Thor-Delta 1A (TD-1A) was de allereerste Europese wetenschappelijke satelliet die waarnemingen verrichte in hoogenergetische straling. Hoewel in hoofdzaak een missie voor onderzoek in ultraviolette straling en van de Zon, had het ook detectoren aan boord voor gamma- en röntgenstraling. De weinig poëtische naam komt van de Amerikaanse Thor-Delta-raketten waarvan een afgeleide versie werd gebruikt om deze satelliet te lanceren.
Planning, lancering en baan
De satelliet werd in het kader van een programma van de European Space Research Organisation door Frankrijk, Groot-Brittannië, Zweden en de Bondsrepubliek Duitsland ontwikkeld en door de ESRO bestuurd. Het was de zesde satelliet die de ESRO lanceerde en na Heos-A2 de tweede Europese satelliet in evenveel maanden die vertrok. Een haalbaarheidsstudie werd uitgevoerd door RAE Farnborough in 1964, nadat de ESRO al had uitgemaakt dat lanceringen met een Thor Delta goedkoper uitvielen dan een lancering met een Scout-raket. Vier satellieten werden in het vooruitzicht gesteld. In 1966 werden de eerste voorstellen voor een missie als TD aangevraagd en contracten voor de eerste twee werden begin 1967 toegekend aan het Mesh-consortium. Het Mesh-consortium werd gesticht in 1966 en bestond uit Engins Matra in Frankrijk (hoofdcontractant), ERNO in Duitsland, Saab in Zweden en Hawker Siddeley Dynamics in Groot-Brittannië. Er was ook inbreng uit de Verenigde Staten van Amerika: enkele componenten en technisch advies. Eén van de subcontractanten van Matra was het Brusselse Manufacture Belge de Lampes et Matériel Electronique (MBLE), dat 70 miljoen Belgische Frank investeerde en op eigen kosten een voorstudie voor de satelliet maakte.
In 1968 begon de bouw die meer dan drie jaar duurde. TD-2 zou vertrekken in oktober 1969 en TD-1 in maart 1970. Eind 1967 bleek het project niet op tijd haalbaar en veel duurder dan voorzien. Een volledige schrapping dreigde, omdat de ESRO zelf niet overeen kon komen op een bijeenkomst in april 1968. In oktober 1968 kwamen negen lidstaten overeen één vereenvoudigde satelliet te lanceren, gebaseerd op de minder afgewerkte TD-1. Het overleven van de slaapfaze (verderop meer hierover) was niet langer een must. Enkele experimenten van TD-2 verhuisden naar de andere satelliet, die de licht andere aanduiding TD-1A kreeg. Na de assemblage verhuisde hij naar ESTEC voor langdurige en grondige testen. De lancering met een Delta N (Thor-Delta N) gebeurde op 12 maart 1972 (wereldtijd – 11 maart in de VS) vanaf het Space Launch Complex 2E (SLC-2E) van het Vandenberg Air Force Base in Californië. Met deze lancering viel het doek over de Delta N en het lanceerplatform. Een maand na de lancering bleek de baan een perigeum te hebben op 525 km en een apogeum op 544 km. De inclinatie van de baan was 97,5° en de omlooptijd was 95,32 minuten. Het was dus een bijna cirkelvormige, zonsynchrone polaire baan. Dit was ook de eerste Europese satelliet die op drie assen gestabiliseerd was, één ervan wees met een afwijking van maximaal één boogminuut naar het centrum van de Zon (sommige bronnen houden het op een nauwkeurigheid van 5°). De kijkrichting van de telescoop was loodrecht op de richting naar de Zon en op het baanvlak. Het was ook de eerste Europese satelliet met telescopen voor sterrenkundig onderzoek.
.jpg)
Door de oriëntatie van de baan en de beweging van de Aarde om de Zon kwam de satelliet om de zes maanden voor langere tijd in de aardschaduw terecht en werd hij in slaapstand gezet. De eerste keer liep van oktober 1972 tot februari 1973. Deze verduistering zou volgens het plan het einde van de satelliet betekenen. Toch werd geprobeerd de satelliet het te laten overleven. De rotatie werd versneld om de stand in de ruimte te handhaven, bij afwezigheid van de Zon als richtpunt. Er was ook geen energievoorziening door de zonnepanelen. Door het ‘tweede leven’ kon TD-1A de opgelopen achterstand in de waarnemingen, door de panne van de bandrecorders, goedmaken. De tweede scan liep van maart 1973 tot oktober 1973 en was de meest productieve periode van de satelliet. Eén bandrecorder hernam dienst aan het einde van deze scan. De tweede verplichte rustperiode liep van oktober 1973 tot maart 1974. Bij aanvang was de geplande levensduur zes maanden, maar hij werkte uiteindelijk 26 maanden, tweemaal onderbroken door slaapfazes. In die tijd voltooide hij tweeënhalve scans van de hele hemel die samen 95% van de hele hemel bedekken. In mei 1974 stopte de satelliet met functioneren nadat de brandstof voor de standregeling was opgebruikt. Hij keerde in de dampkring terug op 9 januari 1980 en brandde op. De kostprijs van de missie, twee prototypes inbegrepen, was $50 miljoen. Voor de lancering werd $6,7 miljoen betaald.
