2010-03 MIRA Ceti sprak met... Paul Cauwenberghs en Peter Van Praet

Eén van de grote blikvangers op het waarnemingsterras van Volkssterrenwacht MIRA is ongetwijfeld de grote spiraalantenne op het dak van ons gebouw. Bezoekers op het terras die de antenne zien bewegen zijn steeds weer geïntrigeerd door deze bijzondere constructie. Wellicht weten ook niet alle lezers van MIRA Ceti waar die antenne precies toe dient? Daarom leek het ons nuttig Paul Cauwenberghs en Peter Van Praet uit te nodigen om samen met hen de geschiedenis van MIRA in te duiken. Beide heren zijn immers de bedenkers en ontwerpers van de antenne en het daarbij horende satellietontvangstsysteem.

Paul (°1948) is burgerlijk ingenieur en heeft zijn eigen bedrijf Tecos dat gespecialiseerd is in het ontwikkelen van software voor de textielindustrie. Ook Peter (°1950) is burgerlijk ingenieur, hij heeft zijn eigen firma Standard Engineering die zich bezighoudt met het ontwerp en de productie van medische diagnoseapparatuur.

Bij het gesprek was onze voorzitter Felix Verbelen aanwezig, ook hij is sinds de prille jaren 1970 actief op MIRA, en als specialist op het gebied van radioastronomie is hij de aangewezen persoon om mee even vooruit te blikken op een mogelijk tweede leven voor deze bijzondere spiraalantenne. 

 

Paul en Peter, fijn om jullie hier op MIRA terug te zien. Onze volkssterrenwacht bestaat intussen meer dan veertig jaar, jullie hebben hier nog echt de pioniersperiode meegemaakt, nietwaar?

 

Paul: Dat mag je zeker zo stellen. Het was 1964 en ik was hier in Grimbergen patrouilleleider bij de scouts. Piet Wagenaar, de latere abt van de abdij was daar in die periode aalmoezenier, en hij stelde me voor om eens met pater Pieraerts te gaan praten over sterrenkunde. Ik heb dan met Pieraerts een heel boeiend gesprek gehad over sterrenkunde, hij toonde prachtige foto’s van allerlei hemelobjecten zoals de Andromedanevel, en hij stelde ook zijn plannen voor om boven het Fenikshof een sterrenwacht te bouwen. Het was zijn ambitie om via de fascinerende wereld van de sterrenkunde mensen een gevoel van verwondering te bezorgen, en die verwondering dan te situeren in een filosofisch en religieus kader. Hij kon in dat verband heel enthousiast vertellen over de ideeën van Teilhard de Chardin.

Ik was na de uiteenzetting van Pieraerts behoorlijk onder de indruk, en kon een aantal vrienden van onze patrouille overtuigen om aan dit project mee te werken. En zo hebben wij samen de sterrenwacht opgebouwd, elektriciteit gelegd, de planetariumkoepel afgewerkt, enz. Uiteindelijk ben ik van dat scoutsgroepje als enige overgebleven, en na de opening van MIRA ben ik er nog een hele tijd actief gebleven. Dat was om rondleidingen te geven aan de bezoekers van de sterrenwacht, maar ook om zelf aan sterrenkunde te doen, en ik hield me ook bezig met het geven van lessen sterrenkunde. Dat was een cursus elementaire sterrenkunde die opgevat was als een soort basis voor nieuwe medewerkers van MIRA, de zogenaamde assistenten. Tegen het begin van de jaren 1970 genoot MIRA al een ruime bekendheid en kregen we al veel groepen op bezoek. We waren toen met drie à vier medewerkers om al die mensen rond te leiden, dus dat was een periode dat ik in mijn vrije tijd bijna permanent op MIRA zat.

 

En hoe ben jij op MIRA terecht gekomen, Peter?

 

Peter: Ik ben eigenlijk via een omweg op MIRA aanbeland. In 1968 had ik via een wetenschappelijke wedstrijd een boekenbon gewonnen ter waarde van 10.000 Belgische frank (€ 250). Voor dat mooie bedrag schafte ik mij een aantal boeken aan over elektronica en ook een boek over weersatellieten, een onderwerp dat mij enorm interesseerde. Nadat ik zelf een ontvanger had gebouwd om beelden van weersatellieten mee te kunnen capteren, nam ik contact op met het KMI. Daar maakte ik kennis met Herman Van Biesbroeck, de persoon die verantwoordelijk was voor het opvangen van de beelden die je 's avonds tijdens het weerbericht op tv zag. Hij vond het prima dat ik met mijn ontvanger zou langskomen om van de antenne en de decoders van het KMI gebruik te maken om zelf satellietfoto’s te kunnen maken. En na het nodige geëxperimenteer kwam ik tot zeer aanvaardbare resultaten. Op een dag kwam Armand Pien binnen in de ruimte waar ik bezig was, ik had net een collage gemaakt van een zestal wolkenfoto’s via mijn ontvanger met heel Europa erop. Daarnaast lagen de foto’s die door het KMI gemaakt waren. Toen Pien vroeg welke van die kaarten hij moest nemen voor zijn weerbericht, was ik natuurlijk heel fier dat de kwaliteit van mijn satellietfoto’s vergelijkbaar was met die van het KMI zelf.

Het was Herman die me de tip gaf om de sterrenwacht in Grimbergen eens te bezoeken, dat was in 1969. Ik had nog nooit over MIRA gehoord, maar ben er toch naartoe getrokken.

Via die fameuze wenteltrap trok ik naar boven, en daar leerde ik een aantal mensen kennen, o.a. Paul. Wij zijn snel goede vrienden geworden, en dat zijn we nog steeds. Ik kwam graag op MIRA omdat er daar boeiende mensen rondliepen en interessante dingen te doen waren. Rondleidingen heb ik vrij weinig gegeven, maar ik herinner me nog goed de vele avonden en nachten die we in de Kutterkoepel hebben doorgebracht met het opzoeken van zwakke nevels en sterrenstelsels op basis van sterrenkaarten en de juiste hemelcoördinaten, en het maken van foto’s van de Maan, Saturnus, Jupiter, enz. Ik woonde toen in Tervuren, en tegen de tijd dat wij gedaan hadden met onze waarnemingen reden er meestal geen trams meer. Dan gaf Pieraerts mij een sleutel waarmee ik langs een achterdeur stilletjes de abdij kon binnensluipen, en via een donkere en krakende trap kon ik dan terecht op een zolderkamertje met een logeerbed. Dat was echt wel een heel boeiende en avontuurlijke tijd.

 

Hoe zijn jullie op het idee gekomen om op MIRA zo’n opvallende radioantenne te installeren? Na al die jaren is dat trouwens nog altijd één van de blikvangers op ons waarnemingsterras.

 

Peter: Wij waren toen allebei aan de KU Leuven voor burgerlijk ingenieur aan het studeren . Paul zag het wel zitten om een volgsysteem te maken waarmee weersatellieten gevolgd kunnen worden, en koos uiteindelijk dat project voor zijn eindwerk aan de universiteit.

We zijn naar het KMI geweest en hebben van de spiraalantenne die ze daar hadden foto’s gemaakt vanuit alle mogelijke hoeken en perspectieven met een aantal referentiematen, zodat we nadien onze eigen antenne zouden kunnen maken als een kopie van die van het KMI. We hebben dan een lange koperdraad gekocht en hebben die via een constructie met elektriciteitsbuizen die we hadden bevestigd in een centrale aluminium pijp in een spiraal daaromheen gedraaid. Vervolgens hebben we een kogellager gemonteerd opdat de antenne vlot naar alle kanten zou kunnen draaien en ook een tandwielschijf met ketting om de antenne in de hoogte te kunnen verstellen. Ten slotte gebruikten we een dynamo als motor om dat geheel in beweging te krijgen. Dat alles werd gerealiseerd met zoveel mogelijk afgedankte onderdelen, tweedehands materialen en ook het nodige gesukkel. Zo was de tandwielschijf van een oude brommer, de dynamo kwam uit de motor van een Panhard, een automerk dat nu niet meer bestaat, en bij het bevestigen van de koperdraad op die elektriciteitsbuizen leerden we dat werken met de toen nog nieuwe kunststof epoxy tot hilarische toestanden kan leiden.  

 

En het is die spiraalvorm geworden omdat die ook op het KMI in gebruik was?

 

Peter: Wij gingen er automatisch van uit dat als ze op het KMI zo'n antenne gezet hebben ze waarschijnlijk ook wel wisten waarom. Als dat type antenne het beste zou zijn voor het tracken van weersatellieten, dan opteerden wij ervoor om een zelfde antenne te bouwen op MIRA.

