Satelliittien törmäys oli todella lähellä – kolarit kiertoradalla ovat suuri uhka

Satelliittien törmäys oli todella lähellä – kolarit kiertoradalla ovat suuri uhka

28. helmikuuta 2024, kaksi satelliittia oli vähällä törmätä toisiinsa. Venäläinen ja yhdysvaltalainen satelliitti ohittivat lopulta toisensa, mutta alle 20 metrin etäisyydeltä.

Jari Mäkinen
10.03.2024

Mitä tapahtui ja mitä olisi tapahtunut, jos satelliitit olisivat törmänneet? Miksi tällaiset tapaukset ovat suuri uhka avaruuden käyttämiselle? Jari Mäkinen selittää.

Tapahtuuko ensi yönä suuri satelliittikolari? (ei tapahtunut, mutta läheltä piti)

LeoLabs-yhtiön tekemä simulaatio.
Jari Mäkinen

Kiinalaisen CZ-4C -kantoraketin ylin vaihe sekä sammunut venäläinen paikannussatelliitti Parus sattavat törmätä toisiinsa ensi yönä 16. lokakuuta klo 3.56 Suomen aikaa. 810 kg massaltaan olevan satelliitin ja 1700-kiloisen rakettivaiheen lasketaan ohittavan toisensa vain noin 12 metrin etäisyydeltä.

Päivitys 16.10. aamulla: Törmäystä ei tapahtunut. Viimeisin ennen ohitusta tehty arvio ohitusetäisyydestä oli 25 metriä, eli vähän enemmän kuin sitä aikaisemmin alla olevaa tekstiä kirjoitettaessa. Nyt saatuja tietoja käydään läpi ja todennäköisesti saamme pian tarkempaa tietoa todellisesta välimatkasta.

Alla on alkuperäinen teksti:

---

Ottaen huomioon epätarkkuuden ratatiedoissa, kalifornialainen satelliitteja tarkkaileva yhtiö LeoLabs arvioi törmäyksen mahdollisuuden olevan jopa 10 %.

Nyt maapalloa kiertää avaruudessa yli 34 000 kappaletta, joiden koko on suurempi kuin kymmenen senttimetriä. Pienempiä kappaleita, sentistä kymmeneen senttiin, arvellaan olevan jopa noin 900 000. Millimetristä kymmeneen senttiin kooltaan olevia kappaleita saattaa olla jopa 128 miljoonaa.

Tuollainen vajaan sentinkin halkaisijaltaan oleva pieni romun palanen saa aikaan suurta tuhoa, kun se törmää kiertoratanopeudella toiseen kappaleeseen. Törmäyksen tuloksena on aina lisää avaruusromua, kun törmääjät hajoavat pienemmiksi kappaleiksi.

Kun törmäys tapahtuu nokkakolarina, on suhteellinen törmäysnopeus hurjan suuri. Esimerkiksi tässä ensi yön tapauksessa se on 52 950 kilometriä tunnissa. Asiaa tarkasti seuraavan tähtitieteilijä Jonathan McDowellin mukaan lähellä Maata olevan avaruusromun määrä saattaa lisääntyä kenties jopa 20 %.

Graafi ohitusetäisyyden arvioinnista.

Kohta, missä Paroksen ja rakettivaiheen radat kohtaavat, on 991 kilometrin korkeudessa Atlantin eteläosissa, juuri Etelämantereen rannan tietämissä. Tuo korkeus on siinä mielessä ikävä, että siellä olevat kappaleet putoavat luonnollisesti alaspäin hyvin hitaasti.

Ilmakehän yläreuna ei ole tarkka, vaan ilman määrä vain vähenee ja vähenee ylöspäin mentäessä. Tämän vuoksi myös muutaman sadan kilometrin korkeudessa on ilmanvastusta. Hyvin vähän, mutta sen verran, että se hilaa hiljalleen kappaleita alaspäin. 

Kansainvälisen avaruusasemankin rataa täytyy tökkiä silloin tällöin ylemmäs, ettei se putoaisi alas. Suurin osa pienistä nanosatelliiteista kiertää maata noin 400-500 kilometrin korkeudessa, ja ne tuhoutuvat luonnollisesti parissa vuodessa. Esimerkiksi ensimmäinen avaruuteen lähetetty suomalaistekoinen satelliitti, Aalto-2, syöksyi ilmakehään vain parin vuoden lennon jälkeen.

Tuosta noin 500 kilometristä ylöspäin mentäessä "automaattinen" putoamisaika kasvaa nopeasti. 750 kilometrin korkeudella kiertävä kappale pysyy avaruudessa ainakin 2200 vuotta, 800 kilometrissä luku on jo noin 5000 vuotta ja 900 kilometrissä 20 000 vuotta. 

Jos ensi yönä törmäyksessä syntyy avaruusromupilvi, niin sen elinikä on kymmeniä tuhansia vuosia.

Osa kappaleista sinkoutuu alaspäin ja ne tulevat nopeammin alas, mutta osa nousee korkeammalle ja pysyvät siellä meidän näkökulmastamme ikuisesti. 

Kun heräämme siis uuteen aamuun huomenna, voi olla, että ihmiskunnalla on taakkanaan yhä isompi avaruusromuongelma.

Avaruudessa olevien kappaleiden määrä on jo nyt ongelma satelliittien laukaisijoille. Juuri viime viikolla Rocket Lab -yhtiön toimitusjohtaja Peter Beck harmitteli sitä, että laukaisuiden suunnittelu käy koko ajan hankalammaksi.

Suurin ongelma hänen kannaltaan ovat kuitenkin satelliittikonstellaatiot. Esimerkiksi SpaceX on laukaissut jo 775 Starlink-järjestelmänsä satelliittia avaruuteen, ja yhtiö aikoo laukaista kaikkiaan 30 000.

