Aalto-1:n, Sunstormin ja Cluster-nelikon Salsan taivaallinen vaellus päättyi

9.9.2024 klo 14.03, kirjoittaja
Kategoriat: Terveisiä kiertoradalta

Eilen, 8. syyskuuta illalla noin klo 21:47 Suomen aikaa, Cluster-satelliittinelikon ensimmäinen satelliitti putosi Maahan 24 vuotta kestäneen tutkimusrupeaman jälkeen. Kolme muuta Cluster-satelliittia ohjataan alas tuhoutumaan ilmakehässä lähivuosina. Kussakin on mukana oululaista avaruustekniikkaa.

Myös kaksi suomalaissatelliittia putosi alas viime viikolla, mukana myös ensimmäinen kokonaan Suomessa tehty ja virallisesti myös ensimmäinen suomalainen satelliitti, Aalto-1. Sen loppu koitti viikko sitten sunnuntaina. Torstaina oli vuorossa taas toinen suomalaisatelliitti, Sunstorm.

Kerron alla olevalla videolla mistä on kyse, mutta videon pääviesti on myös tässä jutussa luettavassa muodossa – osa meistä kun mieluummin lukee kuin katselee videoita…

Satelliitit puotavat luonnostaan alas

Se, että satelliitit putoavat lopulta alas ja tuhoutuvat ilmakehän kitkakuumennuksessa, on täysin normaalia. Kun satelliitti lähetetään avaruuteen Maata kiertämään, se putoaa vähitellen alaspäin ja radan vajoamisnopeus riippuu ratakorkeudesta, satelliitin koosta ja muun muassa Auringon aktiivisuudeta. Aurinko on hyvin aktiivinen, sen säteily ikään kuin paisuttaa ilmakehän yläosia, jolloin satelliittien radat tulevat alaspäin normaalia nopeammin.

Vielä satojenkin kilometrien korkeudessa on ilmakehän rippeitä: hyvin, hyvin harvaa kaasua, joka saa aikaan ilmanvastusta, joka puolestaan hidastaa satelliittien ratanopeutta ja saa ne putoamaan alaspäin.

Mitä alemmas satelliitti putoaa, sitä enemmän harva kaasu hidastaa ratanopeutta, ja sitä nopeammin satelliitti putoaa. Lopulta ilmakehä haukkaa satelliitin huomaansa, rata kääntyy yhä kiihtyvästi alaspäin ja noin 80 kilometrin korkeudessa satelliitti alaa hajota kitkakuumennuksessa. Tulipätsistä mahdollisesti selviävät osat putoavat lopulta melkein suoraan alas – tosin pienistä satelliiteista ei juurikaan selviä mitään pinnalle saakka, vaan ne tuhoutuvat käytännössä kokonaan ilmakehään iskeytyessään.

Jos tämän kohtalon haluaa välttää, pitää satelliittiin laittaa rakettimoottori, jolla satelliittia sysätään säännöllisen epäsäännöllisesti ylöpäin. Näin se pysyy radallaan.

Cluster-satelliiteissa on rakettimoottorit, joilla niiden hyvin soikeaa rataa on voitu paitsi pitää yllä, niin myös muuttaa. Ja myös ratamuutosten avulla ne pystytään ohjaamaan alas varsin tarkasti haluttuun paikkaan ja haluttuun aikaan.

Jos rakettimoottoria ei ole, kuten ei ollut Aalto-1:sä eikä Sunstormissa, niin alas putoaminen on väistämätöntä. Putoamisen tarkkaa aikaa ja paikkaa niiden tapauksessa ei voi sanoa etukäteen, koska moni asia vaikuttaa putoamisnopeuteen. Esimerkiksi viimeaikainen Auringon korkea aktiivisuus on tehnyt ennustamisesta hieman hankalaa.

Se, että matalalla olevat satelliitit putoavat itsestään alas on oikein hyvä asia. Näin ne eivät jää kiertämään Maata avaruusromuna. Luonto hoitaa ne alas automaattisesti. Pienet satelliitit tuhoutuvat ilmakehän kitkakuumennuksen lämpimässä syleilyssä kokonaan. Ne suhahtavat taivaalla tähdenlentoina, ja höyrystyvät.

