Til hovedsiden
    

   
    Bli medlem
    Siste nytt
    Artikler
    Bildeserier
    Temasider
    Bildearkiv
    Foredrag
    Effekter til salgs
    Lenker
    Spørsmål og svar
    Spør oss
    Prosjektoppgave
    Om oss
    NAF på Facebook
    Kontakt oss
    Nettstedskart
    Hovedsiden
Trykk for å lese mer om sitatet
 

Romovervåkning fra Hawaii

Av Knut Kristian Røberg

 

Artikkel publisert i Nytt om Romfart, 23. årgang, nummer 87, oktober-desember 1993, sidene 38-42 av Norsk Astronautisk Forening/www.romfart.no.

Skriv ut

Tips bekjent

 

En overvåkningsbase tilhørende U.S. Air Force på toppen av en 3000 m høy vulkan på Hawaii, er et nesten ideelt sted for å identifisere og følge menneskelagede objekter som går i bane rundt Jorden og for å teste lasere i atmosfæren.

Muligheten for et katastrofal kollisjon mellom romskrap og et bemannet romfartøy eller en satellitt er gjenstand for økende bekymring fra Air Force Space Command, som benytter en rekke sensorer for å holde følge med alle gjenstandene i verdensrommet.

I den klare lufta på toppen av den 3000 m høye Mount Haleakala-vulkanen ved Maui Space Surveillance Site bruker Air Force Maui Optical Station (AMOS) optiske, elektro-optiske og infrarøde sensorer for å identifisere menneskelagede gjenstander i rommet. Med optiske teleskoper har de identifisert gjenstander så små som 8 cm i diameter i geostasjonær bane omtrent 36 000 km over bakken. Dette ideelle observasjonstedet er gitt av de tørre, relativt stabile luftmassene og et 4800 km lang havområde som renser luften for forurensninger, noe som ofte fører til en 400 km lang horisontal synsvidde.

De optiske sensorene er viktige i identifiseringen av de menneskelagede gjenstandene som befinner seg i geostasjonær bane fordi teknologien for infrarød bildedannelse ikke eksisterer på disse avstandene. Selv radardeteksjon er vanskelig på grunn av de store effekttapene på lange avstander og de små bevegelsene av gjenstander i den geostasjonære banen relativt til Jorden.

I dag er det omtrent 7000 menneskelagede gjenstander som går i bane rundt Jorden, og som har blitt identifisert i dataloggen i U.S. Space Commands Space Surveillance Center. Av disse er det 95 % som har blitt klassifisert som søppel, som typisk består av rakettrester, forlatte romfartøy eller deler som skilles fra satellitter på grunn av elding eller termisk stress. At gjenstander i rommet brytes opp i deler, kan skyldes skyvekraft fra framdriftsystemet, men kan også skyldes en kollisjon eller en styrt ødeleggelse av satellitten.

Størrelsen på romskrap kan variere fra rakettrester som er flere meter lange til mikroskopiske partikler som ikke er detekterbare på radar eller ved optiske sensorer. Forskerne hevder at det er flere små gjenstander enn store. Men på grunn av hastighetene gjenstandene har i bane vil en kollisjon selv med en liten gjenstand med en satellitt eller et bemannet romfartøy kunne ha alvorlige følger og kan komme til å forårsake katastrofale ødeleggelser.

Selv om det ikke ble helt ødelagt ble cockpitvinduet på en romferge skadet og vinduet måtte byttes ut etter en kollisjon med en malingsbit i 1992.

Det finnes tre fasiliteter på Maui Space Surveillance Site på Mount Haleakala. Hver av dem blir drevet av forskjellige organisasjoner, har forskjellige oppgaver og er utstyrt med ulike elektro-optiske sensorer. Men de tre gruppene arbeider ofte tett sammen og deler utstyr og arbeidsted. De to organisasjonene i tillegg til AMOS er Maui Optical Tracking and Identification Facility (MOTIF) og Ground-based Electro-Optical Deep-Space Surveillance System (GEODSS).

MOTIF er en viktig del av USAFs Spacetrack System og har til oppgave å detektere, følge og katalogisere menneskelagede gjenstander i verdensrommet. MOTIF er en operasjonell del av US Space Command, med hovedkvarter i Colorado Springs i Colorado.

Både AMOS og MOTIF blir drevet av Rockwell Power System som har en femårs kontrakt med USAF. AMOS bidrar med målinger av romskrap i bane, noe som primært foregår med elektro-optiske hjelpemidler. AMOS ligger under USAF System Command.

Den tredje organisasjonen på Maui er GEODSS, som har som primær oppgave å følge gjenstander langt ute i rommet - fra 4800 til 38 000 km - hvor mange av verdens kommunikasjons-, vær- og overvåkningssatellitter er plassert.

