Avaruus on hyödynnettävissä kestävästi

Avaruus on nouseva kansainvälinen trendi, ja kaupalliset piensatelliitit ovat nopeasti yleistymässä. Moni tekninen yksityiskohta on tässä avaruuden uusvalloituksessa silti vielä avoinna. Avaruuteen tällä hetkellä lähetettävä teknologia on usein melko vanhaa ja painavaa. Turha massa maksaa laukaisussa ja näkyy romuna kiertoradalla, ellei satelliitteja tuoda alas tehtävän päätyttyä. Tällä hetkellä kiertorataromua on jo yli 5000 tonnia.

Yksi ongelma on säteilynkestävyyden ratkaiseminen.

–Eurooppalaisille avaruuslennoille ja niiden laitteille säteilynsuojaus on ongelma, koska säteilynkestävää teknologiaa ei usein ole omasta takaa ja Yhdysvalloista tuotua tekniikkaa rasittaa hinta ja tiukka vientikontrolli, sanoo huippuyksikön johtaja, laskennallisen avaruusfysiikan professori Minna Palmroth Helsingin yliopistosta.

Suomen Akatemia teki vastikään tutkimuksen huippuyksiköistä rahoituspäätöksen vuosiksi 2018–2025, ja Minna Palmrothin johtama Kestävää avaruustiedettä ja -tekniikkaa tutkiva konsortio kuuluu huippuyksiköksi nimettyihin. Huippuyksikkö kokoaa saman katon alle Suomen ykkösosaajat avaruustieteessä ja -teknologiassa ja aikoo mullistaa kokeellisen avaruusfysiikan nanosatelliittien avulla. Samalla se haluaa suojata kiertoradat niitä uhkaavalta avaruusromulta.

Tulossa säteilyä sietäviä piensatelliitteja

Uusi huippuyksikkö keskittyy avaruuden hyötykäytön kannalta kahteen tärkeimpään tekijään: piensatelliittien säteilynkestävyyteen ja avaruusromun hallintaan.

Säteilynkestävyyttä lisätään kahdella tapaa. Ensinnäkin professori Palmroth haluaa tietää säteilyolosuhteista enemmän. Lisäksi huippuyksikkö kehittää älykkäitä teknologioita, joissa säteilysuojaus tehdään ohjelmistopohjaisesti käyttäen hyväksi teollisuusturvallisuutta ja esineiden internetiä varten luotuja teknologioita.

–Vanha tapa säteilysuojata satelliitteja avaruudessa perustuu kalliisiin erikoiskomponentteihin ja herkimpien osien panssarointiin. Me kehitämme kaupallisten komponenttien pohjalta aktiivisen, mutta kustannustehokkaan tavan suojautua säteilyltä, sanoo professori Rami Vainio Turun yliopistosta. 

Romun torjuntaa kustannustehokkaasti

Avaruusromun hallintaa varten huippuyksikkö kehittää plasmajarruteknologiaa, joka tuo satelliitin alas kustannustehokkaasti ja turvallisesti sen tehtävän päätyttyä.

–Osoitimme hiljattain, että  muutaman kilon painoisella plasmajarrumoduulilla voidaan tuoda alas jopa 800 kilon painoinen satelliitti 850 kilometrin korkeudelta, jarruteknologiaa huippuyksikössä kehittävä Ilmatieteen laitoksen tutkimuspäällikkö Pekka Janhunen sanoo.

–Romun määrä kasvaa nopeasti, ja joka viikko tapahtuu 13 000 läheltä piti -tilannetta. Tämä vaarantaa satelliittien hoitamia toimintoja kuten kommunikaatiota ja navigaatiota. Kiertoratojen hyötykäytön periaatteet on uudistettava, jotta voimme säilyttää ne käyttökelpoisena myös tuleville sukupolville, Minna Palmroth sanoo.

Konsortion ensimmäinen yhteistyöprojekti on Aalto-1

Huippuyksikön tiimi on tehnyt yhteistyötä pitkään ja ollut mukana esimerkiksi Aalto-1 -opiskelijasatelliittihankkeessa. Aalto-1 -satelliitti laukaistaan kiertoradalle juhannuksena.

–Aalto-1 on pitkälti opiskelijaprojekti, mutta jo siinä on mukana Turussa rakennettu säteilymonitori ja Ilmatieteen laitoksen plasmajarrukoe, sanoo Aalto-1 -satelliittiprojektin vetäjä professori Jaan Praks Aalto-yliopistosta.

Kestävän avaruustieteen ja -tekniikan huippuyksikössä ovat mukana Helsingin yliopistosta säteily-ympäristön tiede, havaintoja tutkiva apulaisprofessori Emilia Kilpua ja tietokonemallinnusta tekevä Minna Palmroth. Aalto-yliopistossa professori Jaan Praksin johtama ryhmä keskittyy satelliittien rakentamiseen ja säteilynsuojaukseen ja Turun yliopistossa professori Rami Vainion ryhmä tutkii instrumenttikehitystä ja uusia suojausmenetelmiä. Ilmatieteen laitoksella tutkimuspäällikkö Pekka Janhusen johtama ryhmä tutkii plasmajarrua ja sähköpurjetta.

Lisätiedot:

Laskennallisen avaruusfysiikan professori Minna Palmroth, Helsingin yliopisto, 040 5311 745, minna.palmroth@helsinki.fi, http://blogs.helsinki.fi/palmroth/

Kokeellisen avaruusfysiikan professori Rami Vainio, Turun yliopisto, 040 7397 347, rami.vainio@utu.fi, https://users.utu.fi/ravainio/

Tutkimuspäällikkö Pekka Janhunen, Ilmatieteen laitos, 029 539 4635, pekka.janhunen@fmi.fi, https://www.electric-sailing.fi/

Avaruustekniikan apulaisprofessori Jaan Praks, Aalto-yliopisto, 050 420 5827, jaan.praks@aalto.fi, http://people.aalto.fi/jaan.praks http://spacecraft.aalto.fi 

Avaruusfysiikan apulaisprofessori Emilia Kilpua, Helsingin yliopisto, 02941 50615, emilia.kilpua@helsinki.fi, http://blogs.helsinki.fi/ekilpua/