Slik henter vi data fra en rakett på vei ut i rommet

Du har kanskje lurt på hvordan i all verden vi klarer hente data fra en rakett som reiser i enorm fart ut fra Andøya Space Center.

  • The 15 meter Holmdel horn antenna at Bell Telephone Laboratories in Holmdel, New Jersey was built in 1959 for pioneering work in communication satellites for the NASA ECHO I
  • Telemetriantenne for å motta data fra Romskipet Aurora og forskningsraketter
  • Telemetriantenne på Andøya Space Center
  • Telemetristasjonen på 70-tallet

Her skal vi forklare litt om prosessen og de antennene vi bruker for å klare å hente inn opplysninger fra raketten mens den er på vei ut fra Andøya og opp i rommet og deretter tilbake til jorden og ned i havebunnen et sted mellom Norge og Nordpolen.

Radioantenner og radioutstyr

Telemetri benyttes i mange sammenhenger der det trenges å gjøre målinger på avstand. Vi finner telemetrisystemer både i motorsport, militær testing av nye fly og missiler, industri og meteorologi. (Kilde: ndla.no)

Det finnes flere typer antenner og på Andøya Space Center bruker vi to typer: Hornantenne og Parabolantenne. I tillegg til antenner må vi ha en såkalt telemetristasjon for å kunne behandle signalet som antennen plukker opp. (Telemetri = fjernmåling). Tenk på denne prosessen litt som radioen du har hjemme. Du slår på radioen, trekker opp antennen, stiller inn frekvensen og øker volumet. Nå har du mottatt et signal som har reist langt igjennom luften og deretter blitt omgjort til lyd. Det er omtrent samme prosessen som foregår når vi tar i mot data fra en rakett eller en satellitt for den saks skyld. Telemtri brukes faktisk i mange andre sammenhenger også, fra pacemakere til formel 1-biler.

Studentraketter og forskningsraketter

Tilbake til Andøya Space Center. I løpet av et år skyter vi opp og henter data ned fra mange raketter, alt fra store forskningerraketter som går ut i verdensrommet og tilbake, til raketter bygd av studenter som skytes noen kilometer opp i atmosfæren. Når vi har studenter på kurs som har som oppdrag å bygge en rakett og gjennomføre en rakettkampanje der de selv tar rollene, bruker de den antennetypen nevnt over, Hornatenne. Denne antennen er en litt mindre antenne som ser ut som en trakt og har en evne til å fange opp signaler i et større område enn en parabolatenne. En parabolantenne må du peke veldig nøyaktig rett mot målet for at den skal fange opp signalet. Fordelen er da at signalet kan være veldig langt unna.

Ikke bare signaler fra raketter og satellitter

En hornatenne klarer også å fange opp signaler langt unna, tenk bare på den antennen som tilfeldig fanget opp den kosmiske bakgrunnsstrålingen i 1964. Denne antenna var bygd for å kommunisere med de første satellittene, men ved en tilfeldighet tok den inn støy fra alle retninger som Robert Wilson og Arno Penzias fikk avklart måtte være bakgrunnsstråling fra Big Bang.

Mange forskjellige sensorer ombord i en rakett

Som nevnt, trengs det mer enn bare en antenne. Du trenger også en radiomottaker som kan pakke ut informasjonen du er interessert ut fra den bærebølgen (radiosignalet som dataen reiser med). En radio tar vekk bærebølgen og gir ut data i form av lyd eller i vårt tilfelle, en binær datastrøm. Denne datastrømmen inneholder informasjon fra raketten og alle dens sensorer. Dette kan være sensorer som sier noe om hvordan raketten har det, såkalt housekeeping sensorer, eller sensorer som skal gjennomføre målinger på omgivelsene, for eksempel nordlys eller andre interessante partikler i rommet.

Signalets ferd mot bakken er nyttig til flere ting

Data pakkes altså sammen i en rakett, inn i en bærebølge og sendes ned med en radiosender. Dette mottas av en antenne og pakkes ut av en radiomottaker. Det er litt mer utstyr på en telemetristasjon enn den radioen du har hjemme, men dette kan vi komme tilbake til i en annen bloggpost.

Dette kjente du kanskje til, men det som også gjøres på Andøya Space Center er at i dette radiosignalet som kommer fra en rakett i fart og ned til bakken er det ett eller flere databit som brukes til å bestemme helt nøyaktig hvor langt unna raketten befinner seg. Ja, vi kan plukke ut et databit i signalet, sammenligne det med en dataklokke på telemetristasjonen og se forskjellen på signalene. Det ene signalet er helt i ro (det på bakken) og det signalet som reiser i høy fart i raketten endres på grunn av at det tar tid for signalet å komme til oss. Tenk på når du kaster en stein i vannet, da ser du flere og flere ringer som forflytter seg. Eller tenk på en ambulanse som kjører i høy fart rett forbi deg og når du hører på lyden vil den, i det ambulansen kjører mot deg høres lysere ut og når den kjører fra deg, mørkere.

Dopplereffekten gir oss informasjon om raketten

Du har kanskje funnet ut at vi snakker her om dopplereffekten. Vi bruker altså dopplereffekten til å avgjøre hvor langt unna raketten er til enhver tid. Dette er veldig nøyaktige målinger. For å kunne gi en nøyaktig posisjon til raketten i tid-rommet må vi i tillegg til avstanden vite retningen og høyden. Dette får vi fra en antenne som automatisk låser seg på signalet til raketten. For å få dette til må vi bruke automatiske målstyringer, men dette må vi også komme tilbake til en annen gang.

Følg med på narom.no for flere artikler om hvordan vi gjør ting på Andøya Space Center.