I et radiodødt rum i Lyngby testes satellitter, der kan fortælle dig, om det regner i morgen
Alt sammen takket være Ørsteds opdagelse af elektromagnetismen.

Laboratoriet ’DTU-ESA Spherical Near-Field Antenna Test Facility’ er et af verdens mest avancerede radiodøde laboratorier med samme forhold som i det ydre rum. 
(Foto: DTU / Torben Nielsen)

Laboratoriet ’DTU-ESA Spherical Near-Field Antenna Test Facility’ er et af verdens mest avancerede radiodøde laboratorier med samme forhold som i det ydre rum. 
(Foto: DTU / Torben Nielsen)

Højt oppe over hovederne på os alle sammen svæver en hel landsby af ensomme satellitter rundt og rundt og rundt om Jorden. 

Omkring 6.000 satellitter i alt, hvoraf kun knap 2.400 af dem stadig bimler og bamler og aktivt samler information ind til os jordboere om alt fra regnvejr og skovbrande til udledningen af CO2 og huller i ozonlaget. 

Det er takket være dem, at du kan klikke ind på din telefon og se, om det måske bliver regn i morgen, at du kan finde vej med GPS’en, og at vi kan overvåge, ja faktisk hele kloden, fra de fjerneste afkroge af Arktis til de mørkeste dele regnskoven.  

Nøglen til det hele findes i antennerne, der som følehorn stikker ud fra de svævende skrumler, der med lidt god vilje ligner klodsede metal-insekter:

»Antennen er det kritiske element i systemet. Det er antennens begrænsninger, der sætter begrænsninger for det hele,« forklarer professor Olav Breinbjerg, da han tager imod Videnskab.dk i DTU’s radiodøde laboratorium nord fra København i Kongens Lyngby. 

Her i laboratoriet tester DTU-forskerne som et af de få steder i verden satellitantenner med så stor en præcision, at Det Europæiske Rumagentur (ESA) bruger laboratoriet som det eneste eksterne testcenter, inden de sender deres satellitter i kredsløb.

I øjeblikket venter de på en sending antenner fra ESA’s meteorologiske satellitter, MetOp Second Generation, der blandt andet skal bruges til overvågning af klimaet, og der er flere opgaver på vej, blandt andet nogle ESA-satellitter der skal måle jordens biomasse, og satellitter der skal måle vand på Jupiters måner for at spore muligt liv.

ESA begyndte missionen med MetOp Second Generation for 10 år siden. På DTU venter de på den første af i alt tre satellitter, der skal sendes i kredsløb i løbet af de næste årtier. Den første, der snart skal testes på DTU opsendes om få år, mens den næste opsendes sidst i 2020 og den sidste i 2035 (Illustration: ESA)

Det tætteste, man kommer på at være i rummet

En kvadratisk kolos af en dør skubbes ud midt i lokalet mellem skriveborde, computere og andre måleinstrumenter, så alle lige må tage et skridt til side. Porten til det radiodøde rum er åbnet, og det ligner en blanding mellem et legeland og et torturkammer. 

Dunkelt belyst og udsmykket med blå skum-pigge fra gulv til loft. Piggende sluger energien fra alle radiobølger i rummet. I midten står en stor L-formet tingest, også beklædt med skum-pigge. Olav Breinbjerg peger med lyskeglen fra en lommelygte.

»Det er der, man installerer test-antennen,« siger han og peger videre på endnu en stamme bagerst i rummet: »Og der har vi modtager-antennen.«.

Det er udelukkende de to antenners radiobølger, der kan ‘tale’ sammen gennem rummet. Alle de radiobølger, der normalt svæver rundt alle steder i din hverdag, kan ikke forstyrre her.

»Det er det tætteste, du kommer på at genskabe forholdene i rummet, hvor der ikke er nogen forstyrrende bølge-elementer,« forklarer Olav Breinbjerg. 

Antenne fra ESA monteres på monstrummet i midten. Det er 'flightware' - det vil sige den ægte antenne, der skal sendes op med satellitten. Derfor monteres den også af ESA-folk, og Olav Breinbjerg og DTU-teamet har først ansvar for den, når den er monteret. (Foto: DTU / Torben Nielsen)

I det radiodøde rum, der blev etableret på DTU i sin tidligste version allerede i 1968, tester de, som et af de meget få steder i verden, satellitantenner med »spidsen af en jetjager-præcision«, som Olav Breinbjerg kalder det: 

»Vi bruger årevis på at få folk op på det niveau, hvor de kan foretage de her målinger. Man kan sammenligne det med dygtige koncertpianister bare inden for den her snævre gren af fysik, der handler om test af antenner. Der er fire, der kan det i alt.« 

Det er med andre ord anvendt fysik i en ekstrem avanceret grad, og det er også derfor, at ESA bruger laboratoriet som testcenter, inden de sender deres satellitter i kredsløb - en dyr proces, der ikke lige kan gøres om.

»De koster kassen, og vi kommer til at bruge månedsvis på at lave de her test, som vi har forberedt i flere år, så det skal bare fungere,« understreger Olav Breinbjerg.

Arven fra Ørsted

Hvis antennen har en historie, så starter den - som så mange andre af vores moderne teknologier - med den store danske videnskabsmand H. C. Ørsted, der i 1829 grundlagde Den Polytekniske Læreanstalt. Det vi i dag kender som DTU.

En forårsdag i 1820 opdagede Ørsted elektromagnetismen, og senere lærte vi, takket være den skotske fysiker James Clerk Maxwell, blandt andet at alt fra de synlige lysbølger til de usynlige radiobølger grundlæggende er elektromagnetiske bølger.

Oersted Needle GIF from Oersted GIFs

James Clerk Maxwell satte også elektromagnetismen på matematisk formel - ligesom Isaac Newton gjorde det med tyngdekraften - da han nedfældede de 4 elektromagnetiske-ligninger i 1865. 

Det er denne viden, som Olav Breinbjerg står på skuldrene af i dag. Gennem hele sin 33 år lange forskningskarriere, der begyndte på DTU i 1987, har han forsket i elektromagnetisme og elektromagnetiske bølger. I år blev han så hædret med H.C. Ørsted Selskabets årlige Ørsted-pris. 

»På trods af at elektromagnetismen er beskrevet i fire ligninger, så er dens anvendelsesområde uendeligt. Det er en uudtømmelig kilde til ting, vi kan undersøge. Jeg tror aldrig, at jeg er løbet ind i de samme problemer to gange,« lyder det fra Olav Breinbjerg. 

»Og det, der stadig gør det spændende er, at det er helt utroligt, så meget fysik og teknologi der er komprimeret i de fire ligninger. Der er næsten noget mystisk ved det,« fortsætter han.

Hvordan fungerer en satellitantenne?

Der løber strøm igennem alle radioantenner, og derfor udsender de elektromagnetiske bølger.

Alle antenner modtager og afsender disse bølger, og antenner ‘snakker’ med andre antenner gennem disse elektromagnetiske bølger.  

Når en elektromagnetisk bølge fra for eksempel en satellitantenne rammer en antenne på Jorden, bliver der sendt strøm igennem den. Det er gennem den måde, strømmen svinger på, at informationen fra satellitten aflæses.

Hvis en antenne skal kommunikere med en anden antenne, skal de blot være koblet op på samme frekvens. At ramme samme frekvens kan både være top-avanceret og forholdsvist simpelt alt efter behov. 

Når det drejer sig om mobiltelefoner, behøver frekvensen eksempelvis ikke være mega præcis. Men når det drejer sig om ESA’s satellitantenne, skal den være ekstrem præcis.

Kilde: Olav Breinbjerg

Mystiske elektromagnetiske bølger

Vores evne til at bruge elektromagnetiske bølger - eksempelvis gennem satellitantenner - binder hele vores moderne verden sammen, men paradoksalt nok ved vi meget lidt om, hvordan det fungerer.

»Vi kan beskrive og modellere elektromagnetiske bølger meget nøjagtigt. Vi kan måle dem helt ned til en milliondel i vores laboratorium. Alligevel er der ingen i dag, der på simpel vis kan forklare, hvad en elektromagnetisk bølge er,« forklarer Olav Breinbjerg.

