Projekt

PROJEKT ASLOWS.

Projekt ASLOWS (Amateur Satellite Long Wave Scanner) är ett amatörsatellitprojekt som går ut på att bygga och skjuta upp en pico-satellit, kapabel observera långvågiga radiokällor i rymden, t.ex. Jupiter. Här följer en beskrivning av vad Pico-satelliter är för något och sedan en mer ingånde beskrivning av projektet ASLOWS.

Pico-satelliter – en ny rymdrevolution?

Det är dags att lära sig fyra nya rymdord: pico-satellit, Cubesat, Tubesat och Pocketqube – även om ingen av dem egentligen är ett nytt koncept. Pico-satelliter (vikt under 5 kg) har funnits med ett tag, universitetens Cubesats blev standard redan i början av 2000-talet (Fig 1) med ett par hundra upsända sedan dess. Men för Sverige och allmänheten blev de nya begrepp vintern 2013, när SVT berättade om en koreansk konstnär som byggde sin egen Cubesat, som sändes upp den 20 april 2014.

Vi har flera andra exempel, såsom engelska Strand-1, ett samarbete mellan Sussex University, engelsk satellitindustri och engelska grenen av AMSAT (AMSAT-UK, [Radio] Amateur Satellite Organization), som sändes upp innehållandes en Google Nexus-telefon (telefon- och gps-delar avstängda tyvärr) i början av april 2014. AMSAT radioamatörerna har för övrigt varit inblandade i flera Cubesats. Total har ett par hundra av denna typ sänts upp, dock inga svenska. NASA sände för övrigt själva upp två egna Cubesats med Nexus-telefoner ombord i maj 2013.

I Norden så leder danskarna med 7 stycken Cubesats – alla har varit lyckade; tre av dem är fortfarande i omloppsbana varav en gammaglimt-satellit sedan 2008.  2014-15 sände man upp en Cubsat för att övervaka sjöfarten runt Grönland, vilket bevisade att Cubesats can ha ett kormersiellt värde. Senaste, från Danmarks Tekniska Högskola karterade flyttfågelsträck. Finland har sänt upp två, dock är det bara en som är funktionell. Norge har gjort två försök, men för den ena exploderade bärraketen och den andra fick man aldrig kontakt med sedan den nått bana.

KTH och Christer Fuglesang har sedan sent 2014 arbetat med den första svenska Cubsaten, men ett team i Luleå aviserade sina planer vintern 2015-16, en atmosfärsatellit som skall upp med 50 andra i ett internationellt experiment i svärmflygning under 2016.

En Cubesat består av en kubformad grundmodul på 1 dm3 med en maxvikt på 1 kg (en så kallad 1U-modul) och kan utvidgas i längd och bredd med fler kuber. Satelliter som är antingen 1U eller 3U är de vanligaste och de sänds normalt upp som bilast till större satelliter, 3-7 st per uppskjutning. De kan även skickas ut i bana från rymdstationen ISS, dit satelliterna skickas med ordinarie försörjningskapslar.

Väl på stationen placeras de i en japanskbyggd ejektor, som tar antingen tre 1U eller en 3U modul i taget, och flyttas sedan utanför stationen, där satelliterna sänds iväg mekaniskt med en fjäderanordning. Något danskarna passade på att göra medan deras astronaut, Anders Mogensen var uppe.  En från Århus universitet och en från privata Gomspace, som är en avläggare från Århus.

En Cubesat är ett Low Earth Orbit-objekt (LEO), dvs. de har en genomsnittlig livstid på 1-5 månader, sällan mer. De adderar alltså bara marginellt till den växande mängden rymdskrot och hotar inte viktigare satellitbanor. Man funderar dock på 3- och 6U-modeller för djuprymdforskning, t.ex. att sända Cubesats till månen, Mars och Jupiter. För Mars gäller 2018,  då två stycken följer med landaren “Insight”. I Ny Teknik 22 maj 2013, nämndes att även svenska Rymdstyrelsen utreder en pico-satellit för ett rymdsegelexperiment. Satelliten i sig är i Cubesatstorlek, men seglet skulle väga närmare 200 Kg.

Detta var den första indikationen på att man påverkats av denna nya utveckling. Mot bakgrund av de diskussioner som varit vintern 2012-13 om Sveriges deltagande i ESAs rymdprogram, vilket slutade med att ESA hotade att stänga av bl.a. GKN Aerospace (fd Volvo Flygmotor) och Ericsson Space/RUAG från deltagande i Ariane-programmet om Sverige klev av. Man kan tycka att det var synd att svenska staten där inte krävde en motprestation, t.ex. att Sverige skulle få tillgång till en 1U- och en 3U-Cubesatplats varje år utan extra kostnad. Detta hade kunnat utveckla svensk rymdindustri och forskning. Framtiden får utvisa hur Rymdstyrelsen ställer sig i denna fråga.

