Sentinel-2

Kopernikuksen uusin aisti: Sentinel-2

Siinä se on, hieman yli tonnin painoinen, kullanhohtoisella lämpötilavaihteluita ja mikrometeoreja vastaan suojaavalla pinnoitteella päällystetty satelliitti kököttämässä telineessään puhdastilan seinämällä.

Olemme IABG-yhtiön avaruuslaitteiden testikeskuksessa Ottobrunnissa, Münchenin eteläpuolella olevassa ilmailu- ja avaruusteollisuuden keskittymässä.

Euroopan avaruusjärjestö ESA, Euroopan unioni, Airbus Defence & Space ja IABG esittelivät tänään toimittajille ja tutkijoille tätä eurooppalaisen Kopernikus-järjestelmän tuoreinta tulokasta.   Suunnitelman mukaan se saa seurakseen ensi vuonna toisen samanlaisen satelliitin, jotka kumpikin toimisivat ainakin seitsemän vuotta avaruudessa – mutta koska satelliitit yleensä toimivat paljon laskettua pitempään, laitetaan näihin mukaan polttoainetta saman tien 12 vuoden toimintaa varten.

Satelliittien tekemiseen osallistuu 42 yhtiötä 17 eri maasta, ja  jossain sen sisällä on myös teksti “Made in Finland”. Lisäksi suomalainen tietotaito on ollut tekemässä sen havaintolaitteista  parhaita alallaan.

Mutta tästä enemmän hieman myöhemmin, nyt mennään takaisin puhdastilaan.

Maata katsova avaruusteleskooppi

Sentinel-2 näyttää kovin pieneltä, ja se onkin suhteellisesti ottaen pienikokoinen: kolme ja puoli metriä pitkä ja vajaat puolitoista metriä leveä laatikko. Aurinkopaneelinsa kanssa avaruudessa se on luonnollisesti suurempi, sillä satelliitin sivusta avaruudessa ulospäin sojottava paneeli on kooltaan hieman suurempi kuin satelliitti itse.

Sen tärkein hyötykuorma on monikanavakamera, joka kuvaa allaan olevaa 290 km leveää kaistaletta maapallon pinnalla kaikkiaan 13 eri sähkömagneettisen spektrin kanavalla. Kameran kuvaustarkkuus on 10 metriä neljällä näkyvän valon alueella oleva kaistalla ja yhdellä lähi-infrapunakaistalla, ja 20 m kuudella punaisen alueella olevalla sekä lähellä mikroaaltoja olevalla infrapunakaistalla. Kaikkiaan kameralaitteisto kattaa aallonpituusalueet 443 nanometristä 2190 nanometriin.

Yhdistämällä eri aallonpituusalueilla tehtyjä havaintoja voidaan saada paljon tietoa Maan pinnasta, jäätiköistä ja meristä. Omimmillaan satelliitti on maankäytön kartoittamisessa ja onnettomuustilanteissa nopean tilannetiedon saamisessa.

Kopernikus: paljon vapaata ja hyvää dataa maapallosta

“Saako tästä ottaa kuvia”, hän kyselee Kopernikus-hankkeesta EU:ssa vastaava Reinhard Schulte-Braucks (yllä olevassa kuvassa vasemmalla) lähemmäksi satelliittia astellessaan ja saa huvittuneen vastauksen: “No, sehän on teidän satelliittinne, joten jos annatte luvan, niin sitten saa.”

Ja niin otamme kuvia satelliitista, jota voisi pitää myös eräänlaisena tiedustelusatelliittina. Kopernikuksen tavoitteenahan on rakentaa Euroopalle kyky saada muista riippumattomasti kuvia ja muuta havaintotietoa kaikkialta maailmassa.

Pääpaino on tutkijoille menevissä havainnoissa, maankäytön ja ympäristön tarkkailussa, avustamisesta onnettomuustilanteissa ja  esimerkiksi talvimerenkulun avustamisessa, mutta satelliitti näkee yhtä lailla myös pakolaislauttoja Välimerellä ja sotajoukkoja Ukrainassa. Avaruudesta tehtävillä tarkoilla havainnoila myös merkittävää turvallisuuspoliittista merkistystä, ja Kopernikuksella on osansa myös siinä.

Silti Kopernikus on ennen kaikkea siviilihanke, ja niinpä sen käytännön toteuttamisesta vastaavat Euroopan avaruusjärjestö sekä Euroopan ympäristövirasto European Environment Agency (EEA). 

Käytännössä kaikki havainnot ovat myös vapaasti kaikkien saatavissa. 

“Tavoitteenamme on tukea näin arkisia sovelluksia, jotka käyttäisivät satelliittien keräämää tietoa jokapäiväisessä elämässämme samaan tapaan kuin jo nyt satelliittinavigointi ja tietoliikenne ovat niin olennainen osa elämäämme, ettemme näitä edes miellä enää avaruuslaitteiksi”, selittää Schulte-Braucks.

“Merkittävää tiedon ilmaisuuden ja saatavuuden lisäksi on se, että Kopernikus tuottaa tietoa jatkuvalla syötöllä ja tuo tieto on korkealaatuista. Takaamme, että vertailukelpoista, hyvää tietoa on saatavissa pitälle 2030-luvulle saakka.”

Schulte-Braucksin mukaan jo nyt Kopernikus-tietokannassa on 352TB edestä havaintoja, jotka on saatu viime vuoden keväällä laukaistusta Sentinel-1 -tutkasatelliitista.

Sentinel-1:n valtti on siis kyky tehdä havaintojaan pilvien läpi. Sentinel-2 täydentää sitä tutkakuvia optisen alueen näkökyvyllä.

Schulte-Braucksin mukaan EU on varannut hankkeeseen 4,3 miljardia euroa vuosina 2014-2020 käytettäväksi.

“Juttelin juuri pari viikkoa sitten amerikkalaisten kollegojeni kanssa, ja he ihmettelivät miten tiedämme jo nyt mikä on budjettimme vuosien päästä. He kun eivät tiedä edes sitä, kuinka paljon heillä on käytössä ensi vuonna. Tämä pitkäjänteisyys on eräs Euroopan vahvuuksista.”

Schulte-Braucks mainitsee myös sen, että satelliittihavainnoilla pystyttiin auttamaan ebola-epidemian saamista hallintaan Afrikassa. 

“Öljypalmuissa asuvat hedelmälepakot ovat olleet eräs tehokkaimmista taudin välittäjistä, joten pystyimme paikantamaan epidemia-alueelta kriittisimpiä öljypalmualueita ja keskittämään valistusta ja hoitoja näille alueille.”

Tästä EU-virkamies ei sano mitaan, mutta Kopernikus on myös erinomainen väline eurooppalaisten tarkkailuun: EU pystyy pian tarkistamaan kätevästi myös esimerkiksi sen, kasvaako suomalaisviljelijän pellolla perunaa tai espanjalaisfarmarin tiluksilla oliivipuita, kuten he ovat ilmoittaneet. Mielestäni tämä on kuitenkin hyvää valvontaa.

Metsähavainnot ovat suomalaista osaamista

Satelliitin tekemisestä vastanneen Airbus Defence & Space -yhtiön projektivastaavat mainitsevat, että Sentinel-2 on erityisen hyvä metsien ja kasvillisuuden havaitsemissa. Ja että tässä suomalaiset ovat olleet tärkeässä osassa.

“Sentinel-2 on unelmalaite metsien kartoitukseen ja seurantaan”, vahvistaa VTT:n tutkimusprofessori Tuomas Häme puhelimitse Suomesta. 

“Sillä on riittävä erotuskyky esimerkiksi kuntatason kartoitukseen ja seurantaan myös metsätilojen tasolla, sen kuvat ovat suuria, se tuottaa jatkuvasti tasalaatuista tietoa ja voi kuvata samaa paikkaa vähintään parin päivän välein. Sen kamerassa on runsaasti aallonpituuskanavia ja suomalaisittäin on tärkeää se, että kameran ilmaisin on hyvin herkkä. Tämä on tärkeää tummia havumetsiä kuvattaessa.”

VTT johti Sentinel-2:n metsäsovellusten ominaisuuksien määrittelyä 13 vuotta sitten päättyneessä ESAn rahoittamssa TESEO-hankkeessa. Sentinel-2 toteuttaa raporttin suositukset lähes sellaisinaan.

Tällä hetkellä VTT koordinoi Hämeen johtolla EU:n seitsemänteen puiteohjelmaan liittyvää hanketta nimeltä North State, jossa kehitetään uusia menetelmiä pohjoisen havumetsävyöhykkeen hiili- ja vesitaseen arviointiin. Kehitettävien menetelmien keskeisin aineisto on Sentinel-2:sta. 

“Toistaiseksi harjoittelemme toimintaa mm. amerikkalaisen Landsat-satelliittien aineistolla, jota tuetaan Sentinel-1:n havainnoilla. Hankkeessa on Suomesta mukana mm. Helsingin Yliopisto ja Simosol Oy. Aineiston hyödyntäjiä löytyy jatkossa esimerkiksi valtion sektorilaitoksista, kuten Luonnonvarakeskus, Suomen ympäristökeskus ja Ilmatieteen laitos.”

Häme uskoo, että myös käytännön metsätalous tulee mukaan, mutta voi olla, että ne ostavat valmiita satelliittidatasta jalostettuja tuotteita palveluyrityksistä. Jo nyt useat konsulttiyritykset tuottavat tällaisia tietotuotteita. 

Suomen lisäksi metsänkartoitusta tehdään VTT:llä myös muille maille EEA:n tilauksesta ns. GIO-hankkeessa (GMES Initial Operations). 

Hankkeen puitteissa suomalaiset ovat jo viimeistelemässä  kartoitusta Baltian maiden ja Islannin metsistä; työssä on käytetty luonnollisesti jo olemassa olevaa aineistoa, mutta Sentinel-2:n havainnot tulevat täydentämään sitä. 

Maankamaran lisäksi satelliitit näkevät hyvin meriä ja niiden pinnalla olevaa jäätä tai leväkukintoja. Jo nyt talvimerenkulku hyötyy olennaisesti satelliittien avulla tehtävistä jääkartoista, ja Sentinelien avulla näistäkin saadaan parempia.

Jo olemassa olevia tuloksia voi katsoa mm. EEA:n Urban Atlas -palvelussa.

Taivaalle kesäkuussa

Sentinel-2 on juuri käynyt läpi kaikki testit, joilla varmistettiin että se kestää niin laukaisun kuin avaruudenkin olosuhteet. Tiistaisen tilaisuuden jälkeen satelliittiin kiinnitetään viimeisiä osia, sitä testataan edelleen ja sitten se pakataan kuljetusta varten. Näillä näkymin suuri Antonov-rahtikone kyytii sen huhtikuun 19. päivänä Saksasta Kouroun laukaisukeskukseen.

Satelliitissa on myös suomalaista tekniikkaa: nykyisin osana sveitsiläistä RUAG-yhtiötä oleva entinen Patrian avaruuselektroniikkaosasto teki satelliittiin sen tietokonelaitteiston, joka avustaa satelliitin päätietokonetta monissa pääasiassa asennonsäätöön liittyvissä tehtävissä. Lisäksi se kantaa päävastuun mm. aurinkopaneelien avaamisesta heti avaruuteen pääsemisensä jälkeen. 

Näin tapahtuu toivottavaasti 12. päivä kesäkuuta, jolloin Vega-kantoraketti kuljettaa sen Maan napojen kautta kulkevalle radalleen 786 kilometrin korkeudessa.

Kun se aloittaa rutiininomaiset havaintonsa noin kolmen kuukauden testauksen ja kalibroinnin jälkeen, se lähettää Maahan noin 1,6 teratavua tietoa vuorokaudessa. Sitä välitetään alas paitsi nopealla radiolinkillä, niin myös laseryhteydellä. Satelliitin hallinta tapahtuu Ruotsissa, Kiirunassa olevan maa-aseman kautta – mutta lennonjohto voi olla rauhassa, sillä Sentinel-2 on tehty hyvin omatoimiseksi ja se tietää aina etukäteen parin viikon toimet.

Erikoistapauksissa tosin se voidaan komentaa katsomaan nopeastikin hieman sivulle normaalista alaspäin kohdennetusta suunnasta. Näin havaintoja esimerkiksi luonnononnettomuuspaikoista voidaan saada parhaimmillaan tuntien sisällä niiden tapahduttua. Havaintotarkkuus sivulle katsottaessa on luonnollisesti hieman huonompi kuin suoraan alasuuntaan otettavissa kuvissa.

Toinen samanlainen Sentinel-2 laukaistaan matkaan ensi vuoden kesällä, jolloin ne voivat toimia avaruudessa parina. Kun käytössä on kaksi samaa tehtävää tekevää satelliittia, saadaan samalta alueelta kuvia vähintään joka toinen päivä. Kaksikon korvaava uusi kahden Sentinel-2:n sarja laukaistaan matkaa 2020-luvun alussa, mutta todennäköisesti niiden laitteistoja tullaan parantamaan nykyisistä.

Samoin Sentinel-1 -tutkasatelliitteja on tilauksessa neljä, ja 1A saa seurakseen 1B:n vielä tänä vuonna.

Sentinel-1:n ja Sentinel-2:n lisäksi tulee koko joukko muita satelliitteja.

Sentinel-3 on meritutkimussatelliitti, joka havaitsee meren pinnan korkeutta ja lämpötilaa sekä mittaa meressä olevan klorofyllin määrää yksinkertaisesti katsomalla minkä värinen meren pinta on. Klorofyllilaite toimii myös maanpäällisen kasvuston sondaamisessa. 

Sentinel-4 ja Sentinel-5 eivät ole satelliitteja, vaan sääsatelliittien kyytiin laitettavia, ilmakehää ja sen kaasuja mittaavia tutkimuslaitteita. Sentinel-5 on edistyksellinen otsonimittari, jonka periaatetta tutkitaan erillisellä Sentinel 5 Precursor -satelliitilla. Yksi sen tulevista käyttäjistä on Ilmatieteen laitos.

Sentinel-6 on puolestaan erittäin tarkka korkeusmittari, jonka tehtävänä on tutkia maanpinnan, merten ja jäätiköiden korkeuseroja.

Mutta nyt tärkeintä on saada tämä – tyypilliseen avaruustapaan myöhässä oleva – ensimmäinen Sentinel-2 turvallisesti taivaalle.


Juttuja samasta aiheesta