Sentinel | Tiedetuubi

Toimitus

Suomalainen satelliittien ottamien kuvien käsittelyyn erikoistunut yhtiö Satellio heittää ison vaihteen päälle: he julkistivat eilen maailmanlaajuisesti ainutlaatuisen, koko ajan päivittyvän maailmanlaajuiden kaukokartoituskuvien selaimen ja brändäävät itsensä Terramonitoriksi sen mukaisesti.

Terramonitor, eli yhtiö, joka aiemmin tunnettiin nimellä Satellio, on erikoistunut käsittelemään satelliittien ottamia kuvia maan pinnasta. Suurin osa kuvista tulee Euroopan komission ja Euroopan avaruusjärjestön Copernicus-järjestelmään kuuluvasta Sentinel 2 -satelliiteista, joita on kiertoradalla jo kaksi ja jotka kuvaavat Maan pintaa monilla eri aallonpituuksilla. Kuvien avulla voidaan optimoida metsänkäyttöä, parantaa kaupunkisuunnittelua ja jopa löytää hyviä marjapaikkoja – sekä paljon muuta.

Aiemmin yhtiö on tehnyt kuvien käsittelyä tilauksesta sopimuskumppaneilleen, mutta nyt se julkisti portaalin, joka hyödyntää tekoälyä ja missä on noin 100 miljoonaa satelliittikuvaa vuosien varrelta. Kuvia tulee koko ajan lisää, joten tämä globaali kuvasto päivittyy jatkuvasti.

Copernicus-järjestelmän satelliittien ottamat tiedot ovat kaikkien käytettävissä, mutta Terramonitor tekee kuvien etsimisestä ja hyödyntämisestä helppoa. Palvelu on erittäin hyödyllinen muun muassa suomalaisittain tärkeälle metsäteollisuudelle, maataloudelle, kaupunkisuunnittelulle ja ympäristötutkimukselle.

Kaukokartoituskuvissahan olennaista on niiden käsittely: pelkkä kuva kertoo harvoin mitään tärkeää sellaisenaan, vaan siitä pitää saada tieto tiristettyä irti. Erilaisin kuvankäsittelykeinoin ja eri aallonpituuksia yhdistellen voi asiantuntija löytää kuvista silmin näkymättömiä piirteitä tai paljastaa joitain yksittäisiä asioita, kuten esimerkiksi tietyt puulajit tai kuivuudesta kärsivät alueet.

Kun aikaisemmin kaukokartoitustuotteiden hankkiminen oli kallista, koska kuvien käsittelyyn tarvittiin runsaasti aikaa ja asiantuntija kuvia käsittelemässä, luottaa Terramonitor tekoälyyn. Sen avulla Terramonitor pudottaa hintatason niin alhaiseksi, että kuka tahansa voi käyttää sitä hyväkseen. Tutkijat voivat käyttää sitä ilmaislisenssillä ja kuvia pääsee katselemaan sekä hieman zoomailemaan myös ilmaiseksi.

Palvelu toimii nettiselaimen avulla, mutta se voidaan integroida myös osaksi olemassa olevia, eri aloilla käytettäviä tietosysteemeitä.

Satelliittikuva Varsovasta Terramonitorin käsittelemä (oik) ja ilman käsittelyä (vas).

Kiinnostavaa Terramonitorissa on myös sen ajallinen ulottuvuus. Koska Sentinelien ottamia kuvia on jo useiden vuosien varrelta, pystytään niistä näkemään nopeasti muutoksia ja kehityssuuntia.

Kumppanina yhtiöllä on Euroopan avaruusjärjestön Business Applications -toimisto, joka luonnollisesti toivoo sitä, että Terramonitor voi osaltaan olla auttamassa uusia kaukokartoitusta käyttäviä sovelluksia ja palveluita pääsemään alkuun.

Ei ihme, että Terramonitorin toimitusjohtaja ja toinen perustaja Joni Norppa on iloinen: "Saa nähdä, mitä tästä kehittyy tulevaisuudessa. Olemme näin aloittamassa avaruudesta saatujen tietojen demokratisoinnin."

Juttu perustuu Terramonitorin lähettämään tiedotteeseen.

