Cluster (EFW)

Institutet för rymdfysik i Uppsala ansvarar för instrumentet  EFW (Electric Field and Wave) som utför mätningar av elektriska fält och vågor.

Instrumentet, som finns med på varje satellit, undersöker bland annat hur jordens yttersta sköld mot rymden, det magnetiska fältet, samverkar med solvinden. Huvudansvarig för instrumentet är prof. Mats André.

IRF:s fyra EFW-instrument är byggda i samarbete med andra forskargrupper i bland annat USA, Holland, Finland och Norge. Alfvénlaboratoriet vid Kungliga tekniska högskolan deltar också.

Andra forskargrupper i Europa och USA har byggt de tio andra instrumenten, som bland annat talar om vilka sorters partiklar det finns därute och vilka energier de olika partiklarna har.

IRF i Kiruna har bidragit till CIS (Cluster Ion Spectrometry experiment) från Research Institute in Astrophysics and Planetology i Toulouse, Frankrike, och RAPID (Research with Adaptive Particle Imaging Detectors) från Max Planck Institute for Solar System Research i Tyskland. 

Bildtext: Hårdvaran till EFW.
Foto: IRF

 

Sammanfattning - Cluster

De fyra satelliterna är identiska och har vardera elva olika instrument ombord, varav vårt instrument alltså är ett. Andra forskargrupper i Europa och USA har byggt de andra tio (gånger fyra) instrumenten, som bland annat talar om vilka sorters partiklar det finns därute och vilka energier de olika partiklarna har. I nästan alla våra undersökningar använder vi mätningar från alla de olika instrumenten, inte bara vårt eget, så det är fråga om ett stort internationellt samarbetsprojekt.

Våra egna EFW-instrument är också byggda i samarbete med andra forskargrupper i bland annat USA, Holland, Finland och Norge. En annan svensk grupp (Alfvénlaboratoriet vid KTH) deltar också.

Fyra satelliter behövs för att undersöka gränsområden i rymden. Jämför med att det börjar regna under en biltur. Du vet inte om det plötsligt börjat regna längs hela vägen, eller om du kört med bilen in i en regnskur. Med flera bilar (eller satelliter) på rad går det att se skillnad på om (rymd)farkosten plötsligt åker in i ett nytt område, eller om något plötsligt händer över en lång sträcka. Ett alternativ är ju att stå på håll, och försöka spana över en delsträcka av vägen. För att ge en sådan helhetsbild på avstånd av rymden har en ny radaranläggning byggts på Svalbard.

Från solens yta blåser en frisk bris av laddade partiklar, den så kallade solvinden. Ibland kan det storma ordentligt kring jorden. Runt jorden finns ett stort område där partiklarna styrs av jordens magnetfält, den s k magnetosfären. Det är denna magnetfältsbubbla solvinden brakar in i. Man skulle kunna tro att laddade partiklars banor bara skulle böjas av och inte komma i närheten av jorden. Men tidigare mätningar med t ex de svenska satelliterna Viking, Freja, och Astrid 1 och 2 visar att naturen inte är så enkel. Solvindens energi skapar bl a norrsken och ett utflöde, nästan som en fontän, av syrejoner från jordens polarområden.

Clustersatelliterna sköts upp två och två, den 16 juli och den 9 augusti 2000. Dessa satelliter ersätter de farkoster som förstördes vid den misslyckade uppskjutningen av den första Ariane 5 raketen den fjärde juni 1996. Namnet Cluster betyder ungefär svärm eller hop på engelska, just eftersom det är en liten svärm av satelliter. 

Dornier Satellitensysteme GmbH, Friedrichshafen, Tyskland, har haft huvudkontraktet för Cluster, och har lett ett konsortium med 35 huvudleverantörer från alla ESAs medlemsländer och från USA.

Raketer: Två ryska Soyouzraketer med ett sista steg som kallas Fregatt lyfte två satelliter vardera. Raketerna kommer från det fransk-ryska konsortiet Starsem. Uppskjutningarna gjordes från Baikonur.

Satelliternas namn: Satelliterna har döpts till Salsa, Samba, Rumba och Tango.

Satelliternas massa: Cirka 1200 kg, inklusive fulla tankar med 650 kg bränsle och inklusive 71 kg vetenskapliga instrument.

Satelliternas storlek: Diameter cirka 2.9 m, höjd cirka 1.3 m. Varje satellit har också två antenner och två 5 m bommar för vetenskapliga experiment. Vidare har varje satellit fyra stycken nära 50 m långa antenner som består av stålvajrar som försiktigt vevas ut efter uppskjutningen. Satelliternas egen rotation håller sedan vajrarna sträckta ungefär som när en släggkastare roterar i kastringen.

Vetenskapliga instrument: Varje satellit har elva instrument för att mäta laddade partiklar samt elektriska och magnetiska fält i rymden. Instrumenten har byggts av europeiska och amerikanska vetenskapliga grupper, ledda av en huvudansvarig forskare. Gruppen som är ansvarig för experimentet som mäter elektriska fält finns i Uppsala.

Bana: Satelliterna går i en elliptisk bana över jordens poler, på höjder mellan 19 000 och 119 000 km. Tiden för ett varv runt jorden är 57 timmar.

Markstation: En antenn för mottagning av data från satelliterna finns i Villafranca i Spanien

Beräknad livstid: 27 månader.

Kostnad: 315 miljoner Euros i 1999 års penningvärde, inklusive tillverkning, uppskjutningar och 40% av kostnaden för de vetenskapliga instrumenten.

Fakta om satelliterna:  
Diameter 2.9 m 
Höjd 1.3 m 
Massa 1200 kg 
inklusive bränsle 650 kg 
inklusive vetenskapliga instrument 71 kg 
Effekt från solcellerna 224 W 
Spin runt egen axel 15 varv per minut 
Beräknad livstid 3 månaders tester plus 24 månaders mätningar

Fakta om Soyousraketen:
Massa vid starten 304 ton 
inklusive bränsle 279.5 ton 
Höjd 43.5 m 
Största diameter 10.3 m 
Dragkraft (i vakuum) 
första steget 4964 kN 
andra steget 997 kN 
tredje steget 298 kN 
fjärde steget (Fregat) 19.6 kN 
Lastkapacitet (till 400 km höjd) up till 6 ton

Fakta om fregatslutsteget
Diameter 3.35 m 
Höjd 1.5 m 
Massa vid starten 6415 kg 
inklusive bränsle 5350 kg 
Drivmedel: 
bränsle asymmetriskt dimetyhl-hydrazine (UDMH) 
oxidant kvävetetroxide 
Dragkraft 19620 N