Att skicka upp satelliter från Esrange är en tanke som varit levande i snart 40 år och som har varit aktuell på senare år. Precis hur läget är för detta ärende just nu undandrar sig min kännedom. Däremot kan jag berätta om åtskilliga idéer (nio, såvitt jag kan komma ihåg) ur det förflutna och varför de inte blivit verklighet. Jag försöker också beskriva vad som är frågans ”kärnpunkt” – varför har det inte blivit något av?
- Conestoga-2
- Mariane
- PacAstro
- Start-1
- PA-X och PA-Y
- SSC-Hercules
- SB-21
- Falcon-1
- VLM-1
- Begränsningar
- Fortsättning?
- Jag hoppas jag har fel
Under snart fyrtio år har drömmen om att göra Esrange till en bas för satellitsuppskjutningar återkommit i Rymdbolagets affärsutvecklingsplaner. Redan i den ”strategiska planen” från 1984 (Rymdbolagets dokument A5/8-14, daterat 16 januari 1984, det är väl bara jag som har kvar dokumentet) nämns idén. Bakgrunden var faktiskt bl.a. mina egna idéer om att använda avdankade franska ubåtsmissiler.
Samma idéer och problem som fortfarande är på tapeten diskuterades redan för 37 år sedan:
Problemet med nedslagsplatser för raketstegen och behovet av att flyga över Norge var man klart medveten om redan 1983 då texten skrevs.
Tja, 37 år senare står frågan fortfarande på dagordningen:
Den första möjliga raketen, som faktiskt nämndes redan i den strategiska planen var Conestoga-2, ett amerikanskt lågkostnadskoncept för en bärraket baserad på den typ av raketmotorer som senare användes för MAXUS. Bakom idén låg Space Vector som utvecklat Aries-raketen, den första styrda raketen från Esrange, och som Rymdbolaget hade utmärkta relationer med sedan Aries-tiden och även under utvecklingen av styrsystemet S-19. Omfattande utredningar av flygsäkerheten på Nordkalotten utfördes på Esrange, bl.a. som examensarbete av Ulf Palmnäs som senare blev en av ledarna för Volvo Aeros raketmotorverksamhet i Trollhättan. Conestoga förblev en pappersraket ända till 1995 då en första uppskjutning från Wallops Island slutade i fiasko och projektet lades ned.
Efter Conestoga dök åtskilliga idéer upp och har undersökts genom åren:
Mariane var ett försök under 80-talet senare hälft att skapa en ”mini-Ariane” där första steget skulle vara Ariane-1:s andra steg, det andra steget en fransk militär raketmotor, P6, med fast bränsle och det tredje steget den italienska raketmotorn IRIS. Volvo Aero, Rymdbolaget och flera stora europeiska rymdföretag deltog i utvecklingen av idén. Mariane skulle vara heleuropeisk och vara mer smaklig än den helamerikanska Conestoga-2.
Idéns stora svaghet var användningen av raketmotorer med fast bränsle , särskilt i det tredje steget. Den totala impulsen hos sådana raketmotorer är inte särskilt väldefinierad och man kan inte bara stänga av den när en viss fart uppnåtts. Därför var den bana man kunde uppnå inte särskilt precis och den satellit som sändes upp fick i så fall med egen raketkraft trimma sin bana. För jordobservationssatelliter är en mycket specifik bana extremt viktig.
Raketen innehöll många olika raketmotortyper och förefaller vara komplicerad. Den var ett första försök att hitta på en liten europeisk bärraket. Affärsplanen var inte tillräckligt intressant för tänkbara finansiärer, d.v.s. de stora länderna i ESA där leverantörerna av de ingående raketstegen fanns. Men det var ett kul försök från entusiasternas sida!
PacAstro var ett försök från den lilla amerikanska rymdfirman AeroAstro under ledning av dess grundare Rick Fleeter att utveckla en liten satellitbärare. Idén var att den vätskedrivna (flytande syre/fotogen) raketen skulle vara tryckmatad (inga pumpar) och endast ha två steg. Genom att använda kompositmaterial skulle detta bli möjligt. Men trycket i tankarna måste ju övervinna brännkammartrycket. Det gör att man vill undvika alltför högt brännkammartryck, vilket inte bidrar till raketens prestanda. Att använda kolfiber i tankarna var ett sätt att undvika att tankarna skulle bli för tunga p.g.a. det höga trycket. Turbopumpar ansågs också utgöra en kostnadsdrivare och en källa till felfunktioner.