Juttua on korjattu 29.6.: Palvelua ilmaiseksi käytettäessä kaikki toiminnat eivät ole saatavilla, eli alkuperäinen teksti antoi väärän kuvan ilmaislisenssin kattavuudesta. Ihan mökkitasolle siis kuvia ei pääse katsomaan. Lisäksi materiaalissa on toistaiseksi mukana vain optisen alueen kuvia, ei Sentinel-1 -satelliittien tutkakuvia.

Jari Mäkinen

Eteläisellä Tyynellä valtamerellä, aivan Chilen rannikolla on jo maaliskuusta alkaen ollut runsaasti sinilevää. Nyt kukinto on voimistunut ja myrkyllinen levä tappaa massoittain kaloja meressä ja ennen kaikkea kasvatusaltaissa, joista kalat eivät pääse pakoon.

Syynä leväkukintaan on normaalia voimakkaampi El Niño -ilmiö, joka muuttaa merivirtoja Tyynellämerellä.

Keskimäärin neljän vuoden välein tapahtuva säähäiriö saa aikaan sen, että Ilmanpaine nousee Tyynenmeren länsiosassa, pasaatituulet laantuvat, ja siitä seuraa meren pintaveden lämpeneminen Tyynenmeren itäosassa päiväntasaajan tienoilla. Tämä vaikuttaa noin vuoden-puolentoista ajan Etelä-Amerikan, Kaakkois-Aasian ja muiden tropiikin lähialueiden säähän.

Vaikutukset ovat hyvinkin suuria maanviljelykseen ja kalastukseen, ja nykyisin Chilen ollessa maailman toiseksi suurin kasvatetun merilohen tuottaja, kärsii maan lohentuotanto suuresti. Nyt käynnissä olevan leväkukinnan arvellaan tappaneen tähän mennessä jo 15 % maan lohista – siis noin 23 miljoonaa kalaa.

El Niño ei ole ainoa syyllinen leväkukintaan, vaan myös ilmastonmuutoksen aiheuttamat makean ja suolaisen veden kierron muutokset, vedenpuhdistuslaitosten vajaatoiminta, lannoitteiden käyttö ja maanviljelyksen meriin laskemat orgaaniset jätteet vaikuttavat tilanteeseen. Osasyyllisiä ovat myös paljon antibiootteja ja ravinteita käyttävät kalafarmarit.

Levät pitävät ravinnerikkaasta, lämpimästä vedestä ja alkavat oikeissa olosuhteissa lisääntyä massiivisesti. Tuloksena on silloin massiivinen leväkukinta, joka jo massallaan saa aikaan sen, että kalat tukehtuvat. Lisäksi levät tuottavat myrkkyjä, jotka tappavat kaloja.

Leväkukinnat näkyvät erittäin hyvin Maata kiertävien kaukokartoitussatelliittien kuvissa, ja ainoastaan avaruudesta voidaan tehdä kattavia havaintoja kukintojen laajuudesta, kehittymisestä ja vakavuudesta.

Otsikkona oleva Sentinel 2-satelliitin ottama kuva julkistettiin maanantaina Prahassa alkaneessa ja koko tämän viikon jatkuvassa, maailman suurimmassa maapallon tilaa avaruudesta katsottuna käsittelevässä kokouksessa, Living Planet -symposiumissa.

Tiedetuubi julkaisee lähipäivinä koko joukon juttuja kokouksesta.

Jari Mäkinen

Päivitys lauantaina klo 22: Laukaisua on siirretty uudelleen sääolojen vuoksi. Laukaisuaika on nyt sunnuntain ja maanatain välisenä yönä klo 00:02:13 Suomen aikaa.

Jos sää sallii, laukaistaan eurooppalaisen Copernicus-järjestelmän tuorein satelliitti Sentinel-1B ensi yönä avaruuteen Ranskan Guyanasta kaksi minuuttia jälkeen puolenyön Suomen aikaa. Sen mukana taivaalle matkaa neljä muuta satelliittia, joista kolme on pieniä nanosatelliitteja ja yksi jääkaapin kokoinen tutkimuslaite, jonka tehtävänä on mitata miten kappaleet leijuvat painottomuudessa.

Laukaisu oli tarkoitus tehdä jo viime yönä, mutta sääolosuhteet Kouroun avaruuskeskuksessa ja ennen kaikkea tuulet raketin reitillä yläilmakehässä eivät olleet suotuisia, joten kantoriaketin tankkaustakaan ei päätetty aloittaa. Samalla raketti ja satelliitit asetettiin odottamaan uutta yritystä vuorokautta myöhemmin, siis ensi yönä klo 00:02:13 Suomen aikaa.

