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
 

Mindre romfartøy

Av Per Arne Marthinsen

 

Artikkel publisert i Nytt om Romfart, 26. årgang, nummer 98, april-juni 1996, sidene 42-44 av Norsk Astronautisk Forening/www.romfart.no.

Skriv ut

Tips bekjent

 

Vil stort være ensbetydende med bra i fremtiden? På samme måte som datamaskiner har gått fra store «mainframes» til «desktops» og videre ned til bærbare «laptops», vil kanskje satellitter raskt følge samme trend. Vi vil da i nær fremtid kunne ha satellitter helt nede i «nanostørrelse».

Den amerikanske satellitten Vanguard ble skutt opp den 6. desember 1957. Dette var amerikanernes første svar på russernes oppskyting av Sputnik 1 og 2 i oktober og november samme år. For amerikanerne var Vanguard nødvendigvis deres «minste» satellitt, 1,4 kg, siden den var den første. Russiske ingeniører hadde allerede lykkes med å sende opp Sputnik 1, som veide 83,6 kg, samt det tyngre romfartøyet Sputnik 2, som veide 508 kg. Denne siste hadde for øvrig med seg hunden Laika i bane rundt Jorden.

For amerikanerne varte eventyret med Vanguard bare noen sekunder. Den lille satellitten falt til jorden sammen med en brennende bærerakett, og dermed amerikanernes stolthet. Satellitten ble funnet etter en stund og den sendte da fremdeles ut signaler. Restene av denne satellitten er i dag å finne på National Air and Space Museum i Washington D.C.

Amerikanerne lyktes ikke med noen oppskyting før Explorer 1 ble skutt opp den 31. januar året etter. Denne satellitten veide bare cirka 14 kg, sammenlignet med Sputnik 2 som veide 508 kg. Explorer 1 var den satellitten som oppdaget at Jorden har et strålingsbelte rundt seg. Beltet er oppkalt etter forskeren Van Allen. Satellitten gikk i bane rundt jorden 58.000 ganger og var i rommet i 12 år. Den sluttet å sende signaler tilbake til Jorden den 23. mai 1958.

Datidens satellitter skulle være store. Større var ensbetydende med bedre satellitter. Den vitenskapelige bruken av satellitten kom i annen rekke. Satellittenes størrelser fikk betegnelsene grapefrukt, fotball og kjempestore. I løpet av de siste tiårene er det blitt sendt opp mange store satellitter. Disse er meget kompliserte og tar mange år å konstruere, bygge og innebærer en stor risiko for at de ikke vil fungere som planlagt. I dag ser vi et paradoks i forhold til det som vi så i den perioden. En rekke nye teknologier kan dramatisk redusere størrelsen på fremtidens satellitter. Satellitter med samme vekt som Vanguard, men med dagens teknologi, kan bli virkelighet om bare noen få år. Kapasiteten vil naturligvis være mye større enn det som er på dagens store satellitter.

Stort vil ikke lenger være ensbetydende med bra. Sammenlignet med datamaskinens utvikling er det mulig å forstå hvordan vi i fremtiden vil kunne ha satellitter på bare noen få kg.

Nyutvikling

NASA konfronterer denne nye teknologien i sitt program New Millennium (Nytt årtusen), som ble startet tidlig i 1995. Hensikten med programmet er å gjennomgå nøye den måten jordobservasjonssatellitter og satellitter som skal lengre ut i rommet er konstruert på, og hvordan de samler sine vitenskapelige data. Den som leder dette prosjektet er Jet Propulsion Laboratory i USA. De utfører dette på oppdrag fra en del av NASAs organisasjoner. Prosjektet har en budsjettramme på 30 millioner dollar dette året og det samme for 1997, med en økning til 50 millioner dollar i 1998.

