STS-30: Magellan er på vei mot Venus

Av Erik Tronstad

Innledning

Natt til 5. mai 1989 norsk tid ble den amerikanske romsonden Magellan utplassert fra lasterommet på romfergen Atlantis, og litt senere sendt mot Venus. Det var første gang på over 10 år at USA skjøt opp en planetsonde. Sist dette skjedde var 8. august 1978, da en annen Venus-sonde, Pioneer 12/Pioneer Venus 2, ble skutt opp med fire atmosfærekapsler. Oppskytingen av Magellan markerte også første gang en planetsonde ble sendt opp med et bemannet romfartøy, og spesielt med en romferge.

Problemer for Magellan

Magellan-programmet, som koster rundt 550 millioner dollar, ble 2 år forsinket på grunn av Challenger-ulykken. Romsonden skulle egentlig vært skutt opp med en romferge og et Centaur-trinn, før man etter nevnte ulykke besluttet å ikke bruke Centaur-trinn fra romfergen. På grunn av dette og endringene i romfergeprogrammet påført av planene for Galileo-sonden, måtte man legge helt nye planer for Magellan.

For at både Galileo og Magellan skulle kunne bli skutt opp med en romferge i løpet av samme år, måtte Magellan skytes opp på et tidspunkt som gjorde at den måtte følge en uvanlig lang bane, på hele 15 måneder, til Venus. Dette er en dobbelt så langvarig overfart som det man kunne fått til om man ikke hadde hatt Galileo å ta hensyn til.

Problemene fortsatte å forfølge Magellan også etter at den var fraktet til Kennedy-romsenteret. En tekniker snublet i overtrekksfrakken sin og ødela den ene motordysen i IUS, noe som førte til at den måtte byttes ut. Noen uker senere tok det fyr i et batteri i romsonden etter at det ble feilkoblet. Sluttelig ble det oppdaget at en tekniker hadde gjort en feilkobling i faststoffmotoren som skal bremse ned Magellan ved Venus og plassere den i bane rundt planeten. Hadde ikke den feilen blitt oppdaget av en annen tekniker, ville motoren ikke ha startet ved Venus, og Magellan ville seilt forbi planeten og prosjektet ville i realiteten vært en total fiasko.

En nærmere omtale av Magellan-prosjektet er gitt i artikkelen USAs Venus-sonde Magellan i Nytt om Romfart nummer 68, 1988, sidene 93-95.

Startproblemer og utsettelse

Atlantis ble rullet fra Orbiter Processing Facility ved Kennedy-romsenteret til Vehicle Assembly Building (VAB) 12. mars 1989. Der ble romfergen og de to faststoffmotorene festet til den utvendige tanken, før hele romfergekombinasjonen 22. mars ble transportert ut til oppskytingsplattform 39B.

Oppskytingen av Atlantis på STS-30 var opprinnelig planlagt til 28. april 1989 klokken 20.24 norsk tid. Nedtellingen foran denne oppskytingen ble av NASA gjentatte ganger karakterisert som den mest problemfrie man hadde hatt i romfergeprogrammet.

Omtrent 38 minutter før oppskytingen skulle starte, sviktet imidlertid to Cyborg-datamaskiner, som i sann tid gir data om hvor deler og gjenstander ville falle ned på jordoverflaten eller i havet. Ifølge regelverket for oppskyting må både hoved- og reservesystemene være i drift idet oppskytingen starter. Man fant imidlertid feilen ganske raskt, og hadde begge datamaskinene i drift 18 minutter senere.

Deretter fortsatte nedtellingen til T-31 sekunder, 28 sekunder etter at man fikk en kortslutning i en hydrogenpumpe som brukes til resirkulasjon, slik at alle tre pumpene i systemet stoppet. Dersom de to nevnte datamaskinene ikke hadde stoppet, ville hydrogenpumpen ha kortsluttet etter at oppskytingen var startet.

Resirkulasjonspumpene startes 30 minutter etter start av hydrogenpumpene som fyller flytende hydrogen på den utvendige tanken. Man lar hydrogenet fortsette å strømme for å kjøle hovedmotorene og holde dem på en svært lav temperatur. Formålet med dette er å hindre dannelsen av bobler av hydrogengass, som igjen kan forårsake kavitasjon, og for å sikre at startboksen for hovedmotorene har riktig temperatur og trykk når disse starter. Pumpene går til 6 sekunder før start. Da de ble stoppet, hadde de vært i drift i 7 timer og 45 minutter. Årsaken til at pumpen kortsluttet syntes å være at en liten metallbit kom i berøring med en stikkpinne i kontakten mellom strømforsyningen og pumpen.

Fordi oppskytingsvinduet denne dagen bare var på 23 minutter, ble oppskytingen avlyst for denne gangen, da man raskt forstod at man ikke hadde noen muligheter til å få rettet feilen før vinduet ble stengt for dagen.

