RUAG space

Tämä joukko on viemässä meitä Merkuriukseen

Ma, 05/07/2018 - 22:58 Jari Mäkinen
BepiColombo-hankkeeseen osallistuvia suomalaisia

Merkuriukseen lähtevä eurooppalaisluotain BepiColombo on tällä hetkellä laukaisupaikallaan, missä sitä ollaan valmistelemassa loka-marraskuun vaihteessa tapahtuvaan laukaisuunsa. Hankkeeseen osallistuu myös koko joukko suomalaisia tutkijoita ja insinöörejä – he esittelivät hanketta ja töitään tänään Helsingissä.

BepiColombo on ehdottomasti kiinnostavin tulossa olevista planeettalennoista: tarkoituksena on lennättää kaksiosainen alus Merkuriukseen ja tutkia tätä Aurinkoa lähintä planeettaa, avaruutta sen luona sekä Aurinkoa monilla erilaisella mittalaitteella. Näistä yksi on kokonaan suomalainen ja toisessakin on paljon suomalaista osaamista.

Jotta luotain pääsisi suunnitelman mukaan perille, täytyy sen lähteä matkaan 5. lokakuuta – 29. marraskuuta välisenä aikana. Laukaisuaika on tiukka, koska pelkästään Maan ja Merkuriuksen ei tule olla radoillaan juuri sopivissa paikoissa, vaan myös Venuksen siinä välissä tulee olla juuri sopivasti. Pitkään kestävän lentonsa aikana luotain kun lentää kahdesti Venuksen ohitse, jotta sen vetovoiman avulla voidaan muuttaa lentorataa sopivasti.

Merkuriuksen luokse luotain saapuu lokakuussa 2021, mutta se ei jää vielä silloin kiertämään planeettaa. Sen sijaan se käyttää jälleen Merkuriuksen vetovoimaa hyväkseen ratamuutokseen – eikä vain kerran, vaan viisi kertaa uudelleen kesäkuun 2022 ja tammikuun 2025 välillä, jotta luotain voisi asettua lopulta radalle Merkuriuksen ympärillä joulukuussa 2025. 

Lentäminen sisemmäksi Aurinkokunnassa ja etenkin Merkuriuksen soikealle radalle on hankalaa!

Yhden luotaimen sijaan BepiColombossa on kaikkiaan neljä osaa. Varsinainen luotain, missä ovat tutkimuslaitteet ja joka jää kiertämään Merkuriusta, on nimeltään MPO (Mercury Planetary orbiter). Siinä on kaikkiaan 11 erilaista tutkimuslaitetta. Sen lisäksi Merkuriusta jää kiertämään toinen, pienempi tutkimusluotain, japanilaisten tekemä Mercury Magnetospheric Orbiter. Kuten nimi sanoo, keskittyy se tutkimaan Merkuriuksen magnetosfääriä ja sitä varten siinä on neljä tutkimuslaitetta.

Pitkän matkan läpi planeettainvälisen avaruuden kaksikkoa kyytii MTO, Mercury Transfer Module, missä on neljä voimakasta ionimoottoria ja niille sähkövirtaa tuottamassa kaksi pitkää aurinkopaneelia. Kun alus saapuu Merkuriukseen, tämä irtoaa pois – se on silloin tehtävänsä tehnyt. Samoin magnetosfääriluotainsa matkan aikana suojannut osa MOSIF hylätään tuolloin.

Sekä Bepi että MMO kiertävät Merkuriusta soikeilla radoilla napojen ympäri. Molemmat käyvät lähimmillään vain noin 400 kilometrin päässä Merkuriuksesta. Bepi pysyttelee suhteellisen lähellä planeettaa, mutta MMO:n rata ulottuu yli 11000 kilometrin päässä Merkuriuksesta, missä luotain havaitsee myös aurinkotuulta.

Jos kaikki käy suunnitellusti, asettuu MPO kiertämään Merkuriusta 14. maaliskuuta 2026 ja tekee tutkimuksiaan ainakin seuraavan vuoden kevääseen. Kaikissa suunnitelmissa on kuitenkin varauduttu siihen, että luotain toimii kevääseen 2028 saakka. Jos se on silloinkin vielä iskussa, ei sitä varmasti sammuteta, vaan sen annetaan toimia pitempäänkin.

BepiColombon MPO Kouroussa

BepiColombon planeettaluotainosa MPO perillä Kouroun avaruuskeskuksessa, mistä se laukaistaan lokakuussa avaruuteen Ariane 5 -kantoraketilla.


Lentonsa lopuksi luotain todennäköisesti ohjataan putoamaan Merkuriukseen, koska silloin tutkimuslaitteet pääsevät tekemään mittauksia ja ottamaan kuvia hyvinkin läheltä pintaa.

