Suomalaiset satelliitit suuntaavat avaruuteen
Opiskelijoiden rakentama Aalto-1-satelliitti on valmiina tekemään suomalaista avaruushistoriaa. Satelliitti odottaa matkaansa avaruuteen Yhdysvalloissa, Elon Muskin SpaceX-yhtiön rakettiasemalla.
Aalto-yliopiston kaukokartoituksen ja avaruustekniikan professori Jaan Praks kertoo, että laukaisu on siirtynyt kantorakettien teknisten ongelmien takia.
– Nyt itse asiassa myös seuraava opiskelijoiden valmistama satelliitti, Aalto-2, on valmis. Se saattaa lennähtää avaruuteen Yhdysvaltain itärannikolta jopa aikaisemmin kuin Aalto-1.
Aalto-1:n ja Aalto-2:n kaltaiset pienois- eli nanosatelliitit ovat mullistamassa satelliittimaailman.
– Kun perinteinen iso satelliitti painaa vaikkapa viisisataa kiloa, niin nanosatelliitti painaa viisi kiloa. Standardisoidun nanosatelliitin hinta on myös vain murto-osa ison satelliitin hinnasta.
Kun satelliitit ovat pieniä ja kevyitä, niin kantoraketti saa vietyä niitä kerralla avaruuteen huomattavan määrän.
– Vaikka satelliitti on hyvin pieni, sen hyötykuorma voi olla edistyksellisen tekniikan ansiosta melkein yhtä kyvykäs kuin isomman instrumentin. Tekniikka on miniatyrisoitunut: yhä pienemmät laitteet tekevät yhä vaativampia tehtäviä.
Praks kertoo, että Aalto-1:n mukana on esimerkiksi kaukokartoituksessa käytettävä, VTT:n rakentama hyperspektrikamera.
– Kun vastaavat laitteet painoivat ennen sata kiloa, meidän satelliittimme kamera painaa 600 grammaa.
Tekniikan kehittymisen ja kustannusten pienemisen lisäksi alaa vie eteenpäin myös uusi kiinnostus avaruutta kohtaan, yleinen avaruusbuumi.
– Alalle on tullut paljon uutta liiketoimintarahaa, myös riskirahoitusta. Avaruudessa nähdään valtavasti mahdollisuuksia, Praks toteaa.
Avaruus on jo läsnä arjessamme
Kaupallinen neuvos Marjaana Aarnikka vastaa työ- ja elinkeinoministeriössä avaruusasioista. Ministeriön yhteydessä toimii neuvoa-antavana elimenä avaruusasiain neuvottelukunta, joka kokoaa yhteen eri hallinnonalojen näkökulmat. Aarnikka pääsee seuraamaan avaruusalan kehitystä myös Euroopan avaruusjärjestö ESAn neuvostossa.
Aarnikan mielestä avaruus tarjoaa uusia ja ennennäkemättömiä kaupallisia mahdollisuuksia myös Suomessa alan teollisuudelle, uusille startup-yrityksille ja avaruustutkijoille. Erityisesti liiketoimintamahdollisuuksia on satelliittipaikannuksen ja maanhavainnoinnin aloilla. Suomessa on meneillään valtava innostus, ja meiltä myös löytyy aitoa huipputason avaruusosaamista. Yhdistämällä satelliiteista saatavaa dataa luodaan rajattomia mahdollisuuksia.
– Avaruuselementtiä ei arjessa aina edes huomata – avaruus on läsnä nykyään muun muassa kännyköissämme, tv-lähetyksissä, yhteiskunnan keskeisten toimintojen turvaamisessa, biotaloudessa sekä kuljetusten ja logistiikan hallinnassa. Avaruusteknologialla voidaan tuottaa merkittävää lisäarvoa useilla muillakin sektoreilla, esimerkiksi pelastuspalveluissa ja ympäristönsuojelussa.
Tekes on identifioinut Suomessa noin 80 avaruusteknologiaa käyttävää yritystä.
– Maassamme on tällä hetkellä noin 20 yritystä, jotka suunnittelevat satelliittien laitteita tai niihin liittyviä ohjelmistoja. Viimeisten arvioiden mukaan noin viidennes suomalaisesta viennistä tarvitsee nykyään satelliittitekniikkaa, Aarnikka toteaa.
Ei liiketoimintaa ilman avaruuselementtiä
Maallikolle tulee satelliittien hyödyistä ensiksi mieleen paikannus, vaikkapa satelliittiyhteyttä odottava autonavigaattori – eikä syyttä.
– Tulevaisuudessa esimerkiksi robottiautot tulevat suunnistamaan paljolti nimenomaan satelliittien avustuksella, Praks huomauttaa.
Toisaalta satelliittien tarkkoja spektrikameroita voi hyödyntää esimerkiksi maanviljelyksessä.
– Satelliittien spektrikameroiden avulla esimerkiksi jättimäinen australialainen maanviljelysyritys tietää tarkkaan, mitä syrjäisellä alueella sijaitsevalla pellolla tapahtuu, milloin sinne kannattaa lähettää vaikka leikkuupuimuri.
Praks arvioi jopa, että tulevaisuudessa lähes kaikessa liiketoiminnassa tulee olemaan mukana jonkinlainen avaruuselementti.
– Upstream eli avaruuteen lähetettävä, dataa keräävä laitteisto on vain yksi osa avaruustekniikan kenttää. Jopa suurempi taloudellinen rooli on downstreamilla eli alas virtaavan datan puolella, jossa satelliittien tuottamaa aineistoa analysoidaan ja jatkojalostetaan.
Globaali tilannekuva ongelmista
Avaruusteknologia voi olla osaltaan ratkaisemassa myös koko ihmiskunnalle kriittisiä ongelmia. Satelliitit auttavat ennen kaikkea ilmastonmuutoksen ymmärtämisessä ja mittaamisessa.
– Globaalien ongelmien ratkaiseminen vaatii globaalia tilannekuvaa. Ymmärrämme esimerkiksi sääilmiöitä paremmin, kun voimme mallintaa satelliittidatan avulla kerralla koko maapallon sään, Praks huomauttaa.
– Saamme satelliittien avulla tarkkaa tietoa esimerkiksi ilmakehäkaasujen määrästä, pilvisyydestä, jäätiköiden sulamisesta, metsärajan muutoksista, ikiroudan sulamisesta, tulvatilanteesta ja monesta muusta ilmiöstä.
Villeimpien visioiden mukaan avaruusteknologia voisi tarjota välineitä jopa ilmastonmuutoksen hillitsemiseen. Tällöin on puhuttu esimerkiksi avaruuteen sijoitettavista, auringonsäteitä pois heijastavista peileistä sekä aurinkopaneeleista, joiden päästötön energia ohjattaisiin maapallolle mikroaaltojen avulla.
Katse arktiseen suuntaan
Suomalaisyritykset, joilla on avaruusalan osaamista, voivat hakea mukaan EU:n ja Euroopan avaruusjärjestö ESAn tutkimus- ja kumppanuusohjelmiin. Työ- ja elinkeinoministeriö ja Tekes auttavat omalta osaltaan, että yritykset saisivat kanavat auki ESAn toimintaan ja pääsisivät mukaan muun muassa erilaisiin kansainvälisiin yhteistyöprojekteihin.
– Ohjelmiin osallistuminen voi auttaa suomalaisyrityksiä kasvamaan ja kansainvälistymään sekä avata niille myös aivan uusia rahoitusmahdollisuuksia, Aarnikka kertoo.
Suomella on oma avaruustoiminnan strategia vuosille 2013–2020. Sen tavoitteet painottuvat yhteiskunnan kannalta keskeisiin sovelluksiin.
Strategiassa nostetaan keskeiseksi painopistealueeksi esimerkiksi se, että avaruussovelluksilla vastataan arktisen alueen kasvaviin vaatimuksiin. Tavoitteena on myös vahvistaa palveluiden kilpailukykyä avoimen paikkatiedon avulla. Myös tieteellisen tutkimuksen tasoa tulisi nostaa nojautuen Euroopan avaruusjärjestön ESAn ja EU:n ohjelmiin.
– Strategian linjauksiin kuuluu myös, että avaruusteollisuus vastaa erikoistumalla ja sovelluksilla kiristyvään kilpailuun muun muassa kansainvälisillä satelliittimarkkinoilla, Aarnikka kertoo.
Tavoitteena on, että Suomen avaruustoiminta nousee valituilla aloilla maailman huipputasolle vuoteen 2020 mennessä.
Kiihtyvällä vauhdilla ylöspäin
Euroopan avaruusjärjestö ESA on esittänyt, että Suomeen perustettaisiin BIC-yrityskiihdyttämö (Business Incubator Center), jossa hyödynnettäisiin nimenomaan suomalaista arktista osaamista. Neuvottelut ovat loppusuoralla.
– ESA on pyrkinyt kaupallistamaan avaruustekniikkaa ja avaruuden alalla syntyneitä palveluja sekä sovelluksia eri Euroopan maissa tukemalla tällaisten ”inkubaattorien” perustamista. Suomalaiselle teollisuudelle ja pienille yrityksille sekä tutkimukselle tämä tarkoittaisi mahdollisuuksia hