Tämä on lupaava artikkeli.

Aalto-1

Wikipediasta
Tämä on arkistoitu versio sivusta sellaisena, kuin se oli 20. tammikuuta 2016 kello 19.16 käyttäjän Msaynevirta (keskustelu | muokkaukset) muokkauksen jälkeen. Sivu saattaa erota merkittävästi tuoreimmasta versiosta.
Siirry navigaatioon Siirry hakuun

Aalto-1
Aalto-1:n räjäytyskuva
Aalto-1:n räjäytyskuva
Organisaatio Aalto-yliopisto
Kohde LEO
Tehtävän kesto ~2 vuotta[1]
Massa 4 kg[2]
Aiheesta muualla
Virallinen sivusto

Aalto-1 on Aalto-yliopiston avaruustekniikan opiskelijaprojektina toteutettava CubeSat-satelliitti, jonka kehittäminen alkoi keväällä 2010. Satelliitti on suunniteltu laukaistavan avaruuteen vuoden 2016 alkupuolella.[3] Aalto-1 on ensimmäinen kokonaisuudessaan Suomessa suunniteltu ja rakennettu satelliitti.[4] Projektin tavoitteena on opiskella satelliitin rakentamista,[5] sekä demonstroida satelliittiin asennettujen hyötykuormien toimintaa.[1]

Aalto-1:n tehtävä avaruudessa koostuu kahdesta pääosasta. Ensimmäisessä vaiheessa havainnollistetaan satelliitin AaSI- ja RADMON-hyötykuormien toimintaa niiden käyttöönoton jälkeen.[1] Havainnollistamisvaiheen jälkeen tehtävän tiedeosio alkaa. Tiedeosio on jaettu kahteen alaosioon, joista ensimmäisessä käytetään Maan kaukokartoitukseen tarkoitettua AaSI-spektrometriä ja avaruussäteilyä mittaavaa RADMON-säteilymittaria. Jälkimmäinen alaosio on tarkoitettu plasmajarrun käyttöön. Koko satelliittimissio kestää kaksi vuotta.[1]

Historia

Suunnittelu ja rakentaminen

Aalto-1:n suunnittelu alkoi keväällä 2010. Satelliittimission esisuunnitelma saatiin valmiiksi saman vuoden syksyllä ja esisuunnittelukatselmus (PDR, lyhenne sanoista Preliminary Design Review) joulukuussa 2011.[6] Satelliittia suunniteltiin tällöin laukaistavaksi vuoden 2013 lopussa tai 2014 alussa.[7] Satelliitti olikin tarkoitus laukaista vuoden 2014 lopulla Guayanan avaruuskeskuksesta,[8] mutta projektin viivästysten takia laukaisua jouduttiin lykkäämään myöhemmäksi.

Satelliitista rakennettiin ennen avaruuteen lähetettävää lentomallia kaksi kehitysversiota, fyysinen malli ja sähköinen malli (niin sanottu insinöörimalli). Fyysisellä mallilla testattiin mahtuvatko satelliitin suunnitellut osat annettuun tilaan. Sähköisen mallin järjestelmät rakennettiin mahdollisimman samanlaisiksi lopullisen lentomallin kanssa, ja niillä kokeiltiin satelliitin järjestelmien ja hyötykuormien toimimista erilaisissa olosuhteissa ennen varsinaisen lentomallin rakentamista.[9]

Satelliitin alijärjestelmiä päästiin testaamaan maaliskuussa 2014 Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen kiihdytinlaboratoriossa. Nanosatelliittien järjestelmiä ei tyypillisesti säteilytestata kokeiden korkean hinnan takia – Aalto-1:n järjestelmät pääsivät kokeisiin Jyväskylän RADEF-laitokselle peruutuspaikan ansiosta parin viikon varoitusajalla.[10] Satelliitin tärinätestit saatiin päätökseen VTT:llä joulukuun alussa 2014, ja niissä ilmeni joitakin pieniä ongelmakohtia.[9]

