Under samma tak i Uppsala – rymdforskning, solenergi och satellitteknik

Ångströmlaboratoriet
Ångströmlaboratoriet

Samla allt kunnande i ett hus – det är en av grundtankarna med ett universitet. I Uppsala finns universitetet spritt över staden, men rymdkunnandet finns under ett och samma tak på Ångströmlaboratoriet. Här samarbetar studenter, ingenjörer och forskare inom områden som solenergiforskning, rymdteknik, astronomi och rymdfysik. Den här artikeln presenterar fyra av organisationerna: Institutet för rymdfysik, Institutionen för astronomi och rymdfysik, Ångström rymdtekniskt centrum och Ångström Solar Center.

Institutionen för astronomi och rymdfysik vid Uppsala universitet är unik i Sverige på så sätt att astronomiämnet och rymdfysiken samsas på samma institution. Men rymdfysikerna på institutionen är anställda av Institutet för rymdfysik (IRF). Både IRF och Institutionen för astronomi och rymdfysik har tagit plats på Ångströmlaboratoriet tillsammans med bland annat ett centrum för rymdteknik och ett centrum för solenergiforskning. Vad är det då som är så bra med Uppsala och Ångströmlaboratoriet som gör att så många forskare med rymdanknytning finns här?

– Några av världens bästa forskare finns här. Vi kan gå in i rummet bredvid och träffa världsledare. Det är nyttigt, anser Mats André, professor vid Institutet för rymdfysik rymdfysik.

Ångström rymdtekniskt centrum (Ångström Space Technology Centre, ÅSTC) bildades år 2000 för att samordna den rymdtekniska verksamheten inom Uppsala universitet. Det nya Ångströmlaboratoriet är en idealisk plats för verksamheten, inte minst tack vare ett renrum i absolut världsklass (Micro Structure Laboratory, MSL) – en förutsättning för forskningen i mikrosystemteknik.

– Närheten till andra tekniska forskargrupper, rymdfysiker och astronomer är en stor fördel för oss. Det är också en styrka att befinna sig vid ett så stort och ansett universitet, säger Johan Köhler, föreståndare för Ångström rymdtekniskt centrum.

Ångström Solar Center bildades 1996 som en sammanslutning av tre olika forskargrupper som alla undersöker solenergi ur olika synvinklar: smarta fönster, Gretzelsolceller och tunnfilmssolceller.

– Vi har fått många fördelar av att sitta tillsammans med de andra grupperna, inte minst en gemensam styrelse och administration och utbildning. Vi har också skapat oss ett erkänt namn i forskningsvärlden och haft en trygg finansiering under namnet Ångström Solar Center, säger Marika Edoff, ledare för solcellsgruppen på Ångström Solar Center.

Tunnare och snyggare celler

Marika Edoff arbetar med tunnfilmssolceller. Principen för tunnfilmscellerna är att de består av ett halvledande material som absorberar solljus. Det vanligaste materialet för detta är kisel, men gruppen i Uppsala använder istället en blandning av koppar, indium, gallium och selen.

– Vårt material fungerar som kisel, men det är mycket effektivare. Vi behöver bara en tjocklek på en och en halv mikrometer för att absorbera ljuset, säger Marika Edoff.

Det finns flera fördelar med tunnfilmssolcellerna jämfört med kiselsolceller. Framförallt behövs det mindre material, men det är också relativt enkelt att tillverka cellerna i många olika former och storlekar. Därför finns det potential att använda solcellerna i sammanhang där utseendet och inte bara verkningsgraden har betydelse, till exempel i boendemiljöer eller på fordon. Men även rymdtekniken är naturligtvis ett tänkbart användningsområde.

– Vi har hjälpt till med att utveckla en sensor till Ångström rymdtekniskt centrum som känner av var solen lyser starkast. Den ska användas på små satelliter för att ställa in solcellerna i optimal vinkel mot solen. En annan fördel med vårt material när det gäller rymdtillämpningar är att det kan fästas på nästan vad som helst och formas på många sätt – det behöver inte vara platt och stelt, säger Marika Edoff.

Kompromissar inte med prestanda

Små solsensorer är bara en av alla saker som Ångström rymdtekniskt centrum är intresserat av. Centrumets profil är att miniatyrisera alla system med mikroteknik, vilket gör deras system och satelliter mycket små.

