Først Månen, så det ydre rum

Tusindårsfalken gør det i Star Wars, Enterprise i Startrek og Discovery i "Rumrejsen år 2001". Science fiction film indeholder altid en scene, hvor rumfartøjet når frem til en planet. Hopla, et let kip med vingerne. Straks ændrer fartøjet sin kurs og går ubesværet i kredsløb om planeten.

Det er måske den mest almindeligt forekommende fejl i science fiction film. I rummet har man jo ingen luft, og dermed ingen aerodynamiske kræfter som påvirker fartøjet. Det har ingen effekt at kippe med vingerne, dreje et haleror eller sænke nogle bremseflapper.

Faktisk er det at sende et rumfartøj til en anden planet og lade det gå i kredsløb om planeten en kunst, som først nu skal udvikles. At mestre den kunst er i første omgang forudsætningen for at studere planeter, måner og kometer. I næste omgang er det i praksis forudsætningen for at kunne lande på himmellegemerne.

Til sommer sender den europæiske rumfartsorganisation ESA fartøjet SMART-1 afsted med kurs mod Månen. Det "vindue", hvor opsendelsen skal ske inden for, er fra midten af juni til en gang i august 2003.

Missionen skal udforske vores nærmeste nabo, men samtidig vil ESA afprøve en lang række nye teknologier, som kan bane vej for rejser til, kredsløb omkring og landsætninger på himmellegemer i det dybe rum.

"SMART er et meget vigtigt projekt for os i ESAs teknologiprogrammer", siger danske Niels E. Jensen, der koordinerer programmerne.

"Filosofien bag teknologiprogrammerne er, at udviklingsarbejdet på de enkelte teknologier nødvendigvis må starte tidligt. Det vil i mange tilfælde sige årevis før der er defineret en konkret mission", tilføjer han.

SMART er en forkortelse for Small Missions for Advanced Research in Technology - altså små missioner, der tjener til at opnå teknologiske fremskridt inden for rumfarten. Der bliver formentligt flere SMART-missioner, derfor kaldes den, der sendes afsted nu, SMART-1.

Den skal kombinere en række metoder til at styre og finde vej i rummet. Metoderne har tidligere helt eller delvis været afprøvet hver for sig, men kombineret på den rigtige måde vil de åbne for helt nye måder at færdes i det ydre rum.

Som en tilfrossen sø

Den vigtigste ny teknologi i missionen er motoren. En såkaldt ion-motor, som ESA mener vil fungere langt bedre end de kemiske motorer, der i dag bruges i rumfartøjer og satellitter.

"Ion-motoren er et godt eksempel på, hvordan vi arbejder med nye teknologier i ESA", siger Niels E. Jensen.

For at forstå forskellen mellem den nye motor og de tradtionelle må man lige skænke det en tanke, hvordan en motor i det hele taget virker i rummet.

Igen skal man huske, at der ikke er nogen luft.

Tænk på, at du står midt på en tilfrossen sø. Uheldigvis er overfladen uendeligt glat og det samme er sålerne på de sko, du har på. Du vil gerne ind til bredden, men da der ikke er nogen udveksling mellem sko og is kommer du ingen vegne, når du forsøger at gå. Inden du fortvivler, kommer du i tanke om din rygsæk. Du tager den af og kaster den i modsat retning af, hvor du vil hen. Idet du slynger rygsækken afsted (aktion) skaber du en kraft (reaktion), der sender dig selv baglæns. Da friktionen mellem sko og is samtidig er lig nul, vil du fortsætte din bevægelse, indtil du når bredden.

Sådan er det at bevæge sig i rummet. Det er vanskeligt at ændre fart eller retning, men har man først gjort det, så får man meget for pengene - kører langt på literen om man vil - på grund af manglen på modstand (eller rettere: manglen på LUFTmodstand - for der kan godt forekomme modstand i rummet - for eksempel fra Sol-vinden, som er strømme af elektrisk ladede partikler fra Solen, eller tyngdekraft fra himmellegemerne).