Eikä se ole yksin: vastaavia tietoliikennesatelliittikonstellaatioita suunnitellaan muuallakin, ja lisäksi monet muut satelliittioperaattorit, suomalainen Iceye muun muassa, kaavailee taivaalle yhden tai kahden satelliitin sijaan pientä laumaa satelliitteja. 

Bisnesmielessä tämä onkin järkevää, koska satelliittien tekeminen ja laukaiseminen on tullut edullisemmaksi, ja suuremmalla satelliittimäärällä saadaan katettua koko maapallo nopeammin ja paremmin.

Rocket Lab on tietysti osa tätä ongelmaa, koska sen Electron-raketti pystyy laukaisemaan näitä pikkusatelliitteja nopeasti ja kätevästi. Kuka tahansa voi ostaa heiltä laukaisun nettisivun kautta.

Kuten Beck toteaakin, ei satelliittien määrä sinällään ole ongelma, vaan se, että avaruudessa ei ole lennonjohtoa. Kukaan ei hallitse siellä liikennettä, vaan uusia satelliitteja laukaistaessa laukaisija itse – hieman yleistäen – tutkiskelee mitä satelliitteja on menossa milloinkin missäkin, ja koettaa sitten sujauttaa rakettinsa matkaan sellaiseen aikaan, ettei siitä ole haittaa kenellekään.

Monet avaruusalan toimijat ehdottavatkin jonkinlaista kansainvälistä järjestelyä, millä alle 1000 kilometrin korkeudessa olevia satelliitteja voitaisiin hallita paremmin. 

Mukana on tietysti sammuneita satelliitteja, joihin ei ole enää yhteyttä, sekä avaruusromua ja ohjauskyvyttömiä nanosatelliitteja, joilla ei voida tehdä tarpeen tullen väistöliikkeitä. Mutta jo niiden ottaminen paremmin ja keskitetymmin huomioon, parantaisi tilannetta.

Nyt tarkimmat tiedot kiertoradalla olevista kappaleista on sotilailla, ennen kaikkea Yhdysvaltain puolustushallinnolla. Olisi tärkeää, että avaruusliikenteen lennonjohto saataisiin siviilien hoidettavaksi ja kansainväliseksi. Muun muassa Euroopan avaruusjärjestö ja Nasa ovat tutkimassa asiaa.

Vielä paremmaksi tilanne muuttuu sitten, kun avaruusromua voidaan siivota. Tätä voitaisiin tehdä joko siivoojasatelliiteilla, jotka käyvät poimimassa isokokoisia sammuneita satelliitteja pois, tai vaikkapa ikään kuin suurilla kärpäspaperin tapaan toimivilla kappaleilla, joihin vapaasti lentelevät avaruusromun palaset tarttuvat.

Joitain kappaleita voitaisiin myös höyrystää laserilla ampumalla. 

Näistäkin avaruusjärjestöillä on jo suunnitelmia.

Satelliittikonstellaatiot eivät ole ainakaan näillä näkymin lisäämässä olennaisesti avaruusromun määrää, sillä ne ovat pääasiallisesti matalilla kiertoradoilla ja niitä voidaan ohjata alas tuhoutumaan ilmakehässä.

Starlink-satelliiteissa on myös eräänlainen automaattiohjaus, joka ohjaa satelliitin väistökurssille, jos toinen satelliitti tulee lähelle. 

SpaceX on myös ottanut käyttöön pienemmät turvavälit kuin perinteisesti on käytetty; nyt satelliittien ratoja muutetaan, jos niiden radat menevät ristiin siten, että välimatka olisi vain muutamia kilometrejä. Kun radat tunnetaan paremmin ja satelliittien ohjaaminen on tarkempaa, voitaisiin tätä varomatkaa lyhentää olennaisesti.

Tällä hetkellä tilanne on kuitenkin "first takes all", eli kun megakonstellaatioita ei ole säädelty kansainvälisesti, saa parhaimmat kiertoradat käyttöön se, joka nappaa ne ensimmäisenä. Tämä selittänee osaltaan sen tahdin, millä Starlink-verkostoa ollaan rakentamassa; tuorein laukaisu oli viime viikolla ja seuraavaa odotetaan lokakuun lopussa. Sitä seuraava laukaisu on suunnitteilla marraskuuksi.

Niin tylsää kuin se onkin, olisi tärkeää lähettää nyt diplomaatit ja juristit pohtimaan sitä, miten avaruuslennonjohto saataisiin aikaan mahdollisimman pian. 

Ja sen jälkeen pitää pohtia sitä, kuka tai ketkä alkavat korjata avaruusromua pois. 

Toivottavasti ensi yönä CZ-4C ja Parus vain suhahtavat toistensa ohitse, eikä törmäystä tule. Tapaus kuitenkin osoittaa taas kerran sen, että jotain täytyisi tehdä mahdollisimman pian.

Tämä artikkeli on julkaistu myös Ursan blogeissa.

Iridium 33:n ja Kosmos 2251:n törmäys.

Törmäyksiä on tapahtunut aikaisemminkin. Edellinen merkittävä tapaus oli 10. helminuuta 2009, kun Iridium 33 ja Kosmos 2251 törmäsivät toisiinsa 776 kilometrin korkeudessa Siperian päällä. Kuva näyttää miten törmäyksessä syntyneet osat olivat (laskennallisesti) levinneet 50 minuutin kuluessa törmäyksen jälkeen satelliittien radoille ja muuallekin.

