En badanka i rymden

2014-11-19 06:57 Kaianders Sempler  

KAIANDERS. Den 12 november landade en rymdsond för första gången på en komet. Kanske får vi nu mer klarhet i hur och av vad solsystemet bildades.

Det är kometvaka eftermiddagen den 12 november 2014, och Siegbahnsalen på Ångströmlaboratoriet i Uppsala är full av folk. Vi har kommit för att förhoppningsvis få se de allra första bilderna från en komet långt ute i rymden. Rymdsonden Rosetta har för några timmar sedan skickat iväg landaren Philae som nu är på väg ner till ytan på kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko, i vardagslag kallad ”Churry”.

Men ännu ska det dröja några timmar innan Philae landar på den lilla badankeformade himlakroppen.

Idén att placera en rymdsond på en komet kläcktes av Esa redan för 20 år sedan, säger Anders Eriksson från IRF – Institutet för rymdfysik i Uppsala. Syftet med det hela var att ta reda på vad kometerna egentligen består av och därigenom få pusselbitar till gåtan om hur och av vad solsystemet bildades för 4,5 miljarder år sedan. Kometerna anses bestå av material som blev över när solen och planeterna bildades.

Efter åtta års arbete var rymdsonden Rosetta (döpt efter Rosettastenen som gjorde att hieroglyferna kunde dechiffreras) och dess landare Philae (döpt efter ett tempel vid Assuan där hieroglyfer på en obelisk kunde identifieras med dem på Rosettastenen) klara.

Rosetta innehåller flera instrument som vi har utvecklat här i Uppsala, säger Anders Eriksson. Däribland en langmuirsond, en sorts rymdväderstation som numera tillverkas i Los i Hälsingland. Och Rosettas kamera Osiris är försedd med svenska filter från Täby.

– Landaren Philae är mångsidig som en schweizisk armékniv, berättar Gabriella Stenberg Wieser, också hon från IRF. Philae är stor som en diskmaskin och väger 100 kg, varav 30 kg utgörs av vetenskapliga instrument. Den är försedd med ett borrtorn som ska ta materialprover 20 cm under kometytan. Proverna analyseras sedan i 26 ugnar som kan värma ända till 800 °C. Dessutom mäts elektriska och akustiska egenskaper hos kometens inre och mycket annat.

Men Rosetta skulle inte komma till någon komet alls utan andra svenska komponenter. 1999 kontrakterades Saab Space, numera Ruag Space, för att leverera datorerna och datorsystem till Rosetta.

Då hade jag precis gått ut Chalmers och fick jobb på Ruag, säger Johan Zandin. Faktum är att jag har jobbat med Rosettas datasystem i hela mitt yrkesverksamma liv.

Huvuddatorn på Rosetta består egentligen av fyra datorer i två 9 kg tunga plåtlådor. En dator svarar för framdrivningen, en för de vetenskapliga instrumenten och två finns i reserv och tar över om något falerar. Primärminnena är på 2 Mb och processorena på 8 MHz, en tusendel av hastigheten hos en modern mobiltelefon. Till datorerna finns ett massminne på 3 Gb som väger 10 kg. Detta att jämföra med dagens fingernagelstora usb-minnen på 64 Gb för några hundralappar.

Varför använder man då 20 år gammal teknik? Varför kopplar man inte in en vanlig laptop eller mobil? Mycket billigare och väger bara en bråkdel.

Till att börja med konstruerades de här datorerna för över tio år sedan, de har ju varit ute i rymden sedan dess. Så måste en rymddator klara hårda smällar, och den ska hålla många år, säger Johan Zandin. Och skulle den av någon anledning gå sönder får den inte ställa till med problem innan reservenheten tar över. Sådant klarar inte en mobiltelefon.

Rosettas dator använder chip med redundans. Tre uppsättningar transistorer gör parallellt beräkningarna, och sedan ”röstar” datorn om resultatet. Vidare finns ett bakgrundsprogram som hela tiden kollar om datorn fungerar. Vid fel bootas den om och reservdatorn tar över.

Ruag har också levererat Rosettas antenner. Dels en riktbar parabolantenn för kommunikation med jorden, dels flera mindre rundstrålande. De utgör reserv om sonden av någon anledning skulle tumla runt okontrollerat och tappa orienteringen. Överföringshastigheten hos småantennerna är dock mycket låg.

Bara ungefär 8 baud, säger Johan Zandin. Men parabolantennen kommunicerar med hela 28 kbps, ungefär som forna dagars telefonmodem.

Att navigera i rymden skiljer sig avsevärt mot att navigera på land. I rymden kan man inte bara styra mot målet och trycka på gasen. Det skulle dra alltför mycket bränsle, och dessutom skulle man hamna på helt fel ställe. Nej, på sin färd mot Churry har Rosetta följt en intrikat bana där den tagit hjälp av gravitationen från Mars en gång och jorden två för att slungas ut åt rätt håll.

I tio års tid hade Rosetta varit på väg innan den 20 januari i år väcktes till liv. I juli var Rosetta så nära kometen att forskarna för första gången kunde se hur den såg ut. Det visade sig att den bestod av två objekt som klibbat ihop. Formen påminner närmast om en bad­anka. I september kunde man från 30 km avstånd fotografera kometytan och urskilja halvmeterstora objekt.

Churyumov–Gerasimenko är 4 km i diameter och består av ungefär en fjärdedel stenmaterial. Resten är frusna gaser, vatten och organiska ämnen.

Kometen är inte kompakt utan porös, ungefär som sockervadd, säger Anders Eriksson. Dessutom är ytan väldigt mörk. Den reflekterar bara en procent av solljuset.

