Japans Kaguya/Selene skutt opp mot Månen

Av Erik Tronstad

Kaguya etter oppskyting med de to minisatellittene i høyre ende. Ved siden av minisatellittene er parabolantennen. Armen med antennen er her ennå ikke er foldet ut. (JAXA/Akihiro Ikeshita)

Oppskytingen foregikk med en H-2A-bærerakett fra Tanegashima-romsenteret. Starten gikk klokken 03.31.01 norsk sommertid 14. september 2007. Vel 45 minutter senere var Kaguya/Selene skilt fra bærerakettens øverste trinn og i jordbane.

Oppskytingen av Kaguya fra Tanegashima-romsenteret. (JAXA)

Selene er navnet som romfartøyet og prosjektet har hatt siden det ble besluttet gjennomført og frem til oppskyting. Japan har tradisjon for å gi et romfartøy et annet navn når det er skutt opp. Derfor refereres det heretter til som Kaguya.

Navnet Kaguya ble valgt blant tusenvis av forslag som den japanske romorganisasjonen JAXA mottok fra publium. Kaguya ere en skikkelse i et gammelt japansk eventyr.

Etter planen skulle Kaguya etter oppskytingen være i en meget langstrakt jordbane på 281 km x 232 805 km med en inklinasjon på 29,9°. JAXA har ennå ikke bekreftet at Kaguya er i den planlagte banen, selv om ingenting tyder på at det er noen vesentlige avvik fra denne.

Få timer etter oppskytingen ble både romfartøyets sol­celle­pa­nel og parabolantenne foldet ut fra romfartøykroppen. Sol­celle­pa­nelene forsyner nå romfartøyet med strøm.

Kaguya skal foreta 2,5 meget langstrakte omløp rundt Jorden. I denne perioden skal mange av romfartøyets systemer testes ut og kontrolleres. Romfartøyets motor blir avfyrt for å øke høyeste punkt i jordbanen slik at det blir liggende ute ved Månens avstand fra Jorden. Deretter vil Kaguya gjøre en ny manøver og gå inn i bane rundt Månen. Det kommer til å skje om lag 20 døgn etter oppskytingen.

Diagram som viser de ulike stadiene i Kaguyas bane til Månen. Oppe til venstre er vist oppskytingen, atskillelsen fra bærerakettens øverste trinn, utfoldingen av parabolantenne og sol­celle­pa­neler og motoravfyringer for endringer av jordbanen. I høyre del av diagrammet ser vi at Kaguya beveger seg over til Månen og går inn i bane rundt den. Videre ser vi fasene der Relay Satellite og VRAD frigjøres i egne baner og de baneendringene som mo­der­rom­far­tøyet gjennomgår, før det kommer ned i sin endelige bane rundt Månen. (JAXA)

Til å begynne med skal Kaguya gå i en bane på 100 km x 2400 km rundt Månen, med en inklinasjon på nær 90°. Banen vil med andre ord ligge over Månens polområder.

To mindre satellitter, Relay Satellite og VRAD Satellite, er montert til den ene enden av mo­der­rom­far­tøyet. Mens mo­der­rom­far­tøyet er i banen på 100 km x 2400 km, skal Relay Satellite dyttes løs. Relay Satellite er en relesatellitt som skal benyttes til å formidle kommunikasjon mellom mo­der­rom­far­tøyet og bakkestasjoner.

Mo­der­rom­far­tøyet i et renrom før oppskyting. På toppen ses de to minisatellittene VRAD og Relay Satellite. Bak dem skimtes parabolantennen i sammenfoldet posisjon, slik den var ved oppskytingen. (JAXA)

Etter at Relay Satellite er «kastet av», skal mo­der­rom­far­tøyet senke banen sin til 100 km x 800 km. Der vil en ny minisatellitt, VRAD, bli dyttet bort fra mo­der­rom­far­tøyet og inn i denne banen. Relay Satellite og VRAD veier 50 kg hver og hver er 1 m x 1 m x 0,65 m store. Begge får strøm fra sol­celle­pa­neler som leverer en effekt på 70 W.

Med minisatellittene utplassert i hver sin bane kommer mo­der­rom­far­tøyet til å endre bane enda en gang. Høyeste punkt i banen blir nå senket fra 800 km til 100 km. Dermed ender mo­der­rom­far­tøyet opp i en polbane på 100 km x 100 km. Fra oppskytingen 14. september 2007 og til mo­der­rom­far­tøyet er i denne banen, vil det ta omtrent 40 døgn.

Nærbilde av de to minisatellittene på toppen av mo­der­rom­far­tøyet. (JAXA)

Deretter kommer JAXA til å bruke omtrent to måneder på å prøve ut og kalibrere alle de vitenskapelige instrumentene om bord i mo­der­rom­far­tøyet. Så starter Kaguya sitt vitenskapelige observasjonsprogram. Det skal i første omgang pågå i 10 måneder. Om det er vellykket og romfartøyet fortsatt er i god stand etter 10 måneder, er det all grunn til å tro at observasjonsprogrammet blir forlenget.

