Radioforskning i dag: Från tjuvlarm till världsrymdens gasmoln

Taggar: Personer: Martti Tiuri Teman: forskning

Radioforskning i dag: Från tjuvlarm till världsrymders gasmol 9 Vad har studierna av ett gasmoln i rymden gemensamt med en torkningsanläggning i en pappersfabrik 9 Hur kan samma principer gälla för moderna tjuvlarm och mätningar av kontinenternas rörelser 9 Jo, de är alla tillämpningar av radioforskningen. En framstormande vetenskapsgren, där man rör sig på många plan från ren grundforskning till allt populärare vardagstilllämpningar.

9 En som suveränt skådar över hela fältet är Martti Ti uri, forskningsprofessor och chef för radiolaboratoriet i Tekniska Högskolan i Otnäs. Han är ledare för en mängd intressanta projekt, bland annat ett radioteleskop som just nu byggs i Kyrkslätt.

e Han berättar här om de senaste fyra-fem årens explosionsartade utveckling. Orsak: upptäckten att det går att bygga oerhört billiga mikrovågsmottagare. I och med detta öppnades massor av nya praktiska tillämpningsmöjligheter.

De våglängder som används för ”vanliga” radiosändningar, för radioförbindelser med fartyg och flygplan, för navigering, orientering, radar osv, kallas traditionellt för ”radiovågor”. De är tillämpningar av ett naturfenomen som det moderna samhället inte kan klara sig utan. Vi är ett kommunicerande släkte och kommunikationssektorn bara växer och växer. Någon någonstans har tom kastat fram förslag om att de pengar som nu används för att bygga motorvägar i stället delvis skulle sättas på utbyggnad av telekommunikationer. Tillspetsat men symptomatiskt. I framtiden när oljan är knapp och tiden kanske ännu knappare kommer människor i allt högre grad att ”träffas” via radiovågor, i stället för att ödsla tid och energi på att resa till konferenser.

Det är trångt i rymde — Det finns bara ett ”men” i den här ökande användningen av radiovågor, säger professor Tiuri. Det är redan nu trångt i rymden. Televisionen tar till exempel en väldig del av de ”lediga” radiovåglängderna i anspråk. Kabeltelevisionsfrågan måste lösas snabbt och de flesta tv-sändningar borde egentligen ske via kabel.

Det blir snart nödvändigt att reservera radiovågorna för d 1 användningsområden där det av praktiska skäl inte går att använda kabel, t ex just kontakter med fartyg och flyg.

Men det som professor Tiuri helst talar om är de speciellt korta radiovågor som kallas mikrovågor. För dem hittar den tekniska uppfinningsrikedomen oavbrutet nya vitt skilda användningsområden.

Pappret torkas, maten värms

Vi kan börja i en pappersfabrik.

En central del i papperstillverkningen är torkningen av pappersmassan, Här kan mikrovågor användas, eftersom de ”fastnar” i sådana punkter där fuktigheten är störst. Resultatet blir en jämnare fuktighet i papperet än traditionella metoder kan åstadkomma. Systemet är än så länge på utprovningsstadiet. Och det kommer knappast att kunna tillämpas i gamla maskiner, säger professor Tiuri. Men det kan byggas in i nya fabriksanläggningar.

Redan nu värms mat i allt populärare mikrovågsugnar. Biffen blir het men fatet förblir kallt. Och inom livsmedelsindustrin finns också andra tillämpningsmöjligheter. Laboratoriet i Otnäs ska samarbeta med statens tekniska forskningsanstalt och ligger i startgroparna för ett helt nytt forskningsprojekt som snart kommer att köras i gång. ”Genast när det kommer pengar”, säger professor Tiuri. Vidare kan man m ä t a med tillhjälp av mikrovågor. För att igen gå till pappersindustrin: i pappersmaskiner används ett

Professor Martti Tiuri Inspekterar radloteleskopbygget I Kyrkslätt där mikrovågstekniken ska utvecklas och finslipas.

Forum 19/197 speciellt slag av valsar som består av hårt sammansvetsade pappersark, formade till en rund cylinder som roterar med hög hastighet. Cylindern gnids mot papperet och polerar och jämnar det. Om det finns ojämnheter i cylindern händer det lätt att den brinner och förstörs. — Vi har gjort en mikrovågcensor, berättar professor Tiuri, och den mäter jämnheten i cylindern. En patentansökan ligger och drar för prototypen.