En tvåstegsraket passar dock Esrange bra eftersom man endast behöver bekymra sig om var det första steget slår ned. Det andra steget går normalt in i omloppsbana. Raketen kan dimensioneras så att första steget slår ned i havet utanför den norska territorialvattengränsen – var tanken.
Rymdbolagets inblandning i PacAstro pågick under början av 90-talet. Projektet kunde aldrig finansieras. Rick Fleeter är en entusiast med på den tiden goda kontakter i det amerikanska rymdetablissemanget, men hans firma var en liten aktör på en arena där ”might is right”. Men det är kul att umgås med Rick (det var länge sen nu) – han är alltid full av uppslag.
Start-1 är den mobila ryska bärraket baserad på interkontinentalroboten Topol som användes för att skicka upp Odin från Ryssland 2001. Extremt lite infrastruktur behövs för själva uppsändningen eftersom startrampen är mobil. Rymdbolaget och Norsk Romsenter diskuterade under 1993-1995 en affär där man skulle erbjuda ryssarna en bas i Norge för raketen som därför lättare skulle attrahera västerländska kunder. Projektet stupade på Norges NATO-medlemskap. Raketen är i grund och botten ett kärnvapen. Raketen har dessutom fyra steg och det sista går in i omloppsbana. Det innebär att man måste bekymra sig om var tre raketsteg slår ned. I detta fall var bekymret var det tredje steget skulle slå ned – 5300 km från startplatsen – någonstans i Kanada (se bilden till höger).
PA-X och PA-Y: Några år efter försöket att realisera PA-2 hade AeroAstro med Rick Fleeter i spetsen ca 1997 lyckats blåsa något slags liv i bärraketplanerna. På uppdrag av amerikanska flygvapnet höll han på med teknikutveckling för billiga uppskjutningar och arbetade med en testraket – ett slags sondraket, benämnd PA-X som skulle drivas med tryckmatad (förstås) flytande syre och fotogen och kunna skicka upp 45 kg till 80 km höjd. Raketens startvikt skulle vara 1925 kg och startdragkraften 67 kN. Raketen var tänkt att vara 9 meter lång och ha en diameter på 0.91 meter. Motorn var en uppgradering av en tryckmatad raketmotor som NASA utvecklat på 60-talet, var ablativt kyld och hade ett ytterhöljde av kolfiber. Bränsletankarna skulle vara gjorda av kolfiberöverlindad tunn aluminium. En stor kolfiberlindad heliumtank skulle trycksätta hela härligheten.
| Startvikt (kg) | Massa till 185 km höjd (kg) |
|---|---|
| 6291 | 18 |
| 18140 | 80 |
| 24450 | 371 |
| 29480 | 544 |
I slutet på februari 1997 var jag och chefen för Esrange, Jan Englund, hos AeroAstro i Longmont i Colorado tillsammans med en gammal räv i raketbranschen, Gunnar Broman (f.d. teknisk direktör vid Volvo Flygmotor). Verksamheten var inrymd i en ganska ruffig gammal snickerifabrik. På golvet låg två använda raketmotorer och man såg att mycket material hade eroderat bort på insidan. Avsikten med PA-X var att demonstrera tekniken för raketmotorn och tillverkningstekniken för tankarna. Provskottet var planerat att gå från White Sands Missile Range till 30 km höjd. Det fanns fler planer hos flygvapnet på att använda tekniken i PA-X till alla möjliga märkliga projekt och i ett av dem skulle AeroAstro kunna utveckla något som kunde bli en liten satellitbärraket baserad på PA-X – nu benämnd PA-Y! The plot thickens! AeroAstro hade räknat på fyra olika idéer till en PA-Y. Vi diskuterade om vi skulle börja arbeta på möjligheterna att sända upp PA-Y från Esrange, men vi på Rymdbolaget fick annat att hålla på med och AeroAstro lyckades väl måttligt bra med att sälja in sina planer. Skissen nedan av PA-Y var väl inte heller så bedövande övertygande! Men det hände alltid någonting runt Rick Fleeter.