Merkuriuksen rakenteen, geologian ja koostumuksen, sen magneettikentän alkuperän ja lähiavaruuden tutkimisen lisäksi Bepi testataa  Einsteinin suhteellisuusteoriaa ja sen toivotaan tuovan myös lisätietoa yleisesti aurinkokunnan synnystä sekä kehityksestä.

Monet eksoplaneetat kiertävät tähtiään hyvin lähellä, joten Merkuriuksen tutkiminen auttaa ymmärtämään myös näitä muita tähtiä kuin Aurinkoa kiertäviä planeettoja.

MIXS ja SIXS

BepiColombo on suomalaisittain kiinnostava, koska Suomessa työskentelevät tutkijat osallistuvat lennon tieteellisten mittausten analysointiin ja sen mukana on suomalaista huipputeknologiaa. 

Tärkein kohde on luotaimessa oleva SIXS-mittalaite, joka on kokonaan tehty ja suunniteltu Suomessa, sekä sen kanssa yhdessä toimiva brittiläinen MIXS.

SIXS mittaa Auringosta saapuvaa röntgensäteilyä, elektroneja ja protoneja ja MIXS puolestaan näiden Merkuriuksen pinnalla synnyttämää röntgenfluoresenssia ja -sirontaa.

Havainnoista voidaan päätellä Merkuriuksen pinnan alkuainepitoisuuksia ja rakennetta, mikä auttaa selvittämään planeetan muodostumista ja kehitystä. Yhdessä BepiColombon muiden tiedelaitteiden kanssa näiden havaintojen avulla tutkitaan, miten Auringon hiukkassäteily tunkeutuu Merkuriuksen magneettikenttään ja miten Merkuriuksen magnetosfäärin dynaamiset prosessit puolestaan kiihdyttävät hiukkasia.

SIXSin rakennemalli on esillä Helsingin observatorion Avaruusmaa Suomi -näyttelyssä.


MIXS ja SIXS liittyvät läheisesti toisiinsa siten, että kun MIXS kuvaa Merkuriuksen pintaa hyvin tarkasti röntgensäteiden aallonpituusalueella, tarkkailee SIXS koko ajan Auringosta tulevan röntgensäteilyn määrää. Tämä auttaa säätämään MIXSin keräämiä tietoja oikeanlaiseksi. 

Lisäksi SIXS tekee mittauksia myös itsenäisesti mittauksia Auringosta. Sen toivotaan keräävän ensimmäiset pitkät aikasarjat Auringon purkauksista peräisin olevasta röntgen- ja hiukkassäteilystä lähellä Aurinkoa.

Pitkän matkan aikana BepiColombon mittalaitteet eivät ole toimettomina, vaan niillä pyritään tekemään havaintoja myös avaruudesta matkan varrella. Varsinkin Venuksen ja Merkuriuksen ohilentojen aikana tehdään mittauksia ja kuvia; näitä voidaan käyttää myös mittalaitteiden toiminnan testaamiseen ja kalibrointiin.

Helsingin yliopisto on päävastuussa Suomen osuudesta hankkeessa. SIXS-instrumentin päätutkija on dosentti Juhani Huovelin, ja professori Karri Muinonen on brittiläisen MIXS-instrumentin toinen päätutkija. Professori Rami Vainio Turun yliopistosta vastaa SIXS:in hiukkasilmaisimesta.

Helsingin yliopiston johtamassa ja Business Finlandin (viime vuoden loppuun saakka Tekes) rahoittamassa teknisessä projektissa on viisi päätason alihankkijaa, ja Ilmatieteen laitos vastaa projektipäällikön ja laadunvalvonnan työosuuksista.

Oxfords Instrument Technologies Oy ja turkulainen Aboa Space Research Oy (ASRO) ovat vastanneet SIXS-instrumentin teknisestä suunnittelusta ja rakentamisesta. 

TalviOja Consulting Oy on vastannut SIXS-instrumentin lämpösuunnittelusta ja -mallinnuksesta. Olosuhteet Merkuriuksen luona ovat hyvin hankalat, koska Auringon lisäksi laitteeseen tulee paljon lämpöä Merkuriuksen pinnasta.

RUAG Space Finland Oy (ent. Patria Aviation Oy) on valmistanut SIXS- ja MIXS-instrumenttien ohjaus- ja datankäsittely-yksikön ja Space System Finland Oy on kehittänyt ohjelmiston SIXS- ja MIXS -instrumenttien yhteiseen ohjaus- ja datankäsittely-yksikköön. 

Space Systems Finland on tehnyt myös suuren työn tarkistamalla koko BepiColombon tietokoneohjelmien laatua; tällaisissa hankkeissa, joissa ohjelmistojen pitää olla erittäin luotettavia, annetaan ne toisien yhtiöiden arvioitavaksi. Suomalaiset löysivät ohjelmistosta noin 250 pahaa bugia ja noin 500 hieman pienempää – joten työ ei ollut turhaa!

*

Juttu perustuu Helsingin yliopiston tiedotteeseen. Otsikkokuva kirjoittajan.

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.