Intia tuhosi satelliittinsa – suuri määrä avaruusromua tuli lisää

Intian satelliittituhoamisen simulaatio
Jari Mäkinen

Luulisi, että historiasta osattaisiin ottaa oppia – mutta selvästikään näin ei ole. Intia tuhosi 27. maaliskuuta oman satelliittinsa ohjuksella ja sai aikaan suuren määrän avaruusromua. Mikä pahinta, tuloksena syntyi myös Kansainvälistä avaruusasemaa ja sen astronautteja mahdollisesti uhkaavia palasia.

Intiasta tuli näin neljäs maa, joka on osoittanut pystyvänsä tuhoamaan Maan pinnalta laukaistulla ohjuksella kiertoradalla olevan satelliitin.

Ennen intialaisia vastaavan tempun ovat tehneet Yhdysvallat, Venäjä ja Kiina.

Ongelmalliseksi satelliittien tuhoamisen tekee se, että tuloksena syntyy paljon avaruusromua, joka saattaa haitata muita satelliitteja. Joka tapauksessa syntyneet isommat ja pienet satelliittiromut saavat aikaan harmaita hiuksia satelliittioperaattoreille, jotka joutuvat tekemään useammin väistöliikkeitä.

Lisäksi jo nyt ihmisen aikaan saamaa avaruusromua on taivaalla aivan liikaa. Uuden romun syntymistä koetetaan hillitä monin mahdollisin keinoin ja jo olemassa olevan romun siivoamista suunnitellaan.

Se, että Intia tietoisesti sai aikaan lisää romua, on tyhmää ja itsekästä. Ei ihme, että monet kehottavat mm. nanosatelliittien laukaisijoita boikotoimaan intialaisia kantoraketteja. Ne ovat suosittuja pikkusatelliittien lähettäjiä; muun muassa Suomen ensimmäinen satelliitti Aalto-1 laukaistiin intialaisraketilla avaruuteen.

Intian antisatelliittiohjus

Intia on kehittänyt satelliittituhoamistekniikkaa jo pitkään ja sen antisatelliittiohjuksella on tehty tätä ennen koelentoja jo vuodesta 2006 alkaen.

Tekniikka on perustuu yksinkertaisesti siihen, että raketti osuu satelliittiin ja tuhoaa sen törmäyksen voimalla. Se ei siis räjäytä satelliittia, sillä törmäys suurella nopeudella jo riittää tuhoamiseen.

Viimeviikkoinen testi tehtiin Intian koillisosassa olevasta rakettilaukaisukeskuksesta laukaistulla raketilla, ja sen kohteena oli "matalalla kiertoradalla" ollut intialainen satelliitti.

Intian ohjus nousee matkaan

Kohdetta ei ole virallisesti tarkennettu, mutta ratatietojen perusteella se oli todennäköisesti tammikuussa laukaistu 720-kiloinen Microsat-R. Se kiersi Maata hieman soikealla radalla, jonka matalin kohta oli 262 kilometrin korkeudessa ja korkein piste 280 kilometrissä.

Intialaisten mukaan kohde oli valittu siten, että suurin osa syntyneestä avaruusromusta putoaa alas Maan ilmakehään ja tuhoutuu siinä nopeasti. Intia toteaa suurimman osan kappaleista putoavan alas 45 vuorokaudessa.

Tämä varmastikin pitää paikkansa, mutta osa törmäyksessä syntyneistä kappaleista sinkoutui ylemmäs. 

Nasan pääjohtaja Jim Bridenstine totesi eilen, että kaikkiaan noin 24 kappaletta on nyt radoilla, jotka aiheuttavat vaaraa hieman yli 400 kilometrin korkeudessa kiertävälle Kansainväliselle avaruusasemalle. 

Kaikkiaan törmäyksessä arvioidaan syntyneen noin 450 pientä, yli sentin kokoista kappaletta, ja näistä 60 on niin kookkaita, että niiden liikettä pystytään seuraamaan. Alle 10-senttiset kappaleet ovat juuri vaarallisimpia, koska ne saavat aikaan törmätessään mahdollisesti suurta tuhoa, mutta niitä ei pystytä havaitsemaan ennalta. Niihin ei voi siis varautua.

Analytical Graphics -yhtiön tekemä simulaatio Intian satelliittituhoamisesta.

Diskopallosateliitti lensi juuri Suomen yli ja tulee pian uudelleen

Humanity Star
Jari Mäkinen

Viime viikonloppuna ensilentonsa tehnyt pieni Electron -kantoraketti vei taivaalle paitsi pari satelliittia, niin myös yllätyksen: noin metrin kokoisen pallon, jonka tehtävänä on tuikkia taivaalla.

Humanity Star on hiilikuidusta ja 65 erittäin hyvin valoa heijastavasta paneelista tehty pallo, joka kiertää planeettamme kerran noin 90 minuutissa. 

Kyseessä on Electron-raketin kehittäneen Rocket Lab -yhtiön ja sen vetäjän Peter Beckin kaunis hanke, jonka tarkoituksena on saada ihmiset ympäri maailman katsomaan taivaalle. Kun pallo kiertää maapalloa, heijastaa se Auringon valoa alaspäin ja näkyy tähtien joukossa kirkkaana, eteenpäin radallaan liikkuvana pisteenä.

 

Vaikka ajatus on kovin kaunis, on hanketta syystäkin arvosteltu, koska se lisää avaruusromun määrää ja myös tuo taivaalle yhden kirkkaan valopisteen lisää.

Tähtitieteilijät ovat jo nyt harmissaan siitä, että yhä useammin satelliitit tuikkaavat heidän kaukoputkiinsa kesken kiinnostavien havaintojen.