Jo 14. eurooppalainen Sojuz-lento

Lennon päähyötykuormana on Sentinel-1B -tutkasatelliitti, mutta koska Sojuz kykenee kuljettamaan avaruuteen painavammankin lastin ja raketissa oli tilaakin lisämatkustajille, on mukana koko joukko pienempiä satelliitteja erityiseen kimppakyytiadapteriin liitettyinä: ranskalainen Microscope matkaa Sentinelin alla ja kolme cubesatia omassa lähetystelineessään sivulla.

Mukana piti olla myös norjalainen NORSAT-1, mutta se jouduttiin jättämään harmittavasti matkasta jo satelliitin oltua valmiina raketiin asennettavaksi. Telinettä, josta norjalaissatelliitti piti singota avaruuteen, oli modifioitu maaliskuussa, mutta simulaatiot sen kestävyydestä eivät valmistuneet ajoissa. Vaikka teline olisi erittäin todennäköisesti kestänyt, ei laukaisusta vastaava Arianespace halunnut ottaa riksiä. Tämä tiukkuus on eräs syy siihen, miksi yhtiön laukaisut ovat sujuneet niin luotettavasti ja ongelmitta.

Vaikka Arianespace onkin vastuussa laukaisusta, on Sojuz-kantoraketin kokoaminen, lentokuntoon saattamisen ja laukaisu Kouroussa käytännössä kokonaan venäläisten vastuulla. Sitä varten laukaisun aikaan paikalla on yli 200 henkilöä, jotka valmistelevat raketin ja hoitavat sen taivaalle.

Lähtövalmistelut sujuvat tropiikin keskellä täsmälleen samaan tapaan kuin esimerkiksi Baikonurissa, paitsi että Kouroun tilat ovat modernimpia ja hyötykuorma asennetaan raketin nokkaan vasta laukaisualustalla kantoraketin ollessa jo siellä pystyasennossa. Raketti kuljetetaan rautatietä pitkin kokoonpanohallista laukaisualustalle vaakatasossa ja nostetaan vasta siellä pystyyn.

Tämä menettely, sekä rakettia suojaava umpinainen, laukaisun aikaan sivulle rullattava suojahalli ovat osoitautuneet niin hyviksi, että Venäjän uudessa laukaisukeskuksessa Vostoshnissa käytetään samaa systeemiä.

Nyt illalla tehtävän laukaisun, numeroltaan VS14, raketti kuljetettiin laukaisupaikalle tiistaina 19. huhtikuuta, ja valmiiksi jo nokkakartion sisälle asennetut satelliitit liitettiin sen nokkaan keskiviikkona.

Viime päivinä raketin ja sen satelliittien toimintakuntoisuus on varmistettu useaan kertaan, minkä lisäksi laukaisua sekä satelliittien ensi toimia avaruudessa on harjoiteltu niin Kouroussa kuin Euroopan puolellakin.

Kurkistus Sojuzin nokkakartion sisään: päällimmäisenä Sentinel-1B ja sen alla espanjalaisvalmisteinen ASAP-S -sovitusosa, jonka sisällä on Microscope ja mikrosatelliitit reunalla olevassa P-POD -räkissä (joka tosin ei näy kuvassa).

Copernicuksen toinen tutkasatelliitti

Copernicus on Euroopan komission kunnianhimoinen hanke, jonka tarkoituksena on tuottaa jatkuvasti tarkkaa kaukokartoitustietoa kaikkialta maailmasta. Siihen kuuluu koko joukko erilaisia satelliitteja ja mittalaitteita, joilla voidaan tehdä erilaisia havaintoja maapallosta, sen meristä, mantereista sekä ilmakehästä.

Euroopan avaruusjärjestö ESA vastaa satelliittien tekemisestä ja laukaisemisesta, kun taas Euroopan ympäristötoimisto EEA sekä jäsenmaat hoitavat havaintojen käsittelyn sekä hallinnan.

Tärkeimmät osat sitä ovat tutkasatelliitit Sentinel-1, optisen alueen Sentinel-2:t ja ennen kaikkea lämpötilaa havaitsevat Sentinel-3:t. Yksi kappale näitä jokaisia on jo Maata kiertämässä, mutta tarkoituksena on lähettää kutakin kaksi kappaletta, jotta havaintoja voidaan tehdä nopeammin ja tehokkaammin.