De forskjellige instrumentene på de tre stedene - fra optiske følgeteleskoper med store blenderåpninger og infrarøde sensorer for lange bølgelengder - er konstruert for å samle inn data fra gjenstander som går i alt fra lave jordbaner til baner i det dype verdensrom. De viktigste optiske sensorene på hver av de tre områdene på Maui er:

  • AMOS: 1,6 m teleskop med en 0,6 m laserstråleutsender, 0,8 m laserstråle utsender/følger og en rekke infrarøde sensorer.
  • MOTIF: Dobbelt montert 1,2 m-teleskoper.
  • GEODSS: Et system med tre teleskoper (to 1 m og ett mindre hjelpeteleskop på 0,38 m sammenkoplet med fjernsynskamera for lave lysstyrker.)

Ingen av teleskopene har et okular for direkte observasjoner. Bildene fra de optiske teleskopene blir lagret på vidoebånd, digitale bånd eller disketter avhengig av hva slags system det er.

Følging av kjente objekter begynner med at det mottas data fra Space Commands katalog over kjente gjenstander. Datamaskinen starter følgingen når objektene forventes å dukke opp. Dersom målet ikke kommer tilsyne innenfor sensorens synsfelt, vil sensoren enten starte å søke rundt omkring det forventede punktet eller bruke data fra en annen sensor som er i kontakt med objektet. Poenget er at målet blir sendt over fra en sensor med et relativt bredt synsfelt til sensorer med stadig mindre synsfelt.

Tidlig om morgenen og i kveldsskumringen er de mest optimale tidspunktene for å observere objekter i lave jordbaner. Objekter som befinner seg utenfor Jordens skygge - eller ved terminator - blir belyst da, noe som gir gunstige observasjonsforhold. De fleste av observasjonene ved AMOS og MOTIF blir gjort i løpet av disse periodene. GEODSS kan imidlertid følge objekter hele natten fordi det er gjenstander langt unna og rundt geostasjonær bane som er målet, og disse objektene er nesten alltid belyst.

GEODSS benytter et hjelpeteleskop med et synsfelt på 6° for å oppdage objekter som reflekterer sollys og har to instrumenter med synsfelt på 2° for følging av gjenstandene.

Det er to teknikker som blir benyttet til å katalogisere menneskelagede objekter i det ytre rom. For i første omgang å kunne identifisere et objekt, følger systemet en kjent stjerne og søker etter striper på bildet forårsaket av objekter som beveger seg med en annen hastighet. Datamaskinen kan dermed bestemme objektets posisjon, hastighetet, bane, avstand og solvinkel. Etter at et objekt har blitt oppdaget, blir en annen teknikk benyttet. Den følger i virkeligheten objektet og registrerer solvinkel og tidspunkter. Fra dette kan man analysere og finne den omtrentlige størrelsen, hastigheten, banen og bevegelsen til objektet og hvorvidt det er stabilt eller om det roterer.

Teleskopene til GEODSS er tilkoblet fjernsynskameraer for lave lysstyrker - disse er 10 000 ganger mer følsomme for lys enn det menneskelige øye. Den tilsynelatende lysstyrken til et objekt avhenger stort sett av dets reflektivitet, dets avstand fra Jorden og dets størrelse og form. Det eksisterende GEODSS-systemet kan oppdage en kule av polert rustfritt stål med en diameter på 10 cm i geostasjonær bane omtrent 36 000 km fra Jorden. Det understrekes hvor viktig refleksjonsevnen til objekter er - et stort flatt svart objekt ville ikke kunne bli oppdaget ved optiske hjelpemidler.

I tillegg til å oppdage objekter i rommet har fasilitetene på Maui blitt benyttet til å følge ballistiske raketter. En Polaris-oppskyting ble fulgt fra Maui til en lav høyde ved Kwajalein-atollet, 2700 km borte i Marshall-øygruppen, noe som kun er mulig på grunn av den fanstastiske «seeingen» ved Maui.

Rockwell Power Systems benytter World View, et observasjonssimuleringsprogram som er utviklet av forskeren Jeff Houchard, for å følge og katalogisere romskrap. Dette simuleringshjelpeverktøyet benytter stjernekataloger fra forskjellige kilder og NORADs romobjektkatalog for å simulere himmelen slik den kan observeres fra Maui. Satellittspor kan oppdages i sanntid når den virkelige stjernehimmelen observeres samtidig med at den simulerte stjernehimmelen blir benyttet som sammenligningsgrunnlag. Når det simulerte stjernehimmelen legges under bildet fra teleskopkameraene, kan objekter man ikke forventet å finne, dukke opp som bevegelige objekter på en stasjonær bakgrunn og kan dermed lettere skilles ut og avmerkes.

AMOS' 1,6 m-teleskop er et av de fineste optiske instrumentene på den størrelsen i hele verden. Lasertestingen som utføres på Mount Haleakala gir forskerne en eksepsjonell god mulighet for å teste lasere og teleskoper som forventningsvis vil kunne dras nytte av både innenfor astronomiske og militære anvendelser for bakke-til-rom- og rom-til-bakke-lasere og overvåkningsystemer.

Maui Space Surveillance Site gir forskerne et laboratorium for fullskala testing av lasere i atmosfæren på opptil 400 W. I over 20 år har det blitt drevet med både eksperimentelle og kommersielle lasere på en relativt rutinepreget måte.

Våpenrettete lasere har imidlertid ikke blitt testet på Maui. Høy effekt er nødvendig for en del av forskningen der det er viktig at laseren kan trenge igjennom atmosfæren med tilstrekkelig energi igjen til å utføre det egentlige arbeidet, som kan være belysning, tilbakereflektoraktivering og studier i de øvre atmosfærelag.

Lasere blir vanligvis testet når tilbakespredningsbetingelsene er på sitt beste - ved skumring eller i løpet av natten. Trafikken med kommersielle fly og sightseeingfly er da liten, noe som reduserer faren for at fly skal komme til skade. Før hver lasertest blir det sendt ut informasjon for å varsle flypiloter om testingen og slik at flygeledere kan sørge for at alle fly i nærheten får en rute som går langt utenfor det aktuelle testområdet. Videre er det to obervatører plassert utenfor området, disse har utstyr som kan skru av laserne og stoppe testingen dersom de oppdager fly som nærmer seg testområdet.

Lasere som blir testet, bruker enten AMOS' laserstråleutsender eller stråleutsender/følger. Laserstråleutsenderen blir hovedsaklig benyttet for avstandsmåling og belysning av objekter i verdensrommet, men har også blitt benyttet til optiske eksperimenter. Stråleutsenderen/følgeren kan benyttes sammen med hvilket som helst av de andre teleskopenmonteringene for å innhente multisensor, multispektrale data fra objekter i lave jordbaner. Det er en svært rask montering, med mulighet for følgehastigheter på 5 °/s og en vinkelakselerasjon på opptil 4 °/s2. Laserne blir primært benyttet til å belyse objekter i lave til middels høye jordbaner. Dette gjør det mulig å identifisere og følge objekter som ellers ikke ville vært synlig i løpet av natten.

Det er strenge regler for å unngå skade på sensorer på satellitter med lasere. Ikke-amerikanske satellitter blir aldri belyst med lasere og amerikanske satellitter blir aldri belyst uten tillatelse. Air Force Space Command bruker et program som kalles for «forutsigbar unngåelse» for å sjekke en foreslått laservei og hindre bruk av laser hvis det finnes objekter underveis som ikke skal belyses.

Flere satelillitter har reflektorer for å kunne forsterke effekten ved lasertesting. En av dem er LAGEOS-1, en NASA-satellitt i høy jordbane (6000 km) konstruert for å kalibrere avstander som blir målt med jordbaserte lasersystemer. Satellitten er en kule på mindre enn 1 m i diameter, men har mer enn 400 reflektorer i små fordypninger. Når den observeres ved solnedgang, ser det ut som den funkler. Gjennomsnittlige verdier som er målt over lengre tid gir en nøyaktighet i centimeterområdet.

Tilbakevendingen og eksplosjonen av den utvendige drivstofftanken på romfergeferd nummer 31 ble fotografert ved AMOS-fasilitetene på Hawaii i forbindelse med et program som tar sikte på å innhente bedre opplysninger om tilbakevending av romskrap. Romfergen Discovery hadde en bratt oppstigningbane 24. april 1990 da den skulle utplassere Hubble-romteleskopet og sendte den utvendige drivstofftanken inn i en bane som gjorde det mulig for teleskopene på Maui å observere tilbakevendingen. Dermed kunne fastmonterte kameraer og spesialiserte visuelle og infrarøde systemer ta bilder av den 34 tonn tunge tankens tilbakevending i atmosfæren.

Den 47 m lange og 8,5 m brede romfergetanken fra Martin Marietta er det største menneskelagede objekt som vender tilbake fra verdensrommet inn i atmosfæren. Varme deler fra tanken ble også avbildet av minst en varslingssatellitt i USAs Defense Support Program (DSP) i geostasjonær bane.

