Miniraketter tar igjen kjempene

De måler og veier en brøkdel av romfartens giganter. Likevel er miniraketter forskernes foretrukne fartøyer når de utforsker luftlag som kjempene braker forbi. Og de små superheltene myldrer fram på himmelen i større antall enn noen gang.

De måler og veier en brøkdel av romfartens giganter. Likevel er miniraketter forskernes foretrukne fartøyer når de utforsker luftlag som kjempene braker forbi. Og de små superheltene myldrer fram på himmelen i større antall enn noen gang.

Claus Lunau & NASA

Med en høyde på bare ti meter og en vekt på 2000 kilo måler og veier de såkalte minirakettene bare en brøkdel av verdens største rakett, Falcon Heavy. Og nå myldrer de fram på himmelen i rekordtall.

De små rakettene kan nemlig utforske luftlag som de større brødrene dundrer forbi, og de er i tillegg mye billigere.

I motsetning til større rakettprosjekter som kan ta tiår å utvikle, kan miniraketter med et enkelt spesialisert instrument klargjøres på få måneder.

De små rakettene er derfor opplagte valg når en avgrenset oppgave skal løses raskt. Og det er det nå mange forskere som benytter seg av.

En opptelling viser at antallet miniraketter har eksplodert i de siste årene. I 2015 var 20 små raketter under utvikling rundt om i verden.

I 2019 var tallet 100 – altså en femdobling på fire år.

Minirakettene har allerede kartlagt alt fra polarlys til hull i ozonlaget.

Og nå utvider den amerikanske romfartsorganisasjonen Nasa feltet når den i 2021, under navnet SISTINE, sender opp en minirakett for å peke et teleskop mot stjernesystemet Alfa Centauri, nabosystemet vårt.

Her skal fartøyet lete etter falske tegn på liv og dermed fylle ut et stort hull i den eksisterende kunnskapen.

© Claus Lunau

Miniraket flyr i omvendt U

De små sonderakettene følger en bane formet som en omvendt u, som typisk når 100-1000 kilometer opp.

© Claus Lunau

Motorer kobles fra

Når drivstoffet i nederste del av raketten er brent opp, kobler det tomme skallet seg fra. Prosessen gjentar seg for neste store rakettmotor.

© Claus Lunau

Rakett snur seg rundt

Når raketten nærmer seg høyden der teleskopet om bord er konstruert til å observere, skrus det såkalte attitude control system (ACS) på. Det snur raketten vha. små gassdyser.

© Claus Lunau

Teleskop samler inn data

Nå kan teleskopet måle lyset fra for eksempel solen eller en spesifikk stjerne.

© Claus Lunau

Fallskjerm sikrer landing

Når tyngdekraften får overtaket, og raketten begynner å dale igjen, utløses en fallskjerm fra rakettens nese. Dermed er det mulig å bevare det vitenskapelige utstyret om bord på raketten, slik at det kan brukes på nytt.

Raketter med minilaboratorier

Miniraketter er på ingen måte en ny oppfinnelse. Den grunnleggende teknologien ble utviklet for 75 år siden i etterdønningene av andre verdenskrig.

USA konfiskerte omtrent 100 av de såkalte V2-rakettene i Nazi-Tyskland. Rakettenes motorer ble drevet av en blanding av etanol, vann og flytende oksygen, noe som gjorde dem i stand til å akselerere i 65 sekunder og nå en høyde på 80 kilometer.

V2-rakettene var opprinnelig utstyrt med bomber, men amerikanske ingeniører fjernet dem og installerte måleutstyr i stedet.

Dermed kunne forskere bruke rakettene til å undersøke atmosfæren.

Det gjorde de blant annet for å avdekke hvordan polarlysene oppstår på grunn av den bygen av elektrisk ladde partikler som solen løpende sender mot jorden – også kalt solvinden.

Bli med snurrende minirakett på en reise til grensen av rommet:

I dag flyr miniraketter, slik V2-rakettene gjorde, fortsatt i en såkalt ballistisk bane opp i atmosfæren og ned igjen – som en omvendt U.

Men siden V2-alderen har minirakettene blitt videreutviklet til slanke, presise forskningsinstrumenter som letter ved hjelp av en presist avmålt mengde fast drivstoff i motorene.

Rakettene blir typisk sendt opp med omkring 12 800 km/t – under halvparten av den farten som kreves for å gå i bane rundt jorden.

Farten er justert akkurat slik at rakettene blant annet kan dekke området mellom 48 og 145 kilometer oppe, som er for høyt til værballonger, men for lavt til satellitter som går i bane rundt jorden.

På vei opp snurrer rakettene rundt sin egen loddrette akse for å unngå en ustødig kurs.