 

Paul: Maar toegegeven, dat we voor zo’n helicoïdale vorm gekozen hebben was een beetje tasten in het duister, we hadden net zo goed voor een kruisantenne kunnen kiezen. Het voordeel van deze antenne is dat ze binnen een relatief grote hoek radiosignaal kan opvangen. Stel dat we een antenne hadden gebouwd met een kleinere openingshoek, maar met grotere versterking van het signaal, dan zou het ook nodig geweest zijn om nog nauwkeuriger te volgen.

Wat het besturingssysteem van de antenne betreft, dat is een analoge computer die via elektronische componenten voor de nodige assentransformaties zorgt. Qua technologie kan je dat vergelijken met een motor, die stuurt twee signalen in de stator en ontvangt twee signalen in de rotor, en ondertussen kan je de stand van de rotor ten opzichte van de stator meten en transformeren. Het probleem was dat die componenten zo’n 20.000 Belgische frank (€ 500) per stuk kostten, en dat we er voor ons hele project toch zes van nodig hadden. Als kleine volkssterrenwacht konden we dat uiteraard niet betalen, dus was het zoeken geblazen naar een zo goedkoop mogelijke oplossing. Zo hebben we in een Stock Americain in Nederland er enkele op de kop kunnen tikken aan voordelige prijs. Maar dan hadden we er nog steeds te kort. Aangezien dergelijke componenten ook in vliegtuigen gebruikt werden, trokken we onze stoute schoenen aan, en zijn Peter en ik naar SABCA getrokken. Daar hebben wij ons project uitgebreid voorgesteld, ondertussen pleegde de verantwoordelijke een aantal telefoontjes. Aan het eind van onze uitleg kwam er een dame het kantoor binnen met een doos, en daarin zaten de componenten die wij nog nodig hadden. Dat waren zowaar onderdelen van de Starfighter, wat in die jaren toch de standaard jachtbommenwerper van de NAVO was. Dat was trouwens geheim militair materiaal dat niet zomaar vrijgegeven mocht worden, maar wij hebben het toen wel cadeau gekregen! En zo heeft dat hele project al bij al niet zo heel veel gekost aan de sterrenwacht, en konden we definitief van start gaan.

Op de antenne zelf staan er twee van die elektronische componenten waarmee de stand van het azimut en de elevatie kan gemeten worden. In de stuureenheid moet je dan de waarden van de inclinatiehoek en de hoogte van de satelliet ingeven. De positie van de Aarde ten opzichte van de Zon kan je gewoon instellen via een draaischijf. Aangezien de hele opstelling gemaakt was om enkel te functioneren van op de volkssterrenwacht konden gewoon hardwarematig de juiste coördinaten van MIRA, meer bepaald de breedtegraad en de hoogte ervan, in het systeem geïntegreerd worden. En vervolgens berekent de analoge computer voor dat welbepaald moment het azimut en de elevatie van de satelliet. Standaard stond de antenne verticaal opgesteld, maar als het systeem in werking was en de berekende positie van de satelliet had een elevatiehoek van minder dan min vijf graden, dan positioneerde de antenne zich horizontaal in de richting van waar de satelliet ging opkomen. Die werd dan het hele traject lang gevolgd tot ze weer onder de horizon verdwenen was, en vervolgens zette de antenne zich weer in verticale stand tot de volgende passage. Je hoefde je om die sturing dus verder niet meer te bekommeren. Af en toe zag je de antenne in beweging komen en dan wist je dat de satelliet zich bevond in de richting waar de antenne naartoe gedraaid was.

 

Peter: Om het systeem te kunnen opstarten moesten we wel weten waar de satelliet zich ergens in haar baan rond de Aarde bevond. Daarvoor belden we naar het KMI, en zij bezorgden ons dan de juiste coördinaten. Zo konden wij onze computer programmeren, en vanaf dat moment nam het volgsysteem over zo lang als wij de computer lieten draaien. 

 

Jullie antenne is een APT antenne, waar staan die drie letters voor?

