Euroopan avaruusjärjestön Suomesta tilaama W-Cube-nanosatelliitti vajoaa parhaillaan kohti ilmakehää onnistuneen tehtävänsä päätteeksi. Satelliitin mukana poroksi palaa myös pääasiassa VTT:n kädenjälkeä oleva radiomajakkajärjestelmä. Sen avulla toteutui tavoite osoittaa ensi kertaa, että äärimmäisen korkeaa ja huippunopeaa 75 gigahertsin taajuusaluetta voi käyttää tulevaisuuden tietoliikennesatelliiteissa.
Lue tiivistelmä
- Satelliitti osoitti, että millimetriaaltotekniikka voisi tuoda merkittäviä etuja tietoliikenneyhteyksiin, mukaan lukien paremmat ja nopeammat yhteydet kuluttajille jopa suoraan älypuhelimeen.
- VTT:n ja Kuva Spacen yhteistyö, joka kehitti satelliitin hyötykuorman ja testasi sen, saavutti 100-prosenttisen onnistumisasteen satelliitin operoinnissa.
- VTT valmistelee jo suurempaa hanketta ESA:n kanssa, nimeltään 6G-Lino-satelliitti, jonka on tarkoitus laukaista vuonna 2024 jatkaen millimetritaajuuksien tutkimusta tietoliikennesatelliiteissa.
Tiivistelmä on tekoälyn tekemä ja ihmisen tarkistama.
Euroopan avaruusjärjestön ESA:n W-Cube-satelliitti pudottaa parhaillaan nopeasti lentokorkeuttaan runsaan 200 kilometrin korkeudella Maan pinnasta. Tutkijat odottavat, että yhteys katkeaa pikapuoliin, kun ilmakehän kitkan kasvaa, jolloin satelliitti syttyy ja tuhoutuu täysin ilmakehässä. Tämän arvioidaan tapahtuvan muutaman päivän sisällä.
”Tässä tulee päätökseen erittäin onnistunut avaruusmissio, jossa on ollut kiehtovaa olla mukana. W-Cube-satelliitti osoitti, että nykyisin käytössä olevia paljon korkeampia taajuusalueita voidaan hyödyntää satelliittien tietoliikenteessä ja saavuttaa erittäin korkea suorituskyky. Tämä avaa mahdollisuuden tuoda kuluttajille myös Euroopassa nopeampia tietoliikenneyhteyksiä jopa suoraan älypuhelimeen”, sanoo VTT:n johtava tutkija ja hankkeen projektipäällikkö Jussi Säily.
Hän muistuttaa, että yhteiskunnat ovat riippuvaisia tietoliikenneyhteyksien toimivuudesta. Satelliitteihin perustuvia yhteyksiä on vaikeampi häiritä kuin maanpäällisiä yhteyksiä. EU-päättäjät ovat havahtuneet myös siihen, että Yhdysvallat voi halutessaan rajoittaa hallitsemiaan satelliittiyhteyksiä, mikä motivoi todellisten eurooppalaisten vaihtoehtojen kehittämistä.
Nykyistä selvästi korkeammat radiotaajuudet tuovat arvokkaita etuja: käytettäväksi tulee paljon huippunopeita ja vielä vapaita taajuuskaistoja. Puolijohdeteknologian nopea kehitys mahdollistaa millimetriaaltotekniikan kaupalliset sovellukset hyvällä hyötysuhteella. Satelliiteissa hyötysuhde on tärkeä, koska se pienentää virrankulutusta.
Kooltaan kuin puolentoista litran maitotölkki
W-Cube oli ensimmäinen Euroopan avaruusjärjestön ESA:n Suomesta tilaama satelliitti. Vain hieman puolentoista litran maitotölkkiä suurempi satelliitti laukaistiin Maata kiertävälle radalle 30.6.2021. Se lähetti tehtävässään olennaista radiosignaalia VTT:n ja saksalaisen Fraunhofer IAF:n kehittämällä radiomajakkajärjestelmällä.
Tärkeä rooli oli myös suomalaisen Kuva Spacen luotettavasti toimivalla satelliittialustalla. Se koostuu mm. rungosta, asennon säätöjärjestelmästä ja aurinkopaneeleista. Omalta maa-asemaltaan yhtiö vastasi myös operoinnista.
”W-Cuben kokemuksen kautta olemme kehittämään omaa toimintaamme niin, että satelliittien operointi sujuu täysin automaattisesti. Olemme nyt laukaisseet jo viisi nanosatelliittia ja saavuttaneet 100-prosenttisen onnistumisasteen, mihin moni muu ei ole pystynyt”, sanoo Janne Kuhno, Kuva Spacen pääinsinööri ja perustajaosakas.
Suomen osalta W-Cuben perusprojektin arvo oli noin miljoona euroa, josta VTT:n osuus oli noin puolet. VTT rakensi ja testasi hyötykuorman ja mekaniikan, kuten ohjauselektroniikan, taajuussyntetisaattorin ja antennit.
W-Cube-satelliitin tarkoituksena oli selvittää, miten paljon Maan ilmakehä ja sen ilmiöt, erityisesti sadepisarat ja sadepilvet vaimentavat erittäin korkeataajuista radiosignaalia. Tästä ei entuudestaan ollut mitään kokemusta. Signaalin vastaanotto onnistui hyvin maa-asemilla Suomessa, Itävallassa ja Alankomaissa.
”Otaniemessä omalla satelliittimaa-asemallamme olemme pystyneet vastaanottamaan signaalia aivan viime päiviin asti. Pitkäaikaisten ja eri ilmasto-olosuhteissa tehtyjen mittausten pohjalta olemme pystyneet tekemään vaimennusmalleja, jotka ovat täysin välttämättömiä, kun suunnitellaan ja mitoitetaan tulevia suuren nopeuden tietoliikennesatelliitteja”, Säily kertoo.
W-Cuben neljän vuoden toiminta-aika on kokoluokassa hyvä saavutus. Nanosatelliittien elinkaari kestää enimmillään viidestä kuuteen vuotta.
VTT pääsi jo seuraavaan hankkeeseen ESA:n kanssa
VTT on yhdessä itävaltalaisen Joanneum Researchin kanssa tehnyt mallinnuksista useita julkaisuja. ESA on ollut tuloksiin erittäin tyytyväinen.
”W-Cube on tuonut hyvää mainetta VTT:lle, ja itse vedän jo seuraavaa, isompaa hanketta, jossa on tarkoitus ensi vuonna laukaista huomattavasti suurempi ja myöskin ESA:n tilaama 6G-Lino-satelliitti”, Jussi Säily sanoo. Hänelle W-Cube oli ensimmäinen satelliittihanke, mutta hän on pitkään johtanut VTT:llä mm. 6G-tutkimusta ja muita matkapuhelinverkkojen hankkeita.
Korkeiden niin sanottujen millimetritaajuuksien käyttö satelliiteissa vaatii myös tarkempia ja pitkäaikaisempia mallinnusmittauksia. Sitä varten tarvitaan geostationaarinen satelliitti, joka pysyy paikoillaan Maahan nähden 36 000 kilometrin etäisyydellä. W-Cube lähetti vasta niin sanottua moduloimatonta kantoaaltoa kahdella eri taajuudella (37,5 ja 75 GHz)
Ennen kuin voidaan hyödyntää nyt testattuja taajuusalueita kaupallisissa tietoliikennesatelliiteissa, täytyy niitä testata myös todellisilla, moduloiduilla tietoliikennesignaaleilla, jotka sisältävät informaatiota, kuten ääntä ja videota.
VTT:n maa-asemalle jatkokäyttöä myös dronetestauksessa
VTT:n 2024 käyttöön otettu satelliittimaa-asema sijaitsee Micronova-rakennuksen katolla Espoon Otaniemessä. Sen käyttöä todennäköisesti jatketaan muissa hankkeissa. Vireillä on jo ESA:n geostationaarisen Alphasat-satelliitin radiomajakan signaalin vastaanotto. Alphasat laukaistiin jo 2013. Sen majakkasignaalin matalampi, niin sanotun Q-kaistan taajuusalue vaatii vastaanottimen muutoksia maa-asemaan.
Nopeasti kääntyvää ja kohdetta seuraavaa maa-asemaa voidaan käyttää muuhunkin. Nopeutta kuvaa se, että nanosatelliitti ehtii olla maa-aseman näkyvillä enintään kymmenen minuuttia sen lentäessä horisontista horisonttiin. Mahdollinen jatkokäytön kohde ovat myös dronet, joiden tiedonsiirrossa voidaan kokeilla millimetritaajuuksien käyttöä.
W-Cube-satelliitti
- Kooltaan kolme Cubesat-yksikköä eli 3U. Yksi Cubesat-yksikkö on noin 10 x 10 x 10 cm.
- Suunnittelu-, rakennus- ja testausvaihe 2018–2021. Laukaisu 30.6. 2021.
- Operatiivinen vaihe syyskuun puoleenväliin 2025.
- VTT:n huipputekniikkaan perustuva radiomajakka.
- Osoitti, että uudet taajuusalueet ns. E-kaistalla (71–86 GHz) ja W-kaistalla (75–110 GHz) ovat hyödynnettävissä satelliittitietoliikenteessä.
Satelliitin matkaa voi seurata seuraavan sivuston kautta: https://www.satcat.com/sats/48965