Tanken var over Stillehavet 340 km fra Maui da et 35 mm-kamera kunne dokumentere den første fasen av tilbakevendingen, blant annet to eksplosjoner i tanken da den kom inn mot de øvre lagene av atmosfæren. Bildet, som er tatt med langtidseksponering, viser tanken da den kommer farende med en hastighet på 24 mach fra høyre mot venstre, der de to eksplosjonene er synlige som lyse punkter helt til høyre i bildet. Deler av tanken kommer til syne i midten av bildet. Hele tre eksplosjoner ble avbildet av kameraer og videosystemer.

Romfergetanken består av to separate tanker, en for flytende oksygen og en for flytende hydrogen. Tanken har også en sprengladning for kontrollert destruksjon. Eksplosjonene av de enkelte tankene og destruksjonsdelen er årsaken til de tre hendelsene på bildet.

Deler av skrapet lyste opp skydekket ved Mount Haleakala. Tilbakevendingen var så strålende at den også var synlig gjennom et totalt skydekke og regn nær havnivået på Hawaii. På dette bildet kan man se den raske oppdelingen av tanken i deler. Utallige deler kan sees i det de fyker avgårde vekk fra hovedstrukturen og etterlater seg et lysende spor etter hvert som tanken faller nedover. Mesteparten av tanken brenner opp, men flere hundre kilogram antas å ha overlevd tilbakevendingen og traff havoverflaten. Tilbakevendingen av tanken dannet også en stor vanndampsky i den øvre atmosfæren. Denne skyen ble fotografert nær daggry omtrent 30 minutter etter at tilbakevendingen hadde funnet sted.

Hensikten med fotograferingen var å kunne bestemme hvordan tanken bryter sammen når en bestemt tilbakevendingsventil ikke ble åpnet. Vanligvis blir de fleste tankene utstyrt med en ventil som åpnes etter at tanken separeres fra romfergen, og som har til hensikt å tømme ut gjenværende drivstoff og sørge for at tanken begynner å bryte sammen under tilbakevendingen. Romfergeferd 31 hadde ikke denne ventilen slik at forskerne kunne finne ut hvordan tanken oppførte seg uten kreftene fra denne tømmingen under tilbakevending. Analyser har vist at tanken brøt sammen likevel, og mannskapet på romfergen hadde også sett at tanken begynte å brytes opp etter separasjonen fra fergen. Dersom NASA avgjør at det foregår et tilstrekkelig sammenbrytning uten bruk av ventilen kan millioner av dollar spares.

Etteretning

Stasjonen på Maui benyttes også til å innhente etteretningsinformasjon om russiske romfartøy. Central Intelligence Agency (CIA), Defense Intelligence Agency (DIA), National Security Agency (NSA), Hæren, Marinen, Luftforsvaret og Strategic Defense Initiative Organization (SDIO) spør rutinemessig etter fotografier av amerikanske og russiske romfartøy fra AMOS - bilder som skal benyttes i etteretningsøyemed.

AMOS benytter for eksempel teleskopene sine for å bestemme om de russiske radarhavovervåkningssatellittene som drives av kjernereaktorer er i drift og om de stenges etter forskriftene etter at oppdraget er fullført. Bilder som tas i den visuelle del av spektreet av disse russiske satellittene er gode nok til å vise om reaktoren gløder rødt.

Romfergene har blitt fotografert hyppig fra AMOS. Kameraene på AMOS har en god nok oppløsning til å skjelne objekter som befinner seg i romfergens åpne lasterom. Denne egenskapen kan også dras nytte av på eventuelle russiske romfergeferder.

Tekster til illustrasjoner brukt i artikkelen

Air Force Maui Space Surveillance Site på toppen av Mount Haleakala i mars 1990 etter et meget sjeldent snøfall. Fasisilitetene for laser og elektrooptiske målinger kan sees på toppen.

Et dobbelt 1,2 m MOTIF-teleskop som har optiske-, fjernsyns- og infrarøde sensorer.

Romfergen fotografert på romfergeferd STS-3 med manipulatorarmen ute. Den ble fotografert med 16 mm-film av et 1,2 m-teleskop i mars 1982 på en avstand av 275 km.

Her sees romfergens utvendige drivstofftank under tilbakevending gjennom atmosfæren.

Den utvendige tanken på romfergeferd 31 i 1990 bryter her sammen og fragmenteres i mange biter idet den faller mot Jorden.

En lysende vanndampsky kunne fotograferes over Hawaii 30 minutter ettter at den utvendige tanken hadde vendt tilbake og dannet vanndamp i den øvre del av atmosfæren.

 
Forrige artikkel | Neste artikkel | Alle NOR 1993 | Alle Romfart/NOR
 
 
 

Alt stoff på romfart.no/.com/.org er opphavsrettslig beskyttet.
romfart.no/.com/.org eies og drives av Norsk Astronautisk Forening.