Sentinel-1B on ensimmäinen näistä tuplakappaleista. Se asetetaan samalle radalle kaksi vuotta sitten laukaistun Sentinel-1A:n kanssa, mutta siten, että se on koko ajan täsmälleen vastakkaisella puolella maapalloa. Näin ne pystyvät tekemään havaintoja yhdessä kaksi kertaa nopeammin kuin yksin, ja toisen ollessa mukana toiminnassa saadaan koko maapallon pinta periaatteessa kartoitettua puolessatoista vuorokaudessa.

Käytännössä tosin satelliiteille haetaan ratansa alta koko ajan kiinnostavia kohteita, joita ne havaitsevat jatkuvan tutkakartoituksen sijaan.

Mukana satelliitissa on myös suomalaistekniikkaa: forssalainen DA-Design Oy on toimittanut Sentinel-1 -satelliitteihin neljä olennaista elektroniikka- ja antennialijärjestelmää.

Pikkusatelliitti ja kaksi testimassaa

Ranskan avaruustutkimuskeskuksen CNESin 300-kiloinen Microscope mittaa kiertoradalla ollessaan periaatteessa samaa asiaa kuin Galileo Galilei 1600-luvulla pudotellessaan kappaleita Pisan tornista. Siis sitä vaikuttaako painovoima samalla tavalla eri massaisiin kappaleisiin.

Ellei ilmanvastusta oteta huomioon, putoaisi höyhen yhtä nopeasti tornista alas kuin usean kilon massainen käsipaino.

Albert Einstein nimitti asiaa ekvivalenssiperiaatteeksi, ja hänen tulkintansa mukaan kyse on siitä, että painovoiman aiheuttama voima ja kiihtyvyyden seurauksena tunnettu voima on sama; siis kappaleiden inertia- ja gravitaatiomassat ovat samat.

Asia on aivan fysiikan perusasioiden ytimessä, joten sitä on tutkittu hyvinkin tarkasti. Nykykäsityksen mukaan periaate on voimassa vielä muutaman triljoonasosan tarkkuudessakin, mutta Microscopen toivotaan pystyvän parantamaan tarkkuutta jopa satakertaiseksi.

Satelliitin sisällä on kaksi kappaletta, yksi titaanista ja toinen platina-rodiumseoksesta tehty, ovat vapaassa pudotusliikkeessä. Siis ne ovat vapaina, irrallaan satelliitin keskellä olevassa kammiossa, missä niiden tarkkaa käyttäytymistä voidaan mitata. Periaatteessa koejärjestely on suojattu mahdollisimman hyvin maapallon aiheuttamilta häiriöiltä.

Painovoiman pitäisi vaikuttaa kappaleisiin samalla tavalla, eli niiden pitäisi olla satelliitin mukana yhtäläisessä vapaassa pudotusliikkeessä. Jos näin ei ole, niin fyysikoille tulee töitä.

Tyypilliseen tiedesatelliittitapaan on nimi Microscope lyhenne, joka tällä kertaa tulee ranskankielisistä sanoista Micro-Satellite à traînée Compensée pour l’Observation du Principe d’Equivalence, eli "ekvivalenssiperiaatteen havaitsemiseen tarkoitettu kompensoitu mikrosatelliitti".

Kolme kuutiota

Lisäksi Sojuz kuljettaa avaruuteen kolme opiskelijavoimin tehtyä cubesat-luokan satelliittia. Ne ovat kooltaan vain 10 x 10 x 11 cm, ja niitä on tehty ja testattu usean vuoden ajan samaan tapaan kuin suurempia satelliitteja ESAn yliopisto-opetusta tukevan Fly Your Satellite! -ohjelman puitteissa.

OUFTI-1 on belgialaisen Liègen yliopiston tekemä satelliitti, jonka tehtävänä on testata avaruudessa uudenlaista radioamatöörien käyttämällä taajuudella toimivaa tietoliikennejärjetelmää.

Italialainen, Torinon polyteknisen yliopiston e-st@r-II, puolestaan kokeilee uutta maapallon magneettikenttää apunaan käyttävää asennonmäärityslaitteistoa.

AAUSAT4 on puolestaan numerostaan huolimatta jo viides cubesat tanskalaisesta Aalborgin yliopistosta. Kuten edeltäjänsä, viime lokakuussa Kansainväliseltä avaruusasemalta avaruuteen lähetetty AAUSAT5, se ottaa vastaan laivojen lähettämiä alusidentifikaatiosignaaleita, joiden perusteella voidaan kehittää uusia tapoja seurata ja tarpeen vaatiessa avustaa aluksia maailman merillä. Tanskalaisten päähuomio tässä on Grönlannin vesillä olevien alusten tarkkailu, joskaan tätä poliittisesti hieman kyseenalaista seikkaa ei ole juuri tuotu esiin.

Usein opiskelijoiden tekemät cubesatit on varsin nopeasti ja ylimalkaisesti koottuja, mutta näitä satelliitteja on tehty huolellisesti. Ne on myös testattu ESAn teknisessä keskuksessa ESTECissä – ja kaikkiin satelliiteista jouduttiin tekemään muutoksia ja parannuksia testien perusteella.

Satelliitit vapautetaan Sojuzin kyydistä avaruuteen erityisestä P-POD-säiliöstä, jonka sisälle satelliitit laitettiin jo maaliskuussa. Säiliön pohjalla on jousi, joka ponnauttaa satelliitit hellävaraisesti, mutta varmasti ulos, kun päällä oleva kansi avataan kauko-ohjauksella.

Kolmikon P-POD on tänään Tiedetuubin päivän kuvassa.

Sentinel-3 – Kopernikuksen kolmas silmä (video)

Eurooppalaisen Copernicus-järjestelmän kolmas satelliitti laukaistiin eilen avaruuteen Venäjältä, Suomen rajan tuntumassa olevasta Plesetskin kosmodromista.

Jari Mäkinen

17.02.2016

Kyseessä on satelliitti, jonka tehtävänä on havaita ennen kaikkea maapallon meriä ja ilmakehää, ja eräs sen tärkeimmistä sovelluksista on pohjoisen pallonpuoliskon lumipeitteen seuranta: Sentinel-3:n avulla saadaan reaaliaikaista tietoa sääennusteisiin sekä hydrologisiin ennusteisiin jokivirtaamista, vedenkorkeuksista ja tulvista.

Lisäksi saatavaa lumitietoa voidaan hyödyntää myös ilmastomallinnuksen ja ilmastonmuutoksen tutkimisessa, sillä lumipeitteen pieneneminen kiihdyttää ilmastonmuutosta.

Ilmatieteen laitoksen Sodankylässä sijaitseva satelliittidatakeskus on eräs Sentinel-3 -satelliitin havaintoaineistoja vastaanottava maa-asema, ja Ilmatieteen laitos toimittaa havainnoista jalostettuja tuotteita kotimaisille ja ulkomaisille asiakkaille sekä muille yhteistyötahoille.

Ilmatieteen laitos on mukana aktiivisesti satelliitin erilaisten sovellutusten kehittämisessä.

Copernicus tuo ennennäkemättömän määrän reaaliaikaista satelliittiaineistoa

Euroopan Unionin Copernicus-ohjelma koostuu useasta Sentinel-sarjan satelliitista ja maan pinnalta tehdyistä havainnosta, sekä näiden pohjalta luotujen ympäristön seurantaan ja turvallisuuteen liittyvistä palveluista. Satelliitit tuottavat tietoa sekä maasta, ilmakehästä, merestä että ilmastosta.
Kaukokartoitusohjelma on siirtymässä vähitellen operatiiviseen vaiheeseen.

Operatiiviseen vaiheeseen siirtyminen tarkoittaa, että ennennäkemätön määrä satelliittimittausaineistoa maapallon ympäristön tilasta tulee operatiivisesti kaikkien ulottuville lähes reaaliaikaisesti. Copernicus-ohjelman tuottamat palvelut ja mittausaineistot tulevat perustumaan avoimeen ja ilmaiseen datapolitiikkaan. Ensimmäinen Sentinel-satelliitti laukaistiin vuonna 2014 ja on suunniteltu, että satelliitteja pitäisi olla toiminnassa kuusi vuonna 2016.

"Satelliittiaineistot luovat paremmat edellytykset ympäristön tilan seurantaan ja ennustamiseen, muutosten ennakointiin sekä turvallisuuden tukemiseen", kertoo Ilmatieteen laitoksen tutkimuspäällikkö Jouni Pulliainen.

"Suomessa Copernicus-ohjelman satelliittihankkeisiin ja palveluiden kehittämiseen osallistuvat jo nyt useat yritykset ja tutkimuslaitokset, jotka hyödyntävät satelliittiaineistoja toiminnassaan eri tavoin",

Satelliitti, jonka erikoiskyky on nähdä hyvin värejä

Tiedetuubi on seurannut aktiivisesti Sentinel-satelliittien tekemistä ja lähettämistä, ja pääsimme myös katsomaan Sentinel-3 -satelliittia juuri ennen sen lähettämistä Venäjälle.

Satelliitin on rakentanut Thales Alenia Space -yhtiö sen kokoonpano sekä testaaminen tapahtuivat yhtiön Ranskan Cannesissa sijaitsevassa toimipaikassa.

Laukaisun aikaan tankattuna 1250 kg painanut satelliitti on pituudeltaan 3,7 metriä ja leveydeltään 2,2 metriä kanttiinsa.

Se kiertää Maata 814,5 kilometrin korkeudessa ja sen odotetaan toimivan ainakin seitsemän vuoden ajan, Polttoainetta satelliitissa on tosin 12 vuoden oletettua tarvetta varten.

Satelliitin tehtävästä ja olemuksesta kerrotaan tarkemmin oheisella videolla.

Edeltävässä tekstissä on käytetty myös lähteenä Ilmatieteen laitoksen tiedotetta.

Suosituimmat tänään

Sateenkaaren seitsemän väriä

Kahvikiihdytin-podcast #002

eTuubi

Starshipin kuudes koelento – banaani kertoo, mitä tapahtui

EcoPulse teki temppunsa – hajautettu moottoriratkaisu toimii

Cherbourgin La Cité de la Mer on täynnä sukellusveleitä ja sukeltamista

Jari Mäkinen

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.

Copernicus on Euroopan komission johtama hanke, joka tarjoaa erilaisia palveluja ympäristönsuojeluun ja -hallintaan sekä arkielämän tarpeisiin. Euroopan avaruusjärjestö kehittää ohjelmassa käytetyt satelliitit ja huolehtii siitä, että niiden välittämä tieto on helposti saatavilla.

Tärkeä osa Copernicus-ohjelmaa ovat Sentinel-satelliitit, joista ensimmäinen laukaistiin avaruuteen huhtikuun alussa. Runsaan kahden tonnin painoinen satelliitti kiertää Maata hieman alle 700 kilometrin korkeudessa ja "kuvaa" maanpintaa 12-metrisellä tutka-antennilla. Ensitöikseen se kuvasi Belgian pääkaupungin Brysselin, missä Euroopan komissio pitää majaansa.

Kuvassa tiheät kaupunkialueet näkyvät valkoisina ja muut urbaanit ympäristöt violetteina. Kasvillisuus erottuu vihreänä ja vesialueet mustina. Asutuista alueista otetut tutkakuvat auttavat yhdyskuntasuunnittelussa, maanviljelyksen kehittämisessä, metsähakkuiden tarkkailussa ja vesivarantojen seurannassa.

Viranomaiset saavat satelliitin ottamat tutkakuvat käyttöönsä vajaan tunnin kuluttua siitä, kun ne on vastaanotettu maa-asemalla. Koska Sentinel-satelliitin tutka "näkee" pilvien ja sateen läpi ja myös pilkkopimeässä, se on erityisen hyödyllinen tulvien tarkkailussa ja pelastusoperaatioiden valmistelussa.

Tutkakuvien avulla on mahdollista seurata myös esimerkiksi jäätiköissä tapahtuvia muutoksia. Etelämantereella osa jäätiköistä on vetäytymässä nopeaan tahtiin, ja niiden seuraaminen on tärkeää, sillä niistä lohkeaa suuria jäämassoja mereen.

Sentinel-1A-satelliitilla tarkkaillaan myös yhä vilkkaammin liikennöityjen pohjoisten merialueiden jäätilannetta. Tutkakuvista on mahdollista erottaa ohuempi jääpeite paksusta ahtojäästä, mikä on ympärivuotisen merenkulun kannalta tärkeää.

Maapallon tarkkailuun keskittyvän ESAn ohjelman johtaja Volker Liebig on tyytyväinen Sentinel-satelliitin ensimmäisiin kuviin. "Ne osoittavat, kuinka paljon informaatiota on mahdollista saada monipuolisella tutkalaitteistolla, ja miten se tekee mahdolliseksi meitä kaikkia hyödyttävät Copernicus-ohjelman palvelut."

