Denne artikkelen er produsert og finansiert av Universitetet i Oslo - les mer.

Overingeniør Maren Charlotte Lithun med måleapparatet som snart skal festes til Den internasjonale romstasjonen.
Overingeniør Maren Charlotte Lithun med måleapparatet som snart skal festes til Den internasjonale romstasjonen.

Norsk oppfinnelse skal måle været i verdensrommet

I mars skal et nytt måleapparat festes til Den internasjonale romstasjonen. Det skal gi bedre værmeldinger i verdensrommet.

Publisert

I 20 år har Den internasjonale romstasjonen (ISS) seilt i bane over 300 kilometer over jorda. Stadig blir det koblet på nye komponenter, og i mars er det klart for én til.

Nykommeren heter Bartolomeo, oppkalt etter broren til Kristoffer Columbus. Komponenten skal festes til en allerede eksisterende seksjon som heter Columbus.

Den europeiske romfartsorganisasjonen ESA har ansvaret for Columbus og skal snart sende Bartolomeo til værs. Om bord er det plass til en rekke små instrumenter og eksperimenter. Det aller første vitenskapelige eksperimentet som fikk bekreftet billett til reisen, er en norsk oppfinnelse som er utviklet ved Fysisk institutt ved Universitetet i Oslo (UiO).

– Dette er en milepæl for norsk romforskning, sier instituttleder Jøran Moen.

Oppholdet på Romstasjonen skal forhåpentligvis gjøre oppfinnelsen enda bedre og bidra til mer nøyaktige målinger og varslinger av romvær. Slike varslinger vil være gull verdt for blant annet fly- og skipstrafikk, som er avhengige av nøyaktige GPS-signaler.

– Vi har et målesystem som gir så god oppløsning at vi får et mye bedre bilde enn det andre teknologier gjør, sier Moen.

Den sylinderformede Columbus har hengt fast på Romstasjonen siden 2008. «Boksene» utenpå er del av Bartolomeo-modulen som etter planen skal hekte seg på i mars i år.
Den sylinderformede Columbus har hengt fast på Romstasjonen siden 2008. «Boksene» utenpå er del av Bartolomeo-modulen som etter planen skal hekte seg på i mars i år.

Fra satellitt til romstasjon

På Instrumentlaboratoriet (I-lab) i kjelleren i Fysikkbygget på Universitetet i Oslo viser Maren Charlotte Lithun fram en modell av måleapparatet som snart skal ut på langtur.

– Det er veldig spennende at den skal opp på Romstasjonen, sier hun.

To sammenleggbare armer er festet i hver sin ende av en metallskinne. I tuppen av hver arm stikker det ut en syltynn nålespiss, en probe.

– Vi vet at systemet fungerer. Vi har levert det før, og vi har bare gjort små endringer som vi vet har gjort det bedre, sier Lithun.

Probene har blant annet vært i bruk på satellitter i bane rundt jorda. Da med to slike plassert ved siden av hverandre, altså fire følsomme prober til sammen.

– Du må ha minst to sett med prober for å måle det vi vil. I dette prosjektet skal vi ha seks prober, sier overingeniør Lithun.

Under oppskytingen er probearmene slått sammen, og de har finpusset på fjærmekanismen som skal sørge for at de spretter opp i utslått stilling når de er på plass på Romstasjonen.

Maren Lithun på UiOs Instrumentlaboratorium med en modell av romværmelderen M-NLP.
Maren Lithun på UiOs Instrumentlaboratorium med en modell av romværmelderen M-NLP.

Strenge krav fra NASA og ESA

Designet som skal opp på romstasjonen ble i utgangspunktet utviklet for den norske satellitten Norsat-1. I tillegg til selve probeinstrumentet lager Lithun og kollegaene bokser til den medfølgende elektronikken, og de lager braketten som instrumentene skal monteres på.

De samarbeider med ESA, NASA, Airbus og elektronikkfirmaet Eidel, og alle har sine krav.

– Det vanskeligste har vært å få oversikt over alle krav og design for delene som vårt system skal grense mot. Nye krav dukker opp underveis, og grensesnitt har også endret seg flere ganger underveis i designprosessen, sier Lithun.