Aalto-1-projekti on synnyttänyt suomalaisen Iceye-yhtiön, joka pyrkii kehittämään satelliittipohjaisen jääinformaatiopalvelun arktisille alueille[9], sekä kaksi spin-off-projektia, Suomi 100- ja Reaktorin Hello World -satelliitit.[11] Projektiin oli joulukuussa 2014 osallistunut yli 80 Aalto-yliopiston sähkötekniikan koulun opiskelijaa.[12] Maaliskuussa 2015 satelliitti sai Viestintävirastolta viiden vuoden kestoisen radioluvan.[13]

Laukaisu

Aalto-1:stä laukaisusta avattiin avoin tarjouspyyntö huhtikuussa 2014,[14] jonka hollantilainen laukaisuvälittäjä Innovative Solutions in Space voitti[4] noin 200 000 euron tarjouksellaan.[5] Satelliitti oli tarkoitus laukaista yhdysvaltalaisen SpaceX:n Falcon 9 -kantoraketilla[4] vuoden 2015 syksyllä,[12] mutta Falcon 9 -raketille CRS-7 -lennon yhteydessä sattunut onnettomuus viivästytti yhtiön tulevia laukaisuja.[15] Satelliitti oli marraskuussa 2015 julkaistun uutisen mukaan tarkoitus laukaista maaliskuussa 2016[3] Vandenbergin lentotukikohdasta[16] noin 500–900 kilometrin korkeudessa kiertävälle aurinkosynkroniselle radalle.[2] Samassa laukaisussa avaruuteen on tarkoitus viedä noin 80 muuta nanosatelliittia, mikä tekee siitä eniten satelliitteja kiertoradalle vieneen yksittäisen laukaisun.[4]

Satelliitin lentomallille ehdittiin laukaisun viivästymisen ansiosta tehdä vielä lisää testejä. Lentomalli olisi alun perin pitänyt toimittaa Alankomaihin heinäkuussa 2015, mutta viivästymisen ansiosta oli tarkoitus toimittaa laukaisunvälittäjälle marraskuussa. Lentomalli kävi vielä lokakuun viimeisellä viikolla avaruussimulaatiotestit tyhjiökammiossa ja marraskuun ensimmäisellä viikolla tärinätestit. Maa-aseman ja satelliitin välistä yhteyttä testattiin myös insinöörimallilla.[16] Aalto-1:n lentomalli odotti edelleen täysin valmiina joulukuussa toimitusta Alankomaissa toimivalle laukaisuvälittäjälle. Laukaisun viivästymisen seurauksena uudeksi toimitusajaksi oli määrittynyt seuraavan vuoden helmikuun alku.[3]

Aalto-2

Pääartikkeli: Aalto-2

Aalto-satelliitteja on tarkoitus tehdä sarjassa useampia. Seuraavan Aalto-2:n suunnittelu alkoi 2012,[14] ja satelliitti läpäisi esisuunnittelukatselmuksen (PDR, lyhenne sanoista Preliminary Design Review) vuoden 2013 toukokuuhun mennessä.[17] Kahden CubeSat-yksikön kokoinen[18] satelliitti kuuluu eurooppalaiseen QB50-hankkeeseen, jonka suunnitelmana on laukaista 50 CubeSat-satelliittia matalalle Maan kiertoradalle. Satelliittiparven on tarkoitus tutkia 90–320 kilometrin korkeudella sijaitsevaa alempaa termosfääriä,[17] jonka läpi kulkiessaan satelliitti mittaa muun muassa yläilmakehän plasman ominaisuuksia ja hiukkasia. Satelliitit ohittavat yleensä nopeasti termosfäärin ja 50 satelliitin parven etu onkin siinä, että se kerää enemmän monipuolisempaa dataa.[5] Aalto-2:n rakentaminen oli käynnissä maaliskuussa 2015[19] ja marraskuussa 2015 se oli tarkoitus laukaista kesällä 2016.[5]

Rakenne

Aalto-1:n malli Otaniemessä.