Han banker i bordet for at illustrere sin pointe:

»Vi kan forstå de mekaniske bølger, der sker, når vi banker i bordet, så det vibrerer, vi forstår lydbølgerne, der får trommehinden til at vibrere, og vi kan se vandbølgerne i et glas,« siger han og fortsætter:

»Sagen med elektromagnetiske bølger er, at de kan udbrede sig og føre energi gennem tomme rum. Det er derfor, Solens stråler når frem til os gennem det tomme verdensrum. Det er fantastisk. Men hvad søren er en elektromagnetisk bølge egentlig?« 

Det er et spørgsmål, der går igen hos mange af de studerende, fortæller Olav Breinbjerg. Til dem citerer han altid Niels Bohr: »Det er forkert at tro, at det er fysikkens opgave at finde ud af, hvordan naturen er. Fysikken handler om, hvad vi kan sige om naturen.«

Det er elektromagnetiske bølger, der skaber lys og stråling - fra radiobølger til radioaktive elementer. (Grafik: Shutterstock)

Ikke en ‘bread and butter’-opgave

Hvis DTU-forskerne er en slags koncertpianister, som Olav Breinbjerg siger, er de meteorologiske satellitter fra ESA en af karrierens helt store højdepunkter.

Antennerne skulle være kommet i oktober, men som mange andre ting i 2020 er de forsinkede på grund af corona. Når de kommer og skal testes, skal præstationen fra DTU-holdet være helt fejlfri.

»Det er ikke en ‘bread and butter’-opgave. Vi har måttet anskaffe meget helt nyt udstyr for at udføre den, og vi kommer til at lære enormt meget af det også,« siger Olav Breinbjerg og forklarer: 

»Man kan først værdsætte det her, når man forstår den præcision, som tingene skal måles med. Der er et hensyn til detaljer, hvor man tænker, at det kan være lige meget, men det er det ikke med en radiobølge. Det handler om, hvor hårdt skruerne er spændt, og hvor meget et kabel bøjer på den ene eller anden måde,« tilføjer han. 

Olav Breinbjerg fortæller, at der findes flere eksempler på, at million-dyre satellitantenne-projekter er blevet udsat i flere måneder på grund af bittesmå loddefejl.  

»Det er på grænsen af, hvad der lader sig gøre for nogen i verden at måle,« tilføjer han.

Hvem ved, hvor vi står om 25 år?

Det er ‘kun’ 21 år siden, at Olav Breinbjerg var med til at sende Danmarks første satellit, Ørsted-satellitten, i kredsløb for at måle Jordens magnetfelt. Det skete 23. februar 1999. 

»Det var jo lidt af et græsrodsprojekt, og der er en verden til forskel på dengang, og hvad vi laver i dag,« fortæller Olav Breinbjerg, der husker, at man testede satellittens robusthed ved at montere en rystepudser på den, som man lod køre i 24 timer.

»I dag er det jo noget, man har store faciliterer til. Men det virkede jo fint for os,« siger han bag et grin.   

»Men vi synes nok altid, at vi står på toppen af, hvad man kan gøre – og om 25 år kan man nok gøre helt andre ting,« tilføjer han.

De seneste år har vi set flere og flere nanosatellitter blive sendt i rummet, der er billige og små og bestemt ikke ubrugelige.

»Det har revolutioneret satellit-industrien. Nu er der et væld af satellitter, der kan gøre det ene eller andet. Jeg tror, at det næste store bliver, at man får globalt internet og telefonforbindelse,« spår Olav Breinbjerg.

Illustration af Ørsted-satellitten. Planerne for satellitten begyndte allerede i 1992, men den blev først sendt i kredsløb i 1999. Det er en 'primitiv' satellit sammenlignet med ESA's nye MetOp Second Generation.

Jubilæumsserie om Ørsted og elektromagnetismen

I anledning af 200 års-jubilæet for H.C. Ørsteds opdagelse af elektromagnetismen sætter Videnskab.dk fokus på den danske fysiker og videnskabsmand gennem en række artikler. (Grafik: Thøger Junker)

Videnskab.dk markerer 200 års-jubilæet for Ørsteds opdagelse af elektromagnetismen gennem en række artikler. 

Vi går helt tæt på Ørsteds historie, giver alletiders pædagogiske indføring i elektromagnetismen, og undersøger, hvordan opdagelsen påvirker videnskaben i dag.

Temaet er støttet af det landsdækkende formidlingsinitiativ HCØ2020. Videnskab.dk har fuld redaktionel frihed.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs mere om Hubbles utrolige billeder her.