Perttu Yli-Opas kehitteli muutama vuosi sitten avaruuteen laukaistavan raketin prototyyppiä Linnankosken lukiossa - Tänään hänen firmansa suunnittelema satelliitti laukaistaan avaruuteen

Perttu Yli-Opas havainnollistaa satelliitin lentokorkeutta Maan kiertoradalla. Kuvun alla on hänen kehittämänsä rakettimoottorin prototyyppi. Outi Paappanen

Outi Paappanen

14. päivä tammikuuta Yhdysvaltain Floridassa laukaistaan maapallon kiertoradalle kantoraketti, joka kuljettaa mukanaan porvoolaista osaamista. Kimppakyytiin pakataan yhteensä parinsadan kilon edestä mekaniikkaa ja laitteistoja, minkä ansiosta eri piensatelliittioperaattorit pääsevät testaamaan kalustoaan avaruusolosuhteissa suhteellisen huokeaan hintaan.

Suomalaissatelliitin komponentit on suunnitellut ja valmistanut Aalto-yliopiston Otaniemen kampuksella toimiva nuori start up -yritys Aurora Propulsion Technologies. Sen perustajajäsen, 24-vuotias Perttu Yli-Opas, on Linnankosken lukion kasvatteja, kuten muutama muukin hänen tiimissään.

Koko satelliittihomma lähti oikeastaan alun perin käyntiin Lilun kemian luokasta, mutta palataan siihen kohta.

Perttu Yli-Opas kääntelee käsissään satelliitin pahvimallia. Sen avulla hän on havainnollistanut ajatuksiaan sekä itselleen että muille tiimin jäsenille – miten moduulit asettuvat, minne tulevat moottorit. Pahvimalli on isompi kuin varsinainen satelliitti, joka on suunnilleen puolentoista litran maitotölkin kokoinen. Ja se ollaan nyt vippaamassa 550 kilometrin korkeuteen Maata kiertämään.

– Kellään Suomessa ei ole aiempaa kokemusta rakettimoottorien käytöstä avaruuslaitteissa. Ilmatieteenlaitos on tutkinut propulsiota (työntövoimaa) tutkija Pekka Janhusen kehittämällä aurinkotuulta hyödyntävällä sähköpurjeella, muttei rakettimoottoreilla, Yli-Opas sanoo.

Tärkein avaruuslennolla testattava moduuli on asennonsäätölaite, joka kääntää satelliitin asentoa avaruudessa. Se toimii kuudella pienen pienellä rakettimoottorilla, jotka ovat Yli-Oppaan tiimin suunnittelemia. Mikroskooppisen pienet moottorit käyttävät polttoaineenaan vettä.

– Satelliiteissa on yleensä kamerainstrumentti, joka tarvitsee jonkinlaisen asennonsäätömahdollisuuden kuvatakseen avaruudesta maapalloa. Ne käyttävät tavallisesti kääntymiseen maan magneettikenttää, mutta se on hidasta ja toimii vain matalalla kiertoradalla. Korkeammalle mentäessä maan magneettikenttä heikkenee, Yli-Opas selittää.

Satelliitin pahvimalli ja siihen kiinnitettävä asennonsäätömoduuli. Outi Paappanen

Linnankosken lukion kemianluokka liittyy nimenomaan rakettimoottorin kehittämiseen.

Ollessaan oppilasvaihdossa Kanadassa, Yli-Opas näki hauskan Youtube-videon hybridi-raketin rakentamisesta. Kotiuduttuaan hän sai kaverinsa kanssa Linnankosken lukion kemian opettaja Peter von Baghilta luvan rakentaa sellainen koulun laboratoriossa.

– Se oli perinteinen rakettimoottori, joka poltti kynttilävahaa ja ilokaasua. Halusimme laukaista raketin parin kilometrin korkeuteen.

Lukion jälkeen, toisena opiskeluvuotenaan Aalto-yliopistossa, Yli-Opas jatkoi projektia ja etsi sille rahoitus- ja yhteistyökumppaneita. Hän opiskeli sovellettua matematiikkaa ja oli kesätöissä Nokialla ohjelmoimassa 5G-simulaattoria.

– Mietin, että raketti olisi hauska pr-stuntti Nokialle. Sillä voisi livenä demonstroida 5G-verkon viiveettömyyttä. Heitin vitsinä, että Nokian pitäisi mennä avaruuteen.

Nokia ei ottanut heittoa vitsinä – avaruusohjelman silloinen johtaja Roope Takala soitti ja pyysi kahville. Juteltiin.

Reilun vuoden päästä raketti oli valmis ja Yli-Opas pohti sille markkinarakoa ja mahdollisia tutkimusprojekteja. Hän laittoi viestiä Takalalle, joka oli siinä vaiheessa jo lähtenyt Nokialta.

– Takala ehdotti, että maasta laukaisun sijaan voisimme tehdä pieniä moottoreita satelliittien liikuttamiseen avaruudessa. Parin viikon päästä meillä oli yritys pystyssä. Pääsimme (vuonna 2019) ESA BIC:iin, josta saimme 75 000 euron alkurahoituksen.

Euroopan avaruusjärjestö ESA:n vuonna 2017 perustama Business Incubation Centre (BIC) tukee uusia avaruusalan start up -yrityksiä tarjoamalla lupaaville ideoille rahoitusta ja teknistä tukea. Sillä on toimitilat Espoossa, Otaniemen yrityskampuksella.

Satelliitin runko ja elektroniikka - päätietokone, akut, sähkön hallintalaitteet, radio ja aurinkopaneelit - tilattiin puolalaiselta alihankkijalta. Aurora Propulsions Technologies

Aurora Propulsion Technologies myy moduuleja asiakkaille, mutta asiakas ei osta tuotetta, ennen kuin se on testattu aidoissa olosuhteissa. Siksi pitää mennä avaruuteen.

– Olimme helmikuussa San Fransiscossa SmallSat Symposium -tapahtumassa. Tapasimme siellä Momentuksen, joka on USA:lainen laukaisuvälittäjä. Tämä on heillekin ensimmäinen kaupallinen missio ja demo, joten saimme edullisen tarjouksen.

Auroran satelliitti laukaistaan kantoraketin kyydissä avaruuteen ensi torstaina. Noin viikkoa myöhemmin satelliitti pudotetaan kiertoradalle oman onnensa nojaan ja se alkaa lähettää – toivottavasti – dataa New Yorkin osavaltiossa sijaitsevalle maa-asemalle ja sieltä edelleen Otaniemeen Yli-Oppaan läppärille.

Satelliitin on määrä kiertää Maata noin kaksi vuotta.

– Rahoituksen saaminen ilman satelliittia olisi ollut mahdotonta. Nyt voimme oikeasti alkaa myymään tuotetta. Tarjouspyyntöjä on jo tullut.

Perttu Yli-Opas tutustui ala-asteella avaruuteen kirjojen kautta. Lapsille suunnatuissa kirjoissa elämän perusteita käsiteltiin hänen mielestään kuitenkin liian yksioikoisesti ja mielikuvituksettomasti.

– Minua vaivasi, miksi avaruudesta oletetaan löytyvän elämää todennäköisimmin alueilta, joilla planeettojen pinnoilta löytyy nestemäistä vettä. Ihmettelin, miksi toisella planeetalla pitäisi olla samat edellytykset kuin meillä, miksei avaruudessa voisi olla vaikka puhuvia kiviä?

Fantasia- ja sci-fikirjallisuus herättivät lisää kysymyksiä ja ruokkivat mielikuvitusta. Yläasteella Kerbal Space Program -peli opetti kaiken oleellisen kiertoradoista.

Yli-Opas ei ole koskaan pysähtynyt kysymykseen, mahtaako jokin onnistua.

– Ryhdyn ratkaisemaan asiaa ja mietin pidemmälle. Todella vaikeatkin asiat ovat ratkaistavissa. En takerru virheisiin, vaan pohdin, kuinka siitä päästään eteenpäin. Omasta ajatusprosessista oppii koko ajan.

Mallia on opettanut isä, Porvoon suomalaisen seurakunnan entinen pastori Antti Yli-Opas.

– Isällä on aina ollut tyyli ”tehdään ite”. Pohdimme kerran siskoni kanssa risukeitintä, jollaisen saisi viidellä kympillä. Isän ensireaktio oli: ”Tuonhan voi helposti rakentaa itse. Mulla on peltiä autotallissa.”

Plasmajarrun metallilankasäikeet ovat yksittäistä hiusta ohuempia. Outi Paappanen

Laukaisu lähestyy

Aurora Propulsion Technologiesin pienoissatelliitti laukaistaan Maan kiertoradalle 14.1. Floridassa.

Kantorakettina toimii SpaceX:n Falcon 9 -raketti.

Projektia voi seurata Twitterissä ja LinkedInissä.

Jäävätkö Voyagerit pian kauas taakse?

Toinen avaruuslennolla testattava moduuli on plasmajarru. Se on Ilmatieteen laitoksen tutkijan, Pekka Janhusen, kehittämä järjestelmä, joka perustuu samaan teknologiaan kuin sähköpurje. Janhunen toimii nykyään Aurora Propulsion Technologiesin teknisenä neuvonantajana.

