Aalto Satellites

Ensimmäinen suomalaissatelliitti putoaa alas ensi yönä (päivitetty)

Ma, 02/04/2019 - 13:26 Jari Mäkinen
Aalto-2 avaruudessa (piirros)

Taas yksi ekakerta avaruudessa: ensimmäinen kiertoradalle päässyt suomalaissatelliitti putoaa sieltä alas keskiviikon ja torstain välisenä yönä.

Siinä missä juhannuksena 2017 avaruuteen laukaistu Aalto-1 on virallisesti ensimmäinen suomalaissatelliitti, ennätti sen seuraaja ensimmäisenä avaruuteen. Koska Aalto-2 on osa kansainvälistä QB50-tutkimusohjelmaa, rekisteröitiin se Belgiaan, missä hanketta organisoinut tutkimuslaitos sijaitsee. Näin ensimmäinen suomalaissatelliitti on siis Belgian avaruusalusrekisterissä.

Kaksikiloinen Aalto-2 lähetettiin avaruuteen maaliskuussa 2017. Se nousi kiertoradalle Cygnus-avaruusaluksella, joka kuljetti satelliitin Kansainväliselle avaruusasemalle. Sieltä tämä Otaniemessä tehty laite vapautettiin avaruuteen 25. toukokuuta 2017.

Siihen saatiin lähes välittömästi yhteys, mutta jo muutaman päivän päästä se heittäytyi mykäksi: siihen ei saatu yhteyttä, eikä se valitettavasti päässyt tekemään tutkimustaan. Satelliitissa oli mukana Oslon yliopistossa tehty Langmuir-luotain, eli varattujen hiukkasten lämpötilaa, tiheyttä ja sähköisyyttä mittaava laite.

QB50 on belgialaisen Von Karman -instituutin hanke, johon osallistuu yliopistoja ja tutkimuslaitoksia ympäri maailman. Tarkoituksena on tutkia ilmakehän yläosia ja lähiavaruutta kaikkiaan 35 satelliitin voimin; alun perin tarkoitus oli lähettää 50 satelliittia, mistä tulee hankkeen nimi, mutta lopulta kaikki satelliitit eivät päässeet matkaan.

Ideana hankkeessa on se, että kun kaikki satelliitit toimivat eri puolilla maapalloa ja putoavat alaspäin hieman eri tahtiin, saadaan hyvin kattava kuva ilmakehästä. Lisäksi satelliittien putoamista seuraamalla saadaan lisätietoja ilmakehän tiheydestä ja ominaisuuksista.

Vaikka Aalto-2 ei siis ole lähettänyt mittaustietoja, on sen putoamisen seuranta osana muiden satelliittien putoamista erittäin kiinnostavaa.

Näillä näkymin Aalto-2 putoaa ilmakehään ja tuhoutuu sen kitkakuumennuksen vuoksi yöllä torstaina 7. helmikuuta. Eilen (maanantaina 4.2.) tehty ennuste on hieman muuttunut ja nyt näyttää siltä, että putoaminen tapahtuu keskiviikon ja torstain välisenä yönä puolenyön aikaan. Nyt tiistaina illalla satelliitin korkeus on jo alle 200 km, eli tästä alkaen putoamistahti kiihtyy nopeasti.

Satelliitin rataa voi seurata mm. SatFlare-sivustolla.

Luonnollinen tuhoutuminen

Kaikki matalalle kiertoradalle laukaistut satelliitit, kuten juuri Aalto-2 ja sen kaltaiset nanosatelliitit, putoavat luonnollisesti alaspäin, koska satojenkin kilometrien korkeudessa on hieman ilmakehän rippeitä. Hyvin ohut kaasu hidastaa niiden ratanopeutta, jolloin ne putoavat alaspäin.

Mitä alemmaksi niiden rata putoaa, sitä voimakkaammin ilmanvastus vaikuttaa, kunnes lentorata kääntyy yhä jyrkemmin alaspäin ja suuntaa lopulta lähes suoraan kohti maapalloa.

Matalla olevat pienet satelliitit eivät siksi jää avaruuteen avaruusromuna, mutta niistäkin olisi hyvä päästä eroon nopeammin ja hallitusti.

Aalto-1 tulee testaamaan tekniikkaa, jolla putoamista voidaan jouduttaa. Se laukaistiin hieman korkeammalle kiertoradalle, joten sen vajoaminen alaspäin on ollut hitaampaa.

