Bland de rymdtekniska experiment Prisma ska testa finns även ett nytt vetenskapligt instrument. Det är PRIMA, PRIsma Mass Analyzer, ett samarbete mellan Institutet för rymdfysik, IRF, och Chalmers. PRIMA använder revolutionerande mikromekanik för att mäta massan på partiklar i rymden.


Rymden ställer väldigt speciella krav på instrument, både i form av prestanda och i form av vikt och storlek. Prisma kommer att testa en helt ny typ av instrument för att mäta massan på partiklar i rymden. Instrumentet heter PRIMA. Huvudansvaret för PRIMA har Institutet för rymdfysik, medan Chalmers tillverkar en av nyckelkomponenterna.
 
– PRIMA ska titta på det plasma som finns i rymden runt Prisma och identifiera vilken typ av laddade partiklar som finns där genom att mäta deras massa, säger Martin Wieser på IRF, vetenskapligt huvudansvarig för PRIMA.
 
Att mäta massan på partiklar i jordens närhet och i andra delar av solsystemet är viktigt för att förstå hur solen samverkar med planeter och månar och hur jorden och andra planeter utvecklats. 
 
Tidigare slutare har varit för stora
PRIMA bygger på en metod som kallas flygtidsmätningar, en speciell metod att använda tiden det tar en partikel att färdas ett visst avstånd för att mäta hastigheten. Traditionella flygtidsmätningar har ofta byggt på att partiklarna kraschar igenom en tunn folie och då frisätter elektroner som ger upphov till en ström som går att mäta. Strömpulsen talar om när partikeln passerade folien. Det går också att istället reflektera partikeln mot en yta. Genom att sedan mäta tiden det tar för partikeln att nå instrumentets detektor och partikelns energi är det relativt enkelt att räkna fram dess massa.
 
Det har länge funnits ytterligare en teknik att mäta flygtider, och det är med hjälp av en slutare, liknande slutaren i en analog kamera. Genom att man vet exakt när slutaren är öppen kan man också exakt veta när en partikel kan passera igenom den. Problemet med att använda tekniken på en satellit är att en slutare är en relativt stor rörlig del som rör sig väldigt snabbt.
 
De slutare som tidigare testats bestod av snurrande hjul med skåror i. Storleken, energiförbrukningen, och inte minst det vridmoment det snurrande hjulet gav satelliten gjorde att slutartekniken inte var praktiskt möjlig att använda i rymden. Nu har teknikutvecklingen levererat en lösning, och svensk mikromekanik ser ut att bli först med att demonstrera att slutartekniken nu är färdig för rymden.
 
– Jag känner bara till en annan grupp som arbetar med mikromekaniska slutare för flygtidsmätningar. PRIMA är verkligen i den absoluta framkanten, säger Martin Wieser.
 
MEMS öppnar nya möjligheter
Institutionen för Mikroteknologi och Nanovetenskap, MC2, på Chalmers i Göteborg står för mikromekaniken. Tekniken kallas för MEMS – Micro-Electro-Mechanical Systems. Genom att använda MEMS går det att öppna slutaren snabbare vilket ökar instrumentets känslighet, minskar energiförbrukningen, gör att det tar mindre plats och är betydligt lättare.
 
MEMS-baserade masspektrometrar skulle därför vara ett mycket välkommet tillskott till rymdforskningens verktygslåda. Men som för andra rymdtekniska system har även vetenskapliga instrument en bastant tröskel att ta sig över.
 
– Det är ett hönan-och-ägget-problem, säger Martin Wieser. Det är oerhört viktigt att visa att tekniken fungerar i rymden, att få flyga med instrumentet. Prisma är en unik möjlighet eftersom det är just en plattform för test av nya tekniker.
 
Om allt går som det ska blir PRIMA det första nanoteknikbaserade mikroslutarinstrumentet som analyserar partiklar i rymden.
 
Högteknologi med vanliga komponenter
PRIMA ska även testa elektroniska komponenter och nya ytbehandlingsmetoder.
 
– Det är sånt som i och för sig går att mäta på i labbet, men som i slutändan också måste flygtestas, berättar Martin Wieser.
Instrumentet ska visa att det går att bygga högpresterande vetenskapliga instrument av kommersiellt tillgängliga komponenter, som alltså inte är specialtillverkade.
 
– Kommersiella komponenter är inte lika strålningståliga och de är mer känsliga för extrema temperaturer. Men de är mycket billigare, säger Martin Wieser. Det är en utmaning att bygga ett instrument av standardkomponenter, men det finns mycket att vinna, både i form av att de är billigare och lättillgängligare. Det är en pågående trend att mer och mer försöka använda kommersiellt tillgängliga komponenter.
 
PRIMA levererades i början av hösten till Rymdbolaget i Solna för att monteras på Prisma, och den planerade uppsändningen är nu mindre än ett år borta.

Kim Bergström
november 2008