ESOC

Hätätilanne lennonjohdossa: ESAn satelliitti oli vähällä joutua tekemään väistöliikkeen (päivitetty)

Ke, 01/25/2017 - 14:41 Jari Mäkinen

Näin käy yhä useammin: satelliitin lentorataa joudutaan muuttamaan siksi, että sen radalle tulee uhkaava avaruusromukappale. Nyt Euroopan avaruusjärjestön ESAn Swarm-lennon johtajat joutuivat reagoimaan nopeasti. Iltapäivällä kävi kuitenkin ilmi, että väistöliikettä ei tarvitsekaan tehdä.

Päivitys: Alla kuvattu ratamuutos on peruutettu. Samalla kun satelliittiin lähetettiin käskyt, joiden mukaan se olisi tehnyt tänään illalla ratamuutoksen avaruusromuun törmäämisriskin vuoksi, saatiin satelliitista viimeisin, tarkka tieto sen nykyisestä radasta. Myös avaruusromun sijainnista saatiin päivän kuluessa uusia, tarkkoja tietoja, kävi ilmi, että törmäysriski on pienempi kuin aluksi oletettiin. Siksi satelliitti komennettiin iltapäivällä peruuttamaan suunnitellun ratamuutoksen.

Alla olevaa juttua ei ole muutettu vastaamaan uutta tilannetta, koska juttu osoittaa hyvin, mitä tällaisissa tilanteissa tehdään. Ja valitettavasti tällaisia tilanteita tulee yhä useammin.

*

Eilen tiistaina kävi ilmi, että yksi ESAn Swarm-tutkimussatelliittiperheen jäsenistä on törmäysuhan alla. Sen rata leikkasi hyvin läheltä Cosmos-375 -satellitista irronnutta noin 15 cm halkaisijaltaan olevaa palaa.

Lokakuussa 1970 lähetetty Cosmos-375 oli neuvostoliittolainen vakoilusatelliitti, joka räjähti jostain syystä palasiksi, ja näitä kappaleita on edelleen paljon avaruudessa.

Satelliitin ja kappaleen välinen etäisyys oli rata-arvioiden perusteella vain 361 metriä, mikä ratojen noin kilometrin epävarmuuden huomioiden oli tarpeeksi suuri syy hätääntyä. Ratamuutokseen ryhdytään yleensä kun törmäyksen todennäköisyys on 1/10 000 – ja tässä se ylitettiin selvästi.

Toimenpiteet tällaisessa tapauksessa ovat hyvin yksikertaiset, mutta koska avaruusalalla kaikki halutaan tehdä turvallisesti, myös ratamuutokseen menee vähän aikaa. Lennonjohdossa ei vain napata kiinni joystickistä ja ohjata satelliittia sivuun.

Tässä tapauksessa Yhdysvaltain avaruudessa olevia kappaleita seuraava keskus JSpOC (Joint Space Operations Center) ilmoitti toissa yönä Suomen aikaa ESAlle, että Swarm-B -satelliitin ja Cosmos-375:stä irronneen osan radat leikkaavat toisensa ensi yönä klo 1.10.55 Suomen aikaa.

Euroopan avaruusoperaatiokeskuksessa ESOCissa, Darmstadtissa, Saksassa, sijaitseva lennonjohto alkoi heti suunnitella ratamuutosta.

Ratamuutoksessa tulee huomioida tässä tapauksessa se, että maapallon magneettikenttää mittaava Swarm koostuu kolmesta satelliitista, jotka lentävät suhteellisen lähellä toisiaan. Yhden radan muuttaminen lisäksi vaikuttaa tieteellisiin havaintoihin. 

Tässä tapauksessa päädyttiin siihen, että satelliitin rataa nostetaan 35 metriä ylemmäs ja samalla se siirtyy noin 746 metriä sivuun avaruusromusta. Näin etäisyys kappaleeseen kasvaa sen verran, että törmäysvaara pienenee lähes olemattomaksi.