Osynliga poliser — och ersättare för mänsklig kontakt

Mikrovågor kan fungera som osynliga poliser. Den stora schlagern i USA just nu är tjuvlarm som baserar sig på mikrovågsmätning. Också i Finland finns ett företag som framställer och säljer sådana anläggningar. Med nutida teknik är de relativt billiga. Tidigare skulle mikrovågstjuvlarm ha legat i astronomisk prisklass som hade gjort installering tänkbar i presidentens slott, men inte hos vanliga människor. Principen är alltså den, att larmet går om något rör sig.

Tvärtom kan mikrovågorna också användas för att ge impuls till alarm när något inte rör sig. Det här kan tillämpas te hemma hos ensamma åldringar, för att varna omvärlden vid .

sjukdomsfall.

Orsaken till att prisen på de här tidigare så exklusiva apparaterna under de tre-fyra senaste åren har sjunkit markant är att man utvecklat en ny typ av komponenter för mikrovågor,

Radiovågor kallas inte bara de vågor i rymden som gör att vi t ex kan fånga upp ett program hemma i vår radiomottagare. Radiovågorna spelar över ett brett register av våglängder och har olika namn beroende på sin frekvens.

Kortare än en millimeter får de ”egentliga” radiovågorna inte vara. Då kallas de infraröda ljusstrålar, ultravioletta strålar, röntgenvågor. Och någonstans finns också radiovågornas ”övre gräns”, det moment då radiovågorna förvandlas till långsamma förändringar i magnetfält. Mikrovågor är radiovågor med en våglängd från 30 cm ned till ca 1 mm, här är det en ”smaksak” var gränsen går.

All materia utsänder strålning, brus av skiftande frek vens (tv-rutans snöfall!), plus radiovågor av en vis bestämd frekvens. Molekylerna har en för dem typis svängning, och när molekylerna är fria sänder de u starkare strålning än när de befinner sig i bundet till stånd. Man kan alltså identifiera materia om man vet » På vilken frekvens dess ”utstrålning” ligger.

Forum 19/197 som kan serietillverkas på samma sätt som tryckta kretsar inom elektroniken. Tidigare använde man mycket dyra elektronrör. Nu har de ersatts med billiga halvledarkomponenter. Martti Tiuri pekar på något som för lekmannen ser ut som fyrkantiga vita små brickor, lite större än ett frimärke, med smala inristade guldstreck. Det är halvledare av enklaste sort, en liten bit med fastsatta mikrovågskretsar — det blir en mikrovågsoscillator, Inom elektroniken finns det knappast enklare grejor, säger professor Tiuri. Uppfinningen gjordes i början av 60-talet och blev kommersiellt användbar för några år sedan. Det revolutionerade hela fältet för mikrovågstillämpningar.

Var odlas potatis?

Att jordytan sänder ut också annan strålning än värmestrålning, reflexer av solens uppvärmning, har man länge känt till. Nu blir tillämpningarna av denna upptäckt allt flera. Man kan systematiskt använda det elektromagnetiska strålningsspektret för att med tillhjälp av känsliga mottagare iaktta den mycket svaga strålning som jorden och havet utsänder. Mottagare kan installeras i satelliter som flyger över jorden och tar mikrovågsbilder. Från satelliterna kan också mätas den mellanliggande luftens tryck, täthet och temperatur på olika höjd.

Professor Tiuri visar några fotografiliknande kartor, en i granna röda färger med stänk av svart, blått och gult, de andra svartvita. Det är fjärranalys av jordytan från satellit. Satelliten har rört sig ovanför Österbottens kusttrakter — professorn pekar ut Vasa, och han förklarar att de röda områdena beyder skog och de vita tundra eller kärr. Av olika röda nyanser kan man utläsa om det är granskog eller björkskog — alltså kartlägga trädbeståndet. Man kan se var det finns odlad åker. Man kan se på vilka åkrar det växer potatis. Vilka möjligheter öppnar sig inte! I stället för att i efterhand få in uppgifter av odlarna om hur mycket de skördat ett år och sedan konstatera att priset borde ha legat så och så högt, så uppskattas tillgången i ett tidigare skede och priset rättas därefter…

Endast ideell verksamhet…”

Satellitbilden ger också i svartvitt intressanta upplysningar tex om vattnets nedsmutsning. Älvarna ser riktigt ruskigt svarta ut, och havsvattnet visar en skiftande grå-vit-svart skala. Sådana här flygkartor säljs i USA för en dollar styck till en intresserad allmänhet. Professor Tiuri berättar att han här sänt rapporter om detta till vår naturskyddskommission eftersöm han tänkte sig att medlemmarna kunde vara intresserade av att studera nedsmutsningen. Med ett stänk av ironi berättar han att de kom i retur med kommentaren: Vi bedriver en rent ideell verksamhet . . . Ytterligare en uppfinning som några av laboratoriets mellan Vänd 13