Sådan virker en ion-motor

Nøglen til at få en motor til at fungere i rummet er med andre ord at smide noget bort fra fartøjet, i modsat retning af den, hvor man gerne vil bevæge sig hen. Det er klart, at jo tungere en "rygsæk" man smider afsted, jo hurtigere vil man komme frem, men desværre er det ikke ønskeligt at tage noget tungt med ombord. Imidlertid er der et alternativ til at smide noget meget tungt afsted, nemlig at smide noget knap så tungt afsted med meget stor hastighed.

Det har man hidtil gjort ved at forsyne fartøjet med en kemisk motor. I motoren sker der en forbrænding, som minder om den, der finder sted i en bil-motor. Dog med den forskel, at en motor i rummet ikke kan bruge løs af ilt fra atmosfæren. Man er derfor nødt til at have en kemikalieblanding, der kan brænde kontrolleret uden tilførsel af ilt. Den "rygsæk" som motoren slynger afsted, består af meget varm gas, der presses gennem fine dyser og derved får ekstra fart.

Ion-motoren fungerer helt anderledes.

Et simpelt fysikeksperiment, som man kan udføre hjemme i stuen, går ud på at løfte et stykke papir ved hjælp af bagenden af en kuglepen, man forinden har gnedet mod et stykke uld. Kuglepennens plastic er blevet elektrisk ladet og tiltrækker papiret.

Man kan så forestille sig, at kuglepennen bliver erstattet af et gitter med relativt store huller, og papiret bliver erstattet af en masse bittesmå bolde. Boldene vil bevæge sig mod gitteret. Jo stærkere gitteret er ladet, jo stærkere vil den kraft være, som virker på boldene.

Hvis ladningen er kraftig nok, vil boldene få så meget fart på, at de fleste af dem ryger lige gennem hullerne og fortsætter væk.

Det er i forsimplet form ideen i den ion-motor, der skal drive SMART. Navnet ion-motor skyldes, at de "bolde", som accellereres, er ioner - elektrisk ladede molekyler. De kan eksempelvis komme fra en gasart - xenon og argon er begge velegnede - eller fra et metal i flydende form - cæsium og indium er velegnede.

Får sin energi fra Solen

Perspektivet er stort: ion-motoren kan slynge sine små "rygsække" afsted med 20 gange så høj hastighed i forhold til en traditionel kemisk motor. Det åbner en vifte af nye muligheder. Man kan udnytte den høje hastighed til at nå hurtigere frem til sit mål og derved spare tid og penge. Eller man kan være tilfreds med den samme hastighed som hidtil og til gengæld nøjes med at tage en langt mindre mængde brændstof med ombord. Eller man kan bruge samme hastighed og samme mængde brændstof og få en mission, der kan fortsætte i lang tid efter, at en traditionel mission ville være gået død.

Tilmed er sikkerheden bedre. Det er absolut ikke en ufarlig affære at tumle en forbrænding af de kemikalier, der indgår i de traditionelle motorer.

Det lyder alt sammen så godt, at man undrer sig over, at ion-motorer først dukker op nu. Kravet, som ion-motoren stiller er, at der hele tiden produceres strøm, så den elektriske ladning af gitteret i motoren opretholdes. Det ville tidligere have været et problem, men med den udvikling og de erfaringer, der er gjort med brug af sol-celler i rummet, er det til at løse. SMART-1 får fire gange så stort et sol-celle-areal i forhold til, hvis fartøjet havde været drevet frem af en kemisk motor. Det er inden for det acceptable, når man ser på de fordele, der opnåes. Alt andet lige er det naturligvis langt at foretrække, at fartøjet udnytter den sol-energi, der alligevel rammer det undervejs, frem for at medbringe brændstof fra Jorden.

Det bliver ikke mindst en stor fordel på lange rumrejser, og især ligger det lige for at udnytte teknologien på rejser i de indre dele af solsystemet, hvor der jo er solenergi at hente i rigelig mængde.