Sen jälkeen ratamuutosta varten tehtiin lennonjohdossa käskysarja, joka testattiin ensin simulaattoreilla (ettei pikaisesti tehdyssä koodissa ole virheitä, eikä se saa aikaan haitallisia sivuvaikutuksia).

Lisäjännitystä tilanteeseen toi se, että ennen ensi yötä satelliittiin voidaan olla yhteydessä vain kaksi kertaa. Käskyt olivat kuitenkin valmiina jo heti aamulla, jolloin klo 9.51 Suomen aikaa ne välitettiin Kiirunassa olevan maa-aseman kautta satelliittiin.

Nyt satelliitti on ohjelmoitu käynnistämään pienet rakettimoottorinsa 45 minuuttia ennen lähiohitusta 44 sekunnin ajaksi.

Swarm-satelliittien sijaintia noin 500 kilometrin korkeudessa olevilla radoillaan voi seurata ESOCin nettisivuilla.

Ratakorjaus onnistui, ExoMars on turvassa

Ma, 10/17/2016 - 07:00 Jari Mäkinen

Kaikki on nyt kunnossa ensi keskiviikon Marsiin saapumista ja laskeutumista varten: Schiaparelli-laskeutuja irtosi onnistuneesti eilen ja emoaluksen tärkeä ratamuutos nyt aamuyöstä onnistui sekin erinomaisesti.

Euroopan avaruusjärjestön ensimmäinen ExoMars-lento koostuu kahdesta osasta: Marsia kiertämään jäävästä Trace Gas Orbiter -luotaimesta, lyhyesti TGO:sta, ja Marsin pinnalle laskeutuvasta Schiaparelli-laskeutujasta. 

Nyt sunnuntaina TGO:n mukana planeettainvälisen avaruuden halki taivaltanut Schiaparelli irrotettiin ja se suuntaa radallaan suoraan kohti Marsia. Jotta TGO olisi voinut suunnata Schiaparelli tarkasti kohti laskeutumispaikkaa Meridiani-tasangolla Marsin pinnalla, oli kaksikko törmäyksurssilla planeetan kanssa. Jotta TGO olisi voinut asettua kiertämään Marsia, piti sen muuttaa rataansa – ja niin se teki nyt aamuyöstä.

Luotain sytytti rakettimoottorinsa minuutin ja 46 sekuntia kestäneeseen ratamuutospolttoon, joka päättyi kello 5.42 Suomen aikaa. TGO-luotain otti polton jälkeen jälleen yhteyden lennonjohtoon, ja ilmoitti kaiken sujuneen hyvin.

Nyt se on radalla, joka vie sen pari sataa kilometriä Marsin ohitse. Siis juuri oikealla radalla kiertoradalle asettumista varten keskiviikkona iltapäivällä.

Eilisillan kuluessa lennonjohto oli yhteydessä TGO-luotaimeen onnistuneen Schiaparellin irrotuksen jälkeen. Aivan kaikki ei kuitenkaan mennyt suunnitelman mukaan.

Siinä missä ensimmäinen tieto irtoamisen onnistumisesta saatiin TGO:n lähettämän kantoaallon Doppler-siirtymän seurannan avulla, ei luotain siirtynytkään lähettämään telemetriatietoja silloin, kun sen olisi pitänyt. Luotain lähetti koko manöveerin ajan siis "tyhjää" radiosignaalia, johon ei oltu koodattu mukaan mitään tietoja. Sen tehtävänä oli lähinnä kertoa, että luotain on toiminnassa, ja toimia Doppler-analyysin pohjana.

Suunnitelman mukaan TGO:n olisi pitänyt alkaa lähettää tietoja tilastaan – ja muun muassa laskeutujan irtoamisesta – heti toimenpiteen jälkeen, mutta näin ei käynyt. Pienen viiveen jälkeen telemetriatiedot ilmestyivät mukaan, eikä sen jälkeen TGO:n toiminnassa havaittu omituisuuksia. Tällaiset pienet asiat kuitenkin aiheuttavat harmaita hiuksia lennonjohdossa, joten asiaa tutkitaan nyt tarkemmin.

Schiaparelli asettui puolestaan irtoamisen jälkeen horrokseen, jotta se voi säästää virtaa laskeutumiseen ja toimintaan Marsin pinnalla. 

Seuraa suorana: Rosetta-luotaimen lennon loppuhuipentuma ja tuho

Pe, 09/30/2016 - 12:00 Jari Mäkinen
Lentodynamiikkatiimi ESOCissa

Nyt ei enää ole paluuta: Rosetta on itsetuhokurssilla kohti komeettansa pintaa ja osuu siihen arvioiden mukaan klo 13:38:32 (+/- 2 minuuttia) Suomen aikaa. Tieto tapahtumasta saadaan 40 minuuttia myöhemmin. Alla on suora lähetys lennonjohdosta, missä Tiedetuubi on myös paikalla: lisäämme videon alle kommentteja ja huomioita!

Tällä hetkellä lennonjohdossa ei ole juuri muuta tehtävää, kuin ottaa vastaan luotaimesta tulevia tietoja ja odottaa.

Luotain on jo havainnut kaasun tiheyden kasvavan sen lähetyessä komeettaa, ja se ottaa jatkuvasti kuvia niin navigointikamerallaan, kuin myös muilla kameroillaan. Erityisesti Rosettan OSIRIS-kameran kuvia odotellaan kiinnostuneina: alla eräs viimeisimmistä, tänään aamupäivällä 11:18 Suomen aikaa otettu kuva 5,8 kilometrin korkeudesta. Kuva on 225 metriä halkaisijaltaan ja sen tarkkuus on 11 cm/pikseli.

OSIRIS on tehty katsomaan kaukaa komeettaa, eikä se sovellu hyvin lähihavaintoihin. Kameralaitteiston teleobjektiivi ei pysty näkemään selvästi enää 1,5 kilometrin korkeudelta alaspäin, ja laajakulmaobjektiivin raja on noin 350 metriä. Sen alapuolelta otetut kuvat ovat siis hieman sumeita, mutta niitä voidaan parantaa myöhemmin kuvankäsittelyllä.


Clusterit kylki kyljessä

Cluster on englanninkielisen nimensä mukaisesti neljän pienen satelliitin parvi, jonka Euroopan avaruusjärjestö laukaisi vuonna 2000 tutkimaan Maan magnetosfääriä. 

Ne ovat siis mitanneet ja tunnustelleet liki 15 vuoden ajan Maata avaruudessa Auringon hiukkassäteilyltä suojaavaa magneettista kuplaa ja keränneet samalla paljon kiinnostavaa tietoa niin lähiavarudestamme kuin myös siitä, miten Aurinko vaikuttaa elämäämme täällä maapallolla.

Alun perin Clusterien toivottiin toimivan vain kahden vuoden ajan, mutta koska nelikko on toiminut erinomaisesti, on niiden lentoa pidennetty koko ajan. Ensin vuoteen 2005, sitten vuoteen 2009, sitten vuoteen 2012 ja nyt rahoitus on turvattu vuoden 2016 loppuun saakka. Vaikka satelliitit toimisivat hyvin, koituu kustannuksia lennonjohdosta, yhteydenpidosta sekä tieteellisten mittaustietojen keräämisestä, jakamisesta ja arkistoinnista. Mutta nämä kustannukset ovat varsin pieniä verrattuna siihen, kuinka kiinnostavia tietoja satelliiteilla saadaan.

Nyt, kun Clusterien toiminta ja käyttäytyminen tunnetaan hyvin, ja ne ovat toimineet jo hyvin pitkään, uskalletaan niillä tehdä myös temppuja, joihin ei aiemmin ole rohjettu.

Normaalisti neljä identtistä satelliittia ovat olleet hyvin soikeilla kiertoradoillaan Maan ympärillä toisistaan 600 - 20 000 kilometrin etäisyydellä toisistaan, mutta nyt tammikuussa satelliitit numero 3 ja 4 (nimiltään Samba ja Tango) ohjattiin vain kuuden kilometrin päähän toisistaan. Avaruuden mittakaavassa tämä on hyvin lähekkäin.

Tempun tarkoituksena on mitata paremmin Maan edessä olevan shokkirintaman aivan ulointa osaa, missä Auringosta virtaavien hiukkasten vuo, aurinkotuuli, alkaa hidastua ja kääntyä kohti maapalloa.

“Tieteellinen päämäärämme on saada satelliitit vain muutaman kilometrin päähän toisistaan, jotta voimme tehdä mittauksia hyvin pienessä mittakaavassa”, kertoo Detlef Sieg, Euroopan avaruusjärjestön avaruusoperaatiokeskuksessa ESOC:issa, Darmstadtissa, työskentelevä lentodynamiikka-asiantuntija.

Kun esimerkiksi toinen satelliiteista on jo rintaman ulkopuolella vapaassa aurinkotuulessa ja toinen on edelleen rintaman alueella, voidaan rintaman uloimman osan sijainti määrittää hyvin tarkasti. Tiedämme jo, että sijainti muuttuu koko ajan Auringon aktiivisuuden mukaan, mutta mittauksilla saadaan tietoa rintaman rakenteesta sekä toivottavasti myös siitä, miten rintama elää.

Satelliittien saaminen lähituntumaan vaati tarkkaa etukäteissuunnittelua ja laskemista, sekä rakettimoottorien polttoja siten, että kaksi satelliittia saatiin käytännössä samalle kiertoradalle vain hieman peräkkäin. Näin ne eivät törmää toisiinsa, vaikka ovatkin lähekkäin.

Koska satelliitit eivät ole yhteydessä toisiinsa ja koska niiden sijaintia avaruudessa ei tiedetä kuin parin sadan metrin tarkkuudella, niiden ratamuutokset täytyy tehdä huolella.

“Jokaisella kierroksellaan Maan ympärillä ne ovat kaksi kertaa vain noin kolmen sekunnin lentoajan päässä toisistaan. Juuri tuolloin ne ovat rinnakkain ja toinen satelliitti ohittaa toisen.”

Samba ja Tango saatiin ohjattua onnistuneesti turvallisen lähelle toisiaan 7. tammikuuta ja ne pysyvät näillä paikoillaan ainakin maaliskuun puoliväliin saakka. Kaksi muuta saatelliittia (Rumba ja Salsa) ovat noin 5000 kilometrin päässä ja tekevät siellä omia mittauksiaan.

“Joka kerta kun muutamme muodostelmaamme, pitää sitä suunnitella hyvin”, selittää Clusterin operaatiojohtaja Bruno Sousa.

“Se teettää työtä ja vaatii koordinaatiota niin täällä Darmstadtissa kuin myös tutkimuslaitteiden ohjauskeskuksessa Iso-Britanniassa sekä jokaisen tutkimuslaitteen tutkijaryhmässä.”

“Me myös koitamme koko ajan säästää satelliiteissa olevaa polttoainetta. Samalla varmistamme sen, että törmäyksen riski on mahdollisimman pieni, mutta tämä tulee olennaiseksi asiaksi vasta kun satelliittien välinen etäisyys on vain 1-2 kilometriä.”

Se, että kaksi satelliittia on hyvin lähellä toisiaan, tuo mukanaan myös muutoksia yhteydenpidossa. 

Satelliitit ovat nyt niin lähellä toisiaan, että ne osuvat maa-aseman antennin näkökenttään samanaikaisesti. Siksi satelliittien täytyy käyttää eri aallonpituutta radioliikenteessään. Käytännössä kuitenkin vain yhteen satelliittiin ollaan yhteydessä kerrallaan.