Aalto-1 juuri ennen sen laittamista laukaisusovittimen sisälle. Antti Kestilä tarkkailee taustalla. Kuva: Jari Mäkinen

Aalto-1, Suomen ensimmäinen satelliitti

Aalto-1 putosi ja tuhoutui sunnuntain 1.9. kello 12:00 ja maanantain 2.9. kello 6:00 välisenä aikana Suomen aikaa. Siihen ei voitu olla silloin yhteydessä, joten tarkkaa aikaa ja putoamispaikkaa ei tiedetä.

Aalto-1:n tarina on kiinnostava ja opettavainen. Kyseessä on niin sanottu kolmen yksikön cubesat, kooltaan noin 30 x 10 x 10 senttimetriä, ja se tehtiin Aalto-yliopistossa opiskelijaprojektina.

Satelliitti-idean alullepanija ja projektin vetäjä oli Aalto-yliopiston Jaan Praks, nykyisin professori, joka alkoi kerätä opiskelijaryhmää satelliitin tekemistä varten jo 2010.

Vuonna 2011 satelliitti alkoi hahmottua. Suuri osa siitä tehtäisiin itse, vaikka nanosatelliitteihin sai jo tuolloin ostaa osia maailmalta. Tietokone, sähköjärjestelmä ja muut olennaiset osat satelliittia suunniteltiin ja tehtiin itse – olihan tämä opiskelijoiden kouluttamiseen tarkoitettu hanke.

Satelliittiin tulisi kameran lisäksi kaksi tutkimuslaitetta: VTT:n kehittämä uudelainen, pienikokoinen kuvantava spektrometri AaSI, Helsingin ja Turun yliopistojen yhteistyönä syntynyt säteilymittari RADMON sekä Ilmatieteen laitoksen suunnittelema plasmajarru.

Rahoituksen saaminen oli vaikeaa, suomalaissatelliittihankkeelle suoranaisesti naurettiin ja sitä pidettiin typeränä ja tarpeettomana, mutta Jaan jaksoi puskea sitä eteenpäin.

Lisänaurua tuli siitä, että hanke viivästyi. Satelliitti oli tarkoitus alunperin laukaista vuonna 2013 tai 2014, mutta se ei ollut tuolloin vielä valmis.

Mutta vuonna 2016 se oli, ja se esiteltiin julkisuudelle.

Aalto-1:n lentomallin julkinen esittely 2. maaliskuuta 2016. Tiimin käsissä on satelliitin mallikappale, oikea oli pleksilaatikon alla suojassa. Kuva: Jari Mäkinen.

Vielä edellisenä vuonna tarkoitus oli laukaista se matkaan SpaceX:n Falcon 9 -raketilla, mutta kesäkuussa 2015 Falcon 9:n laukaisu epäonnistui ja syyskuussa 2016 toinen raketti räjähti ennen laukaisua tehtävää koekäyttöä valmisteltaessa. Falcon 9 -rakettien laukaisut olivat jäissä pitkän aikaa, joten pienen odottelun jälkeen laukaisu vaihdettiin hollantilaisen laukaisuvälittäjän avulla intialaisrakettiin.

Satelliitti toimitettiin laukaisuvälittäjälle toukokuussa 2016. Olin mukana viemässä satelliittia, ja tunnelma oli tuolloin korkealla: satelliitti asennettiin laatikkoon, laukaisusovittimeen, joka kiinnitettäisiin myöhemmin rakettiin. Sen jälkeen kun luukku satelliitin päällä suljettiin, ei sitä avattaisi ennen kuin avaruudessa. Silloin laatikon pohjassa oleva jousi ponnauttaisi satelliitin avaruuteen.

Viimeinen kuva Aalto-1:stä. Kuva: Jari Mäkinen.

Viimein juhannusaattona 2017 intialainen PSVL-raketti vei Aalto-1:n avaruuteen. Satelliittiin saatiin pian yhteys Otaniemessä olevan maa-aseman kautta. Olennainen osa hanketta oli tuo maa-asema, sillä satelliitin suunnittelun ja tekemisen lisäksi tarkeää oli sen operointi omalla maa-asemalla. Satelliittia ohjattiin siis itse ja sen telemetriaa, kuvia ja mittaustietoja vastaanotettiin Otaniemessä sekä komentoja ylös satelliittiin lähettämällä.

Yhteys oli mahdollinen vain satelliitin ollessa Espoon horistontin yläpuolella radallaan. Ylilentoja oli noin kolme vuorokaudessa. Kunkin aikana yhteys oli mahdollinen 3-7 minuutin ajan.