Mo­der­rom­far­tøyet har en masse på hele 3 tonn og måler 2,1 m x 2,1 m x 4,8 m. Sol­celle­pa­nelet leverer strøm med en effekt på 3500 W. I tillegg til de to minisatellittene har mo­der­rom­far­tøyet med seg hele 12 instrumenter. (JAXA angir at mo­der­rom­far­tøyet har 15 instrumenter, men blander bruken av ordene «instrument» og «eksperiment» eller «observasjonsformål».) Sammen skal instrumentene foreta omfattende observasjoner av måneoverflaten, lag under overflaten og av omgivelsene i rommet rundt Månen.

Tegning av Kaguya sett fra to forskjellige vinkler. (JAXA/Akihiro Ikeshita)

Et stereokamera skal ta stereobilder av måneoverflaten med en oppløsning på 10 m. To andre spesialkameraer (spektrometre) skal kartlegge fordelingen av både ulike mineraler på Månen. Et røntgen- og et gammainstrument skal sammen kartlegge fordelingen av en rekke grunnstoffer. En underoverflateradar skal observere strukturer i lag et stykke nedover under måneoverflaten. Tre instrumenter skal sammen observere magnetiseringen av overflatematerialer og variasjoner i ulike typer partikkelstråling rundt Månen.

En laserhøydemåler skal foreta en kartlegging av høydevariasjoner på måneoverflaten med en usikkerhet på bare 5 m. Det skjer ved å sende laserpulser ned mot overflaten og observere hvor lang tid det tar før hver puls vender tilbake til romfartøyet etter å være reflektert fra overflaten under romfartøyet. I løpet av et år kommer instrumentet til å gjøre flere titalls millioner observasjoner. Samlet vil dette gi en betydelige bedre kartlegging av Månens topografi og globale form enn man til nå har hatt.

Kaguya har også med et fjernsynskamera for opptak i HDTV-format. Kameraet skal gjøre videoopptak av utvalgte deler av måneoverflaten og av Jorden som stiger opp og går ned bak månehorisonten, sett fra Kaguya.

Radiosenderen/mottakeren i Kaguya vil på en måte også fungere som et vitenskapelig instrument. Ved hjelp av radiosignaler fra Kaguya skal JAXA kartlegge variasjoner i Månens gravitasjonsfelt også på Månens bakside.

Ingeniører arbeider med Kaguyas parabolantenne. Den skal både brukes til å sende vitenskapelige data til Jorden og til kartlegging av Månens gravitasjonsfelt. (JAXA)

Allerede med USAs Lunar Orbiter i 1960-årene oppdaget man at det er betydelige variasjoner i gravitasjonsfeltet på Månens forside. Variasjonene skyldes at det flere steder under overflaten er større konsentrasjoner av masse enn i omkringliggende områder. Lunar Prospector gjorde i 1998 en forbedret kartlegging av disse. Likevel er det begrenset hvor god kartleggingen er på Månens bakside.

Variasjoner i Månens gravitasjonsfelt fører til små hastighetsvariasjoner for et romfartøy i bane rundt Månen. Det gir i sin tur små variasjoner i den frekvensen som radiosignaler fra romfartøyet mottas med på Jorden. Ved å observere disse frekvensendringene, kan man over tid kartlegge hvordan Månens gravitasjonsfelt varierer fra sted til sted.

Denne typen kartlegging er avhengig av direkte synslinje mellom bakkestasjon og romfartøy. Når et romfartøy er på Månens bakside, fungerer metoden ikke. JAXA skal nå løse dette problemet ved at Kaguyas mo­der­rom­far­tøy sender radiosignaler til Relay Satellite når mo­der­rom­far­tøyet er på Månens bakside og Relay Satellite sender signalene videre til Jorden. På den måten skal Kaguya kartlegge massekonsentrasjoner også på Månens bakside.

Når mo­der­rom­far­tøyet er bak Månen og ikke synlig fra Jorden, vil Relay Satellite som regel være på et sted i sin bane der den er synlig fra Jorden, samtidig som Relay Satellite «ser» mo­der­rom­far­tøyet på baksiden av Månen. Da kan Relay Satellite formidle radiokontakt mellom mo­der­rom­far­tøyet og bakkestasjoner.

Kaguya omtales som det mest omfattende observasjonsprogram av Månen siden Apollo-ferdene i 1960- og 1970-årene. Noen få ubemannede romfartøyer har landet på og observert Månen fra månebane etter den tid. Ingen av dem har imidlertid hatt med en så omfattende pakke med instrumenter som Kaguya har.

Tegning av Kaguyas mo­der­rom­far­tøy og de to minisatellittene over Månen. I praksis vil de tre romfartøyene aldri være så nær hverandre som på tegningen. (JAXA)