Sähköpurjekolumni 28

Sähköpurjekolumni 28.11.2013

ESTCube-1 lentää ja toimii, mutta vieläkin ilman operatiivista ohjelmistoa joka pystyisi määrittämään satelliitin asennon. Satelliitin asennonmääritysjärjestelmä käyttää aurinkoilmaisimia auringon suunnan selvittämiseen. Jokaisella kuudella sivulla on oma ilmaisimensa. Yhden sivun sensori on tosin viallinen niin että se pystyy mittaamaan vain toisen auringon kahdesta suuntakulmasta. Jäykän kappaleen asentotieto sisältää kolme muuttujaa, joten aurinkoilmaisimet eivät yksin riitä, eivätkä ne sitäpaitsi toimi satelliitin ollessa varjossa. Tästä syystä aurinkoilmaisimia täydennetään mittaamalla Maan magneettikenttä magnetometrillä ja vertaamalla tulosta mallikenttään.

Pääministeri Andrus Ansip puhuu Estcubesta Riikikogussa 17.12.2013

Auringon ja magneettikentän suuntiin perustuvaa asentotietoa täydennetään vielä gyroskoopeilla, jotka pystyvät seuraamaan asennon muuttumista itsenäisesti lyhehkön aikavälin yli. Eri anturien mittausten yhdistämiseen käytetään Kalman-suodinta. Ihannetapauksessa Kalman-suodinkäsittelyllä saadaan jatkuva, häiriötön ja tarkka asentotieto eli saadaan yhdistettyä eri asentoantureiden hyvät puolet.

Isojen satelliittien tieteellisen tarkat magnetometrit sijoitetaan yleensä useiden metrien pituisen jäykän puomin päähän, jotta satelliitin sähköjärjestelmien virrat eivät häiritsisi niitä. CubeSateissa moinen luksus ei ole mahdollista, vaan magnetometrit sijaitsevat satelliitin sisällä ja ovat siten alttiimpia häiriöille. Häiriöt pitää pyrkiä arvioimaan ja vähentämään mittauksista ennen datan käyttämistä asennon selvittämiseen.

Asentonsa muuttamiseen ESTCube-1:n on tarkoitus käyttää magneettivääntimiä eli kolmea kohtisuoraa kelaa joihin ajettavalla virralla satelliitille voidaan luoda halutunsuuntainen magneettinen dipolimomentti. Dipoli pyrkii sitten kääntymään Maan magneettikentän suuntaiseksi kuin kompassineula. ESTCube-1:n vääntimiä on koekäytetty avaruudessa ja ne näyttävät toimivan. Magneettivääntimet ovat tuttua
teknologiaa aiemmista CubeSateista. Niillä ei voi tuottaa magneettikentän suuntaista vääntömomenttia, mutta tämä ei ole ongelma naparadalla missä satelliitti lentää erisuuntaisten kenttien läpi. ESTCube-1 siis käyttää magneettikenttää sekä asentonsa määrittämiseen että sen muuttamiseen. Toiminnot eivät häiritse toisiaan koska niitä ei tehdä samanaikaisesti.

Asennonmääritysohjelmistoa on debugattu menestyksellisesti viime päivinä.  Tällä hetkellä näyttäisi siltä että asennonsäätö voidaan saadaan toimimaan suoraviivaisella työllä. Jos ja kun niin tapahtuu, sitten liekakoe voi alkaa.

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.

Heurekassa lennetään sähköpurjeella 13.2 ja 13.3

Näiden ilmaisten yleisöluentojen kantavana voimana on sähköpurje, tervetuloa kuuntelemaan:
http://www.heureka.fi/fi/tapahtumat-heureka-luento-sini-merikallio

                   Sini

Sähköpurje liitelee useammassakin blogissa

Hiljattain julkaistavaksi lähetetty Uranus-artikkeli Arxivessa (http://arxiv.org/abs/1312.6554) on kutkuttanut useampaakin blogistia ja tiedeuutisten laatijaa, esimerkiksi näitä:

Sen - Space Exploration Network

MIT Technology review

21st Century Tech

Centauri Dreams 

ja ovatpa kotimaisetkin mediat olleet tarkkana:
Ilta-sanomat hehkuttaa käänteentekevää tekniikkaa, johon kynäniekkalukija kommentoi:
"Mitä hyötyä käännöksistä on avaruusmatkailussa, jos luotain on käänteen tekevä? Eikö rakettitietteessäkin viisainta olisi matkata perille suorinta reittiä ja mahdollisimman nopeasti?"

Uranuksen valloituksesta on kirjoitettu aiemmin tässäkin blogissa.

                           Sini

Suomen avaruustutkimusseuran kokous

SATSin kokous pidettiin Ilmatieteen laitoksen Brainstorm -auditoriossa 19.11.2013. Pekka kertoi sähköpurjeprojektista - kas tässä video:

http://www.youtube.com/watch?v=HQGllJIEpd8

                 Sini

ESAIL-projektin lopetuskokous Pisassa

Ryhmäkuva kokoukseen osallistuneista Pisan yliopistossa kehiteltävän miehittämättömän lentokoneen prototyypin kanssa.

ESAIL-nimisen EU-projektimme lopetuskokous Pisassa Italiassa 21-22.10.2013

Kolmivuotinen sähköpurjetta kehittänyt EU-hankkeemme alkoi joulukuussa 2010 ja päättyy 30.11.2013. Hankkeen kokonais-EU-rahoitus oli 1.73 miljoonaa ja siihen osallistui yhdeksän laitosta tai yritystä viidestä maasta. Mukana olivat Ilmatieteen laitos, Helsingin yliopiston Elektroniikan tutkimuslaboratorio ja Jyväskylän yliopiston kiihdytinlaboratio, Tarton yliopisto Virosta, Uppsalan yliopiston Ångström Space Technology Centre ja Nanospace AB Ruotsista, DLR:n Bremenin osasto Saksasta, Pisan yliopisto ja Alta-firma Italiasta.

Emil Vinterhav ja Pekka keskustelemassa. Kuva: Sini Merikallio

Hankkeessa saatiin paljon aikaan. Tuotettiin pisimmillään 1 km pituinen pätkä sähköpurjeliekaa sekä useita vähän lyhyempiä liekoja joilla suoritettiin erilaisia kokeita. Sähköpurjeen pääliekojen kärkiin tulevan ns. etäyksikön prototyyppi rakennettiin ja testattiin onnistuneesti. Apuliean valmistusmenetelmää tutkittiin ja lyhyt prototyyppi tehtiin. Hankkeen kunnianhimoiset tavoitteet saavutettiin annetun budjetin ja ajan sisällä ja osittain alkuperäiset tavoitteet ylitettiin.

Kristoffer Palmer, Petri Toivanen ja Jouni Envall mietteliäinä. Kuva: Sini Merikallio

Hankkeen viimeinen partnereiden tapaaminen pidettiin 21-22.10.2013 Pisan yliopiston tiloissa. Kävimme läpi mitä projektissa oli saatu aikaan, puhuimme muutamista vielä työn alla olevista asioista ja keskustelimme mahdollisista tulevista hankkeista. Katsoimme vanhaa kuvaa jonka Tor-Arne Grönland oli tehnyt vuonna 2010 ja jossa oli hahmoteltu sähköpurjeen teknologiakehityksen tulevaisuutta. Totesimme että yllättävänkin tarkasti oli silloinen suunnitelma toteutunut.

Lisää kuvia lisätään tähän postaukseen myöhemmin, mutta tässä yksi Ihmeiden aukiolta - Pekka ja ruotsalaiset (Tor-Arne Grönland, Emil Vinterhav ja Kristoffer Palmer).
Kuva: Sini Merikallio

Pisa on mukava pienehkö kaupunki, siellä on paljon historiallisia paikkoja ja kaduilla ei ole kovin paljon liikennettä. Siellä on kuuluisa kalteva torni joka on "Ihmeiden aukiolla". Ihmeiden aukio on noin 400 metriä pitkä nurmikenttä jossa on tornin lisäksi kaksi suurta valkea marmorista kirkkoa. Aukiota reunustaa kahdelta suunnalta leveä ja korkea muuri, jollainen on aikoinaan ympäröinyt kaupunkia kaikilta puolilta.

Sini löysi kuuliaisen juttukaverin Pisan eläinlääketieteellisestä museosta. Kuva: Pekka Janhunen

Lähtöpäivän aamuna kävin Sinin mukana myös eläinlääketieteen museossa. Museo on eläinlääketieteen laitoksen sisällä ja sinne pääsystä pitää sopia erikseen. Siellä on noin 30 vitriiniä joiden läpikäymiseen meni noin tunti, ensimmäisessä oli komeasti kokonainen dromedaarin suolisto. Elimet on konservoitu koulun omalla menetelmällä.  Mukana oli hieman myös paleontologista materiaalia tai ainakin hevosen evoluutiohistoriaa.

Pekka Janhunen

Harras tunnelma kokoushuoneessa. Kuva: Sini Merikallio

Sähköpurjekolumni 27

Sähköpurjekolumni 13.9.2013

ESTCube-1 lentää ilman laitevikoja, mutta liekakoetta ei ole vielä päästy aloittamaan, koska satelliitin asennonsäätöohjelmisto ei ole valmis. Sitten kun ohjelma on valmis ja testattu maassa, se päivitetään satelliittiin ja koe voi alkaa. Satelliitin kameran, päätietokoneen ja tehojärjestelmän uusia ohjelmaversioita on kesällä otettu onnistuneesti käyttöön. Kun satelliitti laukaistiin toukokuussa, sen ohjelmisto ei ollut täydellinen. Voimat oli keskitetty satelliitin rakentamiseen ja ohjelmapäivityksiä vastaanottavan alijärjestelmän toimivuuteen, koska niissä olevia puutteita ei olisi voinut laukaisun jälkeen enää korjata.

EstCube-1:n ottama kuva, jossa erottuu niin Suomen, kuin Eestinkin rantaviivaa.
(kuva on julkaistu 22.10.2013 EstCuben Facebook sivuilla.)

ESTCube-1:n aurinkopaneelien teho pieneni odotettua enemmän ensimmäisen lentokuukauden aikana. Tarkkaa syytä ilmiöön ei tiedetä eikä se uhkaa sähköpurjekokeen onnistumista.

Liekojen valmistus on kehittynyt kesällä. Tehtaan uusin versio ei enää tarvitse kaupallista bondauskonetta avukseen, vaan laite osaa bondata itsenäisesti. Liitosten lujuus on parantunut lähelle teoreettista ylärajaa noin kymmeneen grammaan, mikä kasvattaa saavutettavissa olevaa sähköpurjeen suorituskykyä. Uusi liekatehdas myös evaluoi jokaisen tuotetun bondauksen hyvyyden mittaamalla kuinka hyvin liitos läpäisee ultraääntä ja johtaa sähköä. Toisin sanoen tehtaassa on automaattinen laadunvalvonta joka keskeyttää tuotannon jos laatu huononee.

Aalto-satelliitin sähköpurjekokeen kaikki osat rakennetaan Suomessa. Helsingin yliopisto tekee liean ja Ilmatieteen laitoksen avustamana myös liekarullan ja kärkimassan. Elektroniikkakortin tekee Ilmatieteen laitos käyttämällä alihankkijana toijalalaista Skytron-firmaa. Jyväskylän yliopiston kiihdytinlaboratorio rakentaa elektronitykit. Tykkien nanografiittikatodit toimitti professori Alexander Obraztsov Itä-Suomen yliopistosta ja Moskovan valtionyliopistosta.

Yksi uudella liekatehtaalla tuotettu 100 m pitkä lentokelpoinen nelilankainen lieka keloineen on valmis ja toiselle 40 m pitkälle liealle tehtiin onnistunut avaamiskoe. On tarkoitus tuottaa useita 100 m pitkiä liekoja. Paras lieka lentää ja yksi käy Tartossa täristettävänä ennen Helsingissä tehtävää uutta avaamistestiä. Näin varmistetaan että lieka avautuu kelalta myös laukaisutärinän jälkeen.

                                                                                                            Pekka Janhunen