Näytetään tekstit, joissa on tunniste ESTCube-1. Näytä kaikki tekstit
Näytetään tekstit, joissa on tunniste ESTCube-1. Näytä kaikki tekstit

keskiviikko 15. huhtikuuta 2015

Sähköpurjekolumni 34

(Kyseisen Avaruusluotain-lehden numeron teemana oli avaruustekniikan epäonnistumiset.)

Kuten tunnettua, ESTCube-1:n liekakoe epäonnistui. Virolaisten rakentama satelliitti toimi, mutta meidän liekarullamme ei jaksanut pyöriä joten sähköpurjelieka ei avautunut ja sähköpurje-efekti jäi mittaamatta.

Elokuussa 2012 ESTCUbe-1 -tiimi sai tarjouksen ilmaisesta laukaisusta, jos satelliitti luovutetaan jo tammikuussa 2013 eikä toukokuussa kuten siihen asti oli suunniteltu. Tarjous hyväksyttiin koska siten säästettiin rahaa. Aikataulun nopeutuminen lähes puolella aiheutti valtavan kiireen. Täristystestiä ehdittiin kuitenkin tekemään, ja siinä liekarulla alkoi odotusten vastaisesti pyöriä jonkin rullamoottorin sisäisen resonanssin takia. Tuon estämiseksi improvisoitiin rullalle laukaisulukko. Uutta täristystestiä ei kuitenkaan ehditty tehdä. Uudessa testissä olisi todennäköisesti paljastunut että rullan liukurenkaaseen syntyy tärinässä pieni kuoppa paikkaan jossa sähköisen kontaktin antava läystäke painaa sitä, ja että melko heikkovoimainen magneetiton pietsomoottorimme ei jaksa vääntää läystäkettä ylös kuopasta. Tämä huomattiin myöhemmin Aalto-1:n liekakoetta rakennettaessa ja se korjattiin ripustamalla läystäke omalla laukaisulukollaan irti liukurenkaasta.

ESTCube-1 jaksoi toimia lähes pari vuotta. Huolimatta satelliittiin jääneestä magneettisesta epäpuhtaudesta se saatiin lopulta pyörimään jopa 2 kierrosta sekunnissa, mikä saattaa olla satelliittien epävirallinen maailmanennätys. Myös sähköpurjekokeeseen kuulunut elektronitykki toimi. Tämä kaikki on erittäin rohkaisevaa seuraavia missioita ajatellen. Lopulta satelliitti sammutettiin, kun aurinkopaneelien ikäännyttyä se ei enää pystynyt tuottamaan riittävästi sähköä toiminnan jatkamiseen ja satelliitista oli jo saatu kaikki oppi mitä se pystyi antamaan.

Seuraava liekakoe lentää Aalto-1 -satelliitin mukana loppuvuodesta, ja se luovutettiin aaltolaisille pääsiäisen alla. ESTCube-1 -kokeen tunnetut ongelmat on korjattu ja testejä on tehty enemmän. Kokeessa on myös mukana enemmän diagnostiikkaa, eli jos jotain kaikesta huolimatta menee pieleen, pystymme paremmin haarukoimaan vikaa.

Vaikka jokaisen kokeen kohdalla toivotaan ennakko-odotukset ylittävää ihmesuoritusta, tilastollisesti ajatellen kokeiden ajoittainen epäonnistuminen on tyypillistä tehokkaalle ja järkevälle toiminnalle. Juuri tänään luin että SpaceX oli jälleen epäonnistunut kantorakettinsa palauttamisessa, vaikka toki lento onnistui siinä mielessä että asiakkaan hyötykuorma pääsi perille. Aikanaan myös esimerkiksi Neuvostoliiton Venus-ohjelma ylsi hyvin korkeisiin saavutuksiin, vaikka useat sarjan luotaimista toisaalta myös epäonnistuivat. Tässä ei ole mitään uutta tai mystistä, ja esimerkiksi maanpäällisessä liike-elämässä järkevä suhtautuminen riskeihin on useimmille itsestään selvää. Samat todennäköisyyslait pätevät avaruustoiminnassakin.

torstai 13. marraskuuta 2014

Sähköpurjekolumni 32

Sähköpurjekolumni 13.11.2014

ESTCube-1 -satelliitin (virolaisten opiskelijoiden rakentama 1 kg painoinen CubeSat, joka laukaistiin toukokuussa 2013) liean avaamiskomennot aloitettiin syyskuun puolivälissä. Avaaminen ei onnistunut, mikä pääteltiin siitä että liean kärkimassa ei ilmestynyt kameran näkökenttään. Tuosta alkoi salapoliisityö jonka tavoitteena on selvittää mitä oli tapahtunut. Työ on edelleen kesken. Tiedämme että moottori jonka pitäisi pyörittää liekarullaa kuluttaa tehoa kun se laitetaan päälle. Myös rullaa paikoillaan pitänyt sekä liean kärkimassan paikoilleen sitonut laukaisulukko kuluttavat oikean määrän tehoa kun virta ohjataan kulkemaan niissä olevan vastuksen läpi jolloin vastuksen vieressä olevan muovilangan pitäisi sulaa poikki ja vapauttaa lukon jousimekanismi. Aluksen asentodata viittaa siihen että liekarulla ei pyöri vaikka moottori käy, mutta tieto on toistaiseksi vähän epävarma. Jos näin on, silloin pettänyt osa on todennäköisesti rullaa paikoillaan pitänyt laukaisulukko: se ei jostain syystä päästä rullaa pyörimään vaikka muovilanka on todennäköisesti sulanut poikki. Tämä ei olisi siinä mielessä yllättävää että kyseinen mekaaninen osa on juuri se joka jouduttiin aikanaan improvisoimaan lyhyessä ajassa, kun täristyskoe osoitti että moottorin sisäinen kitka ei riitä estämään liekarullaan pyörimistä laukaisutärinän aikana.

Syksyn aikana ESTCube-1 teki todennäköisesti satelliitin pyörimisnopeuden epävirallisen maailmanennätyksen: yli kaksi kierrosta sekunnissa. Pyöriminen saavutettiin pelkillä magneettivääntimillä, eli satelliitin sivupaneeleissa oleviin magneettikeloihin johdetaan virtaa sopivassa tahdissa, jolloin syntyvä magneettinen momentti vääntää satelliitti Maan magneettikentän suhteen. Ennätys syntyi huolimatta satelliitissa olevasta magneettisesta epäpuhtaudesta. Magneettisen epäpuhtausongelman kiertäminen ohjelmoinnilla oli pääasiallinen syy siihen että liekakoetta päästiin yrittämään vasta yli vuoden päästä satelliitin laukaisusta.

ESTCube-1:n aurinkopaneelit. Kuva: Wikipedia
ESTCube-1:n aurinkopaneelien tuottama teho putosi melko rajusti satelliitin ensimmäisen kuukauden aikana, mutta sen jälkeen putoaminen on ollut hidasta. Arvelemme tehonpudotuksen johtuvan siitä että aurinkopaneelien peittona ei ollut laseja suojana matalan kiertoradan atomaarista happea vastaan. Sähkön niukkuus ei ole estänyt minkään operaation tekemistä satelliitilla, mutta se on hankaloittanut ja hidastanut operointia koska satelliitin akkujen latausjaksot ovat olleet pitkiä. Satelliitin ohjelmistoja on päivitetty kymmeniä kertoja ja nykyiset ohjelmat mm. säästävät sähköä aggressiivisesti kytkemällä alijärjestelmät pois päältä heti kun niitä ei tarvita.

Tällä hetkellä näyttää siltä että sähköpurje-efektin mittaus jää Aalto-1 -satelliitin tehtäväksi, mutta monilta osin ESTCube-1 oli myös suuri menestys.

perjantai 18. heinäkuuta 2014

Sähköpurje komeasti esillä EU:n tutkimus- ja innovaatiolehdessä


 
Tämä kuva on EU:n jutussa pienenpienenä, joten tässä isompi versio: Pekka Janhunen sähköpurjeen tiimikokouksessa Pisassa 2012. Kuva: Sini Merikallio


EU:n Horizon-lehdessä käsitellään sähköpurjetta ja sen mahdollisuuksia aurinkokuntamatkailuun jutussa "Crossing the solar system on a 400 square km solar sail". Sähköpurjeen toimintaperiaatteen ja mikrometeoriittihaasteen lisäksi jutussa käsitellään ESTCube-1 satelliitin tulevaa liekatestiä.

torstai 10. heinäkuuta 2014

ESTCube-kokous, Tõravere 9.-11.7.2014

ESTCube-1:sen liekakokeen alkamisesta käydään parhaillaan keskusteluja Tartun liepeillä Tõraveressä. Myös tulevia kokeita ja satelliitteja, sekä seuraavia Estcubeja, suunnitellaan jo kovalla höökillä nelisenkymmenen osallistujan voimin.

Ilmatieteen laitokselta paikalla ovat Pete, Jouni, Sini ja Pekka.

ESTCube-1:sen signaalit näkyvät yläruudussa vaakasuorina viivoina.


Normaalin avaruudessa purjehtimisen sijaan ESTCube-tiimi kävi Emäjoella etenemässä. Aluksessamme, viikinkilaiva Turmissa, oli kyllä lieat, mutta niissä ei ollut jännitettä (eikä ihan aurinkotuulessakaan oltu), joten jouduimme siis itse soutuhommiin! 
Ryhmäkuva Workshopin osallistujista Tartun Observatorion edustalla.

maanantai 26. toukokuuta 2014

ESTCube-1 erikoisnumero

Proceedings of Estonian Academy of Sciences (englanninkielinen vertaisarvioitu tieteellinen julkaisusarja jota julkaisee Viron tiedeakatemia) on julkaissut ESTCube-1 -teemanumeron jossa on yhdeksän ESTCube- ja sähköpurjeaiheista artikkelia. Artikkelien kirjoittajat ovat pääosin satelliitin rakentaneita virolaisia ja suomalaisia tutkijoita ja niiden aiheet käsittelevät ESTCube:n sähköpurjekoetta sekä satelliitin alijärjestelmiä kuten päätietokonetta, tehojärjestelmää, asennonsäätöjärjestelmää ja kamerajärjestelmää. Mukana on myös sähköpurjeen sovelluksia luotaava artikkeli.

torstai 6. maaliskuuta 2014

Sähköpurjekolumni 29

Sähköpurjekolumni 6.3.2014

ESTCube-1:n liekakoe ei ole vielä päässyt alkamaan, mutta tilanne näyttää lupaavalta. Kolumnin ilmestymisessähän on viive, joten en kerro enempää koska tieto ei kuitenkaan olisi ajantasaista.

Suunnittelemme CubeSat-aurinkotuulitestimissiota. Satelliitti laukaistaisiin todennäköisimmin jonkin Kuuhun menevän aluksen oheishyötykuormana ja se päätyisi ellipsiradalle, jonka lakipiste on noin Kuun etäisyydellä. Satelliitti avaa yhden 1 km pituisen liean ja on muodoltaan ja kooltaan kuten Aalto-1, eli 3-U CubeSat. Satelliitista avataan myös metrien pituiset, rullamittaa muistuttavat kiinteät puomit joihin voidaan halutessa kytkeä sama jännite kuin liekaan. Jännitteellisten puomien tarkoituksena on muuttaa potentiaalirakenne epäsymmetrisemmäksi, mikä saattaisi nopeuttaa liean sähkökenttään vangiksi jääneiden elektronien poistumista. Vangittuja elektroneja on hankala mallintaa teoreettisesti. Mittaamalla sähköpurjevoiman aikakehitys puomien jännitteen kanssa ja ilman antaa asiasta kokeellista tietoa.

Aalto-1 on 3-U:n kokoinen CubeSat. Kuva: Aalto-1
Satelliitin asennonmääritys perustuu tähtisensoriin ja aluksen asentoa säädetään vauhtipyörillä. Aina kun jokin vauhtipyöristä on asentomanöövereiden seurauksena saavuttanut maksiminopeutensa eli
saturoitunut, se jarrutetaan ja samalla kompensoidaan pyörästä satelliitin runkoon siirtyvä vääntömomentti kylmäkaasumoottoreilla. Koska rata on pääosin Maan magneettikentän ulkopuolella, asennon määrittämiseen ei voida käyttää tavanomaisia magnetometrejä eikä asentoa voida muuttaa magneettivääntimillä. Kylmäkaasumoottoreilla myös käynnistetään pyöriminen liean avaamisen aikana ja niillä voidaan tehdä
ratakorjauksia.

Satelliitissa tarvitaan ainakin jonkin verran enemmän säteilysuojausta kuin LEO-radan CubeSateissa, koska se lentää säteilyvyöhykkeiden läpi ainakin kerran menomatkalla ylös. Jos syntyvän ellipsiradan alin piste on säteilyvyöhykkeissä tai niiden alapuolella, säteilyannosta kertyy lisäksi jokaisella ratakierroksella merkittävä määrä. Suunnittelemme satelliitin ensin muuten valmiiksi, sitten katsomme kuinka paljon tilaa ja massaa ajoaineelle ja säteilysuojaukselle jää. Mitä enemmän ajoainetta ja säteilysuojausta on, sitä enemmän on erilaisia laukaisu- ja missiomahdollisuuksia. Säteilysuojaus painaa paljon mutta vie vähän tilaa, butaaniajoaineen osalta tilanne on päinvastainen. CubeSatin ulkoseinien paikat on tarkasti määritelty, kokonaismassan suhteen laukaisufirmoilla saattaa olla enemmän joustavuutta.

torstai 17. tammikuuta 2013

Esail Finland - FC Murphy 3-3

Sähköpurjekolumni 25, 17.1.2013

FC Murphy on hankalan joukkueen maineessa. Pelaajamateriaali on laajaa, henkilökohtainen taitotaso kova ja luovuutta löytyy. Kokeneemmat avaruuspalloilijat muistavat Murphyn legendaarisen 7-0 voiton Nasan A-joukkueesta 1986 Challenger-turnauksen loppuottelussa. Myös yksityisseura Moskova Jugend on kontannut Murphy-otteluissa, vaikka onkin viime aikoina hallinnut paikalliskamppailuita Leningrad Marxia vastaan. Murphy-luotsi Arponen tietää miten peluutetaan vastustajan puolustus pihalle loppuminuuteilla.

Lähtökohtaisesti illan ottelu oli siis epätasainen. Vieralija Murphyä vastassa oli melko tuntematon Esail Finland, jolla huhupuheiden mukaan oli palkanmaksu viime aikoina vähän tökkinyt. FC Murphy taisi luottaa kokemukseensa eikä laittanut parhaita pelaajiaan avaukseen.

Ensimmäinen puoliaika oli vähän pelailua puolin ja toisin, eikä maaleja syntynyt, vaikka Murphy selvästi painosti. Toisen puoliskon alussa ESF yllättäen avasi maalihanat, kun nätin Seppänen-Rauhala -kuvion päätteeksi Ukkonen vetäisi ylärimaan, josta pallo kimposi valkoviivan taakse maalivahti Keinosen selän kautta. Joku huuteli katsomosta että kumman puolella sä spelaat, mutta murphylaiset oli koulutettu sulkemaan korvansa. Kymmenen metrin nelilankalieka oli tuotettu ja asennettu satelliittiin. Murphy tästä sisuuntuneena pisti hillittömän prässin päälle, mutta tulosta ei meinannut tulla. Mutta ajassa 85 Rosta ja Zesta olivat sijoittuneet väärin keskikentällä, ja Murphyn espanjalaiskärki Sin-Resonancia pääsi läpi ja vetäisi huiman banaanin, jonka lähtöä maalivahti Allik ei kunnolla nähnyt. Tärinätestissä kela alkoi pyöriä, kun alunperin DLR:n suunnitelmissa ollut laukaisulukko oli jätetty "tarpeettomana" pois, koska moottorin sisäinen kitka tuntui riittävän suurelta. Taajuudella 250 Hz täristettäessä moottori alkoi kuitenkin pyöriä itsekseen, mikä tietenkin katkaisi liean. Kokeen jatkaminen hakkasi löystyneen liean linnunpesäksi jota siivottiin Estcuben sisältä pitkälle yöhön.