SSC-Hercules var en idé till en raket att sändas upp från Esrange som den energiske ingenjören på min division, Tommy Andersson, drev under en period. Tommy hade varit en av hjärnorna bakom MAXUS-raketen för materialforskning i tyngdlöshet och kunde sin raketteknik. Precis hur kontakten med Hercules (numera Northrop Grumman), den firma som tillverkade raketmotorerna till den bevingade bärraketen Pegasus (fortfarande i drift), gick till har jag ingen dokumentation av. Men från ett möte i Solna den 19 oktober 1993 finns ett ganska fylligt protokoll om en tänkt raket som skulle bygga på de hjälpraketer (strap-ons) med fast drivmedel raketmotorer som Hercules tillverkade för Delta II-raketen. Så här var det tänkt:
Första steget: två GEM-VN raketer
Andra steget: en ”avlastad” GEM-VN
Tredje steget: En motor av typen Orion 50-XL
Fjärde steget: En motor av typen Orion 38.
Servicesystemen skulle Rymdbolaget utveckla/stå för.
GEM står för Graphite Epoxy Motor och det var en motortyp med goda prestanda. Trots det behövdes det fyra raketsteg för att placera 490 kg i en bana på 750 km höjd. Hela ekipaget skulle väga nästan 40 ton vid starten. Varför det inte blev något av dessa diskussioner är höljt i dunkel, men som vanligt måste någon stå den ekonomiska risken och sälja uppskjutningarna. Hercules hade skickat med en preliminäroffert på vad raketmotorerna skulle kosta. För att det skulle bli några satellituppsändningar från Esrange med denna ”pappersraket” måste någon, läs Rymdbolaget, få fram mycket pengar – vi talar om 4-5 miljoner dollar per raket i den tidens penningvärde.
SB-21. Citat ur slutrapporten: ”På uppdrag av styrelsen för SIF Norrbotten, inleddes under första halvåret 1999 diskussioner mellan SIF Norrbotten, IRF Kiruna och Saab Ericsson Space om möjligheterna att starta uppskjutning av satelliter med en liten, svensktillverkad och ”grön” bärraket från ESRANGE. Efter en initial träff med Saab, gjordes en första preliminär genomräkning för en raket som skulle ta 100 kg nyttolast till en polär bana på 300 km höjd. Med bl.a. dessa data som grund fördes idén vidare inom SIF Norrbotten och IRF och utformades till Projekt SB 21 under sommaren 1999. Projektmedel ansöktes och beviljades från Länsstyrelsen och Länsarbetsnämnden i Norrbotten. Från 1 september 1999 anställdes Sven lHugosson av SIF som projektledare för en förstudie.”
Denna studie (september 1999-januari 2001) kom fram till det mycket rimliga resultatet att en tvåstegs tryckmatad vätskedriven (flytande syre/fotogen) raket vore att föredra. Problemet med första stegets nedslag löste man delvis genom en mycket brant uppfartsbana för det första steget som då skulle kunna slå ned inom skjutfältet. Man vann höjd under uppfarten, men föga fart. Det andra steget fick därför en större arbetsbörda (se nedan om liknande bekymmer för VLM-1-konceptet. Man fick en suboptimal raket som dock löste problemet med nedslagspunkten för det första steget. Naturligtvis skulle nedslag i Ishavet göra raketen mer optimal, vilket också påpekas i rapporten.
Två relativt genomräknade exempel på raketer finns i studiens slutrapport. I båda fallen skulle raketens startvikt ligga runt 37 ton och bestå av tre steg för att placera 100 eller 200 kg i en bana på 300 km höjd. Det tredje steget skulle eventuellt behövas för att cirkularisera banan. Det är oklart av slutrapporten vilken sorts drivmedel det tredje steget skulle ha. Rapporten nämner också möjligheten att återstarta det andra steget för att lösa problemet med att cirkularisera banan.
En utvecklingskostnad på upp till 150 MSEK under fyra år skisserades och ett kortsiktigt mål för priset på en uppskjutning angavs till 10 MSEK.
Man kan betrakta denna snabbt genomförda studie som ett sätt att försöka ”ringa in” hur svårt det skulle vara att genomföra ett projekt av denna karaktär och inventera vilka styrkor som finns i Sverige för att genomföra det. Denna utredning är faktiskt den enda under alla år som försökt analysera om det skulle gå att utveckla en bärraket i Sverige – med egen förmåga. Det var onekligen ett piggt och djärvt initiativ.