Esas rymdkontroll i Darmstadt valde kometens ”huvud” som landningsplats. Där skulle nämligen Philaes solceller få maximal belysning. Tanken är att Philae sedan ska observera vad som händer när kometen kommer närmare solen och kometsvansen utvecklas.

Rosetta och kometen befinner sig nu på ungefär 28 ljusminuters avstånd från jorden. Det innebär att det tar 28 minuter för en signal från jorden att nå sonden, och sedan ytterligare 28 minuter innan man kan få ett svar från den. Det gör kommunikationen långsam.

Vi femtiden på eftermiddagen kom äntligen signaler att Philae hade landat på kometen. Alla jublade. Men sedan blev det tyst. Vad hade hänt? Vart hade landaren tagit vägen?

Det skulle dröja nästan ett dygn innan rymdteknikerna analyserat händelseförloppet. Det visade sig att landaren vid nedslaget hade studsat upp i rymden igen. De harpuner som skulle skjutas ner i kometytan och förtöja landaren utlöstes aldrig. Och en liten gasmotor som skulle tycka ner landaren fungerade inte heller. Landaren studsade alltså vidare medan kometen vred sig under den. Exakt var den slutligen landade är fortfarande okänt. Det enda man vet är att de nu befinner sig vid en brant stenvägg, kanske i en krater, som skymmer solljuset. (läs rymdteknikernas funderingar om saken på Esas blogg)

Det innebär att solcellerna på landaren inte får tillräckligt med ljus för att kunna ladda batterierna. Ett dygn efter landningen hade Philae fått total batteritorsk, och är nu lika död som en urladdad mobiltelefon.

Tur i oturen var att instrumenten på Philae lyckades ta prover av kometytan och anaysera dem innan batterierna helt urladdats. Någon gång före jul ska resultaten från analyserna komma.

Philae står där den står, intakt men overksam. Kanske kommer solljuset på solpanelerna att öka när kometen kommer närmare solen, så att Philae kan väckas till liv framemot sommaren. Moderfarkosten Rosetta kommer följa kometen åtminstone fram till 31 December 2015. I Augusti 2015 är den som allra närmast Solen, då en bit utanför Jordens bana.

Rosettaprojektet ingår i Esas vetenskapliga program, med en budget på 350 miljoner euro per år. Av detta står Sverige för ungefär tre procent, vilket innebär 10 miljoner euro per år.
Eller, uttryckt på annat sätt, med en tia per svensk och år.

 

Om Rosetta och Philaes landning på kometen Churry kan man läsa på New Scientists website. Där finns också massor med bilder.

 


Följ Ny Teknik på Facebook!

Rosettas massminne (byggt av Ruag, Göteborg)

På framsidan av massminnet kan man se att det består av sju kretskort, ställda på högkant bredvid varandra.

* Längst ut på kanterna (med gröna kontakter) sitter två identiska kraftkort som förser resten av massminnet med ström.

* Innanför dem (med blå kontakter) kommer två identiska kontrollkort som tar emot informationen som ska lagras från resten av Rosetta och ser till att dessa hamnar på rätt plats i massminnets filsystem. På kontrollkortet sitter en 14 MHz 21020-processor med drygt 1 MiByte RAM-minne. Massminnet styrs av kommandon från huvuddatorn och Jorden och har även inbyggda funktioner för bild- och datakomprimering.

* I mitten (utan kontakter) sitter själva minneskorten, tre stycken med en kapacitet på ca 1 GiByte var. 

Det räcker att ett vardera av kraftkort, kontrollkort och minneskort fungerar för att massminnet ska gå att använda, men normalt använder man två eller tre av minneskorten samtidigt.

 

Att ha flera likadana delar som kan ersätta varandra kallas redundans och gör apparaten feltolerant, det vill säga den kan fortsätta att fungera även om delar av det skulle ha gått sönder efter lång tid i rymden med stark strålning och extrema temperaturer. Men än så länge fungerar massminnets alla sju kort som de ska.

 

Massminnet väger 10 kg och har en effektförbrukning på 35 W.

Rosettas huvuddator (byggd av Ruag, Göteborg)

Även huvuddatorn är redundant. De flesta funktionerna i den, som processor och RAM-minne är dubblerade. Dessutom finns en hel likadan apparat till, så att det blir sammanlagt fyra uppsättningar, varav två används samtidigt och de övriga två är i reserv.

 

Redundansen syns inte lika tydligt som för massminnet (eftersom en del funktioner i huvuddatorn bara kräver ett halvt eller ett och ett halvt kretskort), men även huvuddatorn består av sju kort:

* De två nedersta kretskorten (de två nedersta raderna av kontakter) är kraftkort som försörjer datorn med ström.

* Sedan kommer tre processorkort i mitten (men med bara två rader av kontakter) som tillsammans utgör två redundanta processormoduler. I varje processormodul sitter en 8 MHz 31750-processor med 2 MiByte RAM-minne. Huvuddatorn sköter bl.a. styrningen av satellitens bana, kommunikationen med Jorden och Philae och håller koll på hur resten av Rosetta mår.

* Näst längst upp sitter ett övervakningskort som håller koll på hur datorn själv och resten av Rosetta mår (varje halva av kortet är en redundant övervakningsmodul). I övervakningsmodulerna sitter också de väckarklockor som 20 Januari 2014 väckte upp Rosetta efter sin 2.5-åriga dvala.

* Allra längst upp sitter ett kort som skickar kommandon till andra delar av Rosetta, exempelvis för att slå av och på olika mätinstrument.

 

Varje huvuddator väger nio kg och har en effektförbrukning på 20 W. Även de bägge huvuddatorerna fungerar felfritt fortfarande.

Kaianders Sempler

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

Här är reglerna för kommentarerna på NyTeknik

  Kommentarer

Dagens viktigaste nyheter

Aktuellt inom

Senaste inom

Debatt