Ensimmäinen Aalto-1:n ottama kuva. Tieteellisesti kiinnostavimpia olivat kuitenkin satelliitin tekemät säteilymittaukset. Kuva: Aalto-1 -tiimi.

Tärkein Aalto-1:n saavutus oli se, että hanke sysäsi käyntiin hurjan kehityksen Suomen avaruusalalla. Yli 80 opiskelijaa oli mukana satelliittia suunnittelemassa, tekemässä tai operoimassa.

Satelliitti oli myös ensimmäinen satelliitti, joka rekisteröitiin virallisesti suomalaiseksi avaruusesineeksi. Se pakotti Suomen tekemään oman avaruuslain ja avaruusesinerekisterin. Sille myönnettiin Suomessa ensimmäinen satelliitin radiolupa ja käyttölupa.

Jaan Praks kuvattuna työhuoneessaan kesällä 2018. Kuva: Jari Mäkinen.

Projektissa mukana olleet opiskelijat ovat perustaneet yhtiöitä, jotka ovat nyt suomalaisen avaruusteollisuuden tähtiä. ICEYE, Kuva Space, eli alun perin Reaktor Space Lab, Aurora Propulision ja Arctic Astronautics, jonka yksi perustajista olen itse – nämä kaikki saivat alkunsa Aalto-1 -hankkeesta.

Siis iso kiitos ja kumarrus Aalto-1:lle sekä Jaan Praksille, joka puski projektia eteenpäin kaikista vastoinkäymisistä ja epäilyksistä huolimatta. Pienen satelliitin tuhoutuminen ja muuttuminen tähtisumuksi noin viikko sitten oli loppu tärkeälle ajanjaksolle suomalaisessa avaruushistoriassa.

Sunstorm. Kuva: Kuva Space.

Aurinkomonitori Sunstorm

Kkiinnostava oli tuo toinenkin Maajan palannut ja ilmakehässä palanut satelliitti, Sunstorm.

Nimensä mukaisesti satelliitti tehtiin havaitsemaan Auringon purkauksia, ja sen mittalaitteena oli suomalaisen Isaware-yhtiön tekemä aurinkomonitori.

Satelliitti laukaistiin avaruuteen 17 elokuuta 2021 Vega-kantoraketilla Euroopan avaruuslaukaisukeskuksesta, Kourousta. Alas se syyöksyi keskiviikkona, 4. syyskuuta aamupäivällä Suomen aikaa.

Sunstorm pystyi tekemään tärkeitä havaintoja muun muassa helmikuussa 2022, kun yli 40 Starlink-satelliittia tuhoutui aurinkomyrskyn vuoksi heti laukaisunsa jälkeen, ja huhtikuussa 2022, kun toinen voimakas aurinkomyrsky osui Maahan.

Kuva Spacelle Sunstorm oli tärkeä satelliitti siksi, että sen kokemuksin yhtiö pystyi kehittämään seuraavan satelliittinsa, Hyperfield-1:n, joka laukaistiin avaruuteen nyt elokuussa.

Isaware, ja sen apuna oleva konsortio, puolestaan on tekemässä XFM-aurinkomonitoristaan uutta versiota, joka laukaistaan avaruuteen Yhdysvaltain meren- ja ilmastontutkimushallinto NOAAn sääsatelliitissa vuonna 2025.

Piirrokset Cluster-satelliiteista ovat autenttisen 1990-lukuisia. Kuva: ESA.

Aurinkotuulen vaikutuksia havainnut Cluster-satelliittinelikko

Cluster on jännä hanke, jonka tarkoitus oli mitata Maan lähiavaruuden sähkökenttää, magneettikenttää ja varattuja hiukkasia kolmeulotteisesti neljän muodostelmassa lentävän satelliitin avulla. Ideana oli se, että samanlaisia mittauksia tehdään neljässä lähekkäin olevassa paikassa.

Satelliittien välistä etäisyyttä on muutettu useampaan kertaan ja se on vaihdellut 100 ja 5 000 kilometrin välillä. Kun muodostelman kokoa muutetaan, mutta sen muoto pidetään koko ajan samanlaisena, on mahdollista tutkia Maan magnetosfääriä eri mittakaavoissa.

Satelliittien rata oli hyvin soikea, noin 16 000 kilometristä 160 000 kilometriin, jolloin ne saattoivat joka kierroksellaan tehdä mittauksia myös eri etäisyyksillä maapallosta.