Disse kravene handler blant annet om at de ikke påvirker eller ødelegger for andre instrumenter. Og at det passer inne der de har fått sin tilegnede plass på Bartolomeo-plattformen.

– Selve designet er ganske rett fram når vi vet hva vi skal lage, sier Lithun.

En ting er å klare seg ute i det blikkstille verdensrommet. Noe helt annet er det å tåle selv oppskytningen.

– Vi har gjort vibrasjonsanalyser så den ikke skal filleristes under oppskytning. Vi må vite at den tåler det den skal, sier Lithun. Vi har testet den tidligere under mye tøffere forhold.

Hun føler seg trygg på at alt skal gå bra. Likevel vil det nok krible litt når nedtellingen nærmer seg lift-off.

– Selv om vi er veldig trygge på vårt design, er det er spennende å se at det går som det skal. Så vi følger med på at alt fungerer som det skal.

Tiltrekker seg elektroner

De nåletynne probene har fått navnet m-NLP. Det står for multi-needle Langmuir probe system. Det de gjør, er å måle elektrontettheten i omgivelsene.

Endringer i elektrontettheten kan nemlig skape problemer for GPS-signaler. Det gjør at GPS-systemet ikke er 100 prosent til å stole på.

– Nålene er sensoren som tiltrekker seg elektroner og som måler hvor mye elektroner som er i nærheten, sier Jøran Moen.

Nålene har allerede prøvd seg om bord i Norsat-satellitten, som særlig har blitt brukt til å forske på romvær over polområdene. Nå står ekvator for tur.

Rundt Nordkalotten er det blant annet nordlyset som skaper trøbbel. Ved ekvator er det helt andre ting.

Sola øker elektrontettheten

Over ekvator er nemlig forholdene slik at det brått oppstår store endringer i elektrontettheten, med påfølgende usikkerhet for GPS-signalene.

– Det er endringer i elektrontettheten som skaper forstyrrelser i radiobølger og som dermed kan blokkere GPS-signaler, sier Moen.

Det er energien fra sollyset som fører til at det blir flere frie elektroner og større elektrontetthet. Men over ekvator går sola veldig fort ned. Dermed blir det brå endringer som kan skape problemer for radiokommunikasjonssystemer og satellittnavigasjon.

– Målet er å komme med på så mange satellitter som mulig, sier Jøran Moen ved Fysisk institutt.
– Målet er å komme med på så mange satellitter som mulig, sier Jøran Moen ved Fysisk institutt.

– Dette er ikke noe stort problem for folk flest. Men vi kan ikke stole helt på GPS-signalene så lenge vi vet at det er problemområder, særlig i polområdene og ved ekvator.

Hvis det er mulig å varsle på direkten akkurat når disse forstyrrelsene oppstår, kan man vite nøyaktig når og hvor GPS-signaler er upålitelige. Og dermed også når de er til å stole på.

I dag vet vi at det det finnes problemområder og hvor disse ligger, men det finnes ikke romvarsel som kan avgrense disse områdene.

Det skaper usikkerhet i kommunikasjonen for blant annet fly- og skipstrafikk. En drone vil også få problemer uten gode GPS-data.

Romværvarsel på direkten

Mens måleapparatet er i aksjon der ute på Bartolomeo og Romstasjonen, skal forskere og ingeniører fra UiO og elektronikkfirmaet Eidel bruke det til å utvikle produkter for fremtidige romværsatellitter.

– Vi har et eksperimentelt laboratorium på ISS, sier Moen.

Målet er at det skal kunne registrere og tolke romværet og sende direkte beskjed ned til jorda: «Nå kan du stole på GPS-en».

– Værvarsling er ferskvare. Det gjelder også romvær. Hvis det ikke er gjort på sekunder, er det null verdt, sier Moen.

Det går for langsomt i dag når rådata fra rommet må innom et laboratorium på jorda før varselet er klart. Da er det allerede for sent.

– Vi vil lage programvare som kan utføre prosesseringen om bord og fôre operative romværmodeller med noen bits med data i sanntid, sier Moen.

Dersom de lykkes, vil det være nok med ett eneste signal som bekrefter eller avkrefter at GPS-en er trygg. Det håper Moen skal gi stor etterspørsel etter teknologien.

– Målet er å komme med på så mange satellitter som mulig, sier han.