Målet for programmet er å bruke den mest moderne teknologien innenfor alle områder. Dette for å være i stand til å kunne øke utnyttelsesgraden, samtidig som de totale operasjonskostnadene reduseres. Prosjektet vil kunne bidra til at det blir skutt opp ny teknologi i et risikabelt miljø, hvor det er nødvendig å kunne endre teknologien når behovet oppstår. Dette vil innebære en ny tidsalder i satellittkonstruksjoner. Satellittene vil bli bygget på «benk» og ikke i spesielle dedikerte områder som vi ser i dag. De vil koste 1/10 av dagens satellitter, og vekten vil ligge i samme størrelsesorden. Ved å se på Iridium-prosjektet, som skal sende opp hele 66 satellitter, kan en skjønne at vi går en helt annen tidsalder i møte for å kunne gjennomføre dette. Mange typer satellitter vil komme til å bli en «forbruksvare». De kommer til å bli skiftet ut så fort problemer oppstår.

Sannsynligheten for at vi kommer til å se romfergesystemet utføre reparasjoner av satellitter er ytterst liten. (Nytt om Romfart har tidligere beskrevet hvordan reparasjoner av satellitter i jordbane kan bli utført ved hjelp av roboter, i artikkelen Satellittvedlikehold med roboter i Nytt om Romfart nummer 93, 1995, sidene 58-63.)

«Mikroteknologi»

Bruken av mikrokomponenter er selve hjertet i programmet. For å nevne noen eksempler er det laget et mikroseismometer på størrelse med en 5-krone, en pixelsensor som i prinsippet er et kamera på en mikrobrikke. Størrelsen på den siste er som en fingernegl. Selv om vekten på en satellitt med denne type teknologi ikke vil være så lav som 1,4 kg, kan den bli på rundt 5 kg. Disse vitenskapelige fartøyene vil frakte med seg mikroinstrumentering på størrelse med kronestykker.

Den største teknologiutfordringen for prosjektet New Millennium er den intelligensen som vil være om bord i satellitten. Fremtidens satellitter vil være mye mer selvstyrende. Dagens satellitter er det motsatte. De krever en hel del vedlikehold fra bakkestasjonene. Tidligere var regelen den at det en kunne gjøre på bakken, skulle ikke implementeres i satellitten. Med den nye teknologien er dette blitt det motsatte; legg flest mulig funksjoner til selve satellitten. Ved å legge mye intelligens i en satellitt vil den kunne utføre sine egne banejusteringer og manøvreringer. Når den ikke utfører de nødvendige korrigeringer, vil den sjekke seg selv med et eget «helseprogram». Ved at satellitten kan gjennomføre disse funksjonene selv vil nødvendigheten av hjelp fra bakkekontrollen reduseres til en brøkdel av dagens. Dette vil igjen påvirke de totale kostnadene for et prosjekt.

«Nanoteknologi»

Vil mikroteknologi være siste steg i utviklingen av nye typer romfartøy, eller vil vi se romfartøy ned på «nanonivå», hvor vekten ligger på 1-2 kg? Noen mener at dette er realistisk. I de siste årene har det skjedd et gjennombrudd når det gjelder mikromekaniske komponenter, noe som er en betingelse for å kunne gjennomføre en utvikling av denne type romfartøy. Komponenter som mikrosensorer, dataprosessorer og ventiler i størrelsesorden mikro til nano kan settes sammen i små enheter. Disse kan igjen legges på en databrikke sammen med flere andre funksjoner som til slutt danner kjernen i et romfartøy. Nanosatellitter kan i fremtiden danne et nytt mønster for hvordan romfartøy skal utvikles, konfigureres, og hvordan den operasjonelle arkitekturen skal fungere. Det blir antatt at så fort nanoromfartøy har vist seg pålitelige, vil de bli laget i tusenvis med grunnlag i en og samme konfigurasjon på en Integrated Circuit (IC) brikke.

Det finnes selskaper som ikke sitter og venter på et resultat fra samarbeidsprosjektet New Millennuim. Et amerikansk selskap, sammen med det amerikanske flyvåpenet, holder på å utvikle en satellitt som de kaller Bitsy. Denne regner de med vil komme til å veie under 1 kg. Den første oppskytingen er planlagt til geostasjonær bane i mars 1997. Denne lavkostsatellitten kan skreddersys til å inneholde instrumenter for jordobservasjoner, som en reléstasjon, eller utføre romvitenskapelige og astrofysiske eksperimenter. Prisen for denne satellitten er i dag på 100 000 dollar. Denne prisen er noe de «fleste» som ønsker å få skutt opp en satellitt kan akseptere. Prosjektet New Millennium regner 60 millioner dollar som «billig» for en satellitt.