Opvolging kwam er van onder andere twee van de Orbiting Astronomical Observatories (1968 – 1981), ANS (1974 - 1976), de International Ultraviolet Explorer (1978 – 1996), Astron-1 (1983 - 1989), ROSAT (1990 - 1999), de Hubble Space Telescope (1990 - ), SOHO (1992 - 2001, maar bestudeerde alleen de Zon), EUVE (1992 - 2001), FUSE (1999 - 2007), CHIPSat (2003 – 2008), GALEX (2003 - 2013) en de Swift Gamma-Ray Burst Mission (2004 - ).
Opbouw en instrumenten
Deze satelliet bestond uit twee metalen kisten die aan elkaar werden gevezen met bouten. De bovenste bevatte de instrumenten en de onderste de subsystemen van de satelliet voor communicatie en besturing. De antenne die zich na de lancering ontplooide en ‘in alle richtingen uitzond’ stond op een mast van 2,7 meter. De satelliet met afmetingen van 1 x 0,9 x 2,2 meter had een lanceergewicht van 471 kg. Op 23 mei 1972 faalden beide bandrecorders, geen drie maanden na de lancering. Een wereldwijd netwerk van 40 grondstations ving het probleem op door gedurende ongeveer 60% van de tijd in reële tijd gegevens van de satelliet op te vangen. In oktober 1973 begon één bandrecorder terug te functioneren. De onmiddellijk doorgestuurde gegevens werden door een zender van 0,3 W naar de Aarde geseind aan 1.700 bits/s. De opgenomen en later doorgestuurde gegevens werden verstuurd aan 30,6 kbit/s door een zender van 3 W. Eén van de grondstations die ter hulp snelde was deze in het Belgische Redu, in het zuiden van het land. Dat grondstation ondertekende in april 2014 een belangrijke overeenkomst dat de toekomst verzekert. Tijdens de rotatie om zijn as scande de satelliet de hele hemel en in zes maanden werd zo de hele hemel gescand. De zonnepanelen van vijf meter produceerden 320 W. Voor de aandrijving van de standregeling werd 11 kg argon gebruikt, dat in een vat onder druk (280 bar) werd bewaard.
De experimenten kunnen in twee groepen onderverdeeld worden: vijf die de hemel scanden en twee die langs de x-as (de eerste stabilisatieas) de röntgen- en gammastraling van de Zon observeerden. De satelliet draaide om zijn x-as in de tijd dat hij om de Aarde draaide, dus één rotatie per 95 minuten. Als de zonnesensoren niet voor de stabiliteit zorgden, zoals tijdens de slaapfazen, roteerde hij sneller (enkele keren per minuut) voor het behouden van de stabiliteit. De zeven instrumenten zijn het Stellar UV Radiation Experiment, de UV Stellar Spectrometer, de Spectrometry of Primary Charged Particles, de Spectrometry of Celestial X-Rays 2-30 KeV, de Solar Gamma-Rays in the 50- to 500-MeV Energy Range, de Solar X-Ray Monitor en het Gamma-Ray Measurement. Samen hadden die een gewicht van 145 kg. Het Stellar UV Radiation Experiment werd door het University College London en de universiteit van Luik (Institut d’Astrophysique de Liège) beheerd. Het was onder impuls van Polidore Swings (Guidestar juni 2012) dat Luik in het project stapte. Enkele betrokkenen in Luik waren André G. Monfils en Claude Jamar. In het aanvankelijk plan van de ESRO zou ook onderzoek in het infrarood gebeuren en dat zou geleid worden door Luc Delbouille, maar door de bezuinigingen werd dat geschrapt. Het departement astrofysica van de universiteit in Bergen, onder leiding van Léo Houziaux, speelde een belangrijke rol in de theoretische analyse van de waarnemingen. Het SUVRE bestond uit een ultraviolettelescoop met een opening van 27,5 cm en een openingsverhouding van f/3,5 en een spectrometer. Een deel van het licht werd geleid naar een fotometer dat werkte op 2.750 Å. Het andere deel ging naar een rooster-spectrometer, dat werkte op golflengten van 1.350 tot 2.550 Å in drie zones. Per omloop scande de telescoop een cirkel aan de hemel en ging het licht over alle detectoren in 3,3 seconden. Vlak voor de telescoop in de satelliet werd gestopt werd hij nog uitvoerig gekalibreerd.
