Bild på Arvid Hammar.
​Arvid Hammar i laboratoriet på Omnisys i Göteborg. Foto: Rymdstyrelsen​

Han lyfter Sveriges nya forskningssatellit

​Det är den första svenska forskningssatelliten på 18 år. Nästa år skjuts Mats upp från Vostochny Cosmodrome i Ryssland. Huvudinstrumentet ombord på satelliten är baserat på en ny typ av teleskop som är utvecklat i Göteborg och beskrivs i en avhandling av Arvid Hammar.
Arvid Hammar är nyligen disputerad industridoktorand som har arbetat på Omnisys Instruments och avdelningen för terahertz- och millimetervågsteknik på institutionen för mikroteknologi och nanovetenskap – MC2 – på Chalmers. Han har ingått i ett team från Göteborg som har utvecklat och byggt nyttolasten* till Mats (Mesospheric Airglow/Aerosol Tomography and Spectroscopy) – Sveriges nya satellit för atmosfärsforskning. 

Satelliten har utvecklats i ett samarbete mellan forskare på Stockholms universitet, Chalmers och KTH. Från sin omloppsbana på 600 kilometers höjd kommer Mats användas för att studera så kallade gravitationsvågor* i atmosfären genom att detektera formationer i moln i mesosfären på 70-110 kilometers höjd. I likhet med vågor i havet ger gravitationsvågor i atmosfären upphov till storskalig cirkulation och är viktiga att studera för att förbättra nuvarande klimatmodeller, samt ge en bättre förståelse för atmosfären som helhet. För att göra mätningar på gravitationsvågor kommer Mats detektera signaler från nattlysande moln i det ultravioletta våglängdsområdet (270-305 nm) samt emissioner från syremolekyler på infraröda våglängder (754-772 nm). Detta görs med sex separata bildsensorer. Genom att kombinera information från en stor mängd bilder kan tredimensionella strukturer och temperaturdistributioner i atmosfären beräknas.
Sprängskiss av Mats.
Sprängskiss av Mats som visar satellitens olika delar. Illustration: Rymdstyrelsen

Eftersom själva satelliten är relativt kompakt och lätt – den väger totalt 50 kilo och är ungefär lika stor som en vanlig diskmaskin, 60×70×85 kubikcentimeter (se illustration nedan) – kan endast ett teleskop användas för att avbilda atmosfären på de sex bildsensorerna. För att uppfylla de vetenskapliga målen måste Mats dessutom kunna upptäcka gravitationsvågor med storlekar ner till 200 meter över ett synfält på 250 kilometer i atmosfären samtidigt som störsignaler – ströljus – från exempelvis solen, och ljus från städer effektivt stängs ute. 
– Att kombinera dessa krav i ett enda instrument är en mycket stor utmaning som var drivande för utvecklingen av Mats teleskop, som var det huvudsakliga fokuset i min avhandling, säger Arvid Hammar.

Storleksjämförelse.Själva teleskopet är ett så kallat off-axisteleskop och är det första i sin typ som utnyttjar en ny designmetod där linjär astigmatism elimineras för att drastiskt förstora synfältet samtidigt som upplösningen bibehålls. Att just storleken på synfältet kan göras större är nyckeln för en mission som Mats och kan inte göras med klassiska teleskop. Designen utnyttjar tre speglar som tillverkats ur solitt aluminium med hjälp av en speciell svarvningsteknik (diamond turning), vilket ger optisk kvalitet på ytorna.

Utvecklingen av nyttolasten har gjorts på kort tid och med små resurser, vilket har varit en utmaning för Arvid Hammar och hans kollegor på Omnisys Instruments. 
– Det var därför av stort värde att kunna samarbeta med professor Soojong Pak och hans grupp från Kyung Hee University i Sydkorea, med mångårig erfarenhet av den nya teleskopteknologin som nu för första gången alltså används i en skarp tillämpning, säger Arvid Hammar och fortsätter:  
– Vi är ett litet team som har arbetat med utvecklingen av det optiska instrumentet, men detta har samtidigt gjort att vi kunnat arbeta på ett effektivt sätt där expertisen funnits in-house.  