Dersom man ønsker å bygge neste generasjons satellittsystemer, bruker man siste generasjon av elektronikkteknologien. Ulempen med det er at en kommer til et punkt hvor den ene generasjon ikke er noe bedre enn den andre. På denne måten når man et stagnasjonspunkt. Hvis man ser på trendene når det gjelder pakketetteheten på en integrert brikke, ser man at denne har eksplodert de siste årene. Det er ingen tvil om denne også vil øke i tiden som kommer, men det vil høyst sannsynlig komme til et punkt hvor vi nettopp ikke kan skille den ene generasjonen fra den andre. Enkelte eksperter regner med at dette stagnasjonspunktet ligger 10-15 år frem i tiden.

Løsningen på dette kan nettopp ligge i nanoteknologien. Hva det dreier seg om er anvendelser av kvantemekanikk for å utvikle nye måter å foreta beregninger på. Takket være elektronenes kvantemekaniske natur er det er mulig å utføre svitsjing og signalprosessering på en integrert krets. Disse svitsjefunksjonene kan settes sammen i en superbrikke som kan ha form som en terning. Denne superbrikken kan sammenlignes med et varehus med mange superdatamaskiner, men vil ikke være større i utstrekning enn et frimerke. En rekke med terninger kan da settes sammen og danne milliarder på milliarder av funksjoner som kan settes sammen til integrerte kretser, som kan fungere som et minne eller vanlige logiske kretser.

Å spå inn i fremtiden er ikke enkelt, men med denne teknologien kan det være mulig å plassere tusentalls av slike superdatamaskiner i bane rundt Jorden. De har kommunikasjon med Jorden hvor brukerne får tilgang til en mengde tjenester. For romfartsformål kan det være mulig å utforske rommet rundt oss på en helt annet måte enn vi gjør i dag.

Uansett hva som gjøres for fremtidens romfartøy, må det arbeides for å få strømforbruket ned, det samme gjelder størrelsen, og teknologien må være raskere. Nanoteknologi, som neste generasjon av romfartssystemer kanskje vil baseres på, krever en revolusjon på tvers av grenser innenfor teknologien. Nanoelektronikk møter mikrobearbeiding, som igjen møter mikronavigering, mikrodrivkraft og mikrokommunikasjon, og så videre. Det blir interessant å se hva de neste årene bringer innefor denne type teknologi.

Tekster til illustrasjoner brukt i artikkelen

Bildet viser to typiske tradisjonelle, store satellitter, den meteorologiske satellitten Meteosat, og den indiske Apple, plassert sammen før felles oppskyting.

Her sees en termisk bryter for temperaturkontroll. Den fungerer som en radiator, og varmeutstrålingen kan endres til enhver verdi, hvilket tillater dynamisk temperaturkontroll.

Bildet viser satellitten Bitsy, som er et samarbeidsprosjekt mellom AeroAstro og det amerikanske luftforsvaret. Satellitten veier bare 1 kg, og disketten ved siden av viser størrelsen. Den kan skreddersys til å fungere som en fjernmålingssatellitt, en relésatellitt eller kunne utføre vitenskapelige målinger. Den kan opereres fra en PC- eller Macintosh-basert bakkestasjon.

Bildet viser en elektromagnetisk mikromotor utviklet av Institutt for mikroteknikk Mainz i Tyskland. Slike mikromotorer bruker forskjellige elektromagnetiske prinsipper og består av presisjonsmekaniske deler. Ved at det blir brukt kulelagre i motorene forlenges levetiden, og planetariske gearbokser tillater et høyt vridningsmoment. Mikromotorens diameter er omtrent 2 mm, og genererer et vridningsmoment på 0,1 x 10-6 Nm.

 
Forrige artikkel | Neste artikkel | Alle NOR 1996 | Alle Romfart/NOR
 
 
 

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