Slutspurt kring ny uppfinning trettio och fyrtio heltidsanställda forskare håller på och jobbar med: en mikrovågsmottagare med ett slags nätantenn för fjärranalys äv istäcket. I laboratoriet läggs just sista handen vid mottagarapparaturen och den kommer att utprovas redan denna vinter. Bland annat kommer isbrytarna i framtiden att kunna ditigeras på basen av dessa observationer. Mikrovågsmottagaren installeras i ett flygplan eller en helikopter och istäckets tjocklek och kvalitet mäts genom analys av de mikrovågor som vatten och is utsänder också genom ett molntäcke. Den här mikrovågsmottagaren är ett beställningsarbete för sjöfartsstyrelsen.

Gasmoln i rymden nyckel till energiproblem?

Detta är något som professor Tiuri i kontrast till ”ren” grundforskning skämtsamt kallar ”smutsig” tillämpning.

Det som för tillfället håller på att hända ute i Kyrkslätt har mera med ren grundforskning att göra. Där har dykt upp en

Sy Färgstarka COO textiler COLLECTION för Ert kö 14

Ismätning från flygpla gnistrande stor kupa över vilken ”byggnadsarbetarna” svävar som spindlar i ett nät. Ett radioteleskop, som ska kunna uppfånga mikrovågor på frekvensen 30 mm till cirka 13 mm. Med detta teleskop ska man framför allt utveckla mikrovågstekniken. Förr utforskades värdsalltets hemligheter enbart med hjälp av synsinnet. För trettio år sedan kom radioingenjörerna att tänka på att det säkert kommer annan strålning från rymden än ljus. Det var början till radioastronomin.

Med mikrovågornas hjälp ska man via teleskopet i Kyrkslätt utforska bla de gasmoln som man ännu för tre-fyra år sedan inte visste att existerade, men som delar av rymden tycks vara fylld av. De kan bestå av mycket komplicerade organiska molekylföreningar, formaldehyder och alkoholhaltiga gaser. Med enbart mikrovågornas hjälp, utsända av molekylerna i dessa gasmoln kan man få häpnadsväckande många uppgifter om dem; vilket slag av materia det är fråga om, i vilken riktning molnen rör sig och vilken temperaturen i molnen är (ofta flera miljoner grader).

Molnen kontrolleras av elektriska och magnetiska fält. I dag är det grundforskning, att undersöka hur dessa moln hålls ihop. Men lösningen till framtidens energiproblem kan ligga här. Det ger plasmafysikern kunskap om hur fusionsanlägg " ningar för atomkraftverk skulle kunna byggas.

Kometen Kohoutek

När jättekometen Kohoutek sveper över Finland strax efter nyår ska Kyrkslätt-teleskopet i samarbete med många andra forskningsstationer uppfånga mikrovågor som berättar mera om de smutsiga iskristaller, som av solhettan smälts till en lång svans, av vilka kometen i huvudsak är uppbyggd, och om vilka andra ämnen den innehåller.

Mikrovågsforskning — ett lockande smörgåsbord

Radioforskning i dag, det är ett smörgåsbord av lockande alternativ.

— Vi har ingen svårighet att få hit ett gott studentmaterial, säger professor ‘Tiuri. Svårt är bara för forskarna att inte splittra sig, utan välja ut en egen specialitet.

— Vill man göra pengar går man in för att göra kommersiellt användbara praktiska tillämpningar. Vill man brottas med världsalltets gåtor kan man ge sig in på radioastronomins fält, och vill man bedriva kommunikationspolitik kan man fundera över vad radiovågorna borde i första hand reserveras för. Vill man tvärvetenskapa i geodetisk riktning kan man studera hur de europeiska ock amerikanska kontinenterna rör sig i riktning från varandra. De flesta är överens om att de rör sig, med en hastighet av cirka en centimeter i året, och man försöker nu mäta den exakta hastigheten med tillhjälp av radioteleskop och atomklockor. :

Radioteleskopet i Kyrkslätt har ännu en spännande arbetsuppgift: att utprova kommunikation via satellitsystem. För Europa planeras en kommunikationssatellit som ska förmedla tv-program och telefonsamtal till större jordstationer.

Forum 19/1973