En farefuld færd

Den eneste ulempe er, at ion-motoren ikke er nær så god som en kemisk motor til at levere en pludselig, kraftig udladning. Ion-motoren er bedst til at levere en ganske svag, jævn kraft over lang tid. SMART-1 vil blive accellereret med kun 0,2 millimeter per sekund per sekund.

Derfor kræver det væsentlig mere omtanke og planlægning, hvis man ønsker at ændre fartøjets kurs og bane drastisk. Imidlertid er der andre metoder, ud over en motor, som man kan anvende.

Dels kan man udnytte tyngdekraft fra himmellegemer, som fartøjet passerer. De kan trække i fartøjet og derved ændre dets bane. Dels kan man udnytte de ustabile områder i rummet, hvor to himmellegemers tyngdekraft konkurrerer med hinanden.

Prøvekluden for om man kan kombinere brug af ion-motor med udnyttelse af tyngdekraft-forholdene i rummet bliver, når SMART-1 skal i kredsløb omkring Månen. ESA planlægger, at fartøjet i første omgang skal i kredsløb omkring Jorden. Langsomt gøres banen mere og mere langstrakt. Til sidst når SMART helt ud, hvor Månen trækker lige så meget i det lille kunstige himmellegeme som Jorden gør.

Tricket bliver da at udnytte Månens tiltrækning til at påvirke SMARTs bane. I første omgang skal fartøjet foretage nogle tilsyneladende kaotiske krumspring i rummet - inden det finder en ny, regelmæssig, elliptisk bane omkring Månen.

Solsystemets koldeste sted

Når SMART har fundet sit kredsløb om Månen, skal den holde det i mindst seks måneder. Derved kommer den tættere og tættere på vores nærmeste nabo og vil efterhånden give os en lang række nye oplysninger.

"Månen er jo ret forsømt. Det var lige som om videnskaben mistede interessen for den efter månelandingerne", siger ESAs videnskabelige direktør, David Southwood.

"Det var sådan en slags psykologisk effekt: "Nå, nu har vi haft mennesker på Månen. Jamen, så er er dén udforsket". Men man må huske på, at alle landingerne er sket på et meget begrænset område. Der er hentet prøver hjem, men de er stort set fra den samme type geologi", uddyber Southwood.

Samtidig er der sket en lang række teknologiske udviklinger inden for observation fra rummet, siden månelandingerne for 35 år siden. SMART kommer til at betjene sig af mange af de samme instrumenter, som i dag bruges til at observere Jorden med.

"Blandt andet vil SMART kunne studere geologien i de dybeste kratere. Vi anslår at temperaturen i bunden af dem er omkring minus 220 grader C. Det er de koldeste steder i hele Solsystemet. Hvis der nogensinde har været vand der, vil det være fanget praktisk taget for evigt", siger Bernard Foing, der er ledende videnskabelig medarbejder på projektet.

Blandt andet håber ESA at kaste nyt lys over den teori, der går ud på, at Månen er et "barn" af Jorden. Beregninger viser, at hvis et stort himmellegeme på et tidspunkt er kollideret med Jorden, kunne det have medført at et stykke af Månens størrelse har revet sig fri og er kommet i kredsløb omkring Jorden.

I så fald vil Månen være af samme beskaffenhed, som Jorden engang har været.

Månen får nyt krater

Alt i alt kommer SMART til at tilbagelægge omkring 100 millioner kilometer. Det svarer ca. til 2/3 af afstanden til Solen.

Hvad der skal ske, når det forhåbentligt er lykkedes at gennemføre hoppet fra at kredse om Jorden til at gå ind i et stadig snævrere kredsløb om Månen, holde det i seks måneder og gennemføre de planlagte studier, er endnu uvist. En mulighed er at forsøge at forlænge missionen og få endnu flere oplysninger. En anden at bringe den til en brat afslutning. Der er ingen planer om at bringe SMART tilbage til vores himmelstrøg.

Før eller siden vil Månen få endnu et nyt, lille krater.