mirs problem och den amerikanska landningen på Mars är två händelser som endast är toppar på det stora isberg som utgörs av den dagliga användningen av rymden.TV-kanaler, långväga telefonsamtal, väderprognoser, navigering och positionsbestämning är några exempel. Jorden övervakas av satelliter som fotograferar jordytan, mäter världshaven och atmosfären, gör astronomiska observationer samt sist men inte minst - alla militära funktioner som utnyttjar satelliter. I en serie artiklar ska FOAs Ulf Ekblad ge en bild av rymden och dess möjligheter, med koncentration på militära tillämpningar. Första artikeln handlar om uppskjutning och kontroll av satelliter. Senare tar vi upp ämnen som informationsinhämtning från rymden, informationsöverföring via rymden, navigering med hjälp av rymden, hot i och och från rymden, samt framtida användning av rymden.
Av Ulf Eklblad
Stjärnhimlen har sedan urminnes tider fascinerat människan. När vi fick en realistisk uppfattning av rymden för några hundra år sedan blev rymdfärder till andra himlakroppar tidigt ett spekulativt fält för mänsklig tankeverksamhet. Astronomen Kepler tex förutsåg 1634 i Somnium den första månfärden. De teoretiska beräkningarna för raketuppskjutningar påbörjades dock först för drygt hundra år sedan, vilket till slut ledde till uppskjutningen av Sputnik, den första satelliten, 1957. Sedan har utvecklingen gått fort.
Från början var drivkraften rent vetenskapligttekniskt, men efter andra världskrigets slut blev det ett militärt intresse att kunna skicka kärnvapen över långa avstånd. Sovjetunionen utnyttjade också från 1957 rymdtekniken i politiskt syfte, vilket president Kennedy 1961, sex veckor efter det att Sovjetunionen hade skickat upp Gagarin i rymden, svarade på med att säga att USA skulle sända en människa till månen före 1960-talets utgång. När väl Apollo landande på månen 1969 hade Sovjetunionen sedan flera år gett upp kapplöpningentill månen.
FN-kommitté mot kapprustning i rymden
Västeuropa var på 1960-talet beroende av andra nationer (läs USA) för att sända upp satelliter. Detta upplevdes som otillfredsställande, speciellt av Frankrike. För få egen tillgång till rymden, vilket ju är av stort militärt intresse, startades program för att bygga en fransk bärraket. När sedan på 1970-talet andra europeiska stater ville ha en europeisk bärraket ledde detta till Arianeraketerna.
För att hålla reda på alla satellituppskjutningar enades man i FN 1972 om ett avtal, den sk registreringskonventionen, att alla stater som skickar upp ”rymdobjekt” ska meddela FNs generalsekreterare detta. Det som ska meddelas är omloppstid, inklination, apogeum- och perigeumhöjd.(Se teckning). Registreringskonventionen uppfattas av många som ej tillfredsställande. Det slarvas med anmälan av uppskjutningar (speciellt USA kan vänta i flera år med att lämna sina meddelanden; helst borde informationen lämnas före uppskjutandet), och de uppgifter som konventionen stipulerar att uppskjutande nation ska lämna inte tillräckliga för att helt bestämma satellitbanan och satellitens position i banan. I FNs kommitté för förhindrandet av en rymdkapprustning har jag och andra föreslagit förbättringar av konventionen.
Satellituppskjutningar är riskabla företag. I första hand tänker man på Challengerolyckan 1986. Totalt har 14 astronauter omkommit i samband med uppskjutningar, landningar och tester på marken. Vid en misslyckad kinesisk uppskjutning 1996 skadades eller förstördes 250 bostadshus, men den officiella dödssiffran uppgick till bara sex personer. Den kanske största olyckan hände dock 1960 på basen Bajkonur i Sovjetunionen, där en raket exploderade på startplattan varvid ett hundratal (uppgifterna varierar mellan 74 och 165) personer omkom.
Från Plesetsk, den militära uppskjutningsbasen för från början interkontinentala robotar i Sovjetunionen, påbörjades satellituppskjutningar 1966. Trots att basen var hemlig fram till 1987 (se sid HÄR HÄR) var den dock redan 1960 känd och fotograferad från amerikanska spionplan av typ U-2 och senare från satelliter. Iakttagelser i Sverige av ljussken från satellituppskjutningar från Plesetsk har rapporterats som UFO-fenomen.
