Miniraketter overhaler kæmperne

De måler og vejer en brøkdel af rumfartens giganter. Alligevel er miniraketter forskernes foretrukne fartøjer, når de udforsker luftlag, som de klodsede kæmper brager forbi. Og de små superhelte myldrer frem på himlen i større antal end nogensinde.

De måler og vejer en brøkdel af rumfartens giganter. Alligevel er miniraketter forskernes foretrukne fartøjer, når de udforsker luftlag, som de klodsede kæmper brager forbi. Og de små superhelte myldrer frem på himlen i større antal end nogensinde.

Claus Lunau & NASA

Med en højde på blot ti meter og en vægt på 2000 kg måler og vejer de såkaldte miniraketter blot en brøkdel af verdens største raket, Falcon Heavy.

Og så myldrer de lige nu frem på himlen i rekordtal. De små raketter kan nemlig udforske luftlag, som deres større brødre brager forbi, og er samtidig både billige og hurtige at producere.

Modsat større raketmissioner, der kan tage årtier at udvikle, kan miniraketter med et enkelt specialiseret instrument klargøres på få måneder.

De små fartøjer er derfor oplagte, når en afgrænset opgave skal løses hurtigt. Og dét benytter forskerne sig af i stort tal.

En optælling viser, at antallet af miniraketter er eksploderet i de senere år. I 2015 var 20 små raketter under udvikling på verdensplan. I 2019 var tallet 100 – altså en femdobling på fire år.

Miniraketterne har allerede kortlagt alt fra polarlys til huller i ozonlaget.

Og nu udvider den amerikanske rumfartsorganisation NASA feltet, når den i 2021 under navnet SISTINE sender en miniraket op for at pege et teleskop mod stjernesystemet Alfa Centauri, vores nabosystem.

Her skal fartøjet søge falske tegn på liv og dermed udfylde et betragteligt hul i den eksisterende viden.

© Claus Lunau

Miniraket flyver i omvendt U

De små, såkaldte sonderaketter følger en bane formet som et omvendt u, som typisk når 100-1000 kilometer op.

© Claus Lunau

Motorer kobles fra

Når brændstoffet i nederste del af raketten er brændt op, kobler den tomme skal sig fra. Processen gentager sig for næste store raketmotor.

© Claus Lunau

Raket vender rundt

Når raketten nærmer sig højden, hvor teleskopet ombord er konstrueret til at observere, træder det såkaldte attitude control system (ACS) til og begynder at vende raketten vha. små gasdyser.

© Claus Lunau

Teleskop indsamler data

Nu kan teleskopet måle lyset fra fx Solen eller en specifik stjerne, som astronomer vil nærstudere.

© Claus Lunau

Faldskærm sikrer landing

Når tyngdekraften får overtaget, og raketten begynder at dale igen, udløses en faldskærm fra rakettens næse. Dermed er det muligt at bevare det videnskabelige udstyr ombord på raketten, så det kan indhentes og genbruges.

Raketter huser minilaboratorier

Miniraketter er på ingen måde en ny opfindelse. Den grundlæggende teknologi blev udviklet for 75 år siden i efterdønningerne af 2. verdenskrig.

USA konfiskerede omtrent 100 af de såkaldte V2-raketter i Nazityskland. Raketternes motorer afbrændte en blanding af ethanol, vand og flydende ilt, hvilket gjorde dem i stand til at accelerere i 65 sekunder og nå en højde på 80 km.

V2-raketterne var oprindeligt udstyret med bomber i næserne, men amerikanske ingeniører fjernede bomberne og installerede måleudstyr i stedet.

Dermed kunne forskere bruge raketterne til at undersøge atmosfæren nærmere.

Det gjorde de blandt andet for at afdække, hvordan polarlysene opstår som følge af den byge af elektrisk ladede partikler, som Solen løbende sender mod Jorden – også kaldet solvinden.

Tag med snurrende miniraket på rejse til grænsen af rummet:

I dag flyver miniraketter, ligesom V2’erne gjorde, stadig i en såkaldt ballistisk bane op i atmosfæren og ned igen – som et omvendt U.

Men siden V2-æraen er miniraketterne blevet videreudviklet til slanke, præcise forskningsinstrumenter, der letter ved hjælp af en præcist afmålt mængde fast brændstof i motorerne.

Raketterne bliver typisk sendt op med omkring 12.800 km/t – under halvdelen af den fart, som kræves for at gå i kredsløb om Jorden.

Farten er justeret netop sådan, at raketterne blandt andet kan dække området mellem 48 og 145 km oppe, som er for højt til vejrballoner, men for lavt til satellitter, som er i kredsløb om Jorden.

På vej op snurrer raketterne om deres egen lodrette akse for at undgå slingrekurs.

