Sentinel-2

Kuin laivoja imevä musta aukko Itämerellä

Su, 09/06/2015 - 11:49 Jari Mäkinen
Spiraalimainen leväkukinta Itämerellä

Päivän kuvaPäivän kuvassa on huimalta näyttävä leväkukinta Itämerellä, jonka ESAn Sentinel-2A -satellitti kuvasi elokuun 7. päivänä. 

Kun viileähkön kesän jälkeen lämpimät päivät Pohjolassa koittivat, alkoi meressä olevat pienet levät (jotka itse asiassa ovat suurelta osin syanobakteerien massaesiintymisiä, eivät varsinaisia leviä) lisääntyä voimakkaasti. Kun Suomen ympäristökeskuksen ylläpitämä, laivoissa oleviin ilmaisimiin perustuva, toistaiseksi kokeellinen levävaroitusjärjestelmä Alg@line raportoi keskisellä Itämerellä olevista levälautoista, otti Sentinel-2A avaruudesta kuvan alueesta tarkalla kamerallaan.

Kuva näyttää noin 10 metriä kooltaan olevia yksityiskohtia, ja siinä näkyy selvästi mm. spiraalimaisen leväkukinnan keskellä kulkeva laiva. Vihertävänkeltaisessa levämassassa on selvästi havaittavissa paikallisia piirteitä sekä luonnollisesti kukinnan merivirtojen mukaan muodostuva yleisrakenne. Se, että kyseessä on oikeasti elävä, meren pinnalla oleva massa, välittyy selvästi kuvasta. Jopa laivan potkuripyörteet erottuvat kuvasta hyvin.

Levät, ja etenkin syanobakteerit alkavat lisääntyä voimakkaasti lämpimässä vedessä Auringon paistaessa, kun vedessä on runsaasti ravinteita ja meren pinta on rauhallinen. Laajamittaiset levälautat eivät aavalla ulapalla ollessaan haittaa juuri muuta kuin merenkulkua, mutta rannalle ajautuessaan ne tukahduttavat muuta elämää sekä aiheuttavat haittaa niin maataloudelle kuin turismillekin, kun uimarantoja joudutaan sulkemaan. Pahimmillaan leväkukinnat synnyttävät myös metaania jopa siinä määrin, että levän luona olevat ihmiset tai eläimet ovat vaarassa tukehtua.

Itse leväkukinta voi olla myös myrkyllistä, minkä vuoksi kukintoja tarkkaillaan ja analysoidaan tehokkaasti. 

Siinä missä laivat voivat kerätä erinomaisen hyvää tietoa paikan päältä ja ottaa näytteitä levästä, ei niillä saada laajamittaista kuvaa tilanteesta. Tässä avaruudessa olevat satelliitit, ja etenkin rutiininomaiseen ympäristön tarkkailuun tehty Sentinel-2 ovat erittäin hyödyllisiä. Sentinel-2 pystyy kuvaamaan ja tutkimaan allaan olevaa maata, merta ja jäätiköitä eri aallonpituuksilla ja vaikka satelliitin havaintolaitteet on viritetty ennen kaikkea maa-alueiden katsomiseen, toimivat ne erinomaisesti myös merten sekä niiden ilmiöiden tarkkailussa.

Sentinel-2A on ensimmäinen kahdesta laukaistavaksi suunnitellusta Sentinel-2 -satelliitista ja se lähetettiin kiertämään Maata 23. kesäkuuta osana eurooppalaista Copernicus-ohjelmaa. Se täydentää avaruudessa jo olevan Sentinel-1:n tutkahavaintoja, ja kun kumpikin satelliitti saa seurakseen vielä toiset samanlaiset, pystyy Eurooppa havaitsemaan koko maapalloa tehokkaasti lähes koska vain kaikissa olosuhteissa.

Ja tästä on suurta hyötyä myös meille suomalaisille, kuten esimerkiksi leväkukintojen seurannassa.

Sentinel-2A otti ensimmäiset kuvansa – katso galleria

Ma, 06/29/2015 - 17:51 Jari Mäkinen

Viikko sitten maanantaina avaruuteen laukaisu eurooppalaissatelliitti Sentinel-2A on ottanut ensimmäiset kuvansa. Viikon kuluessa satelliitti on käynnistetty ilman olennaisia ongelmia ja sen kameralaitteistot on otettu käyttöön: ensimmäiset kuvansa satelliitti otti maapallosta lauantaina 27. kesäkuuta pitkänä soirona ratansa alta, joka kulki Ruotsista keskisen Euroopan yli Välimerelle ja päättyi satelliitin ollessa Algerian päällä.

