Satellitten Envisat overvåket jordas miljø og klima. Andre satelitter er veivisere for skip i Arktis. Sikkerheten deres er avhengig av god kvalitet på signalene. (Illustrasjon: ESA)
Plasma i verdensrommet kan true sikkerheten til skip i Arktis
Satellitter sender oss GPS-signaler, som skip og fly navigerer etter. Men signalene møter mange forstyrrelser på veien til jorda. Nå samarbeider norske og japanske forskere om å bedre sikkerheten.
«Numerical simulations of rocket-plasma interaction» er et toårig utdanningssamarbeid mellom Universitetet i Oslo og universitetet i Kobe i Japan, støttet av Utforsk-programmet.
Det er et tverrfaglig prosjekt. Fra UiO er tre ulike institutter involvert: fysikk, matematikk og informatikk. På Kobe-universitetet er informatikkmiljøet tyngst involvert.
Utforsk gir støtte til faglig fundert samarbeid innen høyere utdanning, med sikte på langsiktige og institusjonelt forankrede samarbeidsrelasjoner med Brasil, India, Japan, Kina, Russland og Sør-Afrika.
Satellittsignaler blir forstyrret av plasma mellom satellittene og jorda. Plasma er ionisert gass og den vanligste formen for synlig materie i universet.
Men hvordan opptrer egentlig plasma? Hvordan forstyrrer plasma signaler?
– For å finne svar på disse spørsmålene jobber vi først med store simuleringer. Deretter sender vi opp forskningsraketter, forklarer Wojciech Miloch.
Han er førsteamanuensis ved Fysisk institutt ved Universitetet i Oslo.
Han er også norsk koordinator for et forsknings- og utdanningssamarbeid med Kobe-universitetet i Japan. Samarbeidet har støtte fra Utforsk-programmet.
Næringsinteressene og -aktivitetene vokser i Arktis. Samtidig tilsier prognoser at den arktiske sjøisen er borte hele sommeren innen 2050. Det vil åpne den nordlige sjøruten mellom til Asia – og innebære en sterk økning i skipstrafikk.
Krav til sikkerhet på sjø og land øker, og det avhenger blant annet av sikre GPS-signaler.
Rakettmålinger er eneste metode for å måle plasma over Arktis. Forskere skyter raketter med avansert måleutstyr ut i ionosfæren, 300 kilometer opp. Det høres kanskje greit ut, men er det ikke.
Problemet er nemlig at raketten samtidig forstyrrer plasma. Og omvendt: Plasma påvirker både raketten og måleutstyret.
– Sammenlign det med en båt på havet: Du vil studere havet, men samtidig lager båten bølger. Vi vil studere ionosfæren, men for å gjøre dette nøyaktig, må vi samtidig forstå hvordan rakettene påvirker plasma, sier Miloch.
Utforsk-samarbeidet lener seg tungt på et større forskningssamarbeid kalt «4DSpace», en satsing på UiO. Koblingen av utdanning og forskning er en viktig suksessfaktor, slik Miloch og hans japanske kollega Hideyuki Usui vurderer det.
– Det hender at studentene gjør oppdagelser som er relevante for videre analyser. Vi har fire-fem fagartikler underveis nå, hvor også studenter deltar som forfattere, sier Usui.
Studentutveksling er viktig i Utforsk-samarbeidet. I 2015 ble det arrangert to felles workshops, én i Oslo, én i Kobe. Ambisjonen var å ta opp 20 studenter på master- og doktorgradsnivå.
Annonse
– Vi endte opp med hele 33 studenter, for interessen var så stor. Japan er veldig eksotisk for våre studenter. At de også får delta i konkret forskningsarbeid, virker ekstra motiverende, mener Miloch.
At arbeidet også fort får praktisk anvendelse, er vel så motiverende.
– Det finnes ingen vitenskapelige ekspedisjoner uten forutgående simuleringer. En tur til månen, eller rundt en komet: Det er alltid simuleringer først. Også framtidige satellittoppdrag må bygge på simuleringer, slik at forskerne vet mest mulig om hvordan instrumentene vil fungere, forklarer Miloch.
Simuleringer er også viktig for å analysere data samlet fra romfartøy. Egentlig er det først når forskerne sammenligner resultater fra rakettekspedisjoner med nye simuleringer at de fullt ut kan forstå dataene.
– Kombinasjonen av simuleringer og konkrete eksperimenter på satellitter og raketter er vår styrke. Vi kan se hva som skjer under ulike forhold og videreutvikle kodene våre, sier Miloch.
Utvikler nye koder
Simuleringer av hva som skjer når raketter og plasma treffer sammen, foregår i form av såkalte «koder», det vil si store dataprogrammer utviklet over flere år. UiO-miljøet har utviklet sin kode, Kobe sin.
Studentene har konkrete oppgaver med å utvikle kodene videre.
– Kobes koder er litt annerledes enn våre, og vi implementerer mye av deres metoder i våre programmer. Dette samarbeidet handler om utveksling av kunnskap også, ikke bare av studenter og forskere, påpeker Miloch.
Hans miljø har i en årrekke drevet med rakettoppskytninger på Andøya, med studenter tungt involvert.
– Vi kommer til å ha flere oppskytninger på Andøya i årene framover. Vi vil gjerne også ha japanske studenter med i framtidige oppdrag, sier Miloch.
Samtidig regner han med å få norske studenter involvert i framtidige rakettoppskytninger i Japan, i regi av JAXA - Japan Aerospace Exploration Agency.
Står sterkere på arbeidsmarkedet
Hideyuki Usui understreker at det norsk-japanske samarbeidet har stor verdi for de japanske studentene.
– Industrien her i Japan ser etter kandidater med internasjonal erfaring og som behersker engelsk. Samarbeidet gir våre studenter et stort fortrinn når de senere skal søke jobb, sier Usui.
Forskerne ønsker nettopp å samarbeide med industrien.
– Vi har akkurat startet et samarbeid med Mitsubishis avdeling for romteknologi. De jakter på kunnskap, som vi kan tilby med våre avanserte simuleringer, sier Usui.
Miloch mener at også de norske kandidatene får et klart fortrinn.
– Studieopphold utenlands gir en helt klar tilleggsverdi. Det viser at du har guts og inspirasjon. Du kan jobbe i team. De har vært utsatt for internasjonalt samarbeid og andre kulturer. Og det er jo slik verden er i dag: Vi lever i en åpen, flerkulturell verden med veldig få og små barrierer, påpeker Miloch.
– Japansk kultur er jo veldig forskjellig fra vår vestlige, legger han til.
Annonse
Akkurat på det punktet er ikke Usui helt enig.
– Vi har introdusert mye vestlig her i Japan, så vi føler oss ikke så ulike dere. Bortsett fra språket, da.
Satelittfoto av Europa og Afrika. (Foto: Norsk Romsenter)
En investering
Usui er full av ambisjoner og visjoner for det videre samarbeidet.
– Om fem år har vi utvidet forskningsfeltet til å inkludere ikke bare raketter-plasma-interaksjon, men også asteroider og kometer, sier Usui.
Han viser til en ny supercomputer som kommer hans fagmiljø i 2020, og som kan gjøre simuleringer mye fortere og med mye større datamengder.
– Våre to miljøer spiller en viktig rolle i å planlegge framtidige rakett- og satellittekspedisjoner. Og jeg vil gjerne at flere av studentene som deltar nå, i årene framover blir ledere i dette samarbeidet. Andre vil ta jobber i industrien, så vi vil ha «våre folk» der også. Dette vil bare vokse. Det er en investering, rett og slett, sier Miloch.