Eräs Aalto-1:n tutkimuslaitteista on niin sanottu plasmajarru. Tarkoituksena on testata sen periaatteen toimintaa. Tämä Ilmatieteen laitoksessa tehty laite vapauttaa pitkän sähköjohtimen vapaasti avaruuteen, ja kun johtimeen kytketään virta, alkaa se jarruttaa satelliitin nopeutta. Laite voisi auttaa pääsemään kätevästi eroon toimintansa lopettavista, tehtävänsä tehneistä satelliiteista.

Juttua on päivitetty tiistaina 5.2. illalla.

Video: Näin laitettiin Suomi 100 -satelliitti avaruuslaatikkoon

Olemme seuranneet Tiedetuubissa monenlaisten satelliittien tekemistä ja laukaisuvalmisteluita. Toiset satelliiteista ovat suuria, mutta osa on ollut myös kovin pieniä, mutta mikään ei ole ollut näin tiukka, pieni paketti huipputekniikkaa kuin on vain 10 cm kanttiinsa oleva Suomi 100 -satelliitti. Se on nyt menossa viimein kohti laukaisupaikkaa Yhdysvalloissa.


Suomi 100 -satelliitti on viime vuonna olleen Suomen satavuotisjuhlan nimikkosatelliitti, joka oli tarkoitus laukaista Maata kiertämään juhlavuoden 2017 aikana. Vaikka satelliitti olikin valmis hyvissä ajoin, kyyti taivaalle tökki: intialaisen PSLV-raketin elokuussa tapahtunut onnettomuus sotki suunnitelmat ja lykkäsi laukaisua koko ajan eteenpäin tämänkin vuoden puolella. Niinpä kesällä Aalto-yliopisto ja laukaisuvälittäjä tutkivat mahdollisuuksia saada satelliitti nopeammin ja varmemmin matkaan.

Avuksi löydettiin SpaceX -yhtiön Falcon 9. Spaceflight Industries aikoo käyttää sellaista ainakin kerran vuodessa pikkusatelliittien kimppakyyteihin, ja ensimmäinen tällainen tapahtuu nyt marraskuussa. Suomi 100 -satelliitti sai paikan tältä lennolta.

Sen jälkeen, kun paikka varmistui kesällä, aloitettiin satelliitin valmistelu matkaan – taas kerran. Laukaisua suunniteltiin alun perin täksi syyskuuksi, mutta aikataulu on sittemmin taas kerran venynyt, mutta nyt tilanne on jo niin varma, että satelliitti pyydettiin toimittamaan eteenpäin 12. syyskuuta.

Ja niin Aallon satelliittitiimi teki viimeiset testit, pakkasi satelliitin ja lähti kohti Alankomaita 11. syyskuuta..

Tuolloin hanketta vetävä professori Esa Kallio heitti satelliitille hyvästit ja katsoi, miten kolmihenkinen ryhmä lähti satelliitti mukanaan kohti Hollantia. Kuljetus Alankomaihin tapahtui arkisesti ensin taksilla, sitten Finnairin vuorokoneella Amsterdamin lentoasemalle ja sieltä edelleen junalla Delftiin.


Satelliitin kuljetus nähtävästi on muodostunut jo rutiininomaiseksi toimeksi, sillä erikoislupien saaminen satelliitin kuljettamista varten kävi käden käänteessä: harvinaislaatuisen lastin tulemisesta lennolle sovittiin etukäteen niin lentoasemaa ylläpitävän Finavian kuin Finnairinkin kanssa. Kyseessä oli jo järjestyksessä neljäs Suomesta samalla tavalla hollantilaiselle Innovative Solutions in Space -laukaisuvälittäjälle viety satelliitti.

Aiemmat ovat olleet Aalto-yliopiston satelliitit Aalto-1 ja Aalto-2, ja kolmas oli Reaktor Space Labin Hello World.

Lentoaseman turvatarkastuksessa satelliitti läpivalaistaan periaatteessa normaalisti, mutta se pidetään suojaavan laatikon sisällä. Lentokoneessa satelliitti kulkee lattialla kuljetuslaatikossaan, paikoilleen kiinnitettynä.

Laatikkomaiseen laukaisusovittimeen mahtuu kaikkiaan 12 yhden Cubesat-standardin perusyksikön mukaista satelliittia, joskin tähän sovittimeen laitettiin kuusi yhden yksikön satelliittia sekä yksi satelliitti, joka on kooltaan kuusi yksikköä. Kolme satelliittia, jotka käyttävät yhden kolmen satelliitin osan, laitettiin paikoilleen samana päivänä.