Kuvat välitettiin saman tien Italiassa Materassa olevalle maa-asemalle, minkä jälkeen kuvat käsiteltiin. Niiden hyvä laatu eri ollut yllätys: Santinel-2A:n eri valon värisävyissä ottamat kuvat olivat erinomaisia.

Kuvien resoluutio on noin 10 metriä pikselille, mikä ei ole aivan niin hyvä kuin sotilassatelliiteissa, mutta joka on enemmän kuin riittävä maatalouden, maankäytön seurannan ja muiden satelliitin kuvia käyttävien tahojen kannalta.

Suomessa Sentinel-2 -satelliittien (Sentinel-2B laukaistaan avaruuteen ensi vuonna) lähettämiä kuvia tullaan käyttämään niin Ilmatieteen laitoksella kuin Suomen ympäristökeskuksessa.

SYKEn vetämä Envibase-hanke pyrkii avaamaan, yhtenäistämään ja hyödyntämään paremmin kaikkea ympäristötietoa, missä satelliittien keräämät tiedot ja myös Sentinel-2:n ottamat kuvat ovat tärkeässä osassa. Ilmatieteen laitoksen Timo Ryyppö avaa satelliitin kautta saatavia hyötyjä Envibase-hankkeen blogissa

Sentinel-2 on myös mainio työväline metsien ja kasvillisuuden havaitsemissa, ja myös tässä suomalaiset ovat olleet tärkeässä osassa.

“Sentinel-2 on unelmalaite metsien kartoitukseen ja seurantaan”, kertoi VTT:n tutkimusprofessori Tuomas Häme Tiedetuubin viime joulukuussa julkaisemassa jutussa.

“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 suomalaisittain 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 rahoittamassa TESEO-hankkeessa. Sentinel-2 toteutti raporttiin suositukset lähes sellaisinaan.

Tällä hetkellä VTT koordinoi Hämeen johdolla 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. 

Sentinel-2:ssa on myös suomalaista tekniikkaa: RUAG Space Finland (entinen Patrian Tampereella sijaitseva avaruusliiketoimintayksikkö) toimitti elektronisen ohjaus- ja signaalinkäsittelylaitteen nyt laukaistuun Sentinel-2A -satelliittiin sekä seuraavaan Sentinel-2B -satelliittiin. Toimitettu laite mm. mittaa satelliitin tilaan liittyviä olennaisia parametreja ja välittää ohjauskäskyjä satelliitin muille laitteille.

RUAG Space Finland Oy Ab:n toimitusjohtaja Harri Lähti korostaa näiden toimitusten merkitystä yritykselle ja odottaa lisätilauksia Copernikus-ohelman tiimoilta.

Komeita ja käyttökelpoisia kuvia

Sentinel-2A:n ensimmäisissä käsitellyissä kuvissa näkyy kohteita Ranskassa ja Italiassa. 

Yllä olevassa kuvassa on Milano lähes luonnollisen kaltaisissa väreissä: talojen katot sekä kaupunkia ympäröivät pellot näkyvät kuvassa hyvin. 

Otsikkokuvassa on puolestaan näkymä Po-joen laaksosta, missä näkyvät hyvin Alpit pohjoisessa (ylhäällä) ja Välimeri alla. Meren ranta kuuluu Ranskalle ja Italialle.

Samasta alueesta on alla (aivan alimpana) väärävärikuva, joka on otettu korkearesoluutioisolla infrapunakanavalla. Ns. lämpökuva kertoo paljon enemmän kuin ”tavallinen” valokuva ja siitä on erityistä hyötyä esimerkiksi maanviljelyssovelluksissa. Kuvassa näkyy keskellä Pavian kaupunki sekä se, miten Po- ja Ticino-joet yhdistyvät.

Alla (ylempi alemmista kuvista) on vielä saman kaltainen kuva Ranskan Rivierasta.