Aalto-1 on kooltaan kolme CubeSat-yksikköä, ja sen ulkomitat ovat 100 × 100 × 340,5 mm.[1] Satelliitin runkona toimii 1,5 millimetriä paksusta alumiinilevystä valmistettu nelikulmainen putki.[2] Sen sisällä olevat piirilevyt ovat järjestetty kahteen pinoon, joista käytetään nimityksiä lyhyt ja pitkä pino. Pitkän pinon piirilevyjen pinnat ovat suorassa kulmassa satelliitin pituusakseliin nähden, kun vastaavasti lyhyen pinon piirilevyjen pinnat ovat akselin suuntaiset. Pitkään pinoon on sijoitettu satelliitin radiolaitteet, päätietokone, AaSI-spektrometri ja asennonsäätöjärjestelmä.[1] Lyhyeen pinoon on sijoitettu RADMON-säteilyilmaisin ja plasmajarru. Satelliitin voimanlähteenä ovat sen ulkokuoreen kiinnitetyt aurinkokennot.[1]

Alijärjestelmät

Satelliitin alijärjestelmiin kuuluvat päätietokone (OBC), navigaatio- (iADCS, GPS), kommunikaatio- (COM), sähkö- (EPS), runkorakennejärjestelmä (STR) ja hyötykuormajärjestelmät (AaSI, RADMON, EPB).[1]

Päätietokone

Aalto-1 -satelliitin kahdesta Linux-pohjaisesta tietokoneesta[20] koostuva päätietokone (OBC, engl. On-Board Computer) ohjaa satelliitin kaikkia toimintoja asennonsäätöjärjestelmää lukuun ottamatta. Tietokoneen kestomuistiin tallennetaan hyötykuormajärjestelmien tuottamaa tietoa, jota voidaan lähettää OBC:n ohjaaman radiolinkin kautta.[21]

Kahteen[21] Atmelin AT91RM9200-suorittimeen pohjautuva tietokone kommunikoi satelliitin hyötykuormien ja muiden alijärjestelmien kanssa I²C-, UART- ja SPI-liitäntöjen välityksellä.[22] Kahdesta erillisestä tietokoneesta rakentuva ratkaisu mahdollistaa satelliitin toiminnan jatkumisen mahdollisessa vikatilanteessa, jossa toinen tietokone tulisi toimintakyvyttömäksi, sillä käytössä olevaa konetta voidaan vahtaa vuorottajan avulla.[21]

Hyötykuormajärjestelmän tietojen ja tieteellisten mittausten käsittely tapahtuu kahdessa ennalta määritellyssä pakettiformaatissa, ja spektrometrin kuvadata pakataan ennen kestomuistiin tallentamista.[21] Satelliitin ohjelmistoa on mahdollista päivittää myöhemmin avaruudessa, mutta toimintoa ei ole tarkoitus käyttää, mikäli se voidaan vain välttää päivitykseen liittyvien riskien takia.[20]

Radiolaitteet

Aalto-1 käyttää kahta eri taajuusalueella toimivaa radiolinkkiä maa-aseman kanssa tapahtuvaan yhteydenpitoon. Eri taajuusalueiden lähettämiseen ja vastaanottamiseen on kaksi erillistä radiomoduulia,[23] jotka toimivat 437,22 megahertsin UHF- ja 2,402 gigahertsin S-kaistan taajuusalueilla.[24]

Aalto-1 käyttää matalampisiirtokykyistä UHF-radiolinkkiä telemetriatietojen lähettämiseen, komentojen vastaanottamiseen, sekä radiomajakkana. UHF-radiolaitteen lähetysteho on 150 milliwattia[23] ja linkki sijoittuu 437,22 megahertsin taajuusalueelle.[24] UHF-linkin antennit ovat ympärisäteileviä dipoliantenneja, jolloin niiden avulla voidaan saada yhteys satelliittiin tilanteessa, jossa asennonsäätöjärjestelmä on vioittunut ja satelliitin asento on tuntematon.[23] Normaalitilanteessa kahdesta dipoliantennista yhtä käytetään radioliikenteeseen. Toinen antenni on vara-antenni, joka voidaan ottaa käyttöön, jos ensimmäinen vioittuu.[25] S-kaistaan nähden matalataajuisemman UHF-taajuuden vapaan tilan vaimennus myös on pienempi. Satelliitin kanssa kommunikointi tapahtuu AX.25-protokollalla.[23]

UHF-radiolaitteen lisäksi satelliitissa on toinen S-kaistan taajuusalueella toimiva radiolinkki, jota käytetään spektrometrin ottamien kuvien lähettämiseen sen nopeamman siirtonopeuden takia. Satelliitin S-kaistan radiolaitteet on kehittänyt Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulun radiotieteen ja -tekniikan laitos.[23] S-kaistan radiolinkki käyttää suuntaavaa patch-antennia.[24]

iADCS-100 -asennonsäätöjärjestelmä

Satelliitin asennonsäätöjärjestelmä on saksalaisen Berlin Space Technologiesin ja alankomaalaisen Hyperion Technologiesin yhteistyönä kehitetty ja valmistettu iADCS-100,[26] joka käyttää kolmiakselista magnetometriä, -gyroskooppia ja -akselometri sekä tähtien asemaa mittaavaa sensoria satelliitin aseman määrittämiseen. Satelliitin asennon säätämiseen käytetään kolmea reaktiopyörää ja kolmea magneettikelaa. iADCS kommunikoi satelliitin päätietokoneen ja muiden osien kanssa I²C- ja RS485-väylien kautta.[27]

Hyötykuormat

AaSI-spektrometri

Satelliitin päähyötykuorma on VTT:n kehittämä kuvantava spektrometri, Aalto-1 Spectral Imager (AaSI),[28] jonka avulla voidaan mitata veden laatua ja erottella maanpeitteen eri lajit.[29] AaSI koostuu kahdesta kameramoduulista, joista toista käytetään spektrikamerassa, joka sisältää pietso-aktuoidun Fabry-Pérot interferometrin (PFPI). Toista kameramoduulia, jossa on laajempi näkökenttä, käytetään näkyvän valon kamerassa.[30] Näkyvän valon kameran tarkoitus on vahvistaa kuvatun alueen sijaintia ja tarkistaa näkyvyyttä.[31] Järjestelmän yksinkertaistamiseksi molemmissa kameroissa käytetään samanlaista CMOS-kennoa.[30] AaSI saa komennot satelliitin päätietokoneelta (OBC) I²C-väylän kautta. Kuvatiedostojen siirto AaSI:n välimuistista OBC:lle tapahtuu SPI-väylän kautta.[28] Yhden välimuistillisen (16 megapikseliä) siirtämiseen kuluu minimissään 5,7 sekuntia.[28] Spektrometrillä otettiin ensimmäinen kuva ennen satelliitin laukaisua helmikuussa 2015.[32]

RADMON-säteilyilmaisin

Satelliitin toinen hyötykuorma on Helsingin ja Turun yliopistojen yhteistyönä kehitetty säteilyilmaisin.[33] Ilmaisin pystyy havaitsemaan liki valonnopeudella liikkuvia[34] yli kymmenen megaelektronivoltin (MeV) protoneita ja yli 0,7 MeV elektroneja, ja sillä on tarkoitus kartoittaa aurinkotuulioloja matalalla Maan kiertoradalla.[35] RADMON-moduuli koostuu hiukkasilmaisimesta ja ilmaisimeen osuvien varattujen hiukkasten määrän, lajin ja energian määrittävästä lukuelektroniikasta. RADMON-moduuli digitalisoi ilmaisimilta tulevan signaalin ilman hidasta analogista muokkausta, mikä mahdollistaa moduulille huomattavasi korkeamman laskentataajuuden perinteisiin analogisiin pulssinkäsittelyratkaisuihin nähden.[34]

Plasmajarru

Plasmajarrun 100-metrinen säie vapautetaan pyörittämällä satelliittia akselinsa ympäri

Satelliitin kolmas hyötykuorma on ilmatieteen laitoksen tutkijan Pekka Janhusen kehittämän sähköpurjeen idean toimivuutta testaava plasmajarru (EPB).[36] Jarrun satametrinen ja 25–50 mikrometrin paksuinen lieka, jonka päähän on kiinnitetty 0,5–1 gramman paino,[31] voidaan korkeajännitelähteen avulla varata positiivisesti tai negatiivisesti. Positiivisen varauksen ylläpitämiseksi Aalto-1 on varustettu neljällä elektronitykillä.[36]

Tiedehavaintovaiheen päätyttyä Aalto-1 kiihdyttää itsensä pyörimisliikkeeseen ja laskee liekaa kymmenen metriä. Satelliitti mittaa tämän jälkeen positiivisesti ja negatiivisesti varatun liean ja Maan ionosfäärin välistä vuorovaikutusta.[31] Mission lopulle suunniteltua hallittua kiertoradalta pudottamista varten lieka kelataan satametriseksi ja varataan negatiivisesti.[31]