Förutom design har utvecklingen av Mats även inneburit omfattande tester för att kunna garantera ett fungerande instrument i den utmanande miljö som rymden innebär. Optiken har testats i ett nybyggt labb för optiktester som Arvid Hammar har satt upp och ansvarat för som en del i sitt arbete. Förutom tester för att garantera teleskopets optiska upplösning har även tester för ströljusundertryckning genomförts.
– Genom att utnyttja ett nytt extremt svart material baserat på kolnanorör har läckaget av ströljus minimerats, säger Arvid Hammar.

Mats monterad.I ungefär två års tid kommer Mats användas för att studera den övre delen av atmosfären. Den data som produceras kommer att användas av forskare över hela världen. Uppskjutningen är planerad till 2020 då flera satelliter skickas upp samtidigt från samma raket, bland annat en större kanadensisk satellit. Senast Sverige skickade upp en satellit var Odin 2001. Under sina 18 år i omloppsbana har den tillryggalagt närmare 100 000 varv runt jorden, men även Odin förväntades till en början bara kunna användas i två år. En kopia av Odin kan för övrigt ses invid Café Canyon på MC2. På bilden till vänster syns forskningssatelliten Mats i monterat skick på OHB Sweden i Kista, med synliga bidrag från Omnisys och Chalmers.

Arvid Hammar försvarade sina forskningsrön kring Mats-teleskopet i sin avhandling "Optics for Observation Instruments" den 12 april. Avhandlingen beskriver även optiska instrument till ytterligare två rymdprojekt. Professor Jan Stake, föreståndare på avdelningen för terahertz- och millimetervågsteknik, har varit Arvids huvudhandledare tillsammans med Anders Emrich, teknisk chef på Omnisys.
– Det är spännande att se hur ett gediget avhandlingsarbete kan utgöra en viktig del i en ny svensk forskningssatellit, vars instrument kommer att bidra till bättre förståelse av vår atmosfär och globala klimatutmaningar. Arvids arbete är också ett strålande exempel på framgångsrik tillämpad forskning i nära samarbete med företag, säger Jan Stake.

Flera andra chalmersforskare är delaktiga i olika aspekter av Mats-projektet, främst Ole Martin Christensen och Donal Murtagh på avdelningen för mikrovågs- och optisk fjärranalys på institutionen för rymd-, geo- och miljövetenskap.

Text: Michael Nystås
Foto: Rymdstyrelsen
Foto på Mats: Arvid Hammar

Fakta >>>

*Det, eller de instrument man sänder upp till rymden med en raket eller satellit kallas gemensamt för nyttolast.
*De gravitationsvågor som beskrivs i artikeln är inte de samma som förutsägs i Einsteins relativitetsteori.

Vetenskaplig initiativtagare till Mats är Meteorologiska institutionen (MISU) på Stockholms universitet. Förutom institutionen för mikroteknologi och nanovetenskap – MC2, har forskare på institutionen för rymd-, geo- och miljövetenskap på Chalmers, och avdelningen för rymd- och plasmafysik (SPP) på Kungliga Tekniska högskolan bidragit till projektet. Satelliten har utvecklats av OHB Sweden AB i samarbete med ÅAC Microtec medan instrumentet till största delen utvecklats av Omnisys Instruments AB i Arvid Hammars doktorandprojekt. Satsningen finansieras av Rymdstyrelsen.

Om Omnisys >>>

Omnisys Instruments AB utvecklar och tillverkar mätinstrument för avancerade forskningsprojekt inom satellitbaserad forskning och radioastronomi. Instrumenten byggs från grunden och innefattar teknik från många olika områden som mikrovågsteknik, elektronik, mekanik, optik och mjukvara.

Relaterade länkar:

 
    
  
Följ Mats på Twitter >>>

Publicerad: må 08 jul 2019. Ändrad: ti 09 jul 2019