Eerste resultaten Artemis I maanmissie vanuit Dwingeloo

Bijdrage van de Dwingeloo Radiotelescoop aan de Artemis I maanmissie

De Artemis I raket met de Orion module werd woensdag 16 november om 07:47 MET gelanceerd. CAMRAS maakt met de 25 meter Dwingeloo Radiotelescoop deel uit van 18 door NASA geselecteerde deelnemers die de 25-daagse maanmissie volgen. Doel daarvan is dat zij het signaal van Orion module kunnen ontvangen en de frequentie van de door de module uitgezonden radiogolven kunnen meten.

Tot 11 december wordt de telescoop zo veel mogelijk op de Orion module gericht, om gegevens voor NASA te verzamelen. Tot nu toe is de telescoop al elf dagen achter elkaar in gebruik geweest. Dat is voor de gerestaureerde Dwingeloo Telescoop een unicum; sinds de oprichting van CAMRAS in 2007 is de telescoop nog niet zo lang achter elkaar in bedrijf geweest. De technische organisatie van de Orion-waarnemingen is in handen van de vrijwilligers Cees Bassa, Tammo Jan Dijkema, Hans van der Meer en Thomas Telkamp. Maar bij de uitvoering is tot nu toe al een twintigtal CAMRAS-vrijwilligers als telescoop operator actief betrokken.

De lancering op 16 november was drie kwartier vertraagd, wat tot gevolg had dat de actuele JPL Horizons System baangegevens niet meer klopten en de radiotelescoop de eerste uren na de lancering niet goed te positioneren was op de locatie aan de hemel waar de raket zich zou moeten bevinden. Op die waarneemfrequentie van 2.216,5 MHz (13,5 cm golflengte) is de bundel van de radiotelescoop ongeveer 0,35 graden en is er dus weinig speelruimte aan de hemel om het signaal van Orion op te vangen. Op de dag van lancering was dat puzzelen totdat Cees tijdelijke TLE baangegevens had uitgerekend.

De gemeten frequentie vergelijken we met de door de Orion module uitgezonden frequentie van 2.216,5 MHz. Het verschil tussen die twee frequenties is de zogenaamde Dopplerverschuiving als gevolg van de snelheid die de module ten opzichte van de radiotelescoop heeft. Aan de hand van de door NASA verstrekte baangegevens van de module en de positie van de Dwingeloo Radiotelescoop op de aarde weten we hoe groot de Dopplerverschuiving is en kunnen we nagaan of dat klopt of afwijkt. De door de radiotelescoop gemeten frequenties van de draaggolf en de tijden waarop deze door ons zijn gemeten sturen we naar NASA – daarnaast zijn ze voor iedereen toegankelijk.

Een mooi resultaat was de waarneming op 21 november toen de Orion module voor het eerst achter de maan verdween. Het radiosignaal verdween abrupt en verscheen even abrupt weer toen de module achter de maan tevoorschijn kwam. Dit gebeurde vanuit Dwingeloo gezien iets eerder dan vanuit Amerika, waar NASA een livestream aan deze gebeurtenis wijdde.

Het waargenomen radiovermogen op het moment dat de Orion module van achter de maan verscheen.

De maanmissie en de radiotelescoop in de media

Er was rondom de lancering behoorlijk wat belangstelling van de pers in en om de radiotelescoop:

• Hart van Nederland SBS 6 (16 november) (video; na reclames; vanaf 8:05 minuten; duurt 2:20 minuten; met Hans van der Meer, Tammo Jan Dijkema en Thomas Telkamp).
• RTV Drenthe (16 november), artikel met video; met Tammo Jan Dijkema, Hans van der Meer en Thomas Telkamp.
• NOS Journaal Regio (16 november) (video; na reclames; vanaf 2:43 minuten; duurt 1:05 minuten; met Tammo Jan Dijkema, verder in beeld Hans van der Meer en Thomas Telkamp).
• Volkskrant (23 november) (interview met Cees Bassa).
• NPO Radio 2, Jan-Willem start op (29 november); met Tammo Jan Dijkema.
• Staat van Stasse NPO Radio 2 (23 november) (audio; duurt 6 minuten; met Michel Groenewegen achter de bediening van de radiotelescoop)

Naast het volgen van de Orion module is CAMRAS ook betrokken bij het waarnemen van twee experimentele cubesats (zie Omotenashi en Team Miles hieronder) die door de raket zijn uitgeworpen voor andere experimenten. En verderop in dit blogbericht meer info over de waarneemmethode.

Bijdrage aan de missie van de Japanse cubesat Omotenashi

Bij het uitwerpen uit de raket van de Japanse Omotenashi cubesat zijn problemen ontstaan. Na een aantal manoeuvres waren de batterijen leeg en stonden de zonnepanelen niet op de zon gericht. JAXA kon geen communicatie meer tot stand brengen met de cubesat en stelde vast dat de operatie voor de geplande maanlanding niet zou kunnen worden uitgevoerd (zie persbericht). Aan het waarnemen van de Omotenashi zal de Dwingeloo Radiotelescoop geen bijdrage meer gaan leveren tenzij het JAXA de cubesat alsnog weet te reanimeren. Dat zullen zij in maart 2023 proberen. Een maanlanding zit er voor Omotenashi niet meer in.

Bijdrage aan de missie van de cubesat Team Miles

De Team Miles is een andere cubesat die mee is gegaan met de Artemis I maanmissie. Deze Team Miles bestaat uit een volledig autonome missie om nieuwe plasma stuwraketten en een SDR-zender te testen. De cubesat zal in een baan om de zon worden gebracht en de bedoeling is om de communicatie tot op 400 miljoen kilometer te testen. 400 miljoen kilometer komt ongeveer overeen met de grootste afstand tussen de aarde en Mars. Ook deze cubesat heeft tot nu toe problemen met communicatie; de Dwingeloo Radiotelescoop heeft enkele pogingen ondernomen signalen op te vangen, maar tot nu toe zonder resultaat.

Waarneemmethode bij het volgen van de Orion module

Voor het waarnemen van de Orion-module gebruiken we 13 cm (2,320 GHz) dual mode ronde septum feed.

Het gebruikte backend ontvangersysteem met een bandbreedte van 10 MHz bestaat uit een Ettus USRP B210 SDR en voor het kloksignaal wordt de waterstofmaser, gesynchroniseerd via een White Rabbit Switch, vanuit de Westerbork Synthese Radiotelescoop gebruikt. De waarnemingen worden via GQRX in beeld gebracht. De op het scherm getoonde frequentie klopt niet, maar we leggen uiteraard wel de juiste waarneemfrequenties vast op schijf – tot op de Hertz nauwkeurig!

SDR Radio Waterfall with a strong signal on 2.2165 GHz

SDR Radio Waterfall with a data block

Voorbeelden van deze signalen omgezet in geluid zijn (boven) de carrier toon en (onder) een meer ruisachtig datablok:

Om een indruk van de Dopplerverschuiving te geven tijdens de waarnemingen hebben we hieronder een waarneming van de carrier toon gedurende 24 minuten 120 keer versneld. De afspeeltijd is dus teruggebracht naar 12 seconden.

Voor de waarnemingen wordt de radiotelescoop steeds bemenst door tenminste twee telescoop operators die ook getraind zijn om de waarnemingen uit te voeren.

De resultaten staan op de openbare CAMRAS Artemis data.

Extra info

• Over de Artemis I maanmissie zie blogs.nasa.gov/artemis/.
• Wil je weten hoe NASA afstand en snelheid van ruimtevaartuigen meet, bekijk de NASA 2-minuten film How Do We Know Where Faraway Spacecraft Are?