Äldre herrar berättar spännande om Corona

CORONA var USA:s första spaningssatellitsystem.  Lockheed Missiles and Space Systems (Lockheed) i Silicon Valley var systemets huvudleverantör och satte samman Corona:s nyttolast som inkluderade en ny typ av kamera (från ITEK), en ny typ av fotografisk film och en bärgningsbar kapsel för den exponerade filmen. Lockheed utvecklade dessutom  Agena, det andra steget till den Thor-raket som startraketen var baserad på. Agena var också den del som bar Coronas subsystem i omloppsbana.  Utvecklingen av Corona var ett stort steg framåt i rymdtekniken, inte minst vad beträffar utvecklings- och ledningsmetoder.

• En handfull äldre herrar och ett märkligt människoöde
• Hur såg satelliterna ut?
• När lyckades man få Corona att fungera
• Analog styrautomat
• Horisontsensor och vinkelhastighetsgyron
• Hålremstimer för att styra kamerorna
• Vad in i helsikes glödheta är en ”spirule”
• Fler detaljer för rymdnörden
• Varför är allt så dyrt i rymden nuförtiden?

En handfull äldre herrar och ett märkligt männiksoöde

Den 8 oktober 2020 med början kl 22.30 och slut kl 0110! var jag med on-line på ett ”webinar” med titeln ”Lockheed’s Reconnaissance Satellites, Looking from above the Iron Curtain”. Det hela var organiserat av ”IEEE Silicon Valley Technology History Committee”.

En handfull äldre herrar i 85-årsåldern, veteraner från Lockheeds utvecklingsarbete med systemet, gjorde ett antal presentationer. Jag skall inte dra alla detaljer, men fokusera på några intressanta aspekter som belyser hur mycket bättre verktyg för konstruktion och analys vi har nuförtiden och hur primitiv elektroniken var för drygt sextio år sedan.

Herrn nedan, Sam Araki ledde utvecklingen av Corona och blev senare chef för Lockheed Martins rymd- och missilverksamhet. Han föddes 1931 i Saratoga, Kalifornien, där hans far arbetade som trädgårdsmästare på en stor egendom. Araki är en Nisei, d.v.s. etnisk japan men född i ”det nya landet”, d.v.s. USA. Efter bombningen av Pearl Harbor flyttade familjen inåt landet i ett försök att undvika massförflyttning. Så småningom hamnade familjen i koncentrationslägret i Poston, Arizona där amerikaner med japanska rötter hölls inspärrade. Efter att ha lämnat lägret, återvände han till Kalifornien och tog examen från Stanford University med en magisterexamen i maskinteknik. Sen fick han förtroendet att utveckla USA:s första spionsatellit – vilket människoöde!

Hur såg satelliterna ut?

Satelliterna var naturligtvis hemliga när de började sändas upp 1959 men alla förstod att de var spaningssatelliter. Trots det fick de täcknamnet ”Discoverer”. Satelliterna sändes upp från Vandenbergflygbasen i Kalifornien (nordväst om Los Angeles)  i sydlig riktning till elliptiska omloppsbanor med lägsta höjden på ca 180 km och en betydligt högre topphöjd. Vinkeln mot ekvatorsplanet var typiskt runt 80 °.

De tidiga satelliterna vägde ungefär 1100 kg, var 1,5 m meter i diameter och var utrustade med en panoramakamera 61 centimeters brännvidd och bilderna hade i början en upplösning på ungefär 7,5 meter. Bilderna registrerades på 70 mm film som sparade på en rulle i en bärgningsbar kapsel. Kapseln skiljdes av från satelliten, en krutraketmotor bromsade in dess färd och under återinträdde i atmosfären skyddades kapseln av en värmesköld. Kapseln kom sedan ned i fallskärm och fångades antingen upp av transportflygplan ned ett slags ryssjor – eller så landade den i Stilla havet.

• 

• 

När lyckades man få Corona att fungera?

Den 11 augusti 1960, någon dag före den elfte internationella astronautiska kongressen på KTH i Stockholm (15-20 augusti) lyckades man ta ned kapseln till Discoverer 13, som sänts upp den 10 augusti. Den satelliten hade ingen kamera, men nästa satellit som sändes upp redan den 18 augusti, under kongressveckan, lyckades för första gången ta bilder av jorden från omloppsbana.  

USA ställde ut en landningskapsel, bromsraket och värmesköld på kongressen. Se min webbartikel om allt ståhej under kongressveckan. På bilden nedan står jag tvåa från höger. Jag var fjorton år.