ESF lähti hakemaan vimmatusti tasoitusta. Virolaispelaajat improvisoivat laukaisulukkokuvion ja suomalaiset lähtivät punomaan uutta liekaa. Tulosta syntyikin. Taas kerran Seppänen oli pahanteossa antamalla Rauhalalle vapauttavan syötön ja Ukkosen tykki puhui kohti tyhjää maalia, mutta kuti meni tolppaan ja kieppui siitä puhdashuoneen lattialle. Liekatehtaan sivuttaissiirtomoottori oli sanonut työsopimuksensa irti, kun liekaa oli tehty 6 metriä. Mutta tutkapari Seppänen-Rauhala vyöryi toisena aaltona maalille, uunotti helpon näköisesti Keinosen ja väänsi 2-2 tasoituksen. Oli siirretty 10 metriä aiemmin tehtyä liekaa Estcuben lentomallikelalle.

Aikaa oli enää minuutti, aloitus vietiin keskialueelle ja Murphy aloitti hurjan rynnäkön. Tasapeli ei riittänyt, vaan Arponen himoitsi ESF:n päänahkaa. Rynnistys vähän lamaannutti poikia ja minuutin sisällä Murphy tekikin 3-2 johtomaalin suoraviivaisen satunnaiskuvion päätteeksi. Testissä huomattiin että jo kerran kelalta toiselle siirretty lieka ei tässä tapauksessa tullutkaan luotettavasti ulos vaan takkuili. Stadionin kello näytti yliaikaa ja hetki jännitettiin soiko Arianon päätöspilli, mutta tuomari vei pallon keskelle ja peli jatkui.

ESF voitti tärkeän aloituksen. Kello oli 7:20 tiistaiaamuna ja Rauhala ja Ukkonen lähtivät heti rakentamaan hyökkäystä. Kaksi maalia ottelussa syöttänyt libero Seppänen oli otettu pois kentältä ja tilalle oli vaihdettu "Juoni" Envall. Yllättävän helposti noustiin Murphyn maalille. Liimaa täytyi lämmittää puhaltimella koska se ei muuten tahtonut kuivua. Maalin edessä alkoi armoton bondaus. Rauhalan luja veto lähti kohti maalia, mutta kimposi puolustajasta takaisin keskialueelle. Murphyn miehet katsoivat tuomariin ja näyttivät kelloa, mutta Ariano antoi pelin jatkua. Kuumuus oli rikkonut liekatehtaasta toisen klämpin, minkä takia peruslanka katkesi ja homma jouduttiin aloittamaan alusta. Kuvio saatiin taas nopeasti pystyyn ja noustiin maalille. Valmentaja Janhunen huusi sivurajalta että laittakaa vielä 5 metriä suoraa lankaa ja sitten bondatkaa. Yllättävä kahden langan bondauskuvio taisi sekoittaa Murphyn tähtipelaajien pasmat hetkeksi, kun Rauhalan pystysyötöstä Juoni vetäisi pallon kylmästi maaliin. Keinonen syöksyi kuin parhaina päivinään, mutta nappulakenkä oli sekunnin kymmenyksen myöhässä, lieka oli jo lautalla matkalla kohti Harjumaata. Kisamaskotti "Toivanen" ryntäsi kentälle halailemaan pelaajasankareita. Ajassa 04:20 Tartto tiedotti: torjuntavoitto, tasapeli 3-3.

Avaruuteen lentää 16 metriä 50 mikronin tavallista lankaa ja sen päässä 3.5 metriä 2-lankaista liekaa. Eli ei ihan se kymmenmetrisen nelilankaliean voitto mitä tultiin hakemaan, mutta päätavoitteita puolustettiin onnistuneesti ja noustiin viime sekunneilla tasoihin ja mukaan jatkopeleihin Estcube-turnauksessa. Avaruusturnauksissahan on tapana pelata alkulohkot häviöstä poikki -menetelmällä. On mahdollista että sähköpurje-efekti mitataan Estcubella ja että ultraäänibondatun liean TRL-taso nousee seitsemään.

Pekka Janhunen