 

Peter: APT staat voor Automatic Picture Transmission. Dat is een systeem van analoge beeldtransmissie voor weersatellieten dat ontwikkeld was in de jaren 1960 om wereldwijd zoveel mogelijk ontvangststations op een relatief eenvoudige wijze van weerbeelden te kunnen voorzien. De satelliet die wij volgden was de ESSA 8, de voorlaatste in een reeks van 9 ESSA weersatellieten van de NASA. ESSA is de Environmental Science Services Administration, en het ging telkens om satellieten in een polaire baan. ESSA 8 was eind 1968 gelanceerd en bleef tot halfweg de jaren 1970 operationeel. De satelliet zat op een hoogte van bijna vijftienhonderd kilometer en draaide in zo’n kleine twee uur één keer rond de Aarde, dat is dus net wat trager dan wanneer we tegenwoordig het ISS aan de hemel zien langskomen. Ze kon dagelijks acht tot tien weerfoto’s doorsturen naar de vele individuele grondstations, en elke foto bestreek een gebied van meer dan vijfduizend vierkante kilometer.

De beelden die in die periode tijdens het weerbericht op tv getoond werden, waren allemaal afkomstig van ESSA 8.

Paul: De meeste satellieten draaien van west naar oost rond de Aarde, maar deze satelliet zat in een retrograde baan met een inclinatie van 101 graden t.o.v. het eclipticavlak. De hoogte en de inclinatie ervan waren zodanig gekozen dat de helft van de baan in het licht van de Zon en de helft in het duister verliepen, en dat de ESSA 8 een baan had synchroon met die van de Zon.

 

Jullie konden dan via jullie ontvanger een auditief signaal capteren?

 

Peter: De ESSA 8 zond uit op 137 MHz en het uitgangssignaal van onze ontvanger was een draaggolf van 2.400 Hz, dat is inderdaad een signaal dat binnen het bereik valt van het menselijk gehoor. Toen we ons systeem de allereerste keer uitprobeerden was dat echt wel spannend. De antenne was de satelliet aan het volgen, en die zat al tamelijk hoog. Ik was volop aan het proberen om uit de ontvanger het juiste signaal te krijgen, maar zonder resultaat. Dan hoorden we plots die zo kenmerkende fluittoon van de 2.400 Hz, en dat enkele minuten lang tot de satelliet weer onder de horizon verdwenen was. Ik kan je verzekeren dat we toen allebei behoorlijk opgelucht en onder de indruk waren.

Om die draaggolf van 2.400 Hz in beelden om te zetten werd ze gemoduleerd. Elke piek van de sinusoïdale golf kwam overeen met één pixel op de afbeelding, en die afbeelding werd zo lijn per lijn opgebouwd a rato van vier lijnen per seconde.    

 

Paul: Het afdrukken gebeurde via een faxtoestel op thermisch papier, en de kwaliteit van die satellietfoto’s was vrij goed te noemen. Op het KMI kon men met behulp van een gemoduleerde lamp dergelijke foto’s meteen in hun geheel op fotografisch papier afdrukken, en dat gaf wel mooiere resultaten dan lijntje per lijntje op thermisch papier.

Maar dat was ook de periode dat wij redelijk veel werk begonnen te krijgen, zodat wij noodgedwongen afhaakten als assistenten op MIRA.

 

Felix: Die fax stond in een hoek van de planetariumzaal, en daar werden dan op dat thermisch papier weerfoto’s afgedrukt. Maar dat systeem had één groot nadeel: de foto’s werden werkelijk in het papier gebrand, met als resultaat dat die hele ruimte zich vulde met een doordringende brandlucht. We hebben dat enkele keren gedaan met bezoekers erbij, maar dan moesten we meteen ook alle ramen openzetten o.w.v. die stinkende rook.

We gebruikten toen een legerontvanger uit de Stock Americain, die kon maar detecteren tot op 30 MHz, dus hadden we hem uitgerust met een modulator om de 137 MHz van de ESSA 8 om te zetten naar een frequentie die onze ontvanger wel aankon. Het signaal ging dan naar het faxtoestel, en dat procedé heeft een tijd gewerkt. Nadien zijn er een aantal pogingen gedaan om de vier lijnen per seconde rechtstreeks op fotografische plaat over te brengen, maar men is daar op MIRA nooit verder mee geraakt dan het proefondervindelijk stadium.

