Avainsana-arkisto: avaruus

Satelliittihavainnon kiehtova matka

Satelliittihavaintoihin liittyy monia jännittäviä piirteitä. Monesti esimerkiksi satelliittikuvan äärellä karttapalveluissa ei tule ajatelleeksi, kuinka erikoista loppujen lopuksi on, että voimme katsella omalla ruudullamme avaruudesta otettua hyvälaatuista kuvaa.

Maata kiertävät kaukokartoitussatelliitit ovat satojen kilometrien korkeudessa ja kulkevat siellä huimaa nopeutta suhteessa maanpintaan. Tältä korkeudelta ja näissä nopeuksissa satelliitin tulisi kyetä tietämään mihin havaintoinstrumentti osoittaa. Kuulostaa ehkä yksinkertaiselta, mutta jotta se tiedetään, täytyy satelliitin oma asento ja paikka tietää tarkasti.

Kuva pitää myös saada maanpinnalle. Satelliitit siirtävät havaintonsa Maahan kommunikoimalla maa-asemien kanssa. Tämä tapahtuu silloin, kun satelliitin kiertorata kulkee maa-aseman yli.  Maa-asemia on erilaisia, kuten vaikkapa Sodankylässä sijaitseva kansallinen satelliittidatakeskus, jota operoi Ilmatieteenlaitos. Antennit ovat valtavia ja ne kommunikoivat esimerkiksi Euroopan Avaruusjärjestön (ESA) suurten ja kalliiden satelliittien kanssa. Aalto-yliopistolla on Otaniemessä oma pienempi maa-asema, jolla kommunikoidaan heidän piensatelliittiensa kanssa. Vaasan yliopistolla on rakenteilla oma vastaava maa-asema.

Kuvien korjaukset

Kun satelliittikuva on saatu siirrettyä maanpinnalle, sitä pystytään parantamaan monella tavalla. Näissä korjauksissa kuvaa kohdennetaan ja tiedossa olevia instrumentista tai ilmakehän ilmiöistä johtuvia vääristymiä poistetaan. Kun otetaan ajallisesti pitkä sarja kuvia samasta kohteesta, niissä voi olla esimerkiksi kohdennusvirheitä. Nämä ovat yleensä hyvin pieniä, mutta käyttötarkoituksesta riippuen niillä voi olla merkitystä.

Yksi tapa poistaa kohdennusvirheitä aikasarjassa, tai esimerkiksi yhdistää eri satelliittien kuvia, on visuaalinen kohdentaminen. Sitä voidaan tehdä monella eri tapaa. Perinteinen lähestymistapa on etsiä erilaisilla menetelmillä selkeästi erottuvia piirteitä kuvissa. Nämä erityispiirteet, vaikkapa jokin selkeästi erottuva reuna tai risteys, taas voidaan kuvata matemaattisesti. Matemaattisen kuvauksen avulla voidaan tarkistaa, onko kahdessa kuvassa havaittu piirre sama, vaikka kuvakulma olisi muuttunut. Kahdesta kuvasta löydettyjä samoja piirteitä voidaan sitten käyttää kuvien parempaan kohdentamiseen.

Satelliitin havainnosta omalla ruudulla näkyvään kuvaan on siis pitkä matka. Tämä on vain yksi esimerkki tekniikan aidoista arjen ihmeistä, joiden yksityiskohtia emme osaa enää pysähtyä arvostamaan. Paikannus puhelimessa? Tietokoneet ja tietoverkot? Modernin auton järjestelmät? Ehkäpä arkiympäristömme on niin monimutkainen, ettemme pysty sitä enää yksityiskohtaisesti ymmärtämään.

Paikallinen satelliitti

KvarkenSat-satelliitin suunnittelu on edennyt hienosti Heidi Kuusniemen vetämässä EU-rahoitteisessa hankkeessa. Päävastuun satelliitin suunnittelusta ja rakentamisesta kantavat Luulajan teknillinen yliopisto ja Aalto-yliopisto. Mukana hankkeessa ovat Vaasan alueen kaikki korkeakoulut sekä muutamia kumppaneita Ruotsista.

Lähikuukausien aikana julkaistaan kutkuttavia yksityiskohtia alueemme ensimmäisestä omasta satelliitista. Laukaisun jälkeen tätä piensatelliittia tulee operoimaan Vaasan yliopisto – eikä se jää yliopiston viimeiseksi satelliitiksi.