Toisaalta Humanity Star ei lisää mitenkään erityisesti romua tai valosaastetta, koska kumpaakin avaruudessa on jo paljon. Koska se on varsin kevyt ja kookas sekä matalalla kiertoradalla, se putoaa itsekseen alas vielä tämän vuoden aikana (oletettavasti joskus lokakuussa) ja tuhoutuu täysin ilmakehässä. 

Sen sijaan hanke on hyvä herätyskello: kun ja jos satelliittien lähettäminen avaruuteen tulee hyvin edulliseksi ja yleisesti, lisääntyy avaruuteen lähetettävien kappaleiden määrä roimasti. Lähiavaruuteen tulee silloin paljon pieniä satelliitteja, jotka eivät pysty muuttamaan rataansa itsenäisesti. Osa niistä myös rikkoontuu, jolloin niihin ei edes saada yhteyttä. 

Tästä voi tulla ongelma varsin pian, joten kaikenlaisten hyvääkin tarkoittavien hyödyttömien kappaleiden lähettämistä avaruuteen tulisi rajoittaa. 

Näkyy myös Suomesta

Mutta Humanity Star ei sinällään ole vielä ongelma, ja siksi sitä kannattaakin ihailla taivaalla. Se kiertää Maata napojen kautta, se näkyy kaikkialla maapallolla silloin, kun se on radallaan paikan päällä ja Aurinko osuu sen pintaan sopivasti.

Suomen päältä se lentää muutamia kertoja vuorokaudessa, viimeksi nyt perjantaina juuri ennen puoltapäivää.

Vaikka sää olisi hyvä, ei sitä päivällä pysty näkemään, mutta yöllä ylilennon tehdessään sen huomaa selvästi kirkkaana pisteenä taivaalla. 

Alla oleva kartta näyttää missä Humanity Star on tällä hetkellä; rataa seuraamalla eteenpäin voi nähdä muun muassa seuraavan Suomen-ylilennon ajan. Paras lähipäivien ylitys tapahtuu (Helsingin horisontin mukaan) sunnuntaina 11. helmikuuta klo 7.12 aamulla, jolloin valo taivaalla on varsin kirkkaana noin puolentoista minuutin ajan.

Samalla – ja myös sitä ennen – voi samoin havaita, että taivaalla on jo nyt varsin paljon kirkkaitakin satelliitteja sekä kauniita tähtiä, tähdenlentoja, planeettoja, Kuu ja kenties revontulia!

Jos kartta tai rata eivät näy kunnolla, ne saa näkyviin suoraan n2yo.com -seurantapalvelussa.

Video: Suuri tietoliikennesatelliitti hajonnut osiin

Video: Suuri tietoliikennesatelliitti hajonnut osiin

Jotain omituista tapahtui 17. kesäkuuta Maata noin 36 000 kilometrin korkeudessa olevalla geostationaarisella kiertoradalla.

Jari Mäkinen
06.07.2017

Suurin osa tietoliikennesatelliiteista on tällä radalla, koska siellä kiertoaika Maan ympäri on täsmälleen sama kuin maapallon pyörähdysaika, joten siellä oleva satelliitti näyttää pysyvän paikallaan taivaalla täältä alhaalta katsottaessa.

Eräs suurimmista tietoliikennesatelliittioperaattoreista on Luxemburgissa päämajaansa pitävä SES, jolla on yli 50 satelliittia hallittavanaan (myös muualla kuin geostationaarisella radalla).

Yhdelle näistä tapahtui toistaiseksi tuntematon onnettomuus kesäkuun 17. päivänä: yhteys Yhdysvaltoja ja Meksikoa palvelevaan AMC-9 -satelliittiin menetettiin, sen havaittiin pyörivän ja siirtyvän pois paikaltaan, minkä lisäksi se näytti hajonneen osiin. Yllä oleva video on kuvattu heti tapauksen jälkeen, ja se näyttää selvästi miten epänormaalisti pyörivästä satelliitista (sen vilkkuu) irtaantuu osia.

Satelliitti perustuu hyvin luotettavaan ja yleisesti käytössä olevaan Alcatel-yhtiön Spacebus-3000 -pohjaan, joka on käytössä yli 30 tietoliikennesatelliitissa.

Syy tapahtumaan ei ole vielä selvillä, mutta päävaihtoehtoja on kaksi: joko satelliittiin on törmännyt jokin kappale, luonnollinen tai avaruusromun palanen, tai sitten sen polttoainesäiliö on pamahtanut.

Aivan raato satelliitti ei kuitenkaan ole, sillä SES kertoi saaneensa viime viikonloppuna yhteyden satelliittiin. Vaikka sitä tuskin enää saadaan käyttökuntoon, on mahdollista, että se saadaan näin hivutettua turvalliselle etäisyydelle geostationaariradasta. Irronneille ainakin kahdelle kappaleille ei luonnollisestikaan voi tehdä mitään, joskin tämänhetkisen arvion mukaan niistä ei ole ainakaan välitöntä vaaraa muille satelliiteille.

SES-yhtiölle tapaus on merkittävä taloudellisesti ja operationaalisesti, sillä se joutuu nyt korvaamaan kapasiteetin muilla satelliiteillaan siihen saakka, kunnes taivaalle saadaan tämän satelliitin korvaaja.

SES10

Pikkusatelliitteja lähetetään nyt yhtenään – tuleeko taivaalle ruuhkaa?

Pienet nanosatelliitit ovat nyt pop ja kuuminta hottia avaruusalalla.

Monet yhtiöt suunnittelevat laukaisevansa avaruuteen sadoista satelliiteista koostuvia parvia, jotka pystyvät kuvaamaan, mittaamaan ja tutkimaan maapalloa ennen näkemättömän hyvin. Esimerkiksi kalifornialainen Planet, entinen Planet Labs, on laskenut, että 150 pienen satelliitin avulla se pystyy kuvaamaan koko maapallon kerran vuorokaudessa. Ihan joka kolkkaa ei siis pystytä vielä katsomaan milloin vain, mutta vuorokauden sykli on on erinomaisen hyvä.