Medan Cubesats har varit universitetens väg till ekonomiskt genomförbar rymdforskning, med en snittkostnad för utveckling och uppsändning runt 1 miljon kronor, ibland mycket mindre, kan Tubesat kanske bli hobbyistens lösning. Amerikanska InterOrbital.com är en av utvecklarna till nya kommersiella raketer i USA och gick 2010-11 ut med en fråga om intresset att på mer permanent basis integrera plats för Cubesats i bärraketer för större satelliter.

Detta slutade med en så överväldigande respons att InterOrbital slog helt om till att helt satsa på pico-satellituppskjutningar. För att få ner kostnader och pris ytterligare har man börjat sälja satellitbyggsatser inklusive uppskjutning, baserat på en ”burk”-form: 12.6 cm hög och 8.6 cm i diameter, vilket är cirka 70% av en Cubesat. Maxvikten blir 700 gram. Enligt senaste (årsskiftet 2015-16) siffrorna har man ca 150 satelliter som väntar på uppskjutning. Just nu har bara motorn provkörts och man är i princip jämsides med danskarna i projektet Copenhagen Suborbitals – dvs. man är rätt försenade.  Man avser dock att under sommaren 2016 göra en suborbital uppskjutning till 100 km höjd.

Så, även om InterOrbitals ännu inte har bevisat sin kapacitet för byggsatser inklusive uppskjutning för bara $ 8,000, så har man lyckats locka både universitet, fristående forskare som hobbyister. Detta och att både universiteten och NASA tar hjälp av billig kommersiell teknologi, som smartphones, visar att vi har klivit in i en ny rymdera.Frågan är, vilken blir Sveriges roll – som tidigare kunnig och innovativ rymdnation – i denna utveckling?

Till exempel så diskuterar man polyetylens förmåga att skydda bemannade expeditioner från strålning, bättre än många andra material. Kan polyetylen eller liknade mer värmeresistenta plaster, även skydda ren kommersiell elektronik som de Arduino- och eller Basestamp-baserade lösningar som redan nu används i Cubesats? Kan vi denna väg bygga djuprymdlösningar billigare, snabbare och smartare, samtidigt som grupper som Ångströmslaboratoriet kan bli ännu bättre på miniatyrkomponenter än de redan är? En ny Smart-2 eller 3 att sända till månen eller asteroiderna kanske ligger runt hörnet?

En hobbysatellit: ASLOWS blir till

Våren 2012, när artikelförfattaren som amatörastronom tog en serie foton av Jupiter, undrade jag över vilka våglängder man kunde ”se” planeten med. Jag var medveten om att den är en radiokälla, men samtidigt, det är i stort endast FM-bandet och kortare våglängder man kan registrera med jordbaserade radioteleskop på grund av jordens jonosfär. Jonosfären skärmar av långa vågländer, orsaken till att vi kan höra kort-, mellan- och långvåg över långa distanser, de studsar längs jonosfären. Dessutom kände jag inte till några rymdbaserade radioteleskop. Så för att få svar fick jag fråga.

Tyvärr gick min fråga till NASAs frågepanel ohörd och jag glömde av den. I augusti 2012, läste jag på websiten Wired om den koreanske konstnären. En egen satellit, häftigt. Tänk om man kunde sända upp en radioscanner och lyssna av vad som finns utanför jonosfären.

Efter att sökt på nätet och besökt flera av de pico-satellit-, eller rättare sagt, Cubesat-butiker som finns där, insåg jag att även om dessa är ofantligt mycket billigare än andra satelliter, de låg över tänkbar budget. Enbart skelett och solpaneler gick på cirka 50,000 kr, uppskjutning i snitt cirka 400,000-1,500,000 kr. ESA har ibland tävlingar för universitet och skolor där de står för kostnaden eller att satelliten gratis får följa med en helt ny raketmodells testuppskjutningar, när de stora inte vill chansa.

Men så snubblade jag över en märklig liten raketfirma i USA, en av de nya kommersiella: sagda InterOrbital.com. Med ett helt nytt koncept: Tubesat – en burk på 12 x 8 cm på max 700 gram. För byggsats och uppskjutning tar man $ 8,000. InterOrbital måste i och för sig bevisa sin förmåga, vilket ännu itne skett, men det går att med Arduino eller Basestamp-kort samt Arduino shields att enkelt bygga sina prototyper, testa dem och när allt fungerar och Interorbital visat sina färdigheter, så kan man köpa sin byggsats. Helt klart, detta startade tankegången.