Näsa känslig för raketbränsleläckage
De äldsta bärraketerna var flerstegsraketer (fyra och tre steg) av engångstyp. Senare har man använt flerstegsraketer med tre och två steg. Enstegsraketer har inte förverkligats. Ryssland utnyttjar ännu bärraketer som utvecklades på 1960-talet och som varit i bruk i 30 år.
Bränslet kan vara antingen fast krut eller flytande. Det flytande bränslet består av nedkylt syre och väte som vid kontakt med varandra reagerar explosionsartat. Numera är det vanligt med en kombination med flytande bränsle i den centrala raketkroppen på vilken mindre bärraketer med krutbränsle fästs. I rymdålderns början var de tekniska förutsättningarna inte alltid de bästa. I USA fick t ex en man med en extra känslig näsa före uppskjutningen sticka in huvudet i raketen för att kontrollera att det inte läckte något bränsle som hade kunnat resultera i att bärraketen hade exploderat (på samma sätt som rymdfärjan Challenger gjorde senare).
I ett försök att komma ifrån engångsraketer och minska uppskjutningskostnaden konstruerade USA på 1970-talet rymdfärjan. Även Sovjetunionen byggde en rymdfärja, Buran. Den har dock endast varit uppe en enda gång. Till skillnad från den amerikanska, som måste styras av en pilot i färjan, kan Buran flyga utan manuell styrning. Således gjordes Burans testflygning 1989 obemannad och landande, trots kraftig vind, endast 80 cm från beräknad nedslagsplats.
Sedan några år tillbaka kan små satelliter på några hundra kg skjutas upp från en liten raket, Pegasus, som släpps från ett större flygplan. Uppskjutningarna har dock inte varit särskilt lyckade.
På 40 år har drygt 4 700 satelliter, planetsonder, rymdstationer och rymdfärjor skjutits upp. Av dessa finns 2300 kvar i rymden, dock inte alla i bana runt jorden. Av de kvarvarande är några hundra funktionsdugliga. Förutom dessa sk nyttolaster har satellitverksamheten också producerat en mängd skrot - som vi ska återkomma till i en senare artikel.
Kontroll av satelliter
När väl satelliterna är uppe måste de kontrolleras och styras. I många fall kan satelliter gå i sina banor och utföra sina uppgifter utan mänsklig inblandning. Det är i första hand när något går sönder, som med Mir, eller när banan måste korrigeras eller när operatören vill att satelliten ska utföra nya uppgifter som styrsignaler måste sändas till satelliten.
För att kontrollera att allt är som det ska sänds sk telemetrisignaler ner till operatören. De geostationära TV-satelliterna övervakas ständigt för att snabbt kunna kopplas över till reservsystem på satelliten. Svenska TV-satelliterna Tele-X, Sirius-1 och Sirius-2, den kommande ersättaren till Tele-X, övervakas från Esrange utanför Kiruna.
Satelliterna i den geostationära banan måste stanna i ett litet, tilldelat område i banan. Eftersom satelliterna där driver sakta måste bankorrigeringar ske , kanske varannan vecka eller en gång i månaden. Sådana styrsignaler sänds till de svenska kommunikationssatelliterna från Esrange.
Fjärranalyssatelliter som gör observationer av jorden går av praktiska skäl i noga förutbestämda banor. Styrsignaler måste då sändas till dessa för att göra små bankorrigeringar när banan inte är exakt den som operatören vill. Genom överenskommelser med operatörer från flera länder kan Esrange vidarebefordra styrsignaler till många fjärranalyssatelliter.
Viktigt för en satellit är också kontroll av dess rymdorientering, sk attitydkontroll. För denna kontroll kan t ex stjärnnavigering eller inmätning av ”jordskivans” kant användas. Fjärranalys- och kommunikationssatelliter vänder hela tiden samma sida mot jorden. I det första fallet är det kamerasystemens objektiv och i det andra är det antenner som måste riktas mot jorden. En del satelliter har stora paneler med solceller för energialstringen som måste ha en viss vinkel i förhållande till solen för att ge maximal effekt. Allt detta måste kontrolleras och vid behov måste styrsignaler sändas till satelliten för att rätta till det som inte stämmer.
Framtida uppskjutningstekniker
För att försöka sänka uppskjutningskostnaderna pågår flera projekt med nya återanvändbara system. I första hand rör det sig om rymdflygplan (eller rymdplan). Dessa startar och landar som flygplan men kan också gå ut i omloppsbana som en satellit. Detta kräver dock nya typer av motorer. Vid låga hastigheter ska man använda sig av turbojetmotorer (där luften komprimeras i en kompressor) som i vanliga flygplan. Sedan vid överljudshastighet ska motorn förvandlas till en rammjetmotor (som saknar kompressor) för att vid ännu högre hastighet bli en scramjetmotor (Supersonic Combustion Rammjet). Framtagningen av dessa rymdplan bromsas dock av finansiella problem.