Planet olikin vahvasti mukana pari viikkoa sitten tehdyssä ennätyksellisessä satelliittilaukaisussa. Intialainen raketti vei helmikuun 14. päivänä avaruuteen kerralla 104 satelliittia yhdellä kerralla. Mukana PSLV-kantoraketissa oli yksi suurempi satelliitti, intialaisten oma kaukokartoitussatelliitti Cartosat-2, kun taas loput 103 satelliittia olivat pieniä nanosatelliitteja – ja niistä 88 oli Planetin uusimpia Dove-nimisiä satelliitteja. Kaikkiaan yhtiöllä on nyt 149 satelliittia avaruudessa.

Nuo satelliitit ovat kolmen yksikön cubesateja, eli kooltaan Aalto-1:n luokkaa, siis jotakuinkin 10 x 10 x 30 cm. Pienelläkin satelliitilla voi tehdä paljon, ja koska ne ovat edullisia, voidaan niitä tehdä saman tien kokonainen lauma.

Intian avaruustutkimusjärjestö ISRO julkaisi PSLV-rakettinsa mukana olleen kameran upeita kuvia siitä, miten satelliitit pullahtivat yksi kerrallaan avaruuteen.

Vaikka intialaiset pitävätkin hallussaan nyt ennätystä kerralla avaruuteen vietyjen satelliittien kohdalla, on massalaukaisuita ollut aikaisemminkin. Edellinen ennätys oli vuodelta 2014, jolloin venäläinen Dnepr-raketti nosti taivaalle 33 satelliittia. Muutamaa kuukautta aikaisemmin samanlainen raketti vei taivaalle jo kolmisenkymmentä satelliittia.

Nyt laukaisua odottaa Kansainväliselle avaruusasemalle lähetettävä Cygnus-avaruusrahtialus, jonka mukana lentää 36 cubesatia. Yksi näistä on Aalto-2, joka päässee siis maaliskuun 19. päivänä (tämänhetkisen suunnitelman mukaan) avaruuteen, mutta se vapautettaneen avaruusasemasta itsekseen lentämään vasta huhti-toukokuussa.

Myöhemmin tänä vuonna on myös luvassa lisää massalaukaisuita. Ensinnä Falcon 9 vie Kaliforniasta taivaalle kaukokartoitussatelliitin ohessa 34 satelliittia, mutta lennon aikataulusta ei ole tietoa. Laukaisua on lykätty moneen kertaan, joskin nyt lennon pitäisi olla seuraava Kaliforniasta tehtävä Falcon 9:n lento – kenties jo maaliskuussa, tosin todennäköisemmin huhtikuussa. 

Tällä lennolla on mukana Aalto-1, joka on kärsinyt suuresti lennon jatkuvasta myöhästymisestä.

Keväällä Baikonurista laukaistaan Sojuz-raketti, jonka kyydissä on 60 cubesatia. Näistä 48 on Planetin Flock-sarjan satelliitteja. Syksylle suunniteltu Falcon 9:n raskaan version lento kyytii myös koko joukon cubesateja mukanaan.

Cubesat
satelliitti
avaruusromu
Jari Mäkinen
Blogi

Hätätilanne lennonjohdossa: ESAn satelliitti oli vähällä joutua tekemään väistöliikkeen (päivitetty)

Jari Mäkinen

Näin käy yhä useammin: satelliitin lentorataa joudutaan muuttamaan siksi, että sen radalle tulee uhkaava avaruusromukappale. Nyt Euroopan avaruusjärjestön ESAn Swarm-lennon johtajat joutuivat reagoimaan nopeasti. Iltapäivällä kävi kuitenkin ilmi, että väistöliikettä ei tarvitsekaan tehdä.

Päivitys: Alla kuvattu ratamuutos on peruutettu. Samalla kun satelliittiin lähetettiin käskyt, joiden mukaan se olisi tehnyt tänään illalla ratamuutoksen avaruusromuun törmäämisriskin vuoksi, saatiin satelliitista viimeisin, tarkka tieto sen nykyisestä radasta. Myös avaruusromun sijainnista saatiin päivän kuluessa uusia, tarkkoja tietoja, kävi ilmi, että törmäysriski on pienempi kuin aluksi oletettiin. Siksi satelliitti komennettiin iltapäivällä peruuttamaan suunnitellun ratamuutoksen.

Alla olevaa juttua ei ole muutettu vastaamaan uutta tilannetta, koska juttu osoittaa hyvin, mitä tällaisissa tilanteissa tehdään. Ja valitettavasti tällaisia tilanteita tulee yhä useammin.

*

Eilen tiistaina kävi ilmi, että yksi ESAn Swarm-tutkimussatelliittiperheen jäsenistä on törmäysuhan alla. Sen rata leikkasi hyvin läheltä Cosmos-375 -satellitista irronnutta noin 15 cm halkaisijaltaan olevaa palaa.

Lokakuussa 1970 lähetetty Cosmos-375 oli neuvostoliittolainen vakoilusatelliitti, joka räjähti jostain syystä palasiksi, ja näitä kappaleita on edelleen paljon avaruudessa.

Satelliitin ja kappaleen välinen etäisyys oli rata-arvioiden perusteella vain 361 metriä, mikä ratojen noin kilometrin epävarmuuden huomioiden oli tarpeeksi suuri syy hätääntyä. Ratamuutokseen ryhdytään yleensä kun törmäyksen todennäköisyys on 1/10 000 – ja tässä se ylitettiin selvästi.