Nämä kuvat ovat vasta alustavia, sillä kameralaitteistojen säätäminen ja kalibrointi vie noin kolme kuukautta. Sinä aikana satelliitin ottamia kuvia ja mittaustietoja verrataan samanaikaisesti Maan pinnalla tehtäviin havaintoihin sekä muiden satelliittien ottamiin kuviin.

Kun Sentinel-2B on avaruudessa vielä ensi vuonna, pystyvät nämä kaksi satelliittia tarkkailemaan kaikkia paikkoja suurella tarkkuudella maapallon pinnalla siten, että ne kulkevat täsmälleen saman paikan yli joka viides vuorokausi.

Kuvat: ESA. Huomaa, että näissä nettikuvissa resoluutio ei ole lähellekään sama kuin "oikeissa" kuvissa.

Sentinel-2A on onnellisesti avaruudessa – katso laukaisuvideo

Ti, 06/23/2015 - 08:09 Jari Mäkinen

Sentinel-2A -satelliitti on nyt onnellisesti kiertoradallaan. Se on avannut aurinkopaneelinsa ja pitää yhteyttä normaalisti lennonjohtoon.

Vega-kantoraketin laukaisu tänään klo 22:52 paikallista aikaa onnistui täydellisesti: Vega nousi nopeasti rätisten tähtikirkkaalle, mutta ohuiden yläpilvien täplittämälle taivaalle ja lensi kohti pohjoista horisonttia kaartaen valaisten matkallaan pilviä. Näkymä oli kertakaikkisen kaunis, ja vaikka pienen raketin nopeaa kiihdyttämistä osasi odottaa, lento tuntui kestävän pitempään kuin etukäteen osasi ajatella. Vega oli selvästi näkyvissä minuuttien ajan, ennen kuin se muuttui tähdeksi tähtien joukossa.

Raketin ensimmäinen vaihe oli työnsä tehnyt vain minuutin ja 52 sekunnin jälkeen, minkä jälkeen syttyi nelivaiheisen raketin toinen vaihe. Se  sammui, kun lentoa oli kulunut 3 minuuttia ja 37 sekuntia. Silloin myös satelliittia suojannut nokkakartio irtaantui ja putosi pois, koska sitä ei enää tarvittu ja sen massasta haluttiin päästä eroon. Kolmas vaihe syttyi – ja sammui 6 minuutin ja 32 sekunnin kuluttua lentoonlähdöstä.

Lopuksi Vegan nestemäisellä polttoaineella toimiva ylin vaihe teki kaksi polttoa, joiden jälkeen Sentinel-2A pääsi tarkalleen aiotulle aurinkosynkroniselle, lähes Maan napojen kautta kulkevalle polaariradalle. Satelliitti irtaantui raketista, kun lentoa oli kulunut 54 minuuttia ja 43 sekuntia.

Nyt Sentinel-2A kiertää Maata 786 kilometrin korkeudella radalla, jonka kaltevuus päiväntasaajan suhteen on 98,5°.

Palaamme itse satelliittiin seuraavassa artikkelissamme (kunhan Kouroun yö on ohitse), mutta sitä odotellessa voi katsoa kuvia twitter-syötteessämme ja alla olevaa videota tämäniltaisesta laukaisusta:

Sentinel-2A:n laukaisun tärkeät hetket

Ti, 06/23/2015 - 00:43 Jari Mäkinen
Vega nousee lentoon

Vegan lennon VV05 laukaisuvalmistelut aloitettiin virallisesti 20. huhtikuuta 2015, jolloin kantoraketin ensimmäinen vaihe kuljetettiin laukaisualustalle paikoilleen asennettavaksi. Muut vaiheet seurasivat sitä sen jälkeen, kunnes lopulta 11. kesäkuuta nokkakartion sisällä jo ollut, periaatteessa laukaisuvalmis Sentinel-2A tuotiin paikalle ja liitettiin rakettiin.

Sentinel-2A laitettiin nokkakartion sisään 8. kesäkuuta erillisessä rakennuksessa ja kuljetettiin maanteitse laukaisualustalle.

Vegan neljännen vaiheen polttoaine tankattiin säiliöihinsä 15. kesäkuuta ja tankit paineistettiin 18. kesäkuuta. Seuraavana päivänä, 19. kesäkuuta (siis viime viikon perjantaina) tehdyssä katselmuksessa ei havaittu mitään ongelmia, joten laukaisu päätettiin tehdä tänään 22. kesäkuuta. 