Vellykket oppskyting

Etter at feilen var identifisert og man var i gang med å rette den, ble nedtellingsklokkene satt tilbake til T-43 timer og nedtellingen ble startet igjen klokken 14 norsk tid 2. mai. To pauser i nedtellingen, hver på 8 timer, ble fjernet og en pause på 15 timer ble halvert. Dette var mulig fordi drivstoffet til brenselcellene forble i tankene om bord etter den avlyste oppskytingen 28. april. Nedtellingen gikk uten nevneverdige problemer helt til T-9 minutter på den nye oppskytingsdagen, 4. mai 1989.

Sterke vinder på tvers av landingsretningen og skydekke ved nødlandingssteder som skulle brukes ved en eventuell avbrutt oppskyting, gjorde at man på T-9 minutter måtte stoppe nedtellingen og holde den der. Først et knapt kvarter før oppskytingsvinduet, som nå var på 64 minutter, lukket seg, kunne man fortsette nedtellingen. Atlantis ble så skutt opp klokken 20.47 norsk tid 4. mai, bare 5 minutter før oppskytingsvinduet ble stengt for dagen.

Om bord i Atlantis var David M. Walker (kommandør, deltok på 51-A), Ronald J. Grabe (pilot, deltok på den første ferden med Atlantis 51-J), Norman E. Thagard (deltok på STS-7 og 51-B), Mary L. Cleave (deltok på 61-B) og Mark C. Lee (som ikke har vært i rommet før) (ferdspesialister). Cleave ble her første kvinnelige astronaut som deltok på en romfergeferd etter Challenger-ulykken. Hun var for øvrig også den siste kvinne som var med på en vellykket romfergeferd før denne ulykken, da hun som nevnt deltok på 61-B i november 1985.

Oppstigningen til bane gikk uten spesielle problemer, selv om én av de 44 stillingskontrollmotorene sviktet. Hovedmotorene fungerte prikkfritt med et skyvekraftnivå på 104 %. To avfyringer av banemanøvreringsmotorene, etter henholdsvis 10 minutter 39 sekunder og 44 minutter 28 sekunder, plasserte Atlantis i en sirkulær bane med en høyde på 300 km og en inklinasjon på 28,5°.

Utsettelsen av oppskytingen hadde for øvrig sine positive sider. Dersom Magellan var blitt skutt opp 28. april, ville den ankommet Venus med en hastighet som ville vært litt for høy til at romsondens bremsemotor ville kunne fått Magellan inn i den gunstigste banen rundt planeten, med en omløpstid på 3 timer 9 minutter. Lederen for forskergruppen bak Magellan, Stephen Saunders, uttalte at 5. mai i så henseende ville vært en bedre dato enn 28. april. Nå ble det altså oppskyting 4. mai.

Utplassering av Magellan

Magellan var i lasterommet på Atlantis festet til et rakett-trinn kalt Inertial Upper Stage (IUS). Romfergen kan jo bare frakte romsonden opp i lav jordbane, og IUS skulle derfor brukes til å sende Magellan ut av denne og mot Venus.

Omtrent 2 timer etter at romfergen tok av fra Kennedy-romsenteret, skulle besetningen om bord gi de første datamaskinkommandoene til IUS. Deretter skulle det følge en rekke utprøvninger av IUS-trinnet, som skulle utføres med datamaskin og innledes 2 timer 45 minutter etter start, mens man befant seg over Hawaii. Noen minutter senere skulle en av det amerikanske luftforsvarets bakkestasjoner ved Vandenberg Air Force Base i California brukes til å kommunisere direkte med IUS-trinnet. All kontroll av IUS-trinnet under ferden skjedde fra luftforsvarets anlegg for satellittkontroll ved Sunnyvale i California.

Etter at ferden hadde vart i 3 timer 11 minutter, innledet Walker og Grabe en serie manøvrer med romfergen for å innhente de navigasjonsdata man trengte for å sikre seg at IUS/Magellan-kombinasjonen hadde korrekt stilling i lasterommet før utplassering. Da ferden hadde vart i 5 timer 30 minutter, ble Atlantis manøvrert i den stillingen romfergen skulle ha under utplasseringen av IUS/Magellan. Omtrent samtidig ble dreiebordet denne kombinasjonen var festet til, hevet opp til det gjorde en vinkel på 29° med romfergens lengdeakse. Rundt 30 minutter senere ble vinkelen økt til de 52° den skulle være under utplasseringen.

Mens Atlantis passerte over Stillehavet på vei mot vestkysten av USA, ble IUS/Magellan beordret frigjort fra romfergens lasterom. Dette skjedde 6 timer 17 minutter etter starten fra KSC, klokken 03.04 norsk sommertid 5. mai 1989. Ved hjelp av kraftige fjærer ble IUS/Magellan «dyttet» ut av lasterommet på Atlantis.

Umiddelbart etter utplasseringen ble stillingskontrollmotorer i neseseksjonen på Atlantis avfyrt, slik at den beveget seg ned og bort fra nyttelasten. Omtrent 10 minutter etter at nyttelasten forlot lasterommet, kunne astronautene se at solcellepanelene på Magellan foldet seg ut. Dette ble gjort før avfyringen av IUS' første trinn fordi panelene ville kunne tatt skade av IUS-motorenes avfyringer om de var forblitt sammenfoldet. Noen minutter senere ble romfergens banemanøvreringsmotorer avfyrt og ga en hastighetsendring på 9,4 m/s for å øke avstanden til IUS/Magellan.