Päätarkoitus oli selvittää sitä, miten Aurinko vaikuttaa aurinkotuulellaan ja säteilyllään Maahan, maapallon lähiavaruuteen ja avaruussääilmiöiden syntymiseen.

Aivan alun perin kaikki neljä satelliittia laukaistiin matkaan Ariane 5:n ensilennolla vuonna 1996. Tuo laukaisu kuitenkin epäonnistui, ja satelliitit tuhoutuivat.

Hyvin pian satelliitit päätettiin tehdä uudelleen, pääosin jo tuolloin valmiina olleista varaosista. Ne laukaistiin matkaan kaksi satelliittia kerrallaan heinä- ja elokuussa 2000.

Lennon pituudeksi tuolloin suunniteltiin kahta vuotta, sillä ajateltiin, että tuossa ajassa satelliitit ehtisivät tuottaa tarpeeksi tietoa. Satelliitit kuitenkin toimivat hyvin, ne tuottivat kiinnostavia havaintoja, ja tutkijaryhmä onnistui saamaan kerta toisensa jälkeen lisärahoitusta lennon jatkamiseen, joten kahdesta vuodesta tuli lopulta 24 vuotta.

Nyt polttoaine alkaa olla lopussa ja aurinkopaneelien teho on heikentynyt niin, että jatko ei ole enää mahdollinen. Siksi kaikki neljä satelliittia ohjataan alas yksi kerrallaan.

Ensimmäisenä alas tuli Cluster-satelliitti numero 2. Muut ohjataan alas vuosina 2025 ja 2026.

Kullakin satelliitilla on nimensä: nyt tuhoutunut satelliitti oli Salsa. Satelliitit nimettiin tanssien mukaan, koska ne ikään kuin tanssivat siellä avaruudessa aurinkotuulen tahdissa. Tanssiaan jatkavat vielä Tango, Rumba ja Samba.

Satelliitit siis ohjataan hallitusti alas, ja tämä on ainutlaatuinen tapaus, koska tällaisella hyvin soikealla radalla olevia satelliitteja ei ole koskaan ohjattu törmäämään ilmakehään tiettyyn aikaan tietyssä paikassa.

Euroopan avaruusoperaatiokeskuksessa ESOCissa oleva lennonjohto on onnistunut tässä, vaikka satelliitit eivät ole tehneet sitä helpoksi. Niiden aurinkopaneelit tuottavat niin vähän enää virtaa, että aina ollessaan ratansa Maata lähimmissä osissa ne sammuvat tai ovat vähällä sammua, vaikka niiden kaikki muut kuin keskustietokone ja radiovastaanotit on sammutettu. Mutta koska ne on ohjattu käynnistymään automaattisesti sammumisen jälkeen, on ne saatu aina taas linjoille, joskin tähän menee aika ylimääräistä aikaa.

Kussakin Cluster-satelliitissa on Suomessa, Oulun yliopistossa tehdyt kaksi instrumenttia: sähkökenttää mittaava EFW ja RAPID-hiukkastutkimuslaite. Suomalaistutkijat ovat olleet mukana myös analysoimassa havaintoja ja niitä käytetään vielä pitkään tutkimuksessa, joka koskee Maan lähiavaruuden olosuhteita ja avaruussäätä.

Havaintojoukko matkalla Pääsiäissaarille. Kuva: FalconAir.

Jännää tässä maahanpaluussa nyt illalla oli myös se, että sitä oltiin havaitsemassa paikan päällä Pääsiäissaarten luona. Tuo kolkka maapallosta on hyvin harvaan asuttu, siellä on oikeastaan vain merta, joten se sopii hyvin satelliittien tuhoamiseen.

Tästä noin 600-kiloisesta satelliittista tuskin selviää juuri mitään pinnalle saakka, mutta kun ja jos sen tuhoutumista voidaan seurata, kuvata ja mitata, niin tämä auttaa ymmärtämään paremmin sitä, miten satelliitit tuhoutuvat ilmakehään osuessaa. Yleisesti ottaen tiedetään, että ne alkavat kuumentua hyvin pian noin 80 kilometrin korkeudessa ja tuhoutuvat pian sen jälkeen kitkakuumennuksen tulipätsissä.

Mutta kaikki tarkemmat tiedot ovat tervetulleita. Siksi Euroopan avaruusjärjestö lähetti paikalle kameroilla ja mittalaitteilla lastatun lentokoneen, ja toivottavasti he saivat hyvän saaliin.

Lisään kuvia tähän juttuun, kun niitä on saatavilla.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *