Endelig er ESA’s mareridts-satellit klar til opsendelse
more_vert
close
close

Vores nyhedsbreve

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Endelig er ESA’s mareridts-satellit klar til opsendelse

ESA’s nyeste satellit, Aeolus, befinder sig lige nu om bord på skibet Ciudad de Cadiz i Atlanterhavet på vej til havnebyen Degrad des Cannes i Fransk Guyana, hvorfra den skal opsendes fra ESA’s rumhavn i Kourou 21. august med en Vega-­raket.

Det er en helt usædvanlig transportform, da satellitter ellers altid sendes med fly til Fransk Guyana, men Aeolus er også en helt usædvanlig satellit. Det gælder både dens mission, dens instrument og ikke mindst det mareridt, det har været at udvikle satellitten, som har slået alle rekorder i forsinkelser.

Artiklen fortsætter under grafikken

Illustration: MI Grafik / Lasse Gorm Jensen

Selv Nasas afløser for Hubble- rumteleskopet, James Webb-rum­teleskopet, som også har været udsat for enorme budgetoverskridelser og væltede tidsplaner, er endnu ikke så meget forsinket som den mere simple europæiske satellit.

Lad os først se nærmere på formålet og dernæst besværet med at bygge satellitten og dens måleinstrument, og til slut forklaringen på, hvorfor ESA ikke turde risikere at sende satellitten med fly til Fransk Guyana.

Et begyndelsesværdiproblem

Matematisk set er beregninger af vejrudsigter et begyndelsesværdiproblem, hvor man løser et system af koblede differentialligninger, som man i princippet har kendt i mere end 100 år.

Nøjagtigheden af vejrudsigten afhænger af to forhold. For det første hvor godt man er i stand til at løse disse differentialligninger, og hvor finmasket et net man kan gøre det i. Det kræver supercomputere, og der er ikke mindst inden for de seneste år sket en afgørende forbedring i forhold til 1950, hvor man skulle bruge 24 timer til at løse ligninger, der beskrev vejret 24 timer længere ude i fremtiden.

Den andet forhold er, hvor godt man kender begyndelsesbetingelserne. Også her er der sket afgørende forbedringer, i takt med at observationer fra Jorden og fra rummet giver flere og flere data.

Men meteorologerne mangler stadig i stor stil data for vindhastighederne i atmosfæren. Der sker i dag observation fra fly og vejrballoner, men data er sporadiske, hvad angår dækning af jordkloden og vinddata fra forskellig højde.

Hvordan blæste det for fem dage siden?

Da Aeolus blev vist frem i Toulouse i Frankrig hos Airbus Defence & Space, der har bygget satellitten, gav Alain Dabas, der leder en forskningsgruppe hos Meteo France, et meget konkret eksempel på en vejrsituation over Europa i marts 2014, der udviklede sig helt anderledes end forventet. Og årsagen til de forkerte forventninger var, at man ikke havde kendt vindhastighederne over Stillehavet ud for Sydamerika fem dage tidligere.

Det er bl.a. på denne baggrund, at World Meteorological Organization har påpeget, at vinddata er et af de største huller i de nuværende glo­bale observationssystemer.

Derfor begyndte man allerede i 1990’erne at overveje en vindmålingssatellit. I 1999 blev Aeolus-­missionen godkendt med en planlagt opsendelse i 2007.

Kort efter at data er registreret af Aeolus, vil de tilgå European Center for Medium-Range Weather Forecasts i Reading i England, som forsyner alle nationale meteorologiske institutter med input til deres egne beregninger.

Der endnu ikke planlagt et permanent system af vindmålingssatellitter, der skal levere sådanne data, når Aeolus-missionen slutter om tre til fire år. Det er op til Aeolus at vise, at en løbende observation af vindhastigheder er nyttig for meteorologerne.

Lidar skal der til

Det er vindhastighederne tæt på Jorden og op til en højde af ca. 30 km, meteorologerne er interesseret i. Men hvis ikke satellitten skal have uforholdsmæssigt meget brændstof med om bord, skal den flyve i en højde af 300-400 km.

Heldigvis kan man udnytte Dopplereffekten til at bestemme vindhastigheden på stor afstand. Hvis man udsender et elektromagnetisk signal fra satellitten og registrerer ændringen i frekvensen af det tilbagespredte signal, som satellitten opsamler, vil denne frekvensændring være et mål for hastigheden af de partikler eller molekyler, som har spredt det elektromagnetiske signal.

Artiklen fortsætter under grafikken

Illustration: MI Grafik / Lasse Gorm Jensen

Fuldstændig samme princip, som bruges ved radarkontrol til at måle bilers hastighed på vejene.

Et radarsignal med en frekvens i mikrobølgeområdet er dog ikke meget bevendt i atmosfæren. Her er det meget bedre at vælge frekvenser i det synlige område og ikke mindst i det blå eller ultraviolette område, hvor spredningen af lys er størst.