Analog styrautomat

Corona-veteranerna framhöll att när projektet började 1958 och under 1960-talet var styrautomater för missiler, flygplan och satelliter analoga, d.v.s. ingen omborddator var inblandad i att hålla farkosten på rätt köl utan signaler från sensorer och till styrdon behandlades analogt i en s.k. analogimaskin som bestod av operationsförstärkare och tillhörande motstånd och kondensatorer. Sådana analogimaskiner användes allmänt för att simulera dynamiska förlopp. jag själv har gjort en laboration i elektromaskinlära (för mycket länge sedan) där vi använde en analogimaskin för att simulera ett hissmaskineri och få hissen (den simulerade) att stanna mjukt på våningarna. Inte förrän 1970 började Lockheed att gå över till digitala styrautomater. Det kan vara värt att notera att styrautomaten för det styrsystem för sondraketer som Saab lät utveckla på uppdrag av Rymdbolaget, S-19, hade analog styrautomat under många år. Den nutida modellen har naturligtvis digital styrautomat med många finesser.

Horisontsensor och vinkelhastighetsgyron

• 

• 

Corona-satelliterna flög med längdaxeln parallell med jordytan och pekande i färdriktningen. Kameran tittade ut vinkelrätt mot längdaxeln och behövde riktas i lodlinjen. Styrning av läget gjordes med styrraketer som drevs med en blandning av kvävgas och freon. Två kursgyron mätte roll och tipp och horisontsökare uppdaterade eventuella fel i gyrovärden. Girfelet kunde bestämmas med ett förfarande som kallas ”orbital gyrocompass”. Mina mekanikkunskaper från KTH är lite rostiga så jag kan inte helt förklara hur det fungerar men det liknar den gyrokompass som används inom sjöfarten och som automatiskt ställer in sig mot den verkliga Nordpolen – och den begriper jag hur den fungerar! Jag får återkomma om ”the orbital gyrocompass”…

• 

• 

Horisontsensorerna hade en roterade spegel och var känsliga för värmestrålning i koldioxidens våglängdsband runt 15 μm där jorden ser lika varm ut på både dag och nattsidan.

• 

• 

• 

I bilderna här ovanför ser man hur horisontsensorerna ser olika delar av horisonten beroende på hur satelliten pekar. Antingen var kordorna i figurerna olika långa, icke parallella eller en kombination av dessa två effekter. Det gick att räkna ut vad det medförde för pekningsfel hos satelliten i roll och tipp genom att skicka in horisontsensorsignalerna i en elektronisk anordning med det kryptiska namnet ”mixer box”. Märkligt nog finns ett exemplar av denna magiska låda hos National Air and Space Museum i Washington DC!

Tiddon med hålremsa för att styra kamerorna

Att Corona-satelliterna konstruerades på 50- och 60-talen ser man av det tiddon med kamaxlar som styrde mycket av styrsystemets funktion (förmodligen under uppfärden). Kameran styrdes av ett tiddon som läste av en hålremsa gjord i Mylar-plast och som talade om när kameran skulle slås på och andra viktiga händelser. Tydligen kunde man på något sätt med kommando från marken modifiera detta program för kameras användning – som ju naturligtvis vara unikt för varje uppskjutning.

• 

• 

Vad in i helsikes glödheta är en ”spirule”

De äldre herrarna återkom till vilka primitiva verktyg de hade för beräkningar och att de litade mycket på mekaniska räknemaskiner, räknestickor och något som de kallade ”spirules”. Om man söker på detta ord på nätet hitta man antydningar att det var något slags räknesticksliknade verktyg för reglertekniska beräkningar. De flesta träffar man få handlar dock om bläckfiskar. Till slut hittade jag vad det är på hemsidan för det australiska ”Museum of Applied Arts and Sciences” (MAAS). Nuförtiden gör ingenjörer sånt här med MATLAB. På den tiden hade man ”Spirules”! Någon av mina mogna läsare som använt en ”Spirule”?

Fler detaljer för rymdnörden

Figuren nedan visar testkammaren för termiska prov med Corona. Lamporna skall simulera förhållande i solen. den bakomliggande kalla väggen skall väl simulera den kalla rymden. Riktigt vad ”Cryogenic wall” har för funktion är oklart.

Varför är allt så dyrt i rymden nuförtiden?

Enligt de äldre herrarna följs de tre första punkterna i listan till vänster i bilden nedan inte längre och det är orsaken till de löjligt höga utvecklingskostnaderna för flyg- och rymdsystem som beställs av offentliga upphandlare (t.ex. NASA). Vad är det Elon Musk gör? Ja inte ignorerar han punkterna 1-3! Med ”threat-based need” kan man naturligtvis mena även kommersiellt tryck och hot!

Intressant med slagorden: ”See it well”, ”See it all”, ”See it now”. ”Gambit” hade en bildupplösning som delvis fortfarande är hemligstämplad, ”Hexagon” hade otrolig stråkbredd medan ”Kennan” kan sända ned bilder i realtid via datareläsatelliter!

---