Kaksi muuta satelliittia tulivat Jordaniasta ja Kazakstanista.

Ensin jokainen satelliitti tarkistettiin vielä kerran, sitten niiden yhteensopivuus keskenään varmistettiin, ja lopulta yksinkertaisesti satelliitit laitettiin yksitellen laukaisusovittimen sisään. Suomi 100 on kolmikon keskimmäisenä, mikä on oikein hyvä paikka.

Koska kaikki tehtiin huolellisesti ja koko ajan tarkistaen, kului satelliittien asentamiseen paikoilleen lähes koko työpäivä. Suomi 100 -satelliitti oli paikallaan noin klo 16 paikallista aikaa, jolloin tiimi heitti sille hyvästit. Nyt satelliitille ei enää voi tehdä mitään, vaan voimme vain toivoa parasta ja luottaa siihen, että laukaisuvälittäjä kuljettaa sen turvallisesti Yhdysvaltoihin ja SpaceX nostaa luotettavasti avaruuteen.

Päivän päätteeksi paikalla ollut nelikko, eli Arno Alho, Antti Kestilä, Petri Koskimaa ja Hollannissa mukaan joukkoon liittynyt Jari Mäkinen ottivat hyvin ansaitut oluset.

HUOM! Videota katsoessa kannattaa muistaa, että videota on nopeutettu ja siitä on leikattu odottelua pois välistä. Lisäksi kannattaa huomata, että laitteet eivät ole leluja, vaan toimivia, avaruuteen lentovalmiita satelliitteja!

*

Jari Mäkinen on Tiedetuubin päätoimittaja ja myös mukana Suomi 100 -satelliittihankkeessa. Hän on kirjoittanut tämän jutun, tehnyt videon ja ottanut kuvat alun perin Suomi 100 -satelliitin nettisivuille. Juttua on Tiedetuubia varten hieman muokattu.

Aalto-1 on ollut vuoden avaruudessa – toimii hyvin ja oppii uusia temppuja

Pe, 06/22/2018 - 10:10 Jari Mäkinen
Aalto-1 avaruudessa (käsitelty kuva)

Suomen avaruusalusrekisterin ensimmäinen satelliitti, Aalto-1, laukaistiin avaruuteen tasan vuosi sitten. Vuoteen on mahtunut hankaluuksia, mutta niistä on selvitty enemmän kuin kunnialla. Satelliitti on päässyt tekemään myös merkittäviä havaintoja.

Aalto-yliopiston opiskelijoiden suunnittelema ja rakentama Aalto-1-nanosatelliitti lähti avaruusmatkalleen tasan vuosi sitten intialaisen PSLV-raketin kyydissä. Pitkään odotettu laukaisu sujui mallikkaasti, ja yhteys satelliittiin saatiin heti samana aamuna.

Siitä alkaen siihen ollaan oltu yhteydessä lähes päivittäin Aalto-yliopiston omalta maa-asemalta Otaniemestä ja kokonaisuudessaan hanke on sujunut lähes niin hyvin kuin olisi voinut toivoa: vuoteen mahtuu onnistumisia, onnenkantamoisia ja myös hankaluuksia, joista on selvitty kunnialla. Koska kyseessä on opetussatelliitti, ovat kommelluksetkin olleet juuri oikealla tavalla opetuksellisia, sillä tiimi on joutunut toden teolla opettelemaan satelliitin operointia avaruudessa erilaisissa tilanteissa.

Kuluneen vuoden aikana Aalto-1 on tehnyt tieteellisesti merkittäviä havaintoja Turussa tehdyllä säteilyilmaisimellaan. Viime syksynä se pystyi havaitsemaan juuri oikeaan aikaan oikeassa paikassa Auringosta tulleiden säteilymyrskyjen kehittymistä ja koska sillä saadut mittaustiedot olivat erittäin kiinnostavia, on satelliitin annettu tehdä alun perin suunniteltua enemmän säteilymittauksia.

”Olemme saavuttaneet kaikki tekniset ja tieteelliset tavoitteemme: ymmärrämme nyt varsin hyvin laitteen vasteen elektroni- ja protonisäteilylle ja olemme kartoittaneet Maan matalan kiertoradan säteily-ympäristöä", iloitsee Turun yliopiston avaruustutkimuslaboratorion professori Rami Vainio.

