Så længe et rumskib er tæt på Jorden, er det en smal sag at bestemme dets position i verdensrummet.
Forskerne skal blot sende et radarsignal ud til rumfartøjet, og alt efter hvor lang tid det tager signalet at nå tilbage til Jorden, kan de regne sig frem til, hvor fartøjet befinder sig.
Men jo længere rumskibet flyver væk fra Jorden, des svagere bliver radarsignalerne fra rumskibet – og jo dyrere og sværere er det for forskere at finde positionen.
Det problem har den danske ph.d.-studerende Andreas Jørgensen nu fundet en løsning på. Frem for at sende radarsignaler frem og tilbage mellem Jorden og rumskibet, vil han lære rumskibet at bestemme sin egen position.
»Det er en virkelig god ide, for i øjeblikket koster det op til 100.000 dollars i døgnet at tracke et rumfartøj fra Jorden. Det kan man spare ved at bruge Andreas' metode,« fortæller John Leif Jørgensen, som er vejleder for Andreas Jørgensen og professor ved afdelingen for Måling og Instrumentering på Danmarks Tekniske Universitet (DTU).
Sådan finder rumskibet sin plads
I Andreas Jørgensens nye måde at navigere rumfartøjer udnytter han, at vi i forvejen kender planeternes position i verdensrummet.
Ideen er, at rumfartøjet skal kunne beregne sin egen position ud fra oplysninger om, hvordan fartøjet er placeret i forhold til planeterne.
»Metoden går ud på at finde ud af, hvilken retning planeterne står i forhold til stjernehimlen. Man kender positionen af alle planeter i forvejen – de informationer har NASA frigivet til alle,« forklarer Andreas Jørgensen, som er ph.d.-studerende ved afdelingen for Måling og Instrumentering på DTU Space.
Størrelsen bestemmer placeringen
Planeterne fungerer altså som en slags referencepunkter, som et rumfartøj kan bruge til at finde sin egen position. Det sker på den måde, at et kamera på rumfartøjet tager et billede af en given planet – for eksempel Saturn.
Hvis Saturn er langt væk fra rumfartøjet, vil planeten fremstå meget lille på billedet, men jo tættere fartøjet kommer på Saturn, des større vil Saturn se ud.
»Ud fra hvor stor planeten ser ud i dit billede, kan du bestemme, hvor langt væk du er fra den,« siger Andreas Jørgensen og tilføjer, at afstanden kan beregnes med geometriske formler.
Amerikansk kunde til teknologien
Det er imidlertid ikke nok kun at vide, hvor langt væk man er fra en planet – selvom man eksempelvis ved, at et rumfartøj er 1.000 kilometer fra Saturn, ved man jo ikke nødvendigvis, om man befinder sig nord, syd, øst eller vest for planeten.
Derfor skal rumfartøjet også kunne regne ud, hvilken retning planeten ligger i. Til det formål vil Andreas Jørgensen bruge et andet kamera ombord på rumfartøjet, som skal fokusere på at finde ud af, hvor planeten er placeret i forhold til stjernerne.
Ud fra den viden kan man nemlig bestemme retningen fra rumfartøjet til planeten – og vupti, så har man fartøjets position.
»Vi har testet det hele igennem, og metoden virker meget lovende. Vi har allerede en amerikansk kunde til det modul, jeg har udviklet,« fortæller Andreas Jørgensen.
Dansk metode testet af NASA-mission
\ Fakta
Et stjernekompas er en teknologi, som gør det muligt for satellitter og rumsonder at orientere sig, så forskerne altid ved nøjagtigt, hvilken retning satellitten vender i rummet. Stjernekompasset består af et eller to digitalkameraer, der fotograferer stjernehimmelen, og en computer, der matcher digitalbillederne til et stjernekort lagret i computeren. Ved at sammenligne den fotograferede stjernehimmel med stjernekortet, kan stjernekompasset afgøre, hvilken retning det selv, og dermed satellitten eller rumsonden, vender. Verdens første stjernekompas blev testet i rummet 1996 og var opfundet af John Leif Jørgensen og andre forskere fra DTU. Med Andreas Jørgensens nye navigationsmetode skal stjernekompasset ikke blot at bestemme rumfartøjets retning i rummet - kompassets computer får ny ’indmad’ (software), som gør den i stand til at beregne rumfartøjets position. Når positionen er beregnet af rumfartøjets computer, kan oplysningen sendes ned til Jorden med radiobølger. Kilde: Andreas Jørgensen
Andreas Jørgensens metode er endnu ikke testet fra rummet, men fra DTUs kontorer i Lyngby har forskerne eksempelvis afprøvet metoden ved at tage billeder af Månen. Ud fra Månens størrelse og retning kunne de regne sig frem til deres egen position på Jorden.