Sähköpurje on ohuista, varautuneista metallilangoista eli lieoista rakennettu purje, joka saa työntövoimansa aurinkotuulen hiukkasista. Sillä voidaan kuljettaa luotaimia avaruudessa, mutta vain Maan magneettikentän ulkopuolella.

Samaa tekniikkaa voidaan hyödyntää myös magneettikentän sisäpuolella kappaleiden ratanopeuden hidastamiseen. Plasmajarru muodostuu satelliitin perässä kulkevasta lieasta, joka avautuessaan toimii kuten laivan laahausankkuri. Plasmajarrun avulla loppuun käytetyt satelliitit ja muut kappaleet saadaan laskeutumaan alemmille radoille ja lopulta putoamaan ilmakehään, jossa ne tuhoutuvat.

– Kappaleella kestää viitisen vuotta laskeutua itsestään viidestäsadasta kilometristä ilmakehään. Aika kasvaa nopeasti, mitä ylemmäs mennään. Tällä hetkellä kappaleiden alas tuomiseen käytetään rakettimoottoreita, mutta niissä piilee ongelma. Siinä vaiheessa, kun satelliitti pitäisi tuoda alas, sen järjestelmä alkaa olla lopuillaan, eikä ole takeita, että laitteen toimintakyky riittää laskeutumiseen. Moottorit ovat myös kalliita – satojen kilojen satelliittien kohdalla puhutaan jo miljoonan euron kokonaiskustannuksista, Perttu Yli-Opas kertoo.

Plasmajarrun avulla kappale voidaan tiputtaa tuhannesta kilometristä alle viidessä vuodessa. Lisäksi se on verrattain halpa valmistaa ja tarvitsee vain pienen murto-osan sähköä rakettimoottoriin verrattuna.

– Avaruusromuongelman vuoksi tämän tyyppinen laite on tulossa lähivuosina pakolliseksi satelliitteihin. Tällä hetkellä satelliitti pitää tuoda alas 25 vuoden kuluessa siitä, kun sen käyttöaika on päättynyt. On kuitenkin mahdollista, että aika tippuu globaalisti viiteen vuoteen, Yli-Opas sanoo.

Plasmajarrua on jo testattu avaruudessa. Virolainen ESTCube-1 (2013) ja Aalto-yliopiston Aalto 1 -piensatelliitti (2017) kantoivat hyötykuormassaan koeliekaa testatakseen sen toimivuutta. Kummassakaan tapauksessa lieka ei avautunut.

Aiemmista projekteista on otettu oppia ja liekaa on paranneltu mekaniikkatasolla. Otaniemessä ollaankin nyt toiveikkaita, että plasmajarrua päästään vihdoin testaamaan tositoimissa.

– Avautuva lieka on kymmeniä metrejä pitkä, sitä on mahdoton testata yliopiston tyhjiökammiossa, Yli-Opas sanoo.

Tähtien väliseen avaruuteen suunniteltu suomalainen sähköpurje (jota ei siis pidä sekoittaa aurinkopurjeeseen) on vielä osittain hypoteettinen propulsiojärjestelmä. Siitä on tehty paljon teoreettista tutkimusta, mutta ilman kaupallista yhteistyötä testaaminen on hidasta. Tämä on kuitenkin muuttumassa nopeasti, kun X-Space ja muut kaupalliset start upit pudottavat muun muassa laukaisuhintoja.

Aurora Propulsion Technologies suunnittelee lähettävänsä sähköpurjeluotaimen ulos aurinkokunnasta ehkä vuonna 2026, mikäli hankkeelle löytyy rahoittajia.

– Alustavat simulaatiot radasta on tehty ja jos ne pitävät paikkansa, satelliitti ohittaisi Voyagerit viidessätoista vuodessa.

Voyager 1 ja 2 -avaruusluotaimet lähtivät matkaan vuonna 1977. Voyager I on Maasta kauimpana sijaitseva ihmisen tekemä laite ja se etenee tällä hetkellä kaukana tähtien välisessä avaruudessa.

– Hankkeeseen olisi hienoa saada mukaan suomalaiskonsortio. Suurimman osan osista voisi valmistaa Suomessa. Olisi hienoa ajatella, että suomalainen laite on ihmiskunnan kauimmainen kappale, Yli-Opas maalailee.

Kommentoi

Mitä tunnetta artikkeli sinussa herättää? Ilmaisemalla tunteesi näet toisten reaktiot.

Tilaa uutiskirje

Kun tilaat uutiskirjeen, saat päivittäin sähköpostiisi tärkeimmät paikalliset uutiset. Uutiskirje lähetetään sähköpostiisi joka päivä kello 14.

Lomaketta suojaa reCAPTCHA, johon pätevät Googlen Tietosuoja ja Käyttöehdot.

Palvelut