I 100 kilometers høyde krysser raketten grensen til verdensrommet – den såkalte Kármánlinjen, og sender kabler med vektklosser i endene som bremser rotasjonen – som når en kunstløper strekker ut armene for å bremse en piruett.

To NASA-raketter frigav i 2019 gasser som reagerer med solens stråling, med dette lysshow til følge. Lysets bevegelser ga ny kunnskap om stråling i atmosfæren.

© Yang Sutie

Øverst i banen aktiveres måleutstyret. Hver rakett er lastet med instrumenter, for eksempel teleskoper med diametre på typisk 20–35 centimeter.

Med de skreddersydde instrumentene kan forskerne fokusere på solen – eller på stjerner som store teleskoper i kretsløp overser.

Et navigasjonssystem snur raketten ved hjelp av gassdyser, slik at teleskopene peker mot målet med en presisjon på ett buesekund, noe som vil si at de kan fokusere på et punkt som svarer til 1/30 000 av diameteren til en fullmåne.

Rakett skal finne livstegn

Mini-raketter har gitt astronomien mange viktige resultater. Forskere har for eksempel brukt rakettene til å legge grunnsteinene til forskning på UV-stråling og infrarød stråling fra solen. Den kan ikke studeres fra jorden, ettersom atmosfæren absorberer strålingen, som derfor aldri når teleskoper på overflaten.

Mini-rakettene er samtidig som skapt til å løse en oppgave i eksplosiv vekst: oppskyting av minisatellitter.

Satellitter kan i dag være mye mindre enn tidligere.

Forskningssatellitten UARS, sendt opp i 1991, var for eksempel 10 meter lang og veide om lag 6500 kilo, men en såkalt CubeSat er bare 10 centimeter lang og veier 1,3 kilo.

Slike minisatellitter kan utvikles raskere og sendes opp billigere og dermed også i høyere grad designes spesifikt for ulike formål.

Derfor er de populære hos blant andre klimaeksperter og atmosfæreforskere som gjerne bruker private firmaer med planer om satellittinternett.

Den japanske raketten SS-520-5 er 9,65 m høy. I 2018 sendte den en satellitt i bane rundt jorden som den minste raketten noen gang.

© JAXA

I 2021 sender Nasa opp en rakett ved navn SISTINE, som skal skjerpe astronomenes jakt på planeter i andre solsystemer, der det kanskje kan finnes liv. SISTINE-raketten blir sendt 280 kilometer opp i atmosfæren.

På vei opp kobler den av sine to motorer, slik at bare forskningsutstyr, små gassdyser til manøvrering og nesen med en fallskjerm er tilbake.

Når raketten når sin maksimale høyde, vil en luke åpne seg i bunnen av den.

Deretter snur gassdysene raketten på hodet, slik at et teleskop kan rettes mot trestjernesystemet Alfa Centauri, som er 4,37 lysår fra solsystemet og rommer den nærmeste kjente eksoplaneten, Proxima Centauri b.

Teleskopet på 56 centimeter i diameter observerer samtidig ultrafiolett stråling i alle bølgelengdene fra 100 til 160 nanometer.

Det er ikke mulig for noen av de større teleskopene som går i bane rundt jorden. SISTINE fanger blant annet opp stråling med bølgelengden 121 nm.

Denne bølgelengden av stråling kan rive karbondioksidmolekyler (CO2) fra hverandre. Strålingen river løs karbonatomer (C) og etterlater dermed oksygen (O2).

Normalt er oksygen et tegn på at det kan finnes liv på en planet, men gassen kan altså også skapes av stjernelys, og det gjelder særlig i forbindelse med stjerneutbrudd som kalles fakler.

Observasjonene er avgjørende for å tolke framtidens målinger av oksygen på eksoplaneter i stjernesystemer – og bestemme hvilke planeter det kan være liv på, og hvilke det er bortkastet tid å lete på.

Små raketter fyller himmelen

Uansett SISTINE-prosjektets utfall vil verdens romkappløp for miniputter bare bli mer intenst. Miniraketter myldrer altså ikke bare fram hos store organisasjoner som Nasa, men dukker opp på hele verdenskartet.

For eksempel sendte den japanske raketten SS-520-5, på bare 9,65 meter, i 2018 opp en satellitt. Det var den minste som hadde klart det.

Og New Zealand opprettet i 2016 en egen romorganisasjon for å støtte Rocket Lab, som blant annet har bygget den 6 meter høye sonderaketten Atea.

Vi går mot en tid der hvert forskningsprosjekt og hver satellitt har egne raketter.

Mens gigantiske måne- og Mars-raketter tar oppmerksomheten, vil flere og flere miniraketter sende opp satellitter, teste ny teknologi og bit for bit løse jordens, solens og verdensrommets siste gåter.