DTU's banebrydende ’gyroskop-stjernekamera’ på vej til ISS: »Alle rumfartøjer bruger det inden for fem år«

Sådan kommer det (formentlig) til at se ud, når røntgenteleskopet Nicer med de 56 røntgenlinser bliver indstalleret på ISS. Når man kigger godt efter, kan man akurat se det lille kamera stikke frem under kassen. Illustration: NASA

Opdateret fredag klokken 09:37: På grund af dårligt vejr udsatte SpaceX opsendelsen natten til fredag dansk tid. Hvis vejret arter sig, er der i stedet liftoff lørdag klokken 17:05 lokal tid, det vil sige klokken 23:05 dansk tid.

Når astronauterne på Den Internationale Rumstation, ISS, går til ro i deres soveposer 400 kilometer over Jorden, går de avancerede videnskabelige instrumenter, som er monteret uden for, på arbejde. Det drejer sig om stjernekameraer, teleskoper, atmosfære- og horisontscannere og jordobservationsinstrumenter.

Instrumenterne kræver nemlig fuldkommen arbejdsro, for at billederne ikke bliver slørede. Og det er stort set umuligt, når besætningen er vågen. For bevægelser får rumstationen til at vibrere, så teleskopet skifter retning.

Indtil nu har stjernekameraerne derfor bedst kunnet tage billeder af verdensrummet, når astronauterne sover. Men nu er DTU Space på vej op i rummet med et avanceret stjernekamera med et slags gyroskop indbygget, der kan arbejde 24/7.

»Det er en teknologisk nyskabelse, som, vi tror, bliver en game changer; en metode, som alle rumfartøjer flyver med inden for fem år. Og Nasa har allerede forudbestilt den til stort set alle de kommende missioner,« siger professor på DTU Space John Leif Jørgensen til Ingeniøren.

Sådan ser opbygningen af Nicer ud grafisk fortalt. Neden under kan man lige spotte DTU Spaces lille kamera. Illustration: Uddrag fra Nasas publikation: The Neutron star Interior Composition Explorer (NICER): design and development

Røntgenteleskop på udkig efter neutronstjerne

Natten til fredag flyver den private rumfartsvirksomhed SpaceX et fragtfartøj med forsyninger og forskningsudstyr op til rumstationen.

Og med om bord er Nasas nye røntgenteleskop, Nicer, som skal afsøge universet for røntgenstråling fra fjerne neutronstjerner og fænomener tilknyttet dem. Det er netop Nicer, som DTU Space har udviklet det kombinerede gyroskop og stjernekamera til.

Læs også: Den store finale fortsætter ude ved Saturn - og DTU Space er med

»Når du hopper på Jorden, flyver du op i luften, og Jorden flyver den anden vej. Der er masseforholdet så stort, at jorden (og vi andre) ikke mærker det. Men på ISS er det rigeligt til, at hele rumstationen flytter sig lidt, når du hopper. Og det ødelægger målinger på ISS,« siger John Leif Jørgensen.

»I stedet for, at vi kun har cirka otte timers god tid på rumstationen, når der er nattero, vil vi 24 timer i døgnet kunne foretage målinger. Det bliver en kolossal forbedring,« siger han.

Kombinerer ’accelerometer-gyroskop’ med kamera

Et stjernekamera navigerer efter stjernerne, og det fungerer kun, når det kan se stjerner. Ellers skal man bruge en anden reference, en såkaldt inertiel sensor, det vil sige et kombineret accelerometer og gyroskop-sensor.

Læs også: Jupiters magnetfelt er langt kraftigere end forventet

Gyroskopet bruger inertireferencen (verdensaltet) som hjælp til at bestemme en retning, mens accelerometeret er designet til at reagere på alle vibrationer, ligesom man kender det fra fitness-devices. Her har DTU Space bygget ’accelerometer-gyroskopet’ sammen med et stjernekamera.

»Vi får begge instrumenter til at virke væsentligt bedre ved at koble dem sammen i en slags symbiose,« fortæller John Leif Jørgensen.

»Du kan ikke forvirre kameraet, for her kompenserer accelerationssensoren for eventuelle bevægelser. Det svarer til det, man også ser i fotografers kamera bare meget mere nøjagtigt,« forklarer professoren.

56 små teleskoper samler røntgenstrålerne

Når du ser på billedet af Nicer, kan du også se en anden smart løsning; 56 små forskellige røntgenlinser – teleskoper med egen sensor nedenunder, og som alle samler røntgenstrålerne i ét punkt og gør det ud for ét stort teleskop.

Neutronstjerner langt væk er nemlig så lyssvage, og det ville kræve en så stor åbning på teleskopet, at det skulle rage 50 meter ud i rummet, og det ville være umuligt på ISS.

De små teleskoper har også den fordel, at de kan vinkles, og det er smart, eftersom man kigger på røntgen, der går igennem alle materialer. Hvis man sætter en metalplade op, vil røntgenstråler gå direkte igennem. Men hvis man sætter den på skrå, glider strålerne af ligesom en kugle, der rikochetterer - altså som et strejfskud.

»Så ved at vinkle pladerne (som dele af en omdrejningsparaboloide) kan alle stråler fra neutronstjernen samles i det punkt, hvor vi har placeret sensoren,« siger John Leif Jørgensen.

»Under opbygningen af stjernekameraet har vi bøvlet meget med at kalibrere de 56 sensorer i forhold til hinanden, for de skulle alle sammen gerne pege samme sted hen, men det hjælper vores stjernekamera med til,« forklarer John Leif Jørgensen.

Nicer kommer samtidig til at fungere lidt som en kanon, der kan pege i alle retninger. Og det benytter en ifølge John Leif Jørgensen vidunderlig opfindelse – det harmoniske drev, hvor man undgår tandhjulsrystelser, fordi motorerne er uden gearhjul.

Har ventet seks år på det her

Hvis planen holder, ankommer Nicer til rumstationen fredag ved middagstid.

Nicer skal monteres på en platform oven på den store tværgående stang oven på rumstationen, og det vil som nævnt nok ske inden for et par uger.

Og når stikket er sat i, er Nicer klar til at vise sit værd.

»Det er seks år siden, vi startede på Nicer-missionen. Folk har investeret store dele af deres karriere i dét her projekt, så naturligvis er vi spændte,« forklarer professor John Leif Jørgensen.

Billedet viser Nicer-stjernekameraet lige før afsendelse til Nasa. Selve kameraet er til venstre. Det grå på den sorte kulfiber modlysblænde er et meget tyndt kvartslag, der skal beskytte kulfiberen mod den atomare ilt, der findes i store mængder dér, hvor ISS flyver, og som ellers vil æde kulfiberen på kort tid. Et nødvendigt trick som DTU Space lærte fra de første lavtflyvende satellitter. Illustration: DTU Space