Falcon-1 var den amerikanska frisfräsarfirmans SpaceX första satellitbärraket som mycket likande PacAstro – två steg, vätskedriven och med ungefär samma kapacitet. Diskussioner med SpaceX pågick under en period med början den 6 november 2003. Olle Norberg (chef för Esrange), jag och Ulf Palmnäs (Volvo Aero) besökte SpaceX högkvarter på 1310 Grand Avenue i El Segundo i Los Angeles (de har nu flyttat till Hawthorne och lokalerna i El Segunda verkar ha tagits över av en fiskmånglare). Vi det här laget låg den första uppskjutningen av Falcon-1 två och ett halvt år i framtiden. Vi var tidigt ute kan man tycka, men SpaceX förväntade sig den första uppskjutningen på våren 2004, så flyghårdvara var förmodligen vid Vandenberg Air Force Base i Kalifornien. Men diverse problem vid Vandenberg ledde till att man flyttade uppskjutningsplatsen till en liten ö bland Marshallöarna i närheten av testplatsen vid Kwajalein-atollen i Stilla havet.. Den första uppskjutningen ägde rum därifrån den 24 mars 2006 – en rejäl försening.
Tanken var att Rymdbolaget skulle tillhandahålla startplatsen mot en avgift (eller procent på uppskjutningspriset) och SpaceX sålde uppskjutningarna själva. Varken då eller nu finns några rymdtransportbolag som köper raketer av en rakettillverkare och sedan erbjuder uppskjutningar. Till kunder. En sådan modell liknar det klassiska flygbolaget, men jämförelsen haltar eftersom man förbrukar raketen varje gång den används. Flygplan förbrukas inte utan återanvänds i extrem grad. Med SpaceX återanvändbara raketer kanske man tänka sig att flygbolagsmodellen kan bli aktuell även i rymdbranschen.
Affärsplanen var dock svår att få gå ihop och SpaceX intresse av att skjuta från Esrange var nog begränsat. Nu har Falcon-1 sedan länge lagts ned till förmån för satsningen på Falcon-9 och ännu större raketer. Som en fortsättning diskuterades en affär där SSC skulle sälja multipeluppskjutningar på Falcon-1 (från valfri bas) med hjälp av en egenkonstruerad hållare för satellitknippen. Det visade sig att även här ville SpaceX inte släppa kontrollen över hela säljprocessen.
Vi träffade tyvärr inte Elon Musk, men däremot den nuvarande VD:n Gwynne Shotwell (då Gurevich) och Hans Koenigsmann (numera har han befattningen ”Vice President of Flight Reliability”. Fabriken gjorde ett lite ödsligt intryck och det verkade som rakethårdvara hade skeppats därifrån till något annat ställe, förmodligen Vandenberg, men kanske till Washington DC där en Falcon-1-raket parkerades utanför myndighetens för att ge tillstånd för kommersiella uppskjutningar FAA lokaler den 6 december 2003.
Det fanns ingen i receptionen när vi kom utan efter en stund släntrade det fram någon och ropade på Gwynne – som då var försäljningschef. Vi fick en mycket intressant presentation och en kortare ”factory tour”. På bilderna nedan ser ni en raketnoskåpa, en satellitadapter och ett pingisbord. Där fanns också en testrigg för att prova de servon som vrider raketmotorn. Bakom receptionsdisken satt Koenigsmann och programmerade styrdatorn med en Mac (se den suddiga bilden).
Mitt starkaste minne har dock inget med raketer att göra utan bilresan i Gwynnes SUV till en närbelägen lunchrestaurang. Jag satt i baksätet och golvet var täckt av ett lager – en decimeter tjockt – av hennes barns leksaker. Jag träffade henne igen ett år senare vid International Astronautical Congress i Vancouver i Kanada där hon stod i SpaceX stånd och krängde raketer!