Lähtölaskenta alkoi tänään iltapäivällä paikallista aikaa, ja tätä kirjoitettaessa (00:41 Suomen aikaa) kaikki näyttää hyvältä.

Lennon tapahtumat

-07h 45min    Lähtölaskenta alkoi
-05h 40min    Vegan “aivot” käynnistetään
-05h 30min    Vegan inertiaaliohjauslaitteisto aktivoidaan
-05h 30min    Telemetriatietoja välittävät radiolähettimet aktivoidaan
-04h 55min    Lentotietokone aktivoidaan ja lento-ohjelmisto ladataan siihen
-04h 55min    Vegan varojärjestelmät aktivoidaan
-04h 25min    Vegan kello asetetaan tarkkaan aikaan 
-04h 20min    Interiaaliohjausjärjestelmä nollataan
-03h 40min    Vegan vahinkolaukaisun estojärjestelmät puretaan
-02h 40min    Suojarakennuksen siirto sivuun alkaa. Se kestää n. 45 minuuttia.
-01h 55min    Interiaaliohjausjärjestelmä tarkistetaan 
-01h 20min    Telemetriatietoja välittävät radiolähettimet tarkistetaan
-01h 20min    Tutkavastaajat aktivoidaan
-00h 34min    Vega ja laukaisualusta ovat valmiit laukaisuun
-00h 10min    Viimeinen sääennuste saadaan ja laukaisun tekemisestä päätetään

-00h 04min 00sek    Synkronoitu lähtölaskenta alkaa    
-00h 00min 30sek    Automaattinen laukaisuohjelma käynnistyy
-00h 00min 08 sek    Viimeinen mahdollisuus keskeyttää laukaisu

+00h 00min 00sek    Ensimmäinen vaihe (P80) syttyy

+00h 00min 01sek    Vega irtoaa laukaisualustalta ja nousee lentoon
+00h 01min 52sek    Ensimmäinen vaihe sammuu ja putoaa pois
+00h 03min 37sek    Toinen vaihe sammuu ja putoaa pois
+00h 03min 54sek    Nokkakartio irtoaa ja putoaa pois
+00h 06min 32sek    Kolmas vaihe sammuu ja putoaa pois
+00h 07min 42sek    Neljännen vaiheen (AVUM) ensimmäinen poltto alkaa
+00h 16min 14sek    AVUM sammuu
+00h 51min 46sek    AVUM syttyy uudelleen
+00h 53min 52sek    AVUM sammuu
+00h 54min 43sek    Sentinel-2A irtoaa Vegasta
+00h 55min 20sek    Ensimmäinen yhteysmahdollisuus Sentineliin Perthin maa-aseman kautta
+01h 04min 55sek    Aurinkopaneeli avautuu (kestää n. 3 min)
+01h 43min 35sek    AVUM käynnistyy etääntyäkseen satelliitista
+01h 44min 04sek    AVUM sammuu; Vegan lento on ohi
+01h 56min 27sek    Yhteys satelliittiin Alaskasta
+01h 59min 59sek    Yhteys satelliittiin Huippuvuorilta

Kantoraketti Vega: pieni, mutta pippurinen italiaano

Ma, 06/22/2015 - 23:33 Jari Mäkinen
Kantoraketti Vega

Euroopan avaruussatamasta Kourousta laukaistaan avaruuteen nykyisin kolmenlaisia kantoraketteja: suurin on Ariane 5, pienin on Vega ja niiden välissä on venäläistekoinen Sojuz.

Näistä Vega on tuorein tulokas, jonka taustalla on se eräänlainen ongelma, että Ariane 5 on niin suuri raketti. Se voi kuljettaa 20-tonnisen lastin matalalle kiertoradalle, mikä on aivan liikaa, jos halutaan lähettää pienempi satelliitti. Vaikka monilla Ariane 5:n lennoilla laukaistaan useampi pieni satelliitti, on se aivan liian massiininen nykytrendin mukaisille pienehköille tutkimus- ja kaukokartoitussatelliiteille. Monille myös Sojuz on liian suuri ja kallis.