Maa-asema

Aalto-1:n päämaa-asema on Espoon Otaniemessä, ja sen operoinnista vastaa pääasiassa Aalto-yliopiston sähkötekniikan laitos.[37] Maa-asema on osa GENSO-verkostoa.[38] Aseman UHF- ja VHF-lähetys- ja vastaanottolaitteistot saatiin valmiiksi ja käyttökuntoon kesällä 2011.[6] S-kaistan lähetys- ja vastaanottolaitteistot eivät olleet valmiit lokakuussa 2013. Satelliitin seurantaan on tarkoitus käyttää avoimen lähdekoodin Gpredict-ohjelmistoa.[37]

Katso myös

Lähteet

Viitteet

  1. ↑ a b c d e f g h Aalto-1 EID 2013, s. 7–9
  2. ↑ a b c Siddique 2015, s. 21
  3. ↑ a b c Mäkinen, Jari: Falcon 9 palaa lentoon ja yrittää taas laskeutumista – suomalaissatelliitin aikataulu myös kyseessä tiedetuubi.fi. 20.12.2015. Tiedetuubi. Viitattu 21.12.2015.
  4. ↑ a b c d Mäkinen, Jari: Aalto-1 laukaistaan avaruuteen syksyllä 2015 tiedetuubi.fi. 18.12.2014. Tiedetuubi. Viitattu 31.12.2014.
  5. ↑ a b c d Pajunen, Ilpo: Ensimmäinen suomalainen satelliitti viimeisiä testejä vaille valmis lähtöön – rahtimaksu 50 000 euroa kilolta yle.fi. 11.11.2015. Yleisradio Oy. Viitattu 11.11.2015.
  6. ↑ a b Kestilä, Antti et al.: Aalto-1, a Finnish Hyperspectral Remote Sensing Nanosatellite: a Status Update (PDF) kaukokartoituskerho.fi. 2012. Kaukokartoituskerho. Viitattu 6.1.2015. (englanniksi)
  7. ↑ Tähtiharrastustietoa 2. Etelä-Karjalan Novan jäsenlehti, 2011, nro 2, s. 3–4. ISSN 1238-0091. Lehden verkkoversio (PDF). Viitattu 31.12.2014.
  8. ↑ Lukinmaa, Tuukka: Maitotölkin kokoinen suomalaissatelliitti pian avaruuteen yle.fi. 1.3.2013. Yleisradio Oy. Viitattu 31.12.2014.
  9. ↑ a b c Naalisvaara, Mikko: Täällä rakennetaan ensimmäistä suomalaissatelliittia yle.fi. 19.12.2014. Yleisradio Oy. Viitattu 31.12.2014.
  10. ↑ Mäkinen, Jari: Suomen ensimmäinen satelliitti säteilytykityksen kohteena tiedetuubi.fi. 13.3.2014. Tiedetuubi. Viitattu 31.12.2014.
  11. ↑ Kallio, Esa: Hello World on myös Aalto-yliopiston nanosatelliittityön spin-off suomi100satelliitti.fi. 9.12.2015. Viitattu 9.12.2015.
  12. ↑ a b Suomen ensimmäinen satelliitti avaruuteen syksyllä 2015 aalto.fi. 17.12.2014. Aalto-yliopisto. Viitattu 24.12.2014.
  13. ↑ Viestintävirasto: Suomesta tulee avaruusvaltio: Aalto- 1 lähtee matkaan vuoden lopussa aamulehti.fi. 19.3.2015. Alma Media Oyj. Viitattu 12.5.2015.
  14. ↑ a b Suominen, Mikko: Aalto-1 kohoaa avaruuteen 2015 hs.fi. 8.5.2014. Helsingin Sanomat. Viitattu 31.12.2014.
  15. ↑ CRS-7 Investigation Update spacex.com. 20.7.2015. Space Exploration Technologies Corp. Viitattu 24.7.2015. (englanniksi)
  16. ↑ a b Mäkinen, Jari: Suomen ensimmäinen satelliitti lähdössä matkaan tiedetuubi.fi. 4.11.2015. Tiedetuubi. Viitattu 5.11.2015.
  17. ↑ a b Satelliittiprojektit lisääntyvät Aallossa into.aalto.fi. 29.5.2013. Aalto-yliopisto. Viitattu 12.5.2015.
