Kolmivuotias Proba - älykäs satelliitti, joka ohjaa itse itseään

"Olemme saaneet ensimmäisestä mikrosatelliitistamme Probasta aivan hämmästyttäviä tuloksia", ESAn Probasta vastaava projektijohtaja Frederic Teston kertoo. "Tällä lennolla on kokeiltu onnistuneesti monia pitkälle kehitettyjä teknologioita, ja siinä on sovellettu uusia lähestymistapoja satelliittien rakentamiseen ja käyttöön."

"Proba" on lyhenne itsestään ohjautuviin satelliittilaitteisiin viittaavasta käsitteestä "Project for On-Board Autonomy". Pikkuavaruusalus onkin täyttänyt nimensä odotukset 100-prosenttisesti – kolmen vuoden ajan se on joka päivä suorittanut itsenäisesti ohjauksen, suunnistuksen, kohteen ylilentohetken arvioinnin ja kuvaamisen. Suuremmilla satelliiteilla kaikki nämä toiminnot on ohjattava maasta.

"Ilmoitamme ainoastaan kohdepaikan leveys- ja pituusasteet sekä korkeuden, Proba huolehtii lopusta. Satelliitin tietokone ohjaa sen oikeaan kohtaan, kallistaa sen oikeaan asentoon sekä ottaa ja lähettää kuvan."

Proban taustalla on ajatus, että sillä voidaan suorittaa tarkasti määriteltyjä missioita nopeasti. Tutkijat hyötyvät siitä, että alustavasta suunnitelmasta laukaisuun ja toimintaan kuluvaa aikaa voidaan tuntuvasti lyhentää.

Rakenteen yksinkertaistamiseksi – ja kustannusten pienentämiseksi - Proba rakennettiin mahdollisimman suurelta osin olemassa olevista valmiskomponenteista eikä satelliiteissa tavanomaisista avaruuskäyttöön vahvistetuista erikoisosista. Hyvä uutinen on, että järjestelmät ovat toimineet hyvin koko Proban avaruudessaoloajan, 1096 päivää.

Polaariradalla 600 kilometrin korkeudessa kiertävä Proba ottaa kuukausittain kolmisen sataa kuvaa noin 60:sta eri kohteesta. Tähän mennessä luotain on lähettänyt yli 10 000 kuvaa, jotka se on tuottanut kahdella kuvantamisinstrumentillaan: toinen on pienikokoinen korkean erotuskyvyn kuvaava spektrometri (Compact High Resolution Imaging Spectrometer eli CHRIS) ja toinen mustavalkoinen korkean erotuskyvyn kamera (High Resolution Camera, HRC).

Hyperspektraalinen näkymä maailmaan

CHRIS on pienikokoinen hyperspektraalinen kuvantaja, joka pystyy tuottamaan yksityiskohtaista tietoa Maan pinnasta. Sen erottelutarkkuus on 18 metriä, ja se pystyy käyttämään kerrallaan yhteensä 62 spektrialueesta enintään 19:ää tuottamaan kumuloituvaa ympäristötietoa kohteesta. Sen avulla voidaan tarkastella samaa aluetta useista eri kuvakulmista, sillä Probaa on helppo käännellä pituus- ja leveyssuunnassa.

Se, että CHRISillä voidaan tuottaa hyperspektraalista kuvaa monista eri kuvakulmista, tekee siitä erityisen käyttökelpoisen maan kasvipeitteen tutkimiseen. Se on hyödyllinen tutkittaessa myös ilmakehää ja vesimassoja. CHRISin tuloksia hyödyntää nykyisellään noin 60 tieteellistä ryhmää ympäri maailman.

Hyvä avaruudellinen erottelutarkkuus tekee sen tiedoista erityisen käyttökelpoisia "siltana" suuremmista satelliitti-instrumenteista, kuten Envisatin MERIS-spektrometristä saatavien tulosten ja ilmakuvauksen välillä.

CHRISin tuloksilla parannetaan kosteikkoseurannan tarkkuutta osana ESAn Globwetland-hanketta ja tuotetaan tietoa näiden erittäin monimuotoisten luonnonalueiden ympäristön tilasta kosteikkoja koskevan kansainvälisen Ramsar-sopimuksen tueksi.

Instrumentin tuottamia kuvia käytetään ESA:n ja Kiinan Dragon-ohjelman hankkeissa, joissa tutkitaan muun muassa tulville alttiita alueita. CHRISin kuvista valmistetaan vertailukarttoja, joita voidaan verrata onnettomuustapauksissa kriisitietoihin, jotta tulva-alueet voidaan erottaa pysyvästi veden vallassa olevista alueista. Kiinalaiset tutkijat ovat ilmoittaneet kiinnostuksensa muihinkin hyperspektraalisen kuvantamisen sovelluksiin, esimerkiksi malminetsintään.

CHRISin tuotokset sovitetaan yhteen saksalaisen palotarkkailusatelliitin BIRDin (Bi-Spectral Infrared Detection) kuvien kanssa. CHRISillä on kuvattu uudelleen BIRDin havaitsemia metsäpaloalueita, jotta tuhoutuneen alueen laajuus saadaan selville ja pystytään havaitsemaan mahdollinen uusi kasvusto palotuhojen pitkäaikaisvaikutusten tutkimiseksi.

Samaan alaan liittyvien CHRISin kuvien käyttäjänä on ollut myös avaruuden käyttöä suurkatastrofien yhteydessä koskevan kansainvälisen peruskirjan yhteisö. Tämän kansainvälisen sopimuksen tarkoituksena on antaa avaruusresurssit luonnonkatastrofeihin reagoivien väestönsuojeluvirastojen käyttöön.

CHRISin tietojen ensi vuodeksi suunniteltuihin uusiin tieteellisiin sovelluksiin kuuluvat saksalainen tarkkuusmaanviljelytutkimus, satojätteiden ja maaperän spektraalista heijastuskerrointa Ranskassa koskeva tutkimus, luonnon monimuotoisuuden seuranta Afrikassa, rannikkoalueiden kartoitus Etelä-Chilessä ja arkeologiset hankkeet Espanjassa.

Probassa on mukana myös suomalainen laite

Proban toinen kuvantaja on pienikokoinen HRC, jonka spatiaalinen erottelukyky on vielä parempi eli 5 metriä. Se ottaa yksivärisiä kuvia 25 neliökilometrin alalta.

Maan tutkimisen ohella avaruusluotain lähettää tietoja myös sen välittömästä ympäristöstä. Luotaimessa on nimittäin säteilyilmaisin: Standard Radiation Environment Monitor (SREM). Sillä tutkitaan revontulia aiheuttavia energiahiukkasia, ja sen ansiosta kolmen viime vuoden aikana on pystytty mallintamaan Maata ympäröivää säteily-ympäristöä entistä tarkemmin.

Toinen hyötykuormaan kuuluva instrumentti on suomalainen Debris In-orbit Evaluator, eli DEBIE. Patrian, Metorex Internationalin ja Space Systems Finlandin suunnittelema ja rakentama laite tarkkailee pieniä mikrometeoroideja ja avaruusromua, joiden läpimitta vaihtelee yhdestä senttimetristä alle millimetriin. DEBIE koostuu tietojenkäsittely-yksiköstä sekä neljästä satelliitin ulkopintaan asennetusta sikuja havaitsevasta levystä: pienenpienten hiukkasten massan lisäksi levyt pystyvät mittaamaan törmääjien nopeuden ja lentosuunnan.

Proban jälkeen DEBIE asennetaan kansainväliseen avaruusasemaan ja sitä tarjotaan satelliitteja valmistaville yhtiöille avaruusalusten standadi-instrumentiksi, koska sen avulla pystytään satelliitti asettamaan suojatilaan, mikäli se joutuu yllättävän hiukkaspommituksen kohteeksi.

Lisätietoja Probasta

Proba on ESAn GSTP-ohjelmassa (General Support Technology Programme) kehitetty mikrosatelliitti, jonka rakentajana on toiminut belgialaisen Verhaert-yhtiön johtama teollisuuskonsortio. Se laukaistiin radalleen Intiasta 22. lokakuuta 2001 ja sitä operoidaan ESA:n maa-asemalta, joka sijaitsee Redussa, Belgiassa. CHRIS-instrumentti on British National Space Centren (BNSC) rahoittama ja kyseisen maan SIRA Space -yhtiön rakentama.

Proba suunniteltiin vuoden kestäväksi teknologian esittelymissioksi, mutta sen toiminta-aikaa jatkettiin Maan tarkkailumissiona.

Koska Proba on toiminut erinomaisesti, käytetään sitä varten kehitettyä tekniikkaa hyväksi suunniteltaessa ESAn ehdottamaa SPECTRA-missiota (Surface Processes and Ecosystem Changes Through Response Analysis). SPECTRA on Maan tarkkailuun tarkoitettu avaruusluotain, jonka tarkoituksena on tutkia maakasvistoa suurissa biologisissa yhteisöissä, eli biomeissa. Jos SPECTRA päätetään kehittää, se laukaistaneen vuoden 2012 paikkeilla.

ESAn aikoo tehdä myös toisen pienimuotoisen teknologiaa testaavan ja esittelevän lennon, Proba-2:n, joka on tarkoitus saada taivaalle vuoden 2007 loppuun mennessä. Edeltäjänsä tapaan uudessa missiossa testataan uusia teknologioita ja tuotteita kiertoradalla.

Näiden kehitystulosten perusteella rakennettavan järjestelmän tarkoituksena on tukea tulevaisuudessa Auringon tarkkailuun ja plasmamittaukseen keskittyvää missiota. Uudenlaisella, tehokkaaseen avaruusluotaimeen yhdistetyllä aurinkospektrometrillä saadaan silloin ensimmäistä kertaa suurella bittitaajuudella kuvaa Auringosta.