Esimerkiksi nyt laukaistava Sentinel-2 on massaltaan 1140 kg. Sen kokoiset satelliitit voitaisiin toki lähettää matkaan vaikkapa pienillä, mannertenvälisistä ohjuksista muokatuilla venäläisillä raketeilla, mutta jos (ja kun) Eurooppa haluaa olla omavarainen avaruustoimissaan, on hyvä, että meillä on myös oma tämän kokoluokan raketti.

Teknisesti Vega on myös paljon 1960-lukuisia ex-ohjuksia nykyaikaisempi ja sen laukaisu voidaan tehdä “normaaliin” tapaan Kouroun avaruuskeskuksessa sen nykyaikaisissa tiloissa venäläisten sotilastukikohtien sijaan.

Lisäksi tietysti mukana on iso annos eurooppalaista kauppa- ja teollisuuspolitiikkaa. Kun Ariane-rakettien tekemisestä vastaavat pitkälti Saksa ja Ranska, halusi viime aikoina avaruustoimintaan runsaasti panostanut Italia myös oman osuutensa kantoraketeista. Se puski voimakkaasti eteenpäin Vegan tekemistä ja lopulta tuloksena onkin hyvin italialainen raketti; Italia vastasi sen suunnittelusta ja noin 65% Vegasta tehdään Italiassa tai italialaiset yhtiöt tekevät työtä Kouroussa. Loput hankinnoista tulee mm. Ranskasta, Espanjasta, Belgiasta, Hollannista, Sveitsistä ja Ruotsista.

Strategisesti on myös tärkeää, että Eurooppa voi lähettää koska vain minkä kokoisen tahansa satelliitin mille tahansa kiertoradalle, ja siten Vega täydentää hyvin Arianea.

Suomi ei osallistu Euroopan avaruusjärjestön kantorakettiohjelmaan ja siksi siinä ei ole lainkaan suomalaisia osia tai osaamista.

Vähän kuin iso ilotulitusraketti

Vega on äärimmäisen yksinkertainen, sillä se käyttää pääasiassa kiinteää polttoainetta. Siinä missä esimerkiksi Ariane 5 käyttää ensimmäisen vaiheensa päämoottorissa ajoaineina nestemäistä vetyä ja happea, on sen sivuilla olevat, lentoonlähdössä tarvittavaa lisätyöntövoimaa tuottavat apuraketit kiinteällä polttoaineella toimivia.

Vega on pariaatteessa kuin yksi tuollainen apuraketti, joskin se koostuu kolmesta kiinteää polttoainetta käyttävästä ja yhdestä nestemäistä polttoainetta käyttävästä vaiheesta. Näin sen suorituskyky on optimoitu eri lennon vaiheisiin.

Yleistäen kiinteää polttoainetta käyttävä rakettimoottori on kuin ilotulitusraketti, eli siinä on kakku räjähtäen itsestään palavaa ainetta siten, että keskellä on pitkittäinen reikä, jonka kautta pakokaasut ohjataan suuttimeen ja sen kautta taaksepäin moottorista tuottamaan työntövoimaa.

Kiinteä rakettimoottori on siten yksinkertainen, eikä sen lentoonvalmistelu vaadi tankkaamista. Yleistäen se voidaan vain tuikata tuleen ja se toimii erittäin varmasti. Ongelmana on kuitenkin se, että moottoria ei voi hallita lennon aikana: sytyttämisen jälkeen sitä ei voi sammuttaa eikä sen työntövoimaa voi säätää. Sen sisärakenne on tosin tehty sellaiseksi, että työntövoima muuttuu suunnitellun lennon vaiheen mukaisesti sitä mukaa, kun polttoaine palaa moottorin sisällä.

Tämän hallitsemattomuuden vuoksi Vegassakin on ylin vaihe, joka toimii nestemäisellä polttoaineella. Sen rakettimoottoria voidaan säätää ja se voidaan sammuttaa sekä käynnistää uudelleen. Näin se pystyy viemään satelliitin tarkalleen halutulle radalle Maan ympärillä.

Vegan tapauksessa ylin vaihe toimii myös raketin “aivoina” – sen avioniikkalaitteisto sijaitsee siellä. Rakettimoottorina siinä on pieni, yksinkertainen ja luotettava ukrainalaistekoinen rakettimoottori. Sopivan kokoista moottoria ei ollut tarjolla Euroopassa, eikä sen kehittämiseen haluttu käyttää rahaa, koska tarvittava moottori oli saatavissa idästä.