Då NASA vägrade svara, såg jag att Råö hade en frågesida. Jag skickade iväg en fråga och fick svar från jourhavande radioastronom. Jodå, NASA hade 1971 och -72 sänt upp två långvågsatelliter: RAE-1 & -2. Ettan i jordbana och tvåan i bana runt månen. Båda stora som en kyl/frys, med vardera två V-formade antenner, i 90 graders vinkel och 224 m långa. Tyvärr var upplösningen alltför dålig. Man kunde konstatera källor som Jorden själv, solen, Jupiter, Saturnus och ett par avlägsna, som Cygnus A.

Men om man med en gps registrerar exakt position i omloppsbanan samt tid och samtidigt mäter signalstyrkan samt mappar denna för 4-5 frekvensområden, då bör till exempel åskväder ses under ett par omloppsbanor men sedan försvinna, läckage från radiosändare med mera fås med exakt position varje gång, solen ses under ”dagtid”. Genom att filtrera bort dessa fel och följa siderisk (astronomisk) himmelsrörelse, bör man, trots enklare utrustning än RAE-satelliterna, kunna leta efter stellära objekt – kanske inte som ett fullvärdigt vetenskapligt instrument, men däremot för att prova konceptet.

Detta ledde till Amateur Satellite Long Wave Scanner: ASLOWS, ett eget lilla satellitprojekt.

Än så länge är det under uppbyggnad, det kommer att ta 5-7 år och den första stora stötestenen som kan välta allt, har redan inträffat. Man säger ”liten sten kan välta stora lass”, alltför sant. Att få ihop en prototyp, vilket är första steget, är inte komplext. Det är något större än vad enbart en person kan göra: det behövs både radioamatörer, radioastronomi, hantverks och elektronik samt programmeringskunskaper. Men det är görligt om man får ihop ett team med rätt personer.

Ca 65% av all elektronik som behövs är redan införskaffad. Totalkostnad för en fungerande ballongtestprototyp är mellan 5-10,000 kr. Det som saknas är en rymdvärdig gps, radioastronomiscanner samt jordkommunikationsutrustning och lite andra detaljer.

Testrutiner med mera är beskrivna, “Lessons Learned” finns på nätet; i princip finns grund-arkitekturen för hela paketet, men intern el- och databuss- samt kretskortslayout saknas. Man måste skynda långsamt, använda industriprocesser (såsom Toyotas Kanban) för satelliten måste vara säker. Det går inte att ”min” satellit saboterar en hel raketstack eller förstör andras satelliter direkt efter utskjutning från raketen. Det är en hobby, ja, men med ansvar, precis som för privatflygare, motorcyklister eller motorbåtsförare.

Men stötestenen, hur var det med den?

Enkelt, de som leker med Arduino vet att det finns en hel del gps-lösningar till systemet, en av de saker som fick mig att gå in för just Arduino. Men, och ett kritiskt men, alla gps:er vi kan köpa över disk, från Tomtom via smartphones till Arduino shields, de slutar alla att fungera vid ca 3-600 km/tim och/eller över 30,000 m höjd. Alla på marknaden befintliga jordiska gps:er har ett anti-terroristskydd, för att hindra att de används i nordkoreanska, iranska eller Hamas-/al-Qaida-konstruerade raketer.

Det finns rymdcertifierade gps:er att köpa, med de kräver minimum en Cubesat för att få plats och kostar ca 130,000 kr. Här kan man prata om fördyring, från estimerade $ 8,000/60,000 kr till minst 1 miljon kr. Alternativet är att bygga en egen ospärrad gps, ritningar och instruktioner finns på nätet, men vad blir vikt-”straffet” för detta, för en av diskreta komponenter byggd gps? Eventuellt har Copenhagen SubOrbitals funnit en, för de har samma problem. Dock tillverkaren är trög att svara.

Där står projekt ASLOWS idag: gå Cubesat eller chansa på att finna teammedlemmar som kan bygga en egen GPS, som väger max 10 gram eller att lyckas köpa den Cph SubOrbitals fann för 6.000 kr. Och att den kan drivas från ett 3.3 V 200-400mA solcellssystem, ihop med kontrolldator, kommunikationsradio och astronomiscanner med sina kontrollsystem samt SD-kortbaserat datalager. Egentligen bara en hobby-idé, men nu en professionell utmaning.

Lars Magnusson, Projekt Aslows