Antti Kinnunen
Projektitutkija
Vaasan yliopisto

Puheenvuoro on julkaistu Ilkka-Pohjalaisessa 18.10.2021.

Yhä ylemmäs, yhä useammin – ja halvemmalla!

Elon Musk osaa mediapelin. SpaceX:n verkkolähetykset ovat monille tuttuja. Upeita onnistuneita laukaisuja ja välistä vielä upeampia räjähdyksiä, kun prototyyppejä testataan julkisesti. Työ on tuottanut hyviä tuloksia, mikä kuvaa juuri nyt tapahtuvaa kehitystä laajemminkin: hyötykuormia saadaan avaruuteen yhä halvemmalla, nopeammin ja tehokkaammin. Kiertorata on nyt saavutettavampi kuin koskaan.

Viime vuonna YK rekisteröi yli 1 200 laukaistua satelliittia, mikä on yli kaksi kertaa enemmän kuin vuotta aikaisemmin. Osittain selittävänä tekijänä ovat suuret määrät eri yhtiöiden piensatelliitteja. Iso osa liittyy satelliittipohjaisen Internetin tarjoamiseen kaikkialle maailmaan, vaikkapa tunturimökkiin tai laiturin nokkaan saaristossa. Tekniikan kehittyminen luo uusia mahdollisuuksia, joita yhä useampi yritys maailmanlaajuisesti pyrkii hyödyntämään.

Kaukaa kartoittaen

Moni näistä laukaistuista satelliiteista on käyttötarkoitukseltaan perinteisempi. Niiden hyötykuormassa on erilaisia havaintoinstrumentteja, jotka eivät katso ulospäin avaruuteen vaan tarkkailevat Maata. Englanniksi tähän käyttöön viitataan erittäin kuvaavalla termillä ”Earth Observation”, mutta suomeksi puhutaan kaukokartoituksesta.

Kiertoradalla on jo hyvin paljon erilaisia Maata tarkkailevia instrumentteja. Yksi tapa jaotella niitä on jakaa ne aktiivisiin ja passiivisiin. Passiivisten toiminta perustuu johonkin muuhun olemassa olevaan säteilylähteeseen, yleisemmin Aurinkoon. Auringon valo ja muu ilmakehän lävitse suodattuva elektromagneettinen säteily osittain heijastuu maassa sijaitsevista kohteista takaisin kiertoradalla sijaitseviin mittalaitteisiin. Toimintaperiaate on täysin sama kuin normaalilla kameralla, tässä tapauksessa kamera vain sijaitsee kiertoradalla. Näkyvän valon lisäksi voidaan tarkkailla muitakin kiinnostavia aallonpituuksia.

Aktiiviset instrumentit taas tuottavat itse heijastavan energian. Esimerkiksi tutkia on useissa satelliiteissa ja niiden havaintoja eivät pilvet estä. Vaikka tutkat mittaavat vain etäisyyttä, on tekniikan ja erityisesti laskentatehon kehittyessä pystytty kehittämään yhä tarkempia kuvantamistutkia, joiden mittaukset pystytään esittämään ihmissilmänkin ymmärtävänä kuvana. Suomalainen Iceye on alueen uranuurtajia.

Etäisyys tuo mahdollisuuksia

Miksi katsella kaukaa? Johan jo maalaisjärkikin sanoo, että lähempää näkee tarkemmin ja paremmin. Tämä pätee myös kiertoradalta tapahtuvassa havainnoinnissa. Vaikka havaintomateriaali tarkentuu ja paranee jatkuvasti, edut liittyvät vielä enemmän laajojen alueiden ja kokonaisuuksien nopeaan ja edulliseen tarkkailuun. Satelliittihavainnot pystyvät tarjoamaan myös ainutlaatuisen pitkiä aikasarjoja näistä alueista. Niillä on ollut keskeinen merkitys planeettamme ekosysteemien ymmärryksen parantamisessa, mutta yhä enemmän havaintoja voidaan hyödyntää myös paikallisesti.

Vaasan yliopistossa tutkitaan muun muassa näitä hyötyjä ja niiden tuomia paikallisia mahdollisuuksia Kvarken Space Economy -hankkeessa. Hankkeessa, jota vetää professori Heidi Kuusniemi, on laaja kansainvälinen ja poikkitieteellinen osallistujajoukko. Kiinnostaako? Ollaan yhteydessä: kvarkenspacecenter@uwasa.fi!

