navigaatio

Galileo-paikannussysteemissä on yllättävä ongelma – syyttävä sormi osoittaa Sveitsiin

Ke, 01/18/2017 - 15:59 Jari Mäkinen

Eurooppalainen Galileo-satelliittipaikannussysteemi on ollut nyt pari kuukautta normaalikäytössä, mutta se kärsii yllättäen omalaatuisesta viasta: sen atomikelloissa on ollut häiriöitä, jotka ovat johtaneet systeemin käyttökatkoksiin.

Kun Euroopan avaruusjärjestön ESAn pääjohtaja Jan Wörner piti tänään perinteisen vuoden alussa olevan lehdistötapaamisensa, nousi yksi asia yli muiden: juuri käyttöön otettu Galileo-satelliittipaikannusjärjestelmä on kokenut pieniä ongelmia.

Tai ei ihan niin pieniä: sen tärkeimmät osat, erittäin tarkat atomikellot, ovat osoittautuneet hankaliksi. Yhdeksän niistä on jo hajonnut.

Avaruuteen on lähetetty tähän mennessä 20 Galileo-järjestelmään kuuluvaa satelliittia, joista kaksi ensimmäistä kokeellista satelliittia ei ole enää toiminnassa, kaksi on laukaisussa tapahtuneen häiriön vuoksi väärällä radalla ja yksi satelliiteista on lakannut toimimasta.  

Käytössä on siis 15 satelliittia, mutta kun kaksi toimivaa, nyt testikäytössä väärällä kiertoradalla olevaa satelliittia lasketaan mukaan, on Galileo-kelloja avaruudessa kaikkiaan 72.

Kellojen määrä on näin suuri, koska jokaisessa satelliitissa on neljä atomikelloa: kaksi vetymaser- ja kaksi rubiinikidekelloa. Kumpienkin kellojen pääurakoitsija on sveitsiläinen SpectraTime -yhtiö, joka on toimittanut samankaltaisia kelloja myös Kiinaan ja Intiaan satelliitteihin asennettavaksi.

Vikatapauksia on ollut kaikkiaan neljässä Galileo-satelliitissa olevissa kymmenessä kellossa. Näistä yksi vikaantunut kello on saatu toimimaan uudelleen normaalisti. Koska kussakin satelliitissa on useampia kelloja, ovat satelliitit voineet kuitenkin jatkaa toimintaansa.

Galileo-sateliittien kelloja näkyvissä satelliittien rakentamisen aikana. Kuva: ESA / SSTL

Omituinen ongelma

Kello-ongelman ratkaisu on vaikea, sillä vikoja on ollut kummassakin kellotyypissä, eikä samanlaisia vikoja ole tavattu testikelloissa Maan päällä. Kellojen rakenne on periaatteessa kunnollinen, eikä siinä ei ole havaittu epäkohtia. 

Sen sijaan on mahdollista, että jokin vähemmän tärkeä osa satelliiteissa olevissa kelloissa on rikki, tai kun sitä käytetään jollain tietyllä tavalla, se rikkoontuu. Laboratoriossa on pyritty käyttämään testikelloja eri tavoilla, jotta vika saataisiin aikaan, mutta tämä ei ole onnistunut. Kaikki ovat toimineet hyvin.

Jotta avaruuteen ei lähetettäisi enempää mahdollisesti vikaantuvilla kelloilla varustettuja satelliitteja, on seuraavien neljän Galileo-satelliitin laukaisua lykätty ainakin  kolmella kuukaudella. Laukaisu oli suunniteltu ensi kesän loppuun, elo- tai syyskuuksi.

Galileo-ohjelmasta vastaavat haluavat selvittää kellojen ongelmat ennen seuraavia laukaisuita ja luonnollisesti pyrkiä välttämään avaruudessa jo olevien satelliittien kellojen vikaantumisen käyttämällä niitä mahdollisimman hellästi.

Niinpä myös marraskuussa laukaistujen neljän satelliitin 16 kelloa pyritään testaamaan avaruudessa mahdollisimman tarkasti, ennen kuin nämä satelliitit alkavat työt täysipainoisesti.

Maan päällä vielä olevien, myöhemmin laukaistaviin satelliitteihin asennettavien kellojen osia voidaan vaihtaa, mutta avaruudessa se ei luonnollisestikaan ole mahdollista. Siksi tarkoitus on löytää tapa käyttää kelloja siten, etteivät ne menisi rikki. Esimerkiksi sähkövirran jännitettä ja satelliittien sisälämpötilaa voidaan säätää hieman.

Muiden paikannussatelliittijärjestelmien (kuten GPS ja Glonass) operaattorit eivät ole kertoneet julkisesti ongelmistaan, mutta tiettävästi niilläkin on ollut samankaltaisia hankaluuksia kellojen kanssa. Niistä on päästy eroon juuri mm. lämpötilaa ja jännitettä säätämällä.

