Pienet satelliitit ratkomassa avaruusfysiikan suuria kysymyksiä

13.8.2018
Nyt on pienten satelliittien aikakausi. Nanosatelliitit ovat noin maitopurkin kokoisia ja 1-10 kilon painoisia luotaimia, joiden laukaisumäärät kasvavat räjähdysmäisesti. Yhtenä FORESAIL-huippuyksikön tavoitteena on aloittaa nanosatelliittien käyttö avaruustieteissä.

Vaikka nanosatelliitit ovat pieniä, niiden avulla voidaan tutkia suuria kysymyksiä. Yksikkömme kolme satelliittia tulevat jokainen tekemään uraauurtavaa tiedettä. Ensimmäisellä tehdään tarkkoja mittauksia Maan säteilyvöistä ilmakehään satavien elektronien dynamiikasta. Toisella mittaamme säteilyvöiden vuo-olosuhteita kaikkein kovimmissa avaruusolosuhteissa sekä tutkimme ultramatalataajuisten plasma-aaltojen roolia säteilyvöiden dynamiikassa. Kolmannella mittaamme Auringon korkeaenergiaisia sähköisesti neutraaleja atomeja ja selvitämme niiden avulla Auringossa tapahtuvan hiukkaskiihdytyksen mekanismeja.

Aurinko on nyt myös suurten avaruusjärjestöjen tutkimuksen kohteena. Sunnuntaina 12.8.2018 laukaistiin avaruuteen NASA:n Parker-aurinkoluotain (Parker Solar Probe). Tämä luotain matkaa ensi kertaa Auringon koronaan, jossa voidaan tutkia aurinkotuulen syntyä paikan päällä. Lähimmillään luotain käy alle kymmenen Auringon säteen päässä lähitähtemme pinnasta. Sen kumppaniksi laukaistaan vuonna 2020 Euroopan avaruusjärjestön (ESA:n) Solar Orbiter –luotain, joka mittaa aurinkotuulta ja kuvaa Aurinkoa hieman kauempaa, mutta kuitenkin paljon Maan etäisyyttä lähempää. Odotamme näiden molempien isojen hankkeiden tuovan uutta tietoa, joka on myös FORESAIL-yksikössä tehtävälle tieteelle tärkeää.

Piensatelliittien kehittämisessä on tärkeää tarvittavan tekniikan miniatyrisointi. Kun satelliitti saa painaa vain muutaman kilon, ei tiedehavaintolaitteiston osuudeksi jää kovinkaan paljon. Fiksuilla ratkaisuilla pystymme kuitenkin valmistamaan laitteita, joilla huipputiedettä voidaan tehdä noin tuhannesosalla isojen tiedesatelliittien kustannuksesta. Toki tutkimusongelmat pitää rajata sopivasti.

Yksi nanosatelliittien merkittävimmistä tulevaisuuden mahdollisuuksista on rakentaa kohtuukustannuksin suuria mittausverkostoja varsinkin Maan lähiavaruuteen. Tämä avaa aivan uusia ovia Maan lähiavaruuden  ymmärtämiseen sekä sen dynamiikan ennustettavuuteen.

Yhtenä piensatelliittien suurena etuna on lisäksi se, että projekti on vietävissä läpi nopeasti pienellä budjetilla. Tämä mahdollistaa isojen luotain- ja kaukokartoitusmissioiden edeltäjät, jotka varmistavat uudenlaisten laitteistojen odotetun toiminnan avaruudessa.

Mutta tarvitaanko suuria missioita avaruustieteessä enää mihinkään, jos piensatelliitillakin saadaan tehtyä huipputiedettä? Kyllä tarvitaan. Esimerkiksi tähtitieteen suuret avaruusteleskoopit eivät ole korvattavissa pienemmillä, koska laitteen suorituskyky on suoraan verrannollinen sen kokoon havaittaessa himmeitä taivaan kohteita. Myös operoitaessa kaukana maasta on pienen luotaimen riittävä tehontuotto radiokommunikaatiota varten hyvin haasteellista. Lähellä Aurinkoa ei lämpösuunnittelukaan oikein onnistuisi ilman massiivisia rakenteita. Lisäksi myös lähiavaruuden fysiikan tutkimuksessa tarvitaan edelleen suuriakin alustoja, koska esimerkiksi hiukkasten mittaamisessa laitteen koko ratkaisee sen, paljonko näytteitä ympäröivästä plasmasta saadaan kerättyä tietyssä mittausajassa.

Myös suuret avaruusjärjestöt ovat kuitenkin jo suunnanneet katseensa piensatelliitteihin. Paitsi varsinaisia pienen budjetin pienmissioita, ESA:n tiedeohjelmassa pohditaan myös missioita, jotka yhdistävät ison ja pienen alustan toisiinsa. Parhaillaan ehdotuksia otetaan vastaan ensimmäiseksi F-luokan missioksi. ESA toivoo saavansa ehdotuksia missioista, jotka koostuvat isommasta emoaluksesta ja useammasta piensatelliitista. Tiedeyhteisön tehtäväksi jää pohtia sovelluskohteet, joita kyllä riittää vaikkapa asteroiditutkimuksesta aurinkotuulen turbulenssin salojen selvittämiseen.

Suomelle ja muille pienille maille suuntaus kohti piensatelliittien lisääntyvää käyttöä kokeellisessa avaruustutkimuksessa on mainio. Avaruuteen päästään omilla piensatelliiteilla pienelläkin budjetilla. Uusien ideoiden keksiminen ja kehittäminen on helpompaa kuin vanhassa maailmassa, jossa ainoa vaihtoehto oli saada laitteistojamme isoihin kansainvälisiin satelliitteihin mukaan. Vanhan maailman toimintamallilla oli kuitenkin tärkeä rooli Suomen kokeellisen avaruustieteen synnyttäjänä varsinkin 1990- ja 2000-luvulla, jolloin rahallinen satsaus alaan Suomessa oli suuri. Nyt 2020-luvulla olemme ottamassa paljon itsenäisemmän roolin avaruuden tutkimisessa. Tämä tukee myös rooliamme suurten kansainvälisten missioiden kehittämisessä ja mahdollistaa ketterän kehitystyön kestävällä budjetilla. Tämän kehityskulun varmistamisessa on FORESAIL-satelliiteilla tärkeä rooli.

More about the subject: Science news