Toimenpiteet tällaisessa tapauksessa ovat hyvin yksikertaiset, mutta koska avaruusalalla kaikki halutaan tehdä turvallisesti, myös ratamuutokseen menee vähän aikaa. Lennonjohdossa ei vain napata kiinni joystickistä ja ohjata satelliittia sivuun.

Tässä tapauksessa Yhdysvaltain avaruudessa olevia kappaleita seuraava keskus JSpOC (Joint Space Operations Center) ilmoitti toissa yönä Suomen aikaa ESAlle, että Swarm-B -satelliitin ja Cosmos-375:stä irronneen osan radat leikkaavat toisensa ensi yönä klo 1.10.55 Suomen aikaa.

Euroopan avaruusoperaatiokeskuksessa ESOCissa, Darmstadtissa, Saksassa, sijaitseva lennonjohto alkoi heti suunnitella ratamuutosta.

Ratamuutoksessa tulee huomioida tässä tapauksessa se, että maapallon magneettikenttää mittaava Swarm koostuu kolmesta satelliitista, jotka lentävät suhteellisen lähellä toisiaan. Yhden radan muuttaminen lisäksi vaikuttaa tieteellisiin havaintoihin. 

Tässä tapauksessa päädyttiin siihen, että satelliitin rataa nostetaan 35 metriä ylemmäs ja samalla se siirtyy noin 746 metriä sivuun avaruusromusta. Näin etäisyys kappaleeseen kasvaa sen verran, että törmäysvaara pienenee lähes olemattomaksi.

Sen jälkeen ratamuutosta varten tehtiin lennonjohdossa käskysarja, joka testattiin ensin simulaattoreilla (ettei pikaisesti tehdyssä koodissa ole virheitä, eikä se saa aikaan haitallisia sivuvaikutuksia).

Lisäjännitystä tilanteeseen toi se, että ennen ensi yötä satelliittiin voidaan olla yhteydessä vain kaksi kertaa. Käskyt olivat kuitenkin valmiina jo heti aamulla, jolloin klo 9.51 Suomen aikaa ne välitettiin Kiirunassa olevan maa-aseman kautta satelliittiin.

Nyt satelliitti on ohjelmoitu käynnistämään pienet rakettimoottorinsa 45 minuuttia ennen lähiohitusta 44 sekunnin ajaksi.

Swarm-satelliittien sijaintia noin 500 kilometrin korkeudessa olevilla radoillaan voi seurata ESOCin nettisivuilla.

Kuka pelkää kiinalaista avaruusromua?

Viime keskiviikkona vietettiin kymmenvuotismerkkipäivää: tammikuun 11. päivänä vuonna 2007 tehtiin eräs ihmiskunnan historian typerimmistä tempuista, kun Kiina otti ja ampui ohjuksella avaruudessa ollutta satelliittiaan.

Ohjuksen kohteena oli hieman yli 800 km:n korkeudessa Maata napojen kautta kulkeneella radalla ollut Feng-Yun 1C -sääsatelliitti, joka rikkoontui ja räjähti ohjuksen iskusta nin 150 000 osaan.

Näistä kaksi tuhatta oli niin suuria, että niitä pystyttiin seuraamaan, ja yhä edelleen arviota yli 2800 räjähdyksessä syntynyttä kappaletta on kiertämässä Maata.

Tuo tapaus tuotti taivaalle 25% prosentin kasvun avaruusromun määrässä, ja tosiaan, tästä kärsitään yhä edelleen.

Kiina ei ollut ensimmäinen satelliitin tietoisesti kiertoradalla tuhonnut maa, sillä Yhdysvallat teki samanlaisen kokeen jo syksyllä 1985. Tämä tapaus ei kuitenkaan ollut niin vakava, koska satelliitti oli pienempi ja matalammalla, joten romua syntyi vähemmän ja se putosi nopeammin alas ilmakehään.

Mitä matalammalla radalla romu on, sitä enemmän ilmakehän rippeet hidastaa sen ratanopeutta, joten sitä nopeammin se putoaa itsekseen alas ja tuhoutuu ilmakehään pudotessaan. Mutta esimerkiksi tuolta noin 800 kilometrin korkeudesta luontainen putoaminen kestää satoja vuosia, joten palaset pysyvät siellä vaivana aika pitkään.

Tapaus tuli mieleen siksi, että viime viikonloppuna kaksi satelliitia oli lähes kolarissa. Kyseessä oli kaksi sotilaallista sääsatelliittia, toinen Yhdysvalloista ja toinen Venäjältä laukaistu. Jos ne olisivat törmänneet nokkakolarissa, olisi saatu taas aika paljon lisää avaruusromua.

Yleensä satelliittioperaattorit pystyvät estämään tällaiset tilanteet yksinkertaisesti muuttamalla satelliitin rataa hieman. Tässä tapauksessa satelliitit eivät olleet ohjattavissa, joten tilannetta voitiin vain seurata parasta toivoen. Lopulta satelliitit menivät juuri ja juuri toistensa ohitse ja helpotus oli suuri.

Paljonko avaruudessa on ihmisen sinne viemää romua?

Kiinalaisia ei kannata kovasti moralisoida, sillä kaikki avaruusvallat ovat olleet välinpitämättömiä roskaajia. Näin siksi, että aikanaan asiaa ei pidetty mitenkään tärkeänä: ajateltiin, että kyllä avaruudessa tilaa riittää, ja romu putoaa kyllä sieltä nopeasti pois.

Vielä 1960-luvulla jopa harrastettiin käytettyjen avaruuslaitteiden räjäyttämistä: ne siis tietoisesti pamautettiin pieniksi osiksi, koska kuviteltiin, että niin olisi parempi. Niin ei todellakaan ollut parempi – se oli pahinta, mitä saattoi kuvitella.