"Parhaillaan analysoimme elektronivyöhykkeen ajallisia muutoksia ja niiden riippuvuutta Maan ohi puhaltavan aurinkotuulen ominaisuuksista. Mittaustemme mukaan aurinkotuulen magneettikentän pohjois-eteläsuuntainen komponentti ennustaa parhaiten sen, kuinka intensiivistä elektronisäteily on matalalla Maan kiertoradalla. Esittelemme tuloksemme ensi kuussa COSPAR-kokouksessa Pasadenassa.”

Säteilymittari on saanut tehdä havaintojaan paljon myös toisesta syystä: oikeastaan ainoa satelliitissa ollut tekninen vika on ollut sen asennonsäädössä, mikä on tehnyt kuvien ottamisen hankalaksi. Sen sijaan säteilymittari ei tarvitse tarkkaa asennonsäätöä, joten siihen ei satelliitin hidas pyöriminen ole vaikuttanut. Hidas pyöriminen on ollut toisaalta myös hyvä asia, sillä satelliitin lämpö on pysynyt hyvin hallinnassa, kun Aurinko on paistanut siihen tasaisesti – itse asiassa samaan tapaan tasaisesti, kuin juhannusmakkara paistuu grillissä, kun makkaraa käännellään koko ajan.

Pyörivä liike on tehnyt kuvien ottamisen hankalaksi siksi, että kameroita ei ole voitu suunnata kohti Maata halutusti. Tuloksena on ollut siksi paljon huonoja otoksia, missä ei näy kuin taivasta tai palanen maapalloa. Lisäksi nopeampi tietolinkki vaatii antennin suuntaamista Maahan, ja koska kuvat ovat varsin suuria, ei huonoja räpsyjä ole kannattanut ottaa ja välittää alas, koska se on vienyt paljon kallisarvoista yhteysaikaa.

Aalto-1 kun voi olla yhteydessä Otaniemeen vain muutaman kerran päivässä, maksimissaan kymmenisen minuuttia kerralla. Esimerkiksi Aalto-1:n ensimmäisen kuvan välittämiseen alas kului useita viikkoja.

Aalto-1:n ensimmäinen kuva

Aalto-1:n asennonsäätöjärjestelmä toimii sähkömagneeteilla, jotka vääntävät maapallon magneettikentän avustuksella satelliittia haluttuun suuntaan. Magneetit ovat toimineet koko ajan hyvin, mutta niitä ohjannut tietokoneohjelmisto ei toiminut halutulla tavalla. Sen suhteen suomalaisteekkareilla on kuitenkin puhtaat paperit, sillä asennonsäätöjärjestelmä ohjelmistoineen oli hankittu Saksasta.

"Nähtävästi yksi pieni suomalaissatelliitti ei ollut kovin tärkeä asiakas saksalaisyhtiölle, joten saimme kinuta heiltä pitkään uutta koodia", sanoo Aalto-1 -hankkeen vetäjä Jaan Praks – nyt jo nauraen, sillä päivitetty ohjelmisto on toiminut hyvin ja asennonsäätö toimii nyt paljon aiempaa paremmin.

”Teknistä säätämistä on vuoden aikana ollut yllättävän paljon. Ensimmäisen vuoden jälkeen satelliitti toimii kuitenkin hyvin, ja kaikki järjestelmät ovat toimintakunnossa. Missio jatkuu, ja parhaillaan valmistelemme spektrikameraa uutta kuvasarjaa varten.”

Otaniemi katsoo jo tulevaan

Aalto-1 on jo nyt tehnyt tehtävänsä siinä mielessä, että satelliitin operoinnista on tullut rutiinia. Otaniemen maa-asemaa on paranneltu merkittävästi vuoden aikana. Opiskelijatiimi on Petri Niemelän ja Samuli Nymanin johdolla päivittänyt ohjelmistoa, parannellut antennien ohjausta ja kehittänyt aseman etäkäyttöä. Jatkossa opiskelijat muuttavat maa-aseman kokonaan ohjelmistoradiopohjaiseksi, mikä mahdollistaa sen joustavan käytön myös tulevissa avaruusmissioissa.