Antti Kinnunen
Projektitutkija
Vaasan yliopisto

Puheenvuoro on julkaistu Ilkka-Pohjalaisessa 22.3.2021.

Avaruus on arkipäivää

Helposti unohtuu, kuinka tiiviisti avaruusteknologia kuuluu jo arkipäiväämme. Uusiin paikkoihin löytäminen on helpompaa kuin koskaan, eikä eksymistä tarvitse pelätä.  Harvoin ajattelemme kännykän tai navigaattorin paikannussignaalien olevan lähtöisin maapalloa kiertävistä satelliiteista ja että ne ovat juuri millisekunteja sitten matkanneet avaruuden läpi.

Paikannuksen lisäksi satelliitit ovat oleellinen osa kommunikaatiojärjestelmiämme. Holmenkollenin hiihdot, jalkapallon MM-kisat tai vaikkapa formulakisat jäisivät katsomatta, jos TV-signaali ei kiertäisi satelliitin kautta.

Uusia sovellusalueita satelliittiteknologialle kehitetään jatkuvasti. Satelliiteista käsin maapalloa tarkkaillaan tutkilla ja mittalaitteilla. Maa- ja metsätalous, kalastus, luonnonsuojelu, turvallisuus ja palonvalvonta ovat esimerkkejä toimialoista, jotka voivat käyttää vapaasti saatavilla olevaa satelliittiaineistoa uusilla tavoilla.

Perustason teknologiaa

Perinteisten satelliittien rinnalle on syntynyt laaja piensatelliittien tuotanto. Piensatelliitit ovat huomattavasti edeltäjiään halvempia ja nopeammin kehitettyjä. Ne sisältävät teknologiaa, joka on jo kaupallisesti saatavilla.

Suomen ensiaskeleita avaruusmaaksi ovat olleet piensatelliittiteknologia ja vuonna 2017 avaruuteen laukaistu Aalto-yliopiston opiskelijoiden rakentama Aalto-1 -satelliitti. Vuotta myöhemmin laukaistiin ensimmäinen suomalainen kaupallinen piensatelliitti, Reaktor Space Labsin Hello World, sekä myös Suomen itsenäisyyden juhlasatelliitti Suomi 100.

Vaikka piensatelliitit ovat edullisia, pystytään niiden välittämän tiedon ympärille luomaan uutta liiketoimintaa. Esimerkiksi suomalainen Iceye -startup tarjoaa tarkkaa tutkakuvaa erilaisiin tarkoituksiin. Maailmalla näitä kaupallisia esimerkkejä on jo monta, kuten vaikkapa Space X:n Starlink-satelliitit. Ne tarjoavat satelliittien kautta toimivaa internet-yhteyttä maailman joka kolkkaan.

Uudet liiketoimintamallit luovat uusia odottamattomia ongelmia. Astronomit ovat kritisoineet esimerkiksi juuri Starlink-satelliitteja, koska matalalla tiheästi ylilentävät kirkkaat satelliitit estävät tähtitieteellisten havaintojen tekoa. Ensiapuna yritys on luvannut maalata seuraavaksi matkaan lähtevät satelliitit tummemmiksi.

Tieto virtaa

Pohjanmaalla ja Etelä-Pohjanmaalla tietoisuus näistä uusista tekniikan kehitysaskeleista ja niiden mahdollistamista käytännön hyödyistä ei ole vielä laajasti levinnyt. Tätä epäkohtaa pyrimme korjaamaan Kvarken Space Economy -projektin avulla.

Tässä viime syksynä alkaneessa kymmenen suomalaisen ja ruotsalaisen korkeakoulun yhteistyöprojektissa mm. rakennetaan oma satelliitti ja maa-asema, kehitetään paikallista osaamista tämän tiedon hyödyntämisessä, tutkitaan avaruusdataa hyödyntäviä liiketoimintamalleja ja tutkitaan uusia, satelliittidataan pohjautuvia ratkaisuja paikallisiin ongelmiin. Olemme erittäin avoimia kaikenlaiselle yhteistyölle!

Antti Kinnunen
Projektitutkija
Vaasan yliopisto

Juttu on julkaistu Ilkka-Pohjalaisessa 2.3.2020

Satelliittikuva on lainattu Kvarken Space Center -sivuilta.