Euroopan avaruusjärjestö

Lue lisää Copernicus tarkkailee Maata

Vain muutamaa kuukautta Gaian laukaisun jälkeen on jälleen vuorossa ESAn uuden satelliitin laukaisu: nyt matkaan lähteen Sentinel 1, uuden sukupolven kaukokartoitussatelliitti.

Sentinel 1 on tutkasatelliitti ja eräällä tapaa maailman suurimman ympäristösatelliitti Ensivatin seuraaja. Siinä missä vuonna 2002 laukaisu Envisat oli suuri ja varustettu kymmenellä tehokkaalla eri tavoin Maata ja sen ympäristöä havainneella mittalaitteella, on Sentinel 1 pienempi ja siinä on mukana vain tutka: pilvien läpi näkevä, mantereita, meriä ja jäätiköitä kartoittanut tutka oli kenties Envisatin tärkein havaintolaite.

Nyt tutka on paitsi parempi, lähetetään niitä peräti kaksi avaruuteen, sillä Sentinel 1 koostuu kahdesta satelliitista. Niistä ensimmäinen, Sentinel 1A on lähdössä nyt ja sen sisarsatelliitti, samanlainen Sentinel 1B seuraa sitä ensi vuonna. Näin satelliitit pystyvät keräämään havaintoja yhdessä tuplanopeudella ja vaikka toinen satelliiteista sammuisi, olisi toinen käytössä senkin jälkeen.

Sentinel 1 laukaistaan lähes Maan napojen kautta kulkevalle ns. aurinkosynkroniselle kiertoradalle, joka korkeus on keskimäärin 693 km. Itse satelliitti on 2,8 metriä pitkä, 2,5 m leveä ja 4 metriä korkea laatikko, mistä sojottaa sivuille kaksi kymmenmetristä aurinkopaneelia sekä alaosassa 12 metriä pitkä tutka-antenni.

Tutka on niin sanottu SAR-tutka, Synthetic Aperture Radar, eli suuren laskennallisen läpimitan tutka. Tämä tarkoittaa sitä, että tutkamittauksissa käytetään hyväksi satelliitin liikkumista ja matematiikkaa: kun satelliitti kulkee eteenpäin radallaan ja se kuvaa koko ajan allaan olevaa maastoa, voidaan useiden satojen metrien päässä toisistaan otettujen tutkamittausten kaiut käsitellä yhdessä aivan kuin ne olisi tehty yhdellä suurella, satoja metriä halkaisijaltaan olevalla antennilla. Näin tutkan tarkkuus on paljon parempi kuin olisi yhden 12-metrisellä antennilla varustetun perinteisen mikroaaltotutkan.

Parhaimmillaan tutkakuvat ovat tarkkuudeltaan viiden metrin luokkaa, jolloin kuvauskaista satelliitin alla on 250 km leveä. Sentinel 1 voi myös kartoittaa laajasti, noin 400 km leveää siivua Maan pinnalta allaan, jolloin resoluutio on 40 m.

Satelliitin tietoja voidaan ottaa vastaan Huippuvuorilla, Italian Materassa ja Maspalomasin antennilla Gran Canarian lomasaarella. Samoin Kiirunassa, Ruotsissa, oleva ESAn maa-asema voi ottaa vastaan sen kuvia, mutta Kiirunan päätehtävä on toimia Sentinel 1:n lennonjohtona.

Sentinel 1:n uutuus on laserlinkki, jonka kautta se voi lähettää tietojaan rutiininomaisesti ESA:n EDRS-järjestelmän kautta. European Data Relay System, eli Eurooppalainen tietojenvälitysjärjestelmä tulee koostumaan neljästä vastaanotin-lähettimestä, jotka asennetaan geostationaariradalle laukaistaviin tiedonvälityssatelliiteihin. Ensimmäinen EDRS-laite on mukana Eutelsat 9B -satelliitissa, joka laukaistaan avaruuteen ensi vuonna. Laitteiden avulla ESAn satelliitit voivat lähettää tietojaan laserlinkillä johonkin kolmesta laservastaanottoasemasta, jotka sijaitsevat Weilheimissä, Saksassa, Redussa, Belgiassa ja Harwellissä, Iso-Britanniassa.

Tässäkin mielessä Sentinel 1 on uuden ajan avaus.