Tegen het begin van de jaren 1980 toen MIRA voor het eerst over een computer beschikte werd de satellietontvanger daarmee verbonden, dat heeft ook een aantal keren gewerkt. Maar nadien is de antenne niet meer gebruikt, en zo is dat project geleidelijk in de vergeethoek terechtgekomen.

 

Momenteel draait de antenne mee met de wind, voor de rest staat ze er werkeloos bij. Zouden we het hele systeem niet opnieuw kunnen opstarten om bv. radiogolven van de Zon mee op te vangen? Zou dat niet een mooie aanvulling zijn bij de verschillende soorten zonnewaarnemingen die we momenteel al verrichten op MIRA?

 

Felix: Met die antenne moet het mogelijk zijn radiogolven van de Zon op te vangen. Om de Zon permanent te volgen van opkomst tot ondergang heb je in principe een equatoriale montering nodig die door één motor gestuurd wordt. Aangezien de antenne echter een openingshoek heeft van minstens enkele graden, volstaat het om enkele keren per jaar de declinatieas een beetje bij te stellen, en zo kan je de Zon het hele jaar door volgen. Maar dat lukt dus zeker ook met een systeem met twee assen zoals de antenne nu is opgevat.

Zonneruis registreren we overigens ook nu reeds als een bijproduct van het systeem dat wij hier op MIRA gebruiken om meteoren op te sporen via radiodetectie. Hiermee registreren we een bandbreedte van ca. 2,5 kHz, maar voor het detecteren van onze meteoren filteren we daaruit een smalle band van hooguit 400 Hz waarbinnen de verticale ionisatiesporen van de meteoren waarneembaar zijn. Maar daarnaast wordt door de antenne nog heel wat radioruis opgevangen die we kunnen kwantificeren en in grafiek brengen. En op die manier is het vrij eenvoudig om de zonneruis te meten en daarin sporen te vinden van zonne-uitbarstingen. Dat zijn voornamelijk uitbarstingen in röntgenstraling, en die kunnen we natuurlijk niet rechtstreeks detecteren met een radioantenne. Maar die x-stralen ioniseren een aanzienlijk oppervlak van de aardatmosfeer waardoor radioruis ontstaat, zodat we toch indirect die hoogenergetische zonne-uitbarstingen observeren.

Misschien kan mits een aantal aanpassingen het bestaande besturingssysteem van de spiraalantenne gebruikt worden om de Zon te volgen, maar wellicht wordt beter geopteerd voor  een digitale sturing.  

 

Paul: Al bij al kan dat volgens mij op een vrij eenvoudige manier gerealiseerd worden. Hoe dan ook zullen een aantal onderdelen van de hardware moeten vervangen worden, die onderdelen van de Starfighter bv. komen niet in aanmerking indien het systeem gebruikt zou worden om radiogolven van de Zon mee te detecteren. Een programmaatje schrijven voor de pc om te weten waar en wanneer de Zon precies boven de horizon staat is helemaal niet moeilijk. 

 

Peter: Ook de antenne zelf zal dan best eens serieus onder handen genomen moeten worden. Op het eerste gezicht ziet ze er in behoorlijk goede staat uit, maar wellicht hebben de loop der jaren op het vlak van roest wel degelijk sporen nagelaten. Als je een redelijke ontvangst wil halen is het zeker ook nodig dat de impedantie van de antenne nog eens wordt nagekeken en indien nodig wordt aangepast aan die van de ontvanger. Misschien kan MIRA dit project als eindwerk voorstellen aan één of enkele studenten aan een technische hogeschool? Op die manier krijgt onze antenne misschien een tweede leven.

 

Paul: Aangezien de antenne met dat systeem overdag steeds naar de Zon gericht is, kan je zelfs bij bewolking of regenweer meteen weten waar de Zon zich ergens aan de hemel bevindt. De weersomstandigheden houden de radiogolven van de Zon trouwens niet tegen, zodat je die via de ontvanger continu kan registreren. Gekoppeld aan een computer en met behulp van de nodige software kan je op die manier via een audiovisuele interface het publiek laten kennismaken met een ander aspect van de Zon.   

 

Best fijn dat er nooit een tekort aan ideeën is om boeiende projecten te realiseren op MIRA! Laat ons hopen dat er voor de spiraalantenne een tweede leven komt. En alvast hartelijke dank voor jullie verhaal over een boeiend stukje geschiedenis van onze volkssterrenwacht.