Jo rutiinilaukaisu

Ensimmäinen Vega laukaistiin avaruuteen vuonna 2012 ja Sentinel-2A:n kiertoradalle vievä lento on järjestyksessään jo viides. Edellisellä lennollaan Vega laukaisi lyhyelle lennolleen  ESAn kokeellisen IXV-avaruusaluksen ja seuraavalla lennolla on kyydissä LISA-Pathfinder, jännittävä tähtitieteellinen tutkimuslento, jonka päämääränä on Lagrangen piste 1 noin 1,5 miljoonan kilometrin päässä Maasta.

Vaikka LISA-Pathfinder ohjataankin kauemmaksi Maasta, on Vegan peruskauraa Sentinel-2:n kaltaiset Maan kiertoradalle laukaistavat, massaltaan 300-2500 kg olevat satelliitit. Vegan suunnittelussa tyypillisenä matkustajana on pidetty puolitoistatonnista satelliittia, joka laukaistaan noin 700 km:n korkeuteen Maan napojen kautta kulkevalle polaariradalle; Sentinel on juuri sen tyyppinen tapaus.

Vegan laukaisulistalla on tällä hetkellä kahdeksi seuraavaksi vuodeksi kolme kaukokartoitussatelliittia, kaksi ilmastotutkimussatelliittia (mm. Suomessa hiotun suuren peilin sisältävä ADM-Aeolus).

Vegasta ollaan myös kehittämässä äreämpää versiota, joka ulkoisesti ei juuri eroa nykyisestä. Tämä Lyra-niminen raketti olisi noin 30% voimakkaampi kuin nykyinen Vega, mutta sen tekeminen ja laukaisu maksaisi jotakuinkin saman verran kuin Vegalla nykyisin.  

 

 

P80-rakettimoottorin halkileikkausP80-rakettimoottori tarkemmin

Vegan ensimmäisen vaiheen rakettimoottori on italialaistekoinen (Fiat ja Avio) P80.

Se on kiinteällä polttoaineella toimiva rakettimoottori, eli moottori on käytännössä kuin suuri sylinteri, jonka yläosa on suljettu ja alaosassa on suutin. Keskellä on suuri määrä herkästi syttyvää ajoainetta, jonka keskiosassa on muotoiltu reikä pystysuunnassa. Kun moottori sytytetään, palaa ajoainekakku alhaalta ylöspäin ja synnyttää suuren määrän kuumaa pakokaasua, joka syöksyy ulos rakettimoottorin suuttimesta.

Ajoaine on polttoaineen ja hapettimen seosta, missä on mukana sidosainetta. Polttoaineena ja samalla sidosaineena on hydroksyylipäätteistä polyvinyylietyleeniä, eli käytännössä parafiinivahaa, hapettimena ammoniumperkloraattia ja lisäksi hieman alumiinipulveria.

Moottorin työntövoima on laukaisun aikaan 3040 kN, mutta työntövoima muuttuu lennon kuluessa. Sitä hallitaan siten, että moottorin keskellä pystyssä oleva tyhjä tila on välillä suurempi ja välillä ahtaampi, minkä lisäksi reikä ei ole pyöreä, vaan hieman tähtimäinen: silloin palopinta-alaa on enemmän ja näin kaasuntuotto on suurempi.

Hiilikuiturakenteinen moottorin ulkokuori on kolme metriä halkaisijaltaan, tyhjän moottorin paino on seitsemän tonnia ja polttoaineen kanssa sen massa on kaikkinensa 95 tonnia. Polttoainetta tästä on 80 tonnia, ja kun se sytytetään laukaisun koettaessa käyntiin, kestää palaminen 107 sekuntia.

Raketteja viidakon siimeksessä

Ma, 06/22/2015 - 15:20 Jari Mäkinen
Yleisnäkymä Kouroun avaruuskeskukseen

Olen Kouroun avaruuskeskuksessa Etelä-Amerikassa, Ranskan Guyanassa. Tämä on paikka, mistä Ariane-kantoraketit laukaistaan matkaan ja mistä nykyisin lähetetään myös venäläisiä Sojuz-raketteja sekä uusia eurooppalaisia Vega-raketteja.