På vei mot Venus

En times tid etter utplasseringen ble IUS' første trinn avfyrt og brant i 2 minutter 40 sekunder med en skyvekraft på 185 000 N. Deretter «fløt» IUS/Magellan-kombinasjonen av gårde i 2 minutter 29 sekunder. I løpet av denne perioden ble stillingskontrollmotorer på IUS brukt til endre kombinasjonens stilling, og IUS' datamaskin startet opp Magellans egne batterier. Dessuten ble IUS' første trinn koblet fra.

Da dette var vel gjennomført, ble IUS' andre trinn startet. Det brant i 1 minutt 45 sekunder med en skyvekraft på 76 500 N.

IUS-avfyringene utsatte Magellan for en maksimal akselerasjon på 2 g, noe de utfoldede solcellepanelene fint greide. Magellan vil bli utsatt for en retardasjon på opptil 10 g når den bremses ned for å plasseres i Venus-bane, noe som vil skje i 10. august 1990. (Banen vil ha høyeste og laveste punkt på henholdsvis 8030 km og 250 km. Magellan vil bruke 3 timer og 9 minutter på hvert omløpt, og selve radarkartleggingen vil starte 28. august 1990.) Solcellepanelene er bygd for å motstå dette, selv i utfoldet tilstand.

Ved hjelp av et fjærsystem ble det andre IUS-trinnet koblet fra Magellan omtrent 10 minutter etter at dets motor stoppet. Etter det begynte man ved Jet Propulsion Laboratory (JPL), som har ansvaret for Magellan-prosjektet, å etablere kommunikasjon med romsonden.

Etter planen skulle den første banejusteringen for Magellan foretas 21. mai 1989. Da skulle 4 av dens 8 små rakettmotorer, som hver har en skyvekraft på 445 N, avfyres i 6 sekunder. Det skulle gi en hastighetsøkning på 3 m/s.

Tilbakevending og landing

Etter at IUS/Magellan var utplassert, arbeidet astronautene i Atlantis blant annet med noen materialeksperimenter og tok en del bilder av lynaktivitet over større områder på Jorden. Man gjennomførte også en reduksjon av trykket i romfergekabinen, som en prøve foran framtidige aktivitetsperioder for astronauter utenfor romfergen.

Dagen før landing sviktet én av de fem generelle datamaskinene om bord i romfergen. Besetningen måtte derfor bytte den ut mens de var i bane. Både sentralenheten og datamaskinens inn/ut-enhet ble skiftet ut i løpet av en arbeidsperiode på 4 timer der man blant annet måtte fjerne noen av oppbevaringsboksene på det midtre dekket for å få tilgang til komponentene som hadde sviktet. Man har alltid med en reservedatamaskin, og alle romfergebesetninger øver på å foreta et slikt bytte i rommet.

Mens Atlantis var syd for Madagaskar over Det indiske hav på det 64. omløpet, ble banemanøvreringsmotorene avfyrt for å redusere romfergens hastighet så mye at tilbakevendingen startet. Samtidig som dette skjedde, foretok meteorologer og bakkepersonell en grundig vurdering av vindforholdene ved Edwards Air Force Base (EAFB). Planen var å lande på rullebane 17, men vindforholdene så ut til å gi en mulighete for å lande med sidevind på en av de andre rullebanene. Helt siden de amerikanske romfergeferdene startet, har et viktig mål vært å foreta landinger i sidevind på EAFB for å få prøvd hvordan romfergen oppfører seg under slike forhold. Dessuten lå det på rullebane 17 an til at sidevinden kunne overskride sikkerhetsgrensen på 28 km/t.

Da Atlantis var nede i en høyde på 54,5 km og en hastighet på 12 mach, fikk Walker beskjed fra kontrollsenteret i Houston om å endre romfergens navigasjonsmål slik at han ville lande på rullebane 22, som er en betongrullebane. Der ble forholdene ansett for å ligge best til rette for en sidevindslanding.

Walker og Grabe fløy en venstresving på 200° over rullebane 22, og foretok en landing der det kom en vind på 18 km/t, med kast på opptil 30 km/t, fra en retning på 270°. Det ga en sidevind på 15 km/t, nær den verdien man var ute etter. Landingen skjedde klokken 21.43 norsk tid 8. mai 1989.

Tekster til illustrasjoner brukt i artikkelen

Besetningen på STS-30, fra venstre: John Grabe, David Walker, Norman Thagard, Mary Cleave og Mark Lee.

Atlantis taues over til Vehicle Assembly Building for å festes til den utvendige drivstofftanken.

Magellan fotografert ved Kennedy-romsenteret før sonden ble montert til IUS.

Kraftige fjærer har her nettopp «sparket» IUS/Magellan ut av lasterommet på Atlantis.

Omtrent slik forestiller tegneren seg det så ut idet IUS' første trinn ble avfyrt for å bringe Magellan over i en bane mot Venus.

Atlantis er her fotografert bakfra og fra undersiden etter at landingshjulene er felt ut, og den går inn for landing ved EAFB. (NASA)