I 100 kilometers højde krydser raketten grænsen til rummet – den såkaldte Kármánlinje, og frigiver kabler med vægtklodser i enderne, der bremser dens rotation – som når en kunstskøjteløber strækker armene ud for at bremse en piruette.

To NASA-raketter frigav i 2019 gasser, der reagerer med Solens stråling, med dette lysshow til følge. Lysets bevægelser gav ny viden om stråling i atmosfæren.

© Yang Sutie

Øverst i banen aktiveres måleudstyret. Hver raket er lastet med instrumenter, for eksempel teleskoper med diametre på typisk blot 20-35 cm.

Med de skræddersyede instrumenter kan forskerne stille skarpt på Solen – eller på stjerner, som store teleskoper i kredsløb overser.

Et navigationssystem vender ved hjælp af gasdyser raketten, så teleskoperne peger mod målet med en præcision på et buesekund, hvilket vil sige, at de kan stille skarpt på et punkt, der svarer til 1/30.000 af en fuld månes diameter.

Raketmission skal finde livstegn

Miniraketter har givet astronomien mange vigtige resultater. Forskere har for eksempel brugt raketterne til at lægge grundstenene til forskning i uv- og infrarød stråling fra Solen. Den kan ikke studeres fra Jorden, da atmosfæren absorberer strålingen, som derfor aldrig når teleskoper på overfladen.

Miniraketterne er samtidig som skabt til at løse en opgave i eksplosiv vækst: opsendelse af minisatellitter. Satellitter kan i dag fremstilles langt mindre end tidligere.

Forskningssatellitten UARS, opsendt i 1991, var for eksempel 10 m lang og vejede ca. 6500 kg, men en såkaldt CubeSat er blot 10 cm lang og vejer 1,3 kg.

CubeSats kan udvikles hurtigere og opsendes billigere og dermed også i højere grad designes specifikt til hver deres formål.

Derfor er de populære hos blandt andre klimaeksperter og atmosfæreforskere såvel som for eksempel private firmaer med planer om satellitinternet.

Den japanske raket SS-520-5 er 9,65 m høj. I 2018 sendte den en satellit i kredsløb om Jorden som den mindste raket nogensinde.

© JAXA

I 2021 opsender NASA en mission ved navn SISTINE, som skal skærpe astronomernes jagt på planeter i andre solsystemer, hvor liv måske kan findes.

SISTINE-raketten bliver sendt 280 km op i atmosfæren. På vej op smider den sine to motorer, så kun forskningsudstyr, små gasdyser til manøvrering og næsen med en faldskærm er tilbage.

Idet raketten når sin maksimale højde, vil en luge åbne sig i bunden af raketten.

Herefter vender gasdyserne raketten på hovedet, så et teleskop kan rettes mod trestjernesystemet Alfa Centauri, som er 4,37 lysår væk fra Solsystemet og rummer den nærmeste kendte exoplanet, Proxima Centauri b.

Teleskopet på 56 cm i diameter observerer på samme tid ultraviolet stråling i alle bølgelængderne 100-160 nanometer. Det er ikke muligt for nogen af de større teleskoper i kredsløb.

SISTINE opfanger blandt andet stråling med bølgelængden 121 nm. Denne bølgelængde af stråling kan flå kuldioxidmolekyler (CO2) fra hinanden.

Strålingen river kulstofatomer (C) løs og efterlader dermed ilt (O2). Normalt er ilt et tegn på, at der kan findes liv på en planet, men gassen kan altså også skabes af stjernelys, og det gælder især i forbindelse med stjerneudbrud kaldet fakler.

Observationerne er afgørende for at fortolke fremtidens målinger af ilt på exoplaneter i stjernesystemer, der ligner Alfa Centauri – og beslutte, hvilke planeter der kan rumme liv, og hvilke der er spild af tid.

Små raketter fylder himlen

Uanset SISTINE-missionens udfald vil verdens lillebitte rumkapløb kun tage til.

Miniraketter myldrer således ikke blot frem hos store agenturer som NASA, men dukker op på hele verdenskortet. For eksempel opsendte den japanske raket SS-520-5 på blot 9,65 meter i 2018 en satellit som den mindste raket nogensinde.

Og New Zealand oprettede i 2016 landets eget rumagentur med det udtrykkelige formål at støtte Rocket Lab, som blandt andet har bygget den 6 meter høje sonderaket Atea.

Vi går mod en tid, hvor hvert forskningsprojekt og hver minisatellit har egne raketter. Mens gigantiske måne- og marsraketter tager opmærksomheden, vil flere og flere miniraketter opsende satellitter, teste ny teknik og lille bid for lille bid oprulle Jordens, Solens og rummets sidste gåder.