  18. ↑ Jovanović, Nemanja: Aalto-2 satellite attitude control system (PDF) (s. 3) 18.8.2014. Aalto University School of Electrical Engineering. Viitattu 11.11.2015. (englanniksi)
  19. ↑ Mäkinen, Jari: Aalto-1 kääntyi loppusuoralle tiedetuubi.fi. 13.5.2015. Tiedetuubi. Viitattu 24.7.2015.
  20. ↑ a b Aalto-1:n aivot rakentuivat opiskelijavoimin radio.aalto.fi. 29.9.2015. Aalto-Yliopisto. Viitattu 1.12.2015.
  21. ↑ a b c d Siddique 2015, s. 31
  22. ↑ Razzaghi, Elyas: Design and Qualification of On-Board Computer for Aalto-1 CubeSat (PDF) (s. 43, 49–50) pure.ltu.se. 25.8.2012. Espoo: Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu. Viitattu 31.12.2014. (englanniksi)
  23. ↑ a b c d e Siddique 2015, s. 35–40
  24. ↑ a b c Lankinen 2015, s. 24
  25. ↑ Lankinen 2015, s. 62
  26. ↑ Tikka, Tuomas et al.: Low-cost and Fast-delivery Verification Strategy for the Aalto-1 Nano-satellite Attitude Determination and Control System (PDF) nanosat.jp. The 5th Nano-Satellite Symposium. Viitattu 17.5.2015. (englanniksi)
  27. ↑ iADCS-100 (PDF) berlin-space-tech.com. Berlin Space Technologies. Viitattu 11.11.2015. (englanniksi) (archive.org)
  28. ↑ a b c Aalto-1 EID 2013, s. 21–22
  29. ↑ Suominen, Mikko: ”Suomi saa ensimmäisen satelliittinsa”, sivu 40–43. Tähdet ja Avaruus (Ursa ry), 1/2011
  30. ↑ a b Näsilä, Antti: Validation of Aalto-1 Spectral Imager Technology to Space Environment (PDF) (s. 15) 1.5.2013. Aalto University School of Electrical Engineering. Viitattu 13.1.2016. (englanniksi)
  31. ↑ a b c d Kestilä, Antti et al.: Aalto-1 nanosatellite – technical description and mission objectives. GI – Volume 2, issue 1, 2013, s. 121–130. Geoscientific Instrumentation Methods and Data Systems. Artikkelin verkkoversio. (englanniksi)
  32. ↑ Praks, Jaan: Aalto-1 AaSI camera FM first pictures on the ground wiki.aalto.fi. 6.5.2015. Aalto-yliopisto. Viitattu 11.11.2015. (englanniksi)
  33. ↑ Projekti wiki.aalto.fi. Aalto-yliopisto. Viitattu 31.12.2014.
  34. ↑ a b Hyytiäinen, Erja: Turkulaisten suunnittelema ja rakentama säteilymonitori avaruuteen utu.fi. 4.6.2015. Turun yliopisto. Viitattu 11.6.2015.
  35. ↑ Vainio, Rami et al.: RADMON – Radiation Monitor for Aalto-1 Nanosatellite tucs.fi. 2012. Turun tietotekniikan tutkimus- ja koulutuskeskus. Viitattu 31.12.2014. (englanniksi)
  36. ↑ a b Khurshid, Osama et al.: Accommodating the plasma brake experiment on-board the Aalto-1 satellite. Proceedings of the Estonian Academy of Sciences, Volume 63, issue 2S, 2014, s. 258-266. Estonian Academy of Sciences. Artikkelin verkkoversio. (englanniksi)
  37. ↑ a b Aalto-1 EID 2013, s. 25
  38. ↑ Connecting Students with Space. ESA Bulletin 149, 2012, s. 43. ESA. Artikkelin verkkoversio. (englanniksi)

Aiheesta muualla

Commons
Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Aalto-1.
Noudettu kohteesta ”https://fi.wikipedia.org/w/index.php?title=Aalto-1&oldid=15474343”