Nyt avaruudessa on tilastojen mukaan noin 500 000 kappaletta, jotka ovat suurempia kuin noin senttimetri. Näistä vaarallisimpia ovat pienimmät, koska niiden ratoja ei tunneta, mutta ne saavat törmätessään aikaan jo suurehkoa tuhoa.

Noin 26 000 kappaleen ratoja voidaan seurata aktiivisesti, eli nämä ovat esimerkiksi sammuneita ja edelleen toiminnassa olevia satelliitteja, kantorakettien osia ja muita sellaisia. Nämä eivät ole suuri ongelma, koska tarvittaessa törmäykset voidaan välttää muuttamalla lentorantoja – ellei kyseessä ole sitten kaksi liikuntakyvytöntä satelliittia.

Senttimetriä pienempiä, ihmisen vuoksi maapallon luona olevia kappaleita arvellaan olevan satoja miljoonia. Nämä ovat syntyneet esimerkiksi juuri törmäyksissä ja satelliittien tai rakettivaiheiden räjähdyksissä. Myös lämpötilan suuri vaihtelu rapauttaa satelliitteja ja rakettivaiheita; niistä lohkeilee maalia, irtoaa osia ja tihkuu polttoaineita ja jäähdytysnesteitä.

Yhä useammin tätä pientä silppua syntyy myös siksi, että nämä pienemmät kappaleet törmäilevät toisiinsa. Jotkus arvelevat, että lähiaikoina voidaan saavuttaa piste, missä tästä syystä avaruusromun määrä vain kasvaa rajusti, vaikka emme lähettäisi yhtään uutta laitetta avaruuteen. Tätä ketjureaktiota kutsutaan Kesslerin syndroomaksi.

Ihan tässä ei vielä olla, mutta avaruusromuun pitää kiinnittää nykyistäkin enemmän huomiota. Jo nyt jokaiselle sateliittille ja kantorakettien osille pitää olla suunnitelma siitä, miten se tuodaan takaisin alas toiminta-ajan päätyytyä. Toisinaan jokin menee kuitenkin pieleen, ja kappale jää romuksi taivaalle – ja siellä on jo nyt aika paljon toimivia satelliitteja, joille ei oikestaan voi tehdä mitään.

Miten eroon romusta?

Lisäksi Maata kiertää tuhansia raatoja, joista olisi hyvä päästä eroon. Suurin tällainen on Envisat, bussin kokoinen eurooppalainen ympäristötutkimussatelliitti, joka sammahti hieman yllättäen ennen kuin se ennätettiin tuoda hallitusti alas. Tosin se oli jo sitä ennen toiminut vuosikymmenen suunniteltua pitempään, joten huonoksi sitä ei voi sanoa.

Siitä suunnitellaankin nyt kohdetta ensimmäiselle satelliittien jätehuoltorobotille: alukselle, joka menisi ja nappaisi siitä kiinni, ja toisi sen jälkeen sen alemmalle kiertoradalla, mistä se putoaisi hallitusti tuhoutumaan ilmakehässä. Puuhaa tällaisille laitteille riittäisi.

Yksi vaihtoehto on iso verkko, jolla satelliitit napattaisiin kiinni ja hilattaisiin alaspäin. Video tällaisesta on jutun lopussa.

Lisäksi pienempiä avaruusromun palasia kannattaisi puhdistaa lähiavaruudesta. Siihen on kehitetty kaikenlaisia ideoita, mutta tehokkain lienee kosminen koipallo. Siis suurikokoinen möhkäle ainetta, mihin kappaleet törmäisivät ja jäisivät siihen kiinni.

Siis: tarrapalloa tai kalaverkkoa odotellessa pitää vain pelätä pahinta ja toivoa parasta.

avaruusromu
törmäys
Blogi

Kaksi satelliittia lähes kolarissa viime yönä

Meteor ja DMSP
Jari Mäkinen

Kaksi sotilassatelliittia oli viime yönä hyvin lähellä toisiaan: kolaria ei lopulta tapahtunut, mutta venäläinen Meteor ja yhdysvaltalainen DMSP ohittivat toisensa vaarallisen läheltä toisiaan klo 23.53 Suomen aikaa.

 

Kyseessä oli kaksi noin 800 kilometrin korkeudessa Maata kiertävää sotilaallista sääsatelliittia, jotka eivät voineet muuttaa rataansa.

Satelliittien ja Maata muuten kiertävien kappaleiden ratoja seuraava Yhdysvaltain avaruusoperaatiokeskus oli arvioinut törmäyksen todennäköisyydeksi jopa 44 %.

Satelliittien nimiä ei kerrottu julkisuuteen, mutta ne ovat varsin nopeasti selvitettävissä julkisista tietokannoista. Muun muassa Spaceflight101 -sivusto oli löytänyt heti kaksi todennäköisintä kandidaattia: DMSP F15 ja Meteor 1-26.

DMSP F15 on Yhdysvaltain puolustushallinnon sääsatelliitti, joka laukaistiin avaruuteen vuonna 1999. Sen massa laukaisun aikaan oli 1220 kg. 

Meteor 1-26 on puolestaan massiivisempi, noin 2,2-tonninen sääsatelliitti, joka lähetettiin radalleen vuonna 1976. Se ei ole todennäköisesti enää toiminnassa.

Kumpikin satelliitti kiertää Maata jotakuinkin napojen kautta kulkevilla ns. aurinkosynkronisilla radoilla ja ratatietojen mukaan lähiohitus tapahtui Etelämantereen päällä. Niiden ratoja voi seurata n2yo.com -sivustolla.

