Rundt om Solen findes en form for atmosfære, kaldet koronaen, hvor temperaturen når op omkring 1-2 millioner grader C. Den er enormt svær at observere og udforske, fordi sollyset så at sige blænder de instrumenter, der rettes mod den.
Derfor er dens eksistens også stadig et mysterium. Blandt andet er det underligt, at den er så varm, når det vi kalder Solens overflade 'blot' er cirka 6.000 grader C. Man skulle tro, det blev koldere jo længere væk man var fra dens overflade.
Men nu gør man et forsøg på at komme nærmere nogle svar ved hjælp af et nyt, innovativt ruminstrument. Det sker med hjælp fra DTU Space i samarbejde med den europæiske rumorganisation ESA og en række andre partnere. Systemet er netop blevet testet med succes i Belgien.
"Det her er helt ny teknologi, som vil revolutionere fremtidens måde at udføre observationer på i rummet. Vi får mulighed for at undersøge Solens mystiske Korona. Samtidig udvikler vi et helt nyt koncept for udforskning af universet," siger DTU Space-professor John Leif Jørgensen.
To satellitter skal flyve som én enhed
Ideen bag missionen er at bruge to satellitter, få dem til at flyve i præcis formation og så lade den ene 'skygge' for sollyset, mens den anden fungerer som en detektor, der opfanger lys i form af fotoner fra koronaen omkring Solen, efter at lyset har passeret den første satellit.
På den måde undgås, at Solens stærke lys blænder for fotonerne, altså lys-signaturen, fra koronaen.
Dette kan kun lade sig gøre i rummet, hvor lyset fra den langt kraftigere Sol ikke spredes i en atmosfære, som den gør her på jorden.
"Ved at få to satellitter til at udgøre ét samlet instrument, kan der arbejdes over store afstande. Dermed fås en virkning, der er langt større end den, der kan frembringes med traditionelle rumteleskoper, hvor man fokuserer og opsamler fotoner ved hjælp af spejle," siger John Leif Jørgensen.
”Alternativet ville være en 200 til 300 meter lang satellit, altså større end Den internationale rumstation ISS”.
Skal opsendes fra Indien
Lige nu er planen at sende missionen i rummet til efteråret. Det skal ske fra Indien.
Den ene satellit, som kaldes Coronagraph-fartøjet, har et teleskop, der i retning mod Solen holdes i centrum af skyggen fra den anden satellit, som kaldes Occulter-fartøjet. De to fartøjer skal i cirka 60.000 kilometers højde over Jorden styres præcist i afstande mellem 75 og 600 meter fra hinanden med en indbyrdes præcision inden for én millimeter.
At opretholde den korrekte position mellem de to satellitter og i forhold til Solen er en uhyre udfordrende opgave, der kræver superpræcis formationsflyvning. Det er derfor også en omfattende opgave overhovedet at bygge sådan et instrument.
”Det er meget fremsynet af ESA at arbejde med den her teknologi," siger John Leif Jørgensen.
”Det er nyt land for os og en demonstrations-mission, der kommer til at afgøre, hvordan rummissioner udformes i fremtiden. For en Coronagraph er kun ét eksempel på hvad denne banebrydende teknologi kan anvendes til. Så vi ser naturligvis meget frem til at få den sendt afsted. Foreløbig har vi vist at den samlede navigations- og positioneringspakke, som vi bidrager til, fungerer som den skal”.
Autonom positionering med AI
Fartøjet udvikles, så det klarer opgaven autonomt ved hjælp af AI-baserede systemer uden, at man i udgangspunktet behøver at styre dem fra Jorden.
Positioneringen sker i flere trin. Det er her DTU kommer ind i billedet. Her udvikles og testes nemlig det udstyr, der skal til for at positionere de to satellitter superpræcist. Systemet kaldes Proba-3 Vision Based Sensor System.
Først bringes de to satellitter sammen i en afstand af cirka 250 meter. Herefter bruges systemet fra DTU Space til at finde de to fartøjer. Det sker ved, at et vidvinkel-kamera på den ene satellit sporer og genkender et mønster med LED-lys på den anden. På den måde kendes deres indbyrdes afstand og orientering.
Dernæst anvendes et andet kamera til at genkende et endnu mindre LED-mønster, som giver en placering med en præcision inden for en millimeter i en afstand på typisk 150 meter, men systemet virker fra 100 kilometer helt ned til 1 meter.
Efterfølgende anvendes en laser, som sender lys fra Occulter-fartøjet mod Coronagraph-fartøjet, som sender det tilbage igen. Dermed kan de to satellitters indbyrdes afstand kontrolleres inden for cirka én millimeter.
Til sidst kommer et Shadow Positioning Sensor System i brug, som er baseret på små fotodetektorer. De registrerer om en skygge på cirka fem centimeter i diameter rammer Coronagraph-fartøjets detektor korrekt. Hvis ikke korrigeres fartøjernes position en smule. Og når skyggen står skarpt er instrumentet klar til at måle på lyset fra Solens korona.
Udfordrer grænserne for rumforskning
”Det hele skal fungere i den rette rækkefølge og helt korrekt, og det har vi vist kan lade sig gøre i mindre skala i laboratoriet, i fuld skala i kældergangene under DTU og derefter på astronomiske observatorier, men med præcis det system, vi skal bruge på den rigtige mission. Det er en stor milepæl. Det næste store skridt bliver at få det i rummet og kvalificere det i en virkelig situation,” fortæller John Leif Jørgensen.
”Proba-3 er en demonstration af formationsflyvning, hvor de her DTU-systemer virkelig udgør kernen i missionen. Det er et innovativt forsknings- og udviklingsprojekt, som udfordrer grænserne for rumforskning”.