”Samaa maa-asemaa on tarkoitus hyödyntää tänä vuonna laukaistavan Suomi 100 -satelliitin, rakenteilla olevan Aalto-3-satelliitin sekä osana Suomen Akatemian huippuyksikköä rakennettavien Foresail-1- ja Foresail-2-satelliittien ohjaamisessa”, Praks kertoo.

Professori Jaan Praks työhuoneessaan.

Samalla myös valmistellaan jo Aalto-1:n lennon loppua. Satelliitissahan on VTT:n rakentaman spektrikameran ja Turun yliopiston ja Helsingin yliopiston yhteisen säteilyilmaisimen lisäksi Ilmatieteen laitoksen kehittämä plasmajarru, joka tulee testaamaan uudenlaista menetelmää, jolla toimintansa päättäviä satelliitteja voitaisiin tuoda avaruudesta hallitusti alas tuhoutumaan ilmakehässä.

Aalto-1 testaa tätä hallittua tuhoutumista lentonsa lopuksi; jarru nimensä mukaisesti hidastaa satelliitin ratanopeutta ja saa sen lopulta putoamaan ilmakehään, missä se tuhoutuu tähdenlentona.

Aalto-1:n avaruusmatkan pituudeksi kaavailtiin alun perin noin kahta vuotta. Praksin mukaan aikataulun pitäminen riippuu plasmajarrukokeen onnistumisesta.

”Jos kaikki menee suunnitellusti, Aalto-1 lähtee jarruttamaan vauhtia noin puolen vuoden kuluttua. Siten se ei jää avaruusromuksi kiertoradalle vaan törmää ilmakehään, näkyen meille viimeistä kertaa pienenä tähdenlentona. Jos jarrujärjestelmä ei jostain syystä toimisi, missio ja sen mittaukset voivat jatkua vuosia.”

*

Juttu perustuu osittain Aalto-yliopiston tiedotteeseen.

Video: Cygnus-rahtialus saapui avaruusasemalle Aalto-2 -satelliitti mukanaan

Cygnus-rahtialus laukaistiin viime tiistaina kohti Kansainvälistä avaruusasemaa ja se saapuu tänään lauantaina perille. Tämä Cygnuksen lento on erityisen kiinnostava suomalaisittain, koska sen mukana kulkee 28 pientä QB50-satelliittia, joista yksi on Aalto-2 – ensimmäinen avaruuteen lähetetty suomalaistekoinen satelliitti.

Aluksen saapumista avaruusasemalle saattoi seurata suorana ja yllä on nyt tapahtuma koosteena. Aluksen hidas ja varovainen lähestyminen tapahtui normaaliin tapaan ja Cygnus oli avaruusaseman vieressä noin klo 13 Suomen aikaa. Aseman robottikäsivartta käyttäneet astronautit Peggy Whitson ja Thomas Pesquet nappasivat sen kiinni klo 13.05. 

Sen jälkeen he siirsivät Cygnuksen kiinni avaruusaseman Unity-moduulin alapuolella olevaan telakointiporttiin.

Astronautit avasivat luukun rahtialuksen sisälle myöhemmin lauantaina ilmatiivitystestauksen ja paineentasauksen jälkeen.

Video: Katso Aalto-2:ta kuljettaneen raketin laukaisu 360°-laseillasi

Muun muassa Aalto-2 -satelliittia kuljettanut Cygnus-avaruusrahtialus laukaistiin matkaan eilen tiistaina onnistuneesti.

Kyseessä oli ensimmäinen kerta, kun Nasa välitti laukaisun virtuaalilaseilla katsottavassa muodossa striimattuna 360°-videona; tämä video on nyt yllä ja tunnelmaan pääsee näin jälkikäteenkin.

Juuri nyt Cygnus kipuaa korkeammalle kiertoradalle ja saapuu lauantaina iltapäivällä Suomen aikaa Kansainvälisen avaruusaseman luokse.

Astronautit Peggy Whitson ja Thomas Pesquet ottavat siitä kiinni aseman robottikäsivarrella klo 13.05 Suomen aikaa – jos kaikki menee suunnitellusti.

Sen jälkeen kaksikko laittaa Cygnuksen avaruusaseman Unity-moduulin kohti Maata (alaspäin) osoittavaan telakointiporttiin.

Alustavien tietojen mukaan Aalto-2:n vapauttaminen omille teilleen avaruuteen saattaa tapahtua vielä eilen kaavailtua pikemmin: suomalaissatelliitti ja muut QB50-parven satelliitit saattavat päästä toimintaan jo toukokuun alussa!