VLM-1 (Veículo Lançador de Microssatélites). För fem-sex år sedan diskuterades på stort allvar att Rymdbolaget skulle samarbeta med Tyskland och Brasilien i att skicka upp satelliter med en raket som Brasilien utvecklade för prov över Atlanten från en bas i Brasilien med hypersoniska farkoster som den tyska rymdmyndigehten DLR planerade – SHEFEX III (som fortfarande verkar var aktuella). Raketen skulle utvecklas med andra penningmedel och modifieringarna för att sända upp satelliter skulle vara måttliga. De tekniska och ekonomiska riskerna skulle vara små. Jag var perifert delaktig i detta arbete som kunsult och borde inte berätta så mycket om idén, men några enkla fakta som är offentliga kan jag diskutera här. De två första stegen skulle bestå av två identiska raketmotorer med fast bränsle med beteckningen S-50 och det tredje av motorn S-44, också den en ”krutraket”. S-50:s dragkraft är 400 kN, så hela ekipaget borde väl kunna väga ca 35 ton vid starten.
Som jag ser det finns det flera problem med idén. Det är suboptimalt att göra de två första stegen lika stora. Det första steget får bära mycket massa på sin rygg och får låg sluthastighet. Så låg att det blir svårt att få första steget att hamna i Norra Ishavet. I stället måste uppfartsbanan från Esrange vara brant för att steget skall slå ned i skjutfältet och det är inte en optimal uppfartsbana. Stora krutraketer innebär också större risk på marken vid felfunktion. För det tredje är sista steget krutdrivet vilket medför att det inte går att återstarta för att manövreras ned i atmosfären efter det att satelliten man skjuter upp har levererats till rätt bana. Steget blir rymdskrot.
Vad som skulle behövas är ett vätskedrivet övre steg, men det kostar mycket pengar att utveckla och ingick aldrig i planen för VLM-1. Utredningarna kring VLM-1 visar med all önskvärd tydlighet att en två-stegs, vätskedriven raket är det bästa alternativet för Esrange. Många sådana är under utveckling runt om i världen och jag är övertygad om att Rymdbolaget har full koll på vilka möjligheter som finns att locka dem till Esrange.
Begränsningar. Man behöver bara titta på kartan för att inse att man inte kan skjuta upp satellitbärande raketer från Esrange i vilken riktning som helst. Antingen ligger stora delar av grannländernas territorium under flygbanan eller så passerar den tänkta nedslagspunkten vid varje tidpunkt (IIP=Instantaneous Impact Point) under uppfärden nära tättbebyggda områden, t.ex. Tromsö. Det går att räkna på skaderisken, men det nordliga läget gör också att de vinklar mot ekvatorsplanet (inklinationer) som går att nå från Esrange i teorin (om man struntar i alla överflygningsproblem är större än Esranges latitud på 68o eller mindre än 180-68o. Detta är en begränsning som påverkar marknaden för att skicka upp satelliter från Esrange. De mest intressanta inklinationerna för att sända upp jordobservationssatelliter (som dominerar rymdtrafiken utanför telekom-området) i bana ligger mellan 96o och 99o och medför att raketen flyger över trakten kring Tromsö. Risken för att skada liv och egendom har man räknat på under många år och, såvitt jag förstår, så ligger den under internationellt vedertagna säkerhetsnormer för raketer med lämplig utformning. Men man behöver övertyga våra grannar – så enkelt är det!
Den 28 september 2020 meddelade den tyska firman Rocket Factory Augsburg AG (RFA) att man undertecknat en avsiktförklaring med Andøya Space att etablera en start plats för RFA:s satellitebärande raket RFA One avsedd för att sända upp små satelliter. Om detta avtal fullföljs kan inte jag se något annat resultat än att drömmen om satellituppskjutningar från Esrange är över.
Jag hoppas jag har fel. Sedan jag skrev det förra avsnittet har regeringen den 14 oktober meddelat att man beviljar SSC medel (90 MSEK) för att bygga en startplats för satellitbärande raketer. Jag antar att detta skall dra till sig en raketoperatör för några kommersiella riskpengar ställer nog regeringen inte upp med. SSC har lagt ut lite information på sin hemsida där man kan läsa om prov med raketmotorer och prov med återvinning av raketer. Det är två tyska företag, RFA (nämnt ovan) och ISARSPACE, som planerar motorprov under 2021. Men hur är det med Andöya? Uppskjutning av satellit om två år (2022) – vilken raket då? Jag är som vanligt skeptisk – vis av 37 års frustration. Men – jag hoppas förstås att jag har fel.
Rymdhistorier 