Miljondollartävling från Nasa

ersätt satelliter med luftskepp

Det är dyrt att placera satelliter i omloppsbana. Mycket dyrt. Framför allt är det själva uppskjutningen som slukar pengar.
Nu sneglar Nasa på en betydligt billigare lösning; luftskepp på mycket hög höjd kan ersätta mycket av det som satelliter används till idag.
Men det finns stora tekniska utmaningar – och lyckas du lösa dem ligger­ fyra miljoner dollar och väntar hos Nasa.

Satelliter i omloppsbana runt jorden har en mängd olika användningsområden. Det kan handla om militär övervakning, telekommunikation, positionering, rymdforskning, grundforskning, klimatforskning, meteorologi och en hel del annat. Satelliterna skjuts upp i rymden med hjälp av bärraketer, vilka placerar dem på rätt höjd och i rätt omloppsbana. Det kostar mycket pengar och genererar stora problem då förbrukade satelliter som regel blir kvar som rymdskrot.

I omloppsbana finns även utbrända raketsteg, borttappade verktyg och omkring 24 000 föremål större än tio centimeter samt någonstans runt 500 000 partiklar större än en centimeter. Hastigheten är något mer än 28 000 kilometer i timmen och kollisioner kan skada fungerande teknik för bärande samhällsfunktioner och utgör dessutom ett potentiellt hot mot bemannade rymdstationer. Det finns både ekonomiska och miljörelaterade skäl till att överväga alternativ till satellittekniken. Och det är med anledning av det som amerikanska rymdstyrelsen Nasa utlyser en tävling för att få fram luftskepp, som utrustade med samma teknik som satelliterna kan placeras högt upp i stratosfären, återföras till jorden vid behov och efter service och genomgång skickas upp igen. En form av återanvändning på hög nivå.

20 kilo till 20 kilometer

Initiativet togs från början av Keck Institute for Space Studies, som bad Nasa att sponsra tävlingen och omedelbart vann gehör. Försök har redan gjorts med luftskepp på närmare 20 kilometers höjd och resultaten har varit tillfredsställande.

Men man vill högre än så. Väderballonger fyllda med helium eller vätgas når som mest en altitud på 40 kilometer, men sprängs när lufttrycket utanför blir för lågt. Förhoppningen finns att forcera sådana hinder när forskare och konstruktörer nu slår sina kloka huvuden ihop för att konstruera solenergi­drivna luftskepp, effektiva och pålitliga nog att ersätta­ delar av satellittrafiken.

De som lyckas konstruera ett motordrivet luftskepp som kan hålla sig stilla i förhållande till jorden på 20 kilometers höjd kan inkassera fyra miljoner dollar. Luftskeppet måste dessutom klara av 20 kilo last, och designen måste kunna skalas upp för att klara tyngre last.

Under senare år har intresset för denna slags luftskepp ökat, bland annat från militärt håll. Jämfört med satelliter på betydligt högre höjd, så kan kameror från luftskepp ge bilder med högre upplösning. Går det dessutom att få luftskeppen att ligga stilla över en punkt på jorden så går det att övervaka ett område dygnet runt, utan avbrott. Satelliter som kan ta högupplösta bilder måste ligga så nära jorden att de måste färdas snabbt i omloppsbana för att inte trilla ner. Det betyder att inget område kan bevakas oavbrutet.

Möjligheten att placera luftskepp stationärt är inte bara intressant för militären – all typ av övervakning av miljö, klimat, trafik, väder och så vidare kan bli aktuellt.

Kommunikation

Förkortningen LTA står för ligther-than-air och en fördel med dessa framtida luftfarkoster är att de kan placeras stationärt där de kommer allra bäst till användning, omplaceras när så önskas och täcka stora ytor. Ett redan delvis utvecklat system är Haps, en förkortning av High Altitude Platform System, där ”plattformen” kan vara ett flygplan, en ballong eller ett luftskepp med batteri- eller bränslemotor, vilket begränsar tiden i luften då farkosten allt emellanåt måste ner för att ladda eller tanka. Men med framtidens solenergidrivna luftskepp skulle tiden i luften inte behöva begränsas.

Det kostar enorma summor att få upp satelliter i omloppsbana. Runt 10 000 dollar per kilo får man minst räkna med. Bild: Nasa

Det kostar enorma summor att få upp satelliter i omloppsbana. Runt 10 000 dollar per kilo får man minst räkna med. Bild: Nasa

Vid sidan av övervakning är naturligtvis kommunikation intressant. Luftskepp skulle kunna länka internettrafik och mobiltelefoni. Även positioneringssystem, som gps, skulle kunna bli exaktare och billigare att underhålla.

På en höjd kring 20 kilometer är vindarna relativt beskedliga. Det är också en bra höjd för att få detaljerade bilder av vad som händer på marken. Däremot blir ytan som täcks begränsad – ungefär 1 000 kilometer i diameter.

Ny era för forskningen

Rymdingenjören Steve Smith ritade och konstruerade 2005 ett av de första stratosfäriska luftskeppen, Hi-Sentinel 20, som samma år provades av USA:s armé för att testa egenskaperna över tänkt fiendeland. Luftskeppet gick upp från New Mexico och stannade i luften åtta timmar. Under testet konstaterade man bland annat att det gick bra att styra skeppet från marken. Det gjorde militärerna nöjda, men utvecklingen stannade trots det av, kanske beroende på att spara pengar inte var den viktigaste frågan för den amerikanska försvarsmakten. Med drönare och satelliter har de en kombination av teknik som fungerar mycket bra.

Men LTA-luftskepp kan istället få en stor betydelse för forskning, där pengar ofta är en mer avgörande faktor. Vissa forskare är så entusiastiska att de ser luftskeppen som något som helt kan förändra förutsättningarna för forskning. Idag kan till exempel rymdforskare bara utföra en bråkdel av alla experiment och studier de vill göra eftersom kostnaderna för att ta upp satelliter i omloppsbana är så höga.

En annan grupp forskare som intresserat följer vad som händer på luftskeppsfronten är klimatforskare och meteorologer. Trots alltfler satelliter­ som mäter polarisar, havsvattnets temperatur, ökenutbredningar, skogsbränder och annat så finns det stora luckor i vår kunskap. Och kanske kan luftskeppen innebära en ny era för utforskningen av vår egen planet. 

Fakta: 
Flygplan som ankare

En idé som konstruktörerna tittar på är att bogsera luftskeppen på plats med hjälp av flygplan. På 20 kilometers höjd blåser det mindre­ och åt motsatt håll jämfört med några kilometer nedåt.

Luftskeppet skulle sedan kunna hållas på plats med en lång lina i något lätt och extremt starkt material.

Material från
Allt om Vetenskap nr 10 - 2014

Mest lästa

Fler nyheter

Fler nyheter