Herudover fik DTU-forskerne lokket den amerikanske rumfartsorganisation NASA til at tage billeder af Jorden fra rumsonden Juno – billeder, som de brugte til at afprøve, om de kunne bestemme Junos position med Andreas Jørgensens metode.
»Det virkede enormt godt, bortset fra da Juno kom helt tæt på Jorden – da blev billedkvaliteten for dårlig til, at vi kunne bestemme positionen nøjagtigt nok,« fortæller Andreas Jørgensen.
Ønsket om at afprøve Andreas Jørgensens navigations-metode under Juno-missionen endte faktisk også med at kaste en hædret filmoptagelse af sig. Filmen viser Månens dans rundt om Jorden, og den er blevet en af NASAs mest sete YouTube-videoer nogensinde – det kan du alt sammen læse meget mere om i denne artikel.
Bruger eksisterende kameraer
Hvis du er en garvet rumfartsnørd, vil du måske bemærke om den nye navigationsmetode, at det kan være en tung – og dermed dyr – fornøjelse at sende to kameraer afsted med et rumfartøj.
Men Andreas Jørgensen forklarer, at det smarte ved hans metode er, at den gør brug af to kameraer, som i forvejen findes på rigtig mange rumskibe og satellitter.
Kameraerne bruges nemlig til rumfartøjets såkaldte stjernekompas (se faktaboks), som kan give informationer om, hvilken retning rumfartøjet vender i verdensrummet.
Ifølge Andreas Jørgensen er der andre forskere før ham, som har afprøvet smartere måder at bestemme rumfartøjers position, men han er den første, som har gjort brug af to stjernekameraer til formålet.
»Der er andre forskere, som har prøvet at udvikle lignende metoder til at bestemme positionen i rummet. Men de har kun brugt ét kamera, som de har prøvet at få til at fokusere på både stjernerne og planeten. Problemet er, at sådan et kamera er super dyrt at lave, fordi der er så stor lysforskel mellem planeten og stjernerne. Planeten er meget lys, og stjernerne er mørke, og derfor er det svært for et kamera at fokusere på begge dele,« forklarer Andreas Jørgensen.
Store radarstationer bestemmer position
Når forskerne i dag skal bestemme et rumfartøjs position, gør de da også fortsat brug af 'den gammeldags' metode med radarsignaler.
Det sker – som tidligere nævnt – ved, at en kæmpestor radarstation på Jorden sender et signal ud til rumfartøjet. Når rumfartøjet har modtaget signalet, bliver det sendt tilbage til radarstationen på Jorden, og forskerne regner sig frem til fartøjets position.
»Metoden er fin nok, så længe man er tæt på Jorden, men problemet er, at når man kommer længere ud i rummet – for eksempel til Månen eller Mars – så er man nødt til at bruge en radarstation med superhøj præcision. Den slags radarstationer har vi kun tre af på Jorden. De koster kassen at bygge, og så skal de være bemandede hele tiden. Og alligevel er metoden ikke helt præcis, når du kommer langt væk fra Jorden,« forklarer Andreas Jørgensen.
Ny metode er mere præcis
Professor John Leif Jørgensen mener, at Andreas Jørgensens nye navigationsmetode både vil være et langt billigere og mere præcist alternativ til navigationen med de kæmpestore radarstationer.
»Metoden vil være en mere præcis og sikker måde at navigere på. Man kan sammenligne det med at sende en mand af sted på en cykel med bind for øjnene og få ham til at navigere ved at stå og råbe 'til højre' og 'til venstre'. Det er en vanskelig måde at kommunikere og navigere på, men vi har i stedet givet manden sine egne øjne, så han selv kan navigere,« forklarer John Leif Jørgensen, som er leder af afdelingen for Måling og Instrumentering ved DTU Space.
Om det bliver en succes at give rumskibe deres ’egne øjne’ er uvist, men ifølge Andreas Jørgensen vil det blive afprøvet, når »en amerikansk kunde« - som han ikke vil offentliggøre navnet på endnu - sender hans teknologi med ud i rummet, formentlig næste år.