Når himlen er blå, og solnedgangen er rødlig, er det netop, fordi blåt lys spredes mere end rødt lys i atmosfæren.

Altså skal man ikke benytte en radar (hvor ra står for ‘radio’), men en lidar (hvor li står for ‘light’) og allerhelst en UV-lidar. Da spredningen direkte tilbage under alle omstændigheder er meget lille, gælder det om at have en så kraftig lyskilde som muligt – altså en laser.

Krystal tredobler frekvensen

Der findes ikke gode ultraviolette lasere, men det er ikke det helt store problem. Lys fra en såkaldt neodymium-YAG-laser med en bølgelængde på 1.066 nanometer kan man sende gennem en krystal, der tredobler frekvensen, og dermed gør bølgelængden tre gange mindre.

Derved har man UV-lys med en bølgelængde på 355 nanometer, som er særdeles velegnet.

En sådan UV-lidar havde dog aldrig tidligere været fløjet på nogen satellit, og det viste sig uhyre vanskeligt at lave instrumentet på Aeolus, som går under navnet Atmospheric Laser Doppler Instrument, som forkortes til Aladin.

Effekten af UV-lyset er 80 millijoule. Det er så kraftigt, at det let kan skade de optiske elementer. Problemet viste sig endnu større, når instrumentet blev testet i vakuum, idet små forureningspartikler derved lettere satte sig fast på de optiske moduler, og det bidrog til en meget hurtig degradering af systemet.

Ilt holder systemet i live

Løsningen har dels været at forsyne Aladin med en iltflaske, der ganske svagt hele tiden sender ilt gennem det optiske system. Men helt afgørende har været den coating, som skulle anvendes til de optiske moduler.

»I realiteten stod vi med Aladin over for et regulært forskningsprojekt og ikke et udviklingsprojekt,« forklarede ESA’s Anders Elfving, som blev den tredje og sidste projektleder for Aeolus, til Ingeniøren.

ESA søgte bl.a. forgæves hjælp hos Nasa, som blot sagde: »Fortæl os endelig løsningen, når I kender den.«

Hele fire generationer af nye coatings måtte udvikles og fremstilles, før man fik noget, der kunne bruges. Hvert forløb tog tæt på ni måneder, hvilket bidrog væsentligt til forsinkelsen.

Nu er Aeolus endelig færdig, og Aladin har gennemgået så mange og så lange tests, at ESA er sikker på, at instrumentet nok skal holde til de 3-4 år i rummet, missionen er berammet til.

Mareridtet er slut.

Flyvetur kunne ødelægge instrument

Med en form for tilfredshed kunne Josef Aschbacher, der chef for ESA’s jordobservationsprogram, under præsentationen i Toulouse konstatere, at selvom tidsplanen var skredet med 290 pct., så var omkostningerne kun steget med 47 pct. til 481 millioner euro.

Aladin er naturligvis designet til at kunne modstå det fald i det atmosfæriske tryk, der vil ske i forbindelse med opsendelsen, men instrumentet kan ikke klare en hurtig stigning i lufttrykket.

Hvis satellitten var sendt med fly til Fransk Guyana, kunne Aladin derfor blive ødelagt, hvis flyet af den ene eller anden grund skulle tabe højde eller ved en anden form for stigning i lufttrykket.

Derfor er Aeolus nu på vej med skib til raketten, der står klar i Kourou.

"Effekten af UV-lyset er 80 millijoule" Siden hvornår er vi begyndt at måle effekt i joule?

Enten må det være puls energien der er tale om, eller også skulle der vist have stået 80 milliwatt.

Jeg må ærligt indrømme at jeg er ret nysgerrig efter at høre mere om hvorfor ilt holder komponenterne i live. Det går i mod min intuition.

  • 5
  • 1

Ved Lidar benyttes en pulset laser, deraf enheden i joule.

Jeg tror dog, at der er sneget sig en fejl ind ved bølgelængden af Nd:YAG laseren, da denne type laser udsender 1064 nm.

Ellers en spændende artikel, og det bliver spændende at se, hvad det gør ved vejrudsigternes nøjagtighed.

  • 1
  • 0

Jeg må ærligt indrømme at jeg er ret nysgerrig efter at høre mere om hvorfor ilt holder komponenterne i live. Det går i mod min intuition.

Formodentlig fordi eventuelle partikler oxideres af UV-lyset, i stedet for at brænde fast i de optiske coatings ?

Personligt var jeg nok hoppet af projektet allerede ved "vi skal sende en optisk bænk op med raket": Vibrationsniveauet under opsendelse svarer nogenlunde til at bolte payload fast til en motorblok og køre 100km i god hastighed på dårlige veje.

  • 2
  • 0