Tällaiset lähiohitukset ovat hyvin harvinaisia, koska yleensä satelliitit pystyvät muuttamaan ratojaan törmäysriskin tullessa ilmi. Mikäli nyt liki toisiaan olleet satelliitit olisivat olleet vielä kykeneviä ratamuutoksiin, niitä olisi myös siirretty hieman sivuun radoiltaan.

Ratamuutos tehdään yleensä hyvinkin pienen riskin ollessa olemassa – tyypillisesti jo 1/1000 todennäköisyys saa aikaan ratamuutoksen.

Jos satelliitit olisivat törmänneet toisiinsa, olisi tuloksena ollut suuri määrä avaruusromua. Kiertorata noin 800 kilometrin korkeudessa on varsin suosittu sää- ja kaukokartoitussatelliittien sijoittamiseen, ja siksi siellä on varsin paljon satelliitteja. 

Kiertorata on avaruusromun kannalta ikävä myös siksi, että ilmakehän rippeet eivät hidasta noin korkealla olevien kappaleiden ratanopeutta juuri lainkaan. Siellä oleva romu pysyy siis siellä pitkään, jopa satoja vuosia.

Onneksi kiertoratatörmäykset ovat olleet hyvin harvinaisia.

Viimeinen suurempi kolari kiertoradalla tapahtui helmikuussa 2009, kun tietoliikennesatelliitit Iridium-33 ja Strela-2M törmäsivät toisiinsa. Törmäyksen tuloksena syntyi yli 2200 kappaletta, joita voidaan edelleen seurata. Lisäksi pienempiä kappaleita on varmasti tuhansia.

Amerikkalainen polaarisatelliitti hajosi palasiksi

NOAA16
Jari Mäkinen

Yhdysvaltain puolustushallinnon alainen kiertoradalla olevia kappaleita seuraava avaruusoperaatiokeskus SJpOC (Joint Space Operations Center) havaitsi keskiviikkona vuonna 2014 rikkoutuneen ja käytöstä poistetun NOAA16-satelliitin hajonneen osiin avaruudessa. 

Tapauksesta kertoo SpaceNews -lehti, jonka mukaan SJpOC havaitsi aiemmin yhtenä kappaleena kiertoradalla havaitun satelliitin jakaantuneen useampiin osiin keskiviikkona 25.11. aamupäivällä klo 10:41 Suomen aikaa. Palasten määrästä ei ole vielä tarkkaa tietoa, mutta niistä ainakaan toistaiseksi haittaa muille satelliiteille.

On epätodennäköistä, että hajoaminen olisi johtunut törmäyksestä jonkun toisen satelliitin tai avaruusromupalasen kanssa. Käytöstä ennenaikaisesti poistetut satelliitit sisältävät usein polttoainetta, joka saattaa ajan myötä räjähtää. Myös lämpötilavaihtelut ja muut avaruuden olosuhteet heikentävät jatkuvasti satelliitteja, joten ne saattavat rikkoontua myös tästä rasituksesta – joskin näin ei pitäisi käydä.

Samoin akut voivat räjähtää, jos satelliitin lämpöhallinta ei toimi ja lämpötila nousee sisällä liian suureksi.

Tämä NOAA16 -satelliitti oli Yhdysvaltain sää- ja valtamerentutkimusorganisaatio NOAA:n käytössä ollut Maan napojen kautta kulkevalla ns. polaariradalla säätä havainnut satelliitti, joka laukaistiin avaruuteen syyskuussa 2000. Se toimi normaalisti kesäkuuhun 2014 saakka, jolloin siihen tuli "kriittinen vika", jolloin se siirrettiin eläkkeelle. 

Kyseessä on jo toinen kerta lyhyen ajan kuluessa, kun Yhdysvaltain polaariradalla oleva satelliitti hajoaa avaruudessa ja synnyttää avaruusromua. Tätä ennen viime helmikuussa USA:n puolustushallinnon sääsatelliitti rikkoontui oletettavasti juuri akkujen pamahdettua. Myös seitsemässä muussa samanlaisessa satelliitissa on havaittu samankaltainen vika, joka saattaa johtaa mahdollisesti aikanaan akkujen räjähtämiseen.

Räjähdykset ovat harvinaisia

Jos käytöstä poistettavaa satelliittia ei voida ohjata alas tuhoutumaan Maan ilmakehässä, sen polttoainetankit tyhjennetään ja akkujen varaus puretaan ennen kuin satelliitti kytketään pois päältä ja jätetään avaruuteen romuksi. Näin siitä aiheutuva vaara on kaikkein pienin.

Todennäköisesti NOAA16:n vika – josta ei ole kerrottu tarkemmin – esti näiden toimien tekemisen, mikä on johtanut tähän hajoamiseen. 

Ajan kuluessa satelliitin kappaleet levittäytyvät laajemmalle nykyisen kiertoradan sivuille. Satelliitin korkeahko ratakorkeus, noin 850 km, tarkoittaa sitä, että kappaleet eivät putoa Maahan vuosisatoihin. Koska tuo ratakorkeus on kätevä juuri Maan havainnointiin, on sillä varsin paljon satelliitteja; siksi siellä on myös varsin paljon käytöstä poistettuja satelliitteja sekä niistä irronneita osia.

Suurin näillä tienoilla oleva satelliitti on kahdeksan tonnia massaltaan oleva eurooppalainen ENVISAT, joka lakkasi toimimasta vuonna 2012 toimittuaan olennaisesti suunniteltua pitempään. Se on tällä haavaa massiivisin "satelliittiraato" avaruudessa.

Otsikkokuvassa on piirros NOAA:n sääsatelliitista, jonka kaltainen NOAA16 oli. Kuva: NASA

Tilaa aihepiirin avaruusromu RSS-syöte