– Vi gör farkostteknik för satelliter i mikroformat. Eftersom vi gör alla systemen med mikroteknik behöver vi inte kompromissa med prestandan. Ett exempel är vårt satellitprojekt Nanospace-1, berättar Johan Köhler.

Nanospace-1 ska sändas upp i slutet av 2006 och är finansierad av Rymdstyrelsen och ESA. Det är en nanosatellit, vilket innebär att den får väga högst tio kg, inklusive nyttolast. Det nya med Nanospace-1 är att den kommer att ha samma prestanda som en satellit i hundrakilosklassen, tack vare mikrosystemtekniken från Ångströmforskarna.

– Men vi satsar inte bara på att bibehålla prestanda. Ibland kan miniatyriseringen också öka prestandan. Vi utvecklar till exempel ett system för attitydkontroll som utför finjusteringar med hjälp av krafter på mikronivå. Ett sådant system kan inte byggas utan mikrosystem, säger Johan Köhler.

Miniatyriseringen innebär också väsentligt minskade uppsändningskostnader för rymduppdragen. I dag betalar man per kg som ska sändas upp; det är lätt att räkna ut hur mycket det går att spara i uppsändningskostnader om vikten minskar till mindre än en tiondel.

Instrumenten i rymden

Om Ångström rymdtekniskt centrum representerar expertkunskapen i att bygga satellitplattformar får Institutionen för astronomi och rymdfysik och Institutet för rymdfysik representera den vetenskapliga expertisen. En grov indelning av verksamheten är att å ena sidan bygga vetenskapliga instrument och att å andra sidan analysera resultaten från instrumentens mätningar.

I dag har institutionen och institutet mätinstrument med på bland annat ESA-uppdragen Cluster och Rosetta och även på NASA:s Cassini-Huygens. Clusterinstrumentet mäter elektriska fält och Rosetta- och Cassiniinstrumenten mäter förhållanden i den joniserade gasen runt sonderna, till exempel nära kometer och Saturnus måne Titan. Vi kan likna det vid att undersöka vädret i rymden.

– Förutsättningen för att få vara med på de internationella uppdragen är att vi har visat att vi kan leverera bra instrument. Och det gjorde vi genom det svenska satellitprogrammet med Viking, Freja, Astrid-2 och även på den kommande Nanospace-1. Satellitprogrammet var ett samarbete mellan de tre rymdregionerna Stockholm, Kiruna och Uppsala. Samarbetet har gjort det möjligt för oss att åka med instrument på större uppdrag som Cluster, Rosetta och Cassini, säger Mats André.

Enkelt uttryckt letar Uppsalaforskarna efter finstruktur i rymden. I det stora hela kan rymden se mycket ostrukturerad ut, men så fort forskarna kan undersöka detaljerna finner de struktur.

– Ett exempel som vi kan se från jorden är norrskenet. Det är ett bevis på struktur som bildas av stora ostrukturerade energiutbrott på solen. Överallt i rymden finns sådana finstrukturer som påverkar olika fenomen i rymden. Det lilla har stor betydelse för hur det stora uppför sig, konstaterar Mats André.

Spelar Sverige någon roll?

Och även ett litet land som Sverige kan spela en viktig roll i rymdsamhället. Åtminstone om vi tror de Uppsalabaserade rymdforskarna.

– Vi kan göra väldigt mycket forskning per krona i Sverige. Men för större projekt behöver vi naturligtvis hjälp, säger Mats André.

– Vi som litet land med långt framskjuten teknikspets har förmågan att tänka nytt, säger Johan Köhler.

Tänka nytt är störst

Nytänkandet är centralt på Ångströmlaboratoriet – där nya studenter och doktorander bildar grunden för framtidens forskare på institutionerna. Studenterna gör också att forskarna ständigt måste utveckla sig.

– Studenterna tvingar oss att bredda perspektivet på det vi gör. De vill alltid vill veta mer än det som vi jobbar med för dagen, säger Johan Köhler.

– Utan studenter, ingen framtid. Branschen behöver yngre människor som bidrar med nya idéer som utvecklar området, slår Mats André fast.

Last update: 19 augusti 2004

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.