LUUPPI, Kelloseppäkoulun tiedotuslehti

KELLOSEPPÄKOULUN TIEDOTUSLEHTI 2/2019

< LUUPIN etusivulle

Elinkaaripalveluita piensatelliiteille

Aurora, koko nimeltään Aurora Propulsion Technologies Oy, tähtää korkealle. Se tähtää Maan ilmakehän ulkopuolella, avaruudessa toimivien piensatelliittien elinkaaren pidentämiseen, satelliittien parempaan hallintaan ja avaruusromun vähentämiseen.

Kuulostaako jotenkin etäiseltä? Mutta entä jos ajattelee, että avaruudessa kiertävät satelliitit ovat jo tärkeä osa meidän arkeamme. Meidän ei tarvitse miettiä mistä esimerkiksi käyttämiemme laitteiden paikannustiedot tulevat, me vain käytämme niitä. Euroopan komissio on arvioinut, että ensi vuonna maailmassa on jo noin 8 miljardia satelliittipaikannusta eri tavoin hyödyntävää laitetta. Se tarkoittaa, että avaruudessa kiertää jokseenkin monta satelliittia: suuria, pieniä ja todella pieniä. Ja paikannustietojen tuottamisen lisäksi satelliitit suorittavat tietysti myös monia muita tehtäviä.

Aurora on tuore startup- eli kasvuyritys, tällä hetkellä vain 14 asialle omistautuneen ihmisen hanke. Mutta parin, kolmen vuoden kuluttua se voi olla jo jotain aivan muuta. Aurora suuntautuu erityisesti piensatelliitteihin. Etenkin nanosatelliitteihin, jollainen on esimerkiksi CubeSat-standardin mukainen satelliitti. Sellaisen koko on 10 x 10 x 10 cm ja massa 1,3 kg. Se on siis varsin pieni kappale, joka kuitenkin pitää sisällään paljon tekniikkaa.

Suomi 100 -satellitti on hyvä esimerkki CubeSat –standardin mukaisesta satelliitista. Kuvassa on hahmotelma siitä. Se on Aalto-yliopiston ja Ilmatieteen laitoksen toteuttama hanke. Satelliitti pääsi matkaan 3. joulukuuta 2018. Satelliitti-hankkeen verkkosivuilla (http://suomi100satelliitti.fi/) voi nähdä mm. sen kulloisenkin sijainnin kiertoradallaan. Yksi kierros maapallon ympäri kestää noin 90 minuuttia. (Kuva Suomi 100 –satelliitin verkkosivulta.)

Suomessa ja erityisesti Aalto-yliopiston piirissä Otaniemessä on järjestetty jo yli kymmenen vuoden ajan piensatelliitteihin liittyvää hankekoulutusta osana alan opiskelua, mikä on osaltaan virittänyt runsaasti kiinnostusta avaruustutkimusta ja -teknologiaa kohtaan. Myös Aurora on syntynyt tältä pohjalta, paljolti sen teknologiajohtajan Perttu Yli-Oppaan aloitteellisuuden ansiosta.

Auroran tähtäin on korkealla myös markkinoiden suhteen. Yritys aikoo tuottaa elinkaaripalveluita piensatelliittimarkkinoille, jotka ovat kasvamassa huimaa vauhtia. Sen tuote on jo niin pitkällä, että massavalmistukseen pitäisi päästä parin vuoden kuluttua. Määrältään tällainen massavalmistus tarkoittaisi ehkä noin tuhatta (1000) kappaletta vuodessa. Se on mahdollista myös uudelle pienelle yritykselle satelliittien koon tultua aiempaa ratkaisevasti pienemmäksi ja niiden tekniikan aiempaa huomattavasti keveämmäksi. Mikä tarkoittaa myös sitä, että satelliittien ”kilohinta” halpenee ja niitä voidaan tuottaa entistä paljon pienemmin resurssein.

Aurora-yrityksen ratkaisun ytimessä on propulsio- eli työntövoimamoduuli ja suomalainen sähköpurjekeksintö.

(Sähköpurjeen keksi Ilmatieteen laitoksen tutkija Pekka Janhunen Kumpulan avaruuskeskuksessa vuonna 2006. Luuppi tutustui tähän keksintöön vuonna 2012 vieraillessaan Helsingin yliopiston fysiikan laitoksella, jossa Kelloseppäkoulusta valmistunut mikromekaanikko Jukka Ukkonen esitteli sähköpurjeeseen tarvittavan liean bondaamista, eli hitsaamista ultraäänen avulla. Lieka-sana tarkoittaa tässä yhteydessä pitkää, erittäin ohuista metallilangoista koostuvaa sidosta, joka pidetään korkeassa positiivisessa jännitteessä. Sittemmin liean valmistaminen on astunut jo muutaman askeleen eteenpäin, mutta kehitys on ollut välillä myös pysähdyksissä.)

Hankkeen perustaja ja yrityksen teknologiajohtaja Perttu Yli-Opas esittelee propulsiomoduulin eli työntövoimamoduulin mallinnosta.

Auroran kehittämässä propulsiomoduulissa on kaksitoista pientä suutinta. Moduulin toiminta perustuu teknologiaan, jossa satelliitin ajoaineena käytetään vettä. Vesi lämmitetään sähköllä, joka höyrystyessään purkautuu moduulin suuttimista. Suuttimet toimivat satelliitin ohjauksen välineinä. Suuntaamalla niiden päästämiä höyrypurkauksia eri tavoin satelliitille voidaan tehdä erilaisia rata- ja asentokorjauksia. Hankkeen tässä vaiheessa käytetään yksinkertaista teknologiaa ja vettä ajoaineena, myöhemmässä vaiheessa tutkitaan ehkä myös muita, tähän käyttöön mahdollisia kemiallisia aineita.

Yrityksen kehittämässä moduulissa uutta on satelliitin eri ohjaustoimintojen yhdistäminen yhteen moduuliin ja niiden saattaminen nykyisten piensatelliittien edellyttämään kokoon. Auroran moduulin avulla satelliitin asentoa voidaan korjata sen lennon aikana, se saadaan pysymään oikealla kiertoradalla ja sen rataa voidaan muuttaa.

Auroran moduulin kokonaisuuteen kuuluva plasmajarru puolestaan mahdollistaa tiensä päähän tulleen satelliitin saattamisen alas. Kun satelliitti on riittävän alhaalla, eli Maan magneettikehän sisäpuolella, sen ratanopeutta voidaan hidastaa. Tähän riittää yksi lieka, jonka maan painovoima pitää suorana. Se toimii samalla tekniikalla kuin iso sähköpurje, mutta nyt muodostaen ikään kuin jarruttavan purjeen. Jarrun avulla loppuun käytetyt satelliitit saadaan lopulta putoamaan ilmakehään, jossa ne tuhoutuvat. Tämä tapahtuma näkyy taivaalla tähdenlentona.