Tänään illalla on vuorossa Vega, joka tekee nyt viidennen lentonsa. Raketti, joka on jo lähes laukaisuvalmis, kantaa mukanaan Sentinel-2A -satelliittia. Kyseessä on tuorein lisä rakenteilla olevaan eurooppalaiseen Kopernikus-satelliittijärjestelmään, jonka avulla Eurooppa saa lähes reaaliajassa havaintoja kaikkialta maailmasta ja jonka tarkoituksena on tehdä lopulta kaukokartoitustiedoista samanlaista tylsää, arkista käyttötietoa kuin on satelliittipaikannus oheispalveluineen nykyisin.

Olen käynyt täällä jo seitsemän kertaa aikaisemmin ja tällä kerralla olen mukana ESAn toimittajaryhmässä. Käymme läpi Kouroun avaruuskeskuksen eri paikat sekä seuraamme luonnollisesti Vegan laukaisua nyt maanantaina illalla klo 22:52 paikallista aikaa (3:52 yöllä tiistaiaamuna Suomen aikaa). Sen jälkeen käymme pahamaineisilla Pirunsaarilla, jotka ovat Atlantin valtameressä Kouroun luona ja missä sijaitsee nykyisin mm. rakettien nousua seuraavia kameroita ja tutkia.

Seuraan matkaa Tiedetuubin twitter-tilillä lähes reaaliajassa ja julkiasen pieniä artikkeleita parin päivän aikana täällä Tiedetuubin sivuilla.

Miksi rakettilaukaisuita viidakosta?

Se, että eurooppalaiset laukaisevat rakettejaan Etelä-Amerikasta, tuntuu äkkiseltään ajateltuna omituiselta, mutta sille on hyvä selitys. Itse asiassa parikin.

Ensimmäinen osa selitystä on se, että satelliitit kannattaa laukaista aina matkaan mahdollisimman läheltä päiväntasaajaa ja maapallon pyörimisliikkeen suuntaisesti, eli kohti itää. Silloin Maan oma pyöriminen auttaa vauhdin saamisessa ja etu on jopa 1675 km/h, siis 0,46 km/s, eli noin kuusi prosenttia tarvittavasta vähimmäisnopeudesta. 

Verrattuna pohjoisempana tai etelämpänä olevaa laukaisupaikkaan, voidaan päiväntasaajalta siis joko laukaista satoja kiloja raskaampi kuorma avaruuteen tai käyttää hieman pienempää kantorakettia.

Euroopan manner ei maantieteellisesti ulotu päiväntasaajalle, mutta onneksi (jos niin voi sanoa) Euroopan mailla on historiallisista syistä alueita lähellä päiväntasaajaa. Näistä suurin ja logistisesti kätevin on Ranskan Guyana, joka sijaitsee juuri sopivasti vain 5,3° päiväntasaajan pohjoispuolella. 

Lisäbonuksena paikalla on sen sijainti Etelä-Amerikan itälaidalla, mistä katsottuna itäpuolella ja pohjoisessa avautuu vain laaja Atlantti. Sieltä voidaan siis laukaista turvallisesti raketteja niin polaariradoille kuin päiväntasaajan päällekin, ja rakettien ensimmäiset vaiheet voivat pudota haittaa aiheuttamatta mereen. Se ei ole myöskään pyörremysrkyalueella, vaan sää on hyvin tasainen ympäri vuoden.

Ranskan Guyana on myös vain kahdeksan tunnin lentomatkan päässä Euroopasta ja virallisesti osa Ranskaa, joten pääsy sinne ja toiminta siellä on helppoa (ellei huomioon oteta tropiikin pieniä epämukavuuksia). Kyseessä on eräs Ranskan merentakaisista alueista, jotka on muun muassa kuvattu euroseteleissä olevissa kartoissa pienin kuvin.

Pirunsaaret

Papillonin jalanjäljillä

Ranskalaiset ovat olleet läsnä tällä Amerikan kulmalla jo 1700-luvulta alkaen ja aivan Kouroun avaruuskeskuksen edustalla meressä sijaitsevat Pirunsaaret ovat jättäneet Guyanalle kovin kyseenalaisen maineen. 