.gif)
Het tweede instrument dat ultraviolette straling van sterren opmat was de UV Stellar Spectrometer. Deze werd door het astronomisch instituut van de universiteit van Utrecht bestuurd, hoofdonderzoeker was Cornelis de Jager. Het bestond uit een rooster-spectrometer aan een Cassegrain-telescoop van 26 cm. De spectrometer werkte in drie golflengtebanden (van 2260 tot 2865 A). Het systeem had een eigen systeem om gedurende korte tijd een object te volgen. Met de Spectrometry of Primary Charged Particles werd kosmische straling onderzocht. Spectrometry of Celestial X-Rays 2-30 keV bestudeerde het spectrum van röntgenstraling. Door een probleem met een onderdeel was het bijna de hele eerste survey niet in dienst. Het werd uitgeschakeld enkele maanden na de lancering en werd terug ingeschakeld op 1 juli 1973, het begin van de tweede survey. Het instrument had blijkbaar niet geleden onder de gedwongen uitschakeling en kon zijn wetenschappelijke doelstellingen nog volledig waarmaken. Solar Gamma-Rays in the 50 to 500 MeV Energy Range mat de flux van gammastraling van de Zon. De Solar X-Ray Monitor observeerde de Zon met een spectrometer op energieën van 24 tot 900 keV. Een kleine optische vonkkamer met de naam MIMOSA was onderdeel van het Gamma-Ray Measurement. Het observeerde gammastraling in het gebied van 70 tot 300 MeV. Het werkte van maart tot oktober 1972. Ondanks technische voorzorgen was er een grote achtergrondruis. Er werden gammastralen gedetecteerd, maar er kon geen enkele puntbron worden geïdentificeerd.
Resultaten
Over de satelliet en de instrumenten is heel veel informatie te vinden, maar over de resultaten zijn weinig of geen vulgariserende samenvattingen te vinden. Het webadres http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/basic_connect?qsearch=td-1a&version=1 leidt naar 46 wetenschappelijke papers met resultaten van de satelliet. Een greep uit de titels leert wat zoal onderzocht werd:
- ultraviolette observatie en classificatie van sterren (met Belgen),
- UV onderzoek van vroeg-type sterren,
- het UV spectrum van beta Canis Majoris-sterren (met Belgen), ultraviolet onderzoek van Beta Persei, MU1 Scorpii en Gamma2 Velorum,
- onderzoek naar het effect van de rotatie van sterren op hun UV-spectrum,
- de relatie tussen uitbarstingen van harde röntgenstraling en extreme ultraviolette straling tijdens zonnevlammen,
- de dynamica van gas in zonnevlammen,
- een onderzoek naar het UV-spectrum van Beta Lyrae (in Nederland),
- onderzoek van beta Cephei en beta Canis Majoris in UV.
De resultaten, verzameld in drie catalogi en gepubliceerd door de ESA en de Science Research Council (Londen), stonden vlug ter beschikking van de sterrenkundige gemeenschap. De studie ervan door Britse en Belgische onderzoekers zorgde voor talrijke publicaties. Het ging ondermeer om spectraalclassificatie van sterren en om hun fysische kenmerken.
- Voor het eerst werden in het ultraviolet de energieverdelingen in de superreuzen van een naburig sterrenstelsel, de Grote Magelhaense Wolk, gemeten.
- De UV Stellar Spectrometer heeft ongeveer 200 heldere sterren geobserveerd. Alles samen werden van 1.800 sterren ultravioletspectra gemaakt en van 31.215 sterren werd een spectrum genomen tussen 130 en 275 nm golflengte, met een hogere resolutie dan ooit tevoren (1,2 Å).
- Bij de studie van sterren tot magnitude 10,5 primeerden twee doelen: interstellaire extinctie bestuderen en een stercatalogus in UV maken. Een van de ontdekkingen is dat sommige sterren snel hun atmosfeer uitstoten.
- TD-1A bestudeerde ook de poollichtzones van de Aarde, de ware aard van interstellair stof en de verdeling ervan in het Melkwegstelsel.
- Door de Belgen R. Duysinx en M. Henrist werd in ultraviolette straling onderzoek gedaan van Jupiter. Uit de drie spectra werd een geometrisch albedo berekend. Bij de langere golflengten komt het albedo overeen met een eenvoudig diffusiemodel (Greenspan en Owen, 1967). Op de kortere golflengten kan een brede absorptie toegeschreven worden aan ammoniak.
Meer info
- Franstalige film over de ontwikkeling en het testen van deze satelliet: http://www.esa.int/spaceinvideos/Videos/Undated/TD1A_Europe_s_First_Astronomical_Satellite