Tarkemmin kellojen ongemista kerrotaan mm. SpaceIntel-sivustolla.

Otsikkokuva: ESA

Komeettaluotain Rosetta oli vähän aikaa sekaisin

To, 04/02/2015 - 19:22 Jari Mäkinen

Komeetta Churyumov-Gerasimenkoa tutkiva Rosetta on jälleen tehnyt uskaliaita lähiohituksia komeettaytimen luona, ja näistä viimeisin, viime lauantaina tehty tähän saakka uskaliain sellainen sai aikaan erään suurimman säikähdyksen lennonjohdossa mitä on koettu pitkiin aikoihin.

Kun luotain oli noin 14 kilometrin päässä komeetan pinnasta, se ei enää kyennyt navigoimaan reittiään ja asentoaan kunnolla, jolloin sen antenni siirtyi sivuun suunnasta kohti maapalloa ja siten yhteydenpito siihen häiriintyi siinä määrin, että luotain asetti itsensä varotilaan. Tuossa tilassa luotain sammuttaa kaikki ylimääräiset alijärjestelmät sekä suojaa tieteellisiä tutkimuslaitteita kytkemällä nekin pois päältä ja jää odottamaan lisäohjeita lennonjohdosta. 

Luotain saatiin tapauksen jälkeen hallintaan ensin alustavasti sunnuntaina ja siten kokonaan maanantain kuluessa, mutta se ei ole vielä jatkanut kaikkien tieteellisten tutkimusten tekemistä. 

Kestää vielä muutamia päiviä, ennen kuin rutiini pääsee jatkumaan. Nyt luotain on kuitenkin turvallisella, soikealla radalla, joka vie sen kauimmillaan 400 kilometrin päähän ytimestä ja on lähimmillään 140 km:n etäisyydellä.

Kuva: 21. maaliskuuta otettu kuva näyttä selvästi kuinka komeetan aktiivisuus on lisääntymässä.

Tähtietsimet sekaisin

Todennäköisin syy luotaimen häiriöön oli se, että sen ns. tähtietsimet luulivat komeetasta irronneita ja kirkkaina näkyneitä pieniä hitusia tähdiksi, joiden mukaan luotaimen ohjaustietokoneet koittivat suunnistaa. Rosetta käyttää näitä tähtietsimiä apunaan asennonsäädössä ja navigoinnissa, sillä niiden avulla luotain asento tähtitaivaan suhteen saadaan hyvin kätevästi selville.

Tähtietsinten avulla luotain tietää myös koko ajan missä suunnassa Aurinko on, ja suuntaa tämän tiedon mukaan suuren lautasantenninsa kohti Maata. Kun suuntatieto häiriintyy, pysähtyy myös antennin ohjaaminen, ja siksi antennin keila kääntyi pois maapallosta.

Komeetan lisääntynyt aktiivisuus näkyy myös siinä, että luotain suurine aurinkopaneeleineen kokee komeetan ympärillä olevan ohuen kaasun aiheuttamaa kitkaa - se hidastaa luotaimen nopeutta siinä määrin, että se on havaittavissa ja pitää ottaa huomioon ratalaskelmissa. Tätä on havaittu jo jonkin aikaa, mutta navigointiongelmat olivat täysin uusi kokemus lennonjohtajille, jotka tosin ovat osanneet odottaa jotain tällaista.

Odotettua pitempään kestänyt täyden kontrollin saaminen johtui siitä, että tähtietsimet näkivät vielä noin 24 tunnin ajan tapahtumaketjun alkamisen jälkeen näitä haamutähtiä, eli ylimääräisiä, komeetasta irronneiden kappaleiden aiheuttamia kirkkaita pisteitä taivaalla.

Siksakkia ytimen ympärillä

Rosetta on viime helmikuussa tapahtuneesta komeettaytimen lähiohituksesta saakka ollut monimutkaisella radalla, jolla se on  viettänyt pitkiä aikoja kaukana komeetasta, satojen kilometrien etäisyydellä, mutta on tullut myös hyvin lähelle komeettaa. 

Aivan niin lähelle kuin 14. helmikuuta, siis kahdeksan kilometrin päähän, ei sen koommin ole uskaltauduttu, mutta lauantaina (28. maaliskuuta) etäisyys oli vain noin 14 kilometriä kaksiosaisen ytimen suuremman osan päällä. 

Tarkoitus oli lentää jälleen lähelle komeettaa ensi viikolla, mutta voi olla, että lennonjohto ja tutkijaryhmä päättää muuttaa rataa siten, että luotain pysyttelee turvallisen etäisyyden päässä ytimestä. Lentoa ei missään nimessä haluta vaarantaa, kun sen kenties jännimmät ajat ovat vielä edessä; komeetta on lähimmillään Aurinkoa ensi elokuussa ja silloin se on myös aktiivisimmillaan.