Tarinan mukaan Papillon oli aikanaan tuolla vankisaarella, joka nyt kuuluu Ranskan kansalliselle avaruuskeskukselle ja mistä muun muassa seurataan Ariane-rakettien nousuja. Paikka on mukava päiväretkikohde, sillä sinne pääsee hyvin vaikkapa purjekatamaraanilla ja siellä voi paitsi rikkoa huvikseen kookospähkinöitä, niin myös katsella Papillonin vankilaa mukavasti Antillien alueen paikallista kreoliruokaa syöden.

Kapeaa rantakaistaletta lukuun ottamatta alue on sademetsän peittämää vaikeakulkuista maastoa, missä eläminen ja oleminen ei eurooppalaisille ollut helppoa ennen nykyajan tekniikkaa ja lääketiedettä. 

Koska Guyanassa ei pahemmin hiekkarantoja ja kulttuurikohteita ole, täyttyvät pääkaupunki Cayenneen lentävät koneet Ranskassa käyvistä paikallisista, luontoturisteista ja avaruusväestä. Ranskan Guyana saakin lähes puolet tuloistaan avaruudesta ja rakettien laukaiseminen hakkaa kirkkaasti perinteisesti suurimman elinkeinon, kalastamisen. Rommin tislaaminen jää sekin kauaksi rakettibusineksesta.

Kun ranskalaiset päättivät laukaista oman satelliittinsa 60-luvun alussa, kävivät he rakettitukikohtaansa valitessaan läpi koko joukon vaikutuksensa alla olevia maita Pohjois-Afrikasta Tyynen valtameren saariin. Guyana osoittautui parhaaksi ja sieltä paikaksi valittiin Kourou-joen suussa noin 70 kilometriä pohjoiseen Cayennestä oleva alue. 

Rakettilaukaisut Kourousta alkoivat vuonna 1964 ja kymmentä vuotta myöhemmin ranskalaiset tarjosivat paikkaa myös vastaperustetun Euroopan avaruusjärjestön ESAn käyttöön. Eräs tärkeimmistä ESAn projekteista oli Ariane-kantoraketti, jonka ensimmäinen lento tapahtui jouluna 1979. Nyt Arianen eri versiot ovet tehneet jo 223 lentoa. 

Lisäksi Kourousta laukaistaan matkaan nykyisin venäläisiä Sojuz-kantoraketteja (vuodesta 2011 alkaen) ja nyt laukaisuvuorossa olevia Vega-raketteja. Ensimmäinen Vega teki lentonsa vuonna 2012 ja nyt Sentinel-2A:n laukaiseva lento on järjestyksessään viides. Sojuz-lentoja on tehty seitsemän.

Kaikkiaan Kourousta on tehty 248 laukaisua ja viety avaruuteen 445 satelliittia.

Klikkaa tästä katsoaksesi Sentinel-2A:n laukaisumatkan liveseurantaa twitterissä.

Tiedetuubi Kouroussa satelliittia laukaisemassa

Ma, 06/22/2015 - 12:52 Jari Mäkinen

Tiedetuubi on ainoana suomalaistiedotusvälineenä seuraamassa Sentinel-2A -satelliitin laukaisua Vega-kantoraketilla Kouroun avaruuskeskuksesta kiertoradalle. Laukaisu tapahtuu tänään illalla Kouroun aikaa klo klo 22:52 (yöllä klo 3:52 tiistaiaamuna Suomen aikaa).

Vaikka harva jaksaa olla tuolloin hereillä Suomessa, kannattaa tänään ja huomenna seurata tätä sivua ja Tiedetuubin twitter-tiliä, sillä kerron siellä jatkuvalla syötöllä Kouroun avaruuskeskuksesta, Vegasta, Sentinelistä ja Ranskan Guyanasta laajemminkin – paikkahan on mieltä hersyttävä sekoitus eurooppalaisuutta ja Etelä-Amerikan sademetsää. Twitterin lisäksi viestit tulevat myös alla olevaan laatikkoon.

Tässä tarjontamme tähän saakka Kourousta, Vegasta ja Sentinel-2:sta:

Live-seuranta twitterissä: Tiedetuubi Kouroussa




Kopernikuksen uusin aisti: Sentinel-2

Ke, 02/25/2015 - 12:15 Jari Mäkinen
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.