Ett sätt att komma runt det tekniska motorproblemet för rymdplan är en tvådelad farkost, dvs en kombination av ett flygplan och en farkost som ska gå ut i rymden. Sådan projekt är tex det engelska projektet Hotol (HOrizontal Take-Off and Landing) i samarbete med Ryssland och det tyska Sänger med svenskt deltagande. I USA finns redan ett system för uppskjutning av mindre satelliter där ett stort flygplan lyfter upp raketen Pegasus hängande under planet.
DC-X Delta Clipper är en vertikalstartande och - landande enstegsraket som tas fram i USA. Försöken tyder på att det kanske inte är ett omöjligt koncept, men senare har den totalhavererat i en brand när ena landningsstället inte höll vid landningen.
Resa snabbare än ljuset
Kanonuppskjutning, som i Jules Vernes bok De la Terre à la Lune (Från Jorden till Månen), är en teknik som har börjat testas i USA. I projektet Sharp (Super High Altitude Research Project) används en lättgaskanon. Bemannade uppskjutningar som i Jules Vernes bok har man inte tänkt sig, men väl kanske uppskjutningar av mindre och enklare satelliter. Vid gruvbrytning på himlakroppar kanske kanonuppskjutning kan utnyttjas för att leverera den mineralen till en farkost i omloppsbana runt himlakroppen för vidare transport.
Elektromagnetisk acceleration, ”elektriska svävartåg” eller ”rail gun”, studeras också som en möjlighet att skicka i väg satelliter. Maglev (Magnetic Levitation) i USA är ett sådant projekt.
Sea Launch är ett projekt för uppskjutning från havsbaserade plattformar med planerad första uppskjutning 1998 (se HÄR HÄR).
I rymden, främst för att reducera tiden för bemannade färder till himlakroppar i vårt solsystem, behövs motorer som kan ge effekt under lång tid. Jonmotorn är en elektriska motor som utvecklas för sådana färder. En studiegrupp tillsatt 1996 av den amerikanska rymdorganisationen NASA ska studera icke-kemisk framdrivning i rymden just för sådana färder.
De science fiction-artade idéer som ska undersökas omfattar metoder att utnyttja antigravitation och sk maskhål (förbindelser, dvs genvägar, mellan två platser i universum vilket tillåts av Einsteins allmänna relativitetsteori), samt möjligheten att färdas med överljushastighet. Om något av detta skulle gå skulle det inte bara revolutionera rymdfarten utan också vara vetenskapligt revolutionerande. Överljusflygning och antigravitation strider mot alla vetenskapliga teorier medan maskhål ändå har ett visst stöd.
Uppskjutningsteknik för farlig för att spridas
Tekniken för att skjuta upp satelliter är i princip densamma som för att skjuta upp ballistiska robotar. För att hindra spridning av denna teknik, som kan skicka kärnladdningar till andra sidan jordklotet, finns ett avtal, MTCR (Missile Technology Control Regime), som undertecknats av de flesta stater som har denna teknik. Enligt avtalet förbinder sig parten att inte sprida denna uppskjutningsteknik till stater som inte har den. Avtalet hindrar stater som vill skaffa sig egen satellituppskjutningskapacitet och har skapat konfliktsituationer.
Efter Sovjetunionens sammanbrott säljer Ryssland sina driftsäkra bärraketer till ett pris långt under den övriga marknadens (se sid 28). Denna konkurrenssituation har lett till att Ryssland tvingats gå med på ett avtal om begränsning av antalet uppskjutningar som får säljas till väst och vad de får kosta.
Sverige har inga egna uppskjutningsmöjligheter av satelliter. Emellertid har vi som medlem av ESA (European Space Agency) del i Arianeraketerna och vid Esrange utanför Kiruna skjuts årligen sondraketer upp. Dessa skjuts högt upp i atmosfären (upp till 1000Ê km), men går inte in i omloppsbana runt jorden utan faller ner i ett stort område norr om Esrange. Sonderna utnyttjas för mätningar av atmosfären och för experiment i tyngdlöshet (när raketmotorerna har stängts av faller sonden fritt vilket innebär att inuti denna råder tyngdlöshet).
Från FOA-tidningen nr 4-1997 - www.foi.se/framsyn