Suomalaisvalmisteinen maailman ensimmäinen puusatelliitti laukaistaan avaruuteen syksyllä 2021

wisawoodsat_rendering_moonKansainvälinen miehitettyjen avaruuslentojen päivä 12. huhtikuuta toi mielenkiintoisen avauksen Suomesta, kun UPM Plywood, Arctic Astronautics ja Huld julkistivat yhteishankkeen puuvalmisteisen WISA Woodsat -satelliitin laukaisusta kiertoradalle Rocket Labin Electron -kantoraketilla syksyllä 2021.

WISA Woodsat vie puumateriaalia alueelle, jossa sitä ei ole aiemmin ollut. Rocket Labin Electron -kantoraketilla Uuden-Seelannin Mahia-niemeltä laukaistava puusatelliitti kuljetetaan aurinkosynkroniselle polaariradalle noin 500-550 kilometrin korkeuteen. Siellä se kiertää ratansa ympäri 1,5 tunnin välein. Perinteinen lentokoneiden rakennusmateriaali vaneri pääseekin nyt aivan uusiin korkeuksiin.

UPM_PLY_Wisa_Woodsat_badge_final“Projekti on ollut käynnissä jo pitkään, alkaen Kitsat-opetussatelliittimme ensimmäisistä iteraatioista vuonna 2017. Tuolloin puurakenteinen prototyyppi kävi jopa stratosfäärilennolla noin 30 kilometrin korkeudessa. Hanke sai ison sysäyksen eteenpäin viime joulun aikaan julkistetusta japanilaissuunnitelmasta lähettää puinen satelliitti avaruuteen vuonna 2023. Huomasimme, että olemme tutkineet puuta avaruusrakenteissa jo jonkin aikaa ja että meillä on jo valmiina lähes avaruuskelpoinen satelliitti”, avaa Arctic Astronauticsin Jari Mäkinen Lentoposti.fi:lle.

“UPM etsii jatkuvasti uusia tapoja korvata fossiilisia materiaaleja uusiutuvilla puupohjaisilla ratkaisuilla. WISA Woodsat on valmistettu suomalaisesta koivuvanerista ja se kantaa mukanaan tärkeää viestiä siitä, että fossiiliset materiaalit voidaan korvata uusiutuvilla puupohjaisilla materiaaleilla vaativissakin käyttökohteissa”, sanoo avaruushanketta UPM Plywoodilla vetävä Ari Voutilainen.

Kitsat_maassaTehtävänä on kerätä tietoa puumateriaalin käyttäytymisestä ja kestävyydestä ankarissa lämpötila-, säteilyolosuhteissa sekä tyhjiössä. Tutkimuksen avulla voidaan arvioida puumateriaalien käyttöä avaruussovelluksissa. Puuvalmisteista kantorakettia ei menestyneenkään tuloksen jälkeen nähdä vaan puumateriaalia voisi tulla käyttöön pienemmissä sovelluksissa kuten magneettineutraaleissa satelliiteissa. Toinen mahdollinen sovellus olisi tietoliikennesatelliittien suurten aurinkopaneelien kiinnityslevyt, jotka ovat nykyisin komposiittivalmisteisia.

WisaWoodsat_1“Hankkeessa testataan lisäksi myös uudenlaista LoRa-radiolaitteistoa, joka on noin 10 euroa maksava maa-asema. Sen avulla kuka tahansa innostunut voi olla yhteydessä satelliittiin ja ladata sieltä alas kuvia. Opetustoiminta on tärkeä osa myös puusatelliittihanketta, eli se jatkaa Kitsat-toimintaa hieman korkeammalle tasolle”, kertoo Mäkinen.

WISA Woodsat koostuu koivuvanerisesta ulkokuoresta, jonka sisällä on pieni metallikehto, joka pitää osat paikallaan. Satelliitin sivulevyt on valmistettu UPM:n Savonlinnan tehtaalla valmistetusta koivuvanerista, jonka ulkopinta on sileä ja sisäpinta on muodoltaan heksamainen. Se pitää rakenteen tukevana, mutta kevyenä. Rakenteen paksuus on vain 9 mm.

Tärkeimmät muutokset avaruussatelliitin ja aiemmin rakennetun opetuskäytössä olevan Kitsatin välillä ovat luotettavuuteen tehtävät parannukset, radiolaitteisto, ESA:n hyötykuorman integrointi ja mukaan tuleva kamerapuomi.

“Suuri osa satelliitin rakenteesta on myös elektroniikkaa ja piirilevyjä. Ulkokuoreen tulee lisäksi metalliset ohjauskiskot, jotka täyttävät CubeSat-standardin laukaisulaitetta varten”, kuvaa Mäkinen satelliitin rakennetta.

wisawoodsat_rendering_upsidedownSatelliitti on vielä osina Espoossa sekä Jyväskylässä, jossa Huld toteuttaa mekaanisen suunnittelun ja 3D-tulostuksen. Valmiina WISA Woodsat on kooltaan 10x10x10 cm ja painoa sillä on yksi kilogramma.

“Meistä on todella hienoa olla mukana tällaisessa hankkeessa, missä yhdistyvät Huldin kaksi päätoimialaa, avaruus ja mekaaninen suunnittelu. Tässä hankkeessa kerätylle tietotaidolle on varmasti paljon käyttöä tulevaisuudessa”, toteaa Huldin avaruusliiketoiminnan kehityspäällikkö Matti Anttila.

Satelliitissa käytettävä vaneri käsitellään 100-asteen lämpötilassa ja tyhjiössä jotta rakenne olisi mahdollisimman kuivaa. Puurakenteen pintaan kiinnitetään hyvin ohuet ja herkästi murtuvat pii-valmisteiset avaruusaurinkopaneelit erityisellä tukirakenteella, sillä vaneri voi muuttua hieman kooltaan. Aurinkopaneelien johdotukset kulkevat kuoren läpi satelliitin sisälle.

Satelliittiin asennetaan myös ESA:n sensoreita, jotka mittaavat mm. UV-säteilyä. Erityinen kiinnostus on kuitenkin se miten puu käyttäytyy satelliitin sisällä ja miten se vaikuttaa toimintaan. Sitä varten satelliitissa on kaksi kvartsikidemikrovaakaa.

Kitsat_taivaalle“Satelliittiin asennettavat kvartsimikrovaa’at ovat puolikkaan sokeripalan kokoisia osia puun pinnalla ja ne mittaavat mitä puussa tapahtuu. Vastaavia laitteita on käytössä vasta vähän ja sellaisia on asennettu mm. aurinkoa tutkimaan matkalla olevaan satelliittiin. Niiden käyttö ei siis ole vielä suurta ja nyt kiinnostavaa nähdä puun kannalta miten nämä laitteet toimivat”, kertoo Jari Mäkinen.

“Normaalisti ESA antaa mahdollisuuden tutkimuslaitoksille lähettää mittalaitteita avaruuteen sen satelliiteilla, niin nyt me annamme mahdollisuuden ESAlle lähettää heidän laitteensa avaruuteen meidän satelliitilla”, iloitsee Mäkinen.

Satelliitin pintaan tulee lisäksi UV-lakkaus, joka toteutetaan todennäköisesti erilailla eri puolilla satelliittia. Vahtoehtoina on käyttää kahta eri lakkaa tai jättää osa käsittelemättä. Satelliittia kuvataan Huldin valmistaman “selfie-tikun” eli kamerapuomin päässä olevalla kameralla.

“Nykyisin pikkusatelliiteille on hyvin tilaa kantoraketeissa. Tilanne on kehittynyt niiltä osin merkittävästi vuonna 2017 laukaistun Aalto 1 -satelliitin ajoista. Nyt tilanne on toinen ja rakettiyhtiöt ja erityiset brokerit tarjoavat paikkoja”, kertoo Mäkinen.

candyflossSuomalaisen puusatelliitin laukaisuun oli tarjolla jopa kolme vaihtoehtoista kyytiä. Tarjolla oli amerikkalainen Space X Falcon 9, venäläinen Sojuz sekä amerikkalais-uusiseelantilainen Rocket Lab, joka siis vei voiton. Laukaisun maksaa UPM. Vapailta markkinoilta kantorakettikyydin pikkusatelliitille saa halvimmillaan 40 000 – 50 000 euron hinnalla. Suomalaishankkeen osalta laukaisukustannuksia ei avata euromääräisesti.

 “Valituksi tulleen toimijan tarjous ei ollut halvin. Rocket Labin kustannukset vastaavat taksikyytiä, jos muut edustaisivat bussikyytiä”, kuvailee Mäkinen.

RocketLab-F9-SimonMoffatt-SamToms-LowRes4 Rocket Lab valikoitui palveluntarjoajaksi joustavuuden ja henkilökohtaisen palvelun myötä. Normaalisti pikkusatelliitteja vapautetaan avaruuteen jopa kuusi satellittia kerrallaan. Suomalaistoimijoilla on käytössään ihan oma ns. dispenser, joka vapauttaa WISA Woodsatin kiertoradalle. Näin varmistetaan, että se pääsee varmasti ulos kuljetuksesta eikä aiheuta ongelmia muille.

“Olemme ylpeitä siitä, että saamme lähettää kiertoradalle näin innovatiivisen hankkeen. On kiehtovaa seurata, miten UPM, Arctic Astronautics ja Huld etsivät uusia rajoja”, toteaa Rocket Labin kansainvälisistä laukaisupalveluista vastaava johtaja Lars Hoffman.

Rocket Labin Electron-raketti on kokonaan hiilikuitukomposiittivalmisteinen ja sen moottorit on valmistettu 3D-tulostamalla. Erikoisuutena Electornissa ovat rakettimoottorin turbopumput, jotka pumppaavat polttoainetta käytettäväksi. Normaalin kaasuturbiiniratkaisun sijaan Electronissa käytetään sähköisiä turbopumppuja, jotka toimivat akuilla.

ELaNa19-engines-Photo-credit-Brady-KennistonElectron-kantoraketti on 18 metriä pitkä ja sen halkaisija on 1,2 metriä. Tankattuna Electron painaa 13 000 kg ja sen hyötykuorma matalalle maan kiertoradalle on 300 kg. Raketin ensimmäisen vaiheen työntövoima on 190 kN ja toisen vaiheen työntövoima on 25,8 kN.  

Electron-kantoraketti on laukaistu jo 19 kertaa ja niiden avulla avaruuteen on päässyt 104 satelliittia. Seuraava laukaisu on erityinen, sillä silloin yritetään saada kantoraketin ensimmäinen vaihe takaisin. Se ei laskeudu SpaceX:n tavoin itse alustalle vaan laskuvarjolla alas putoava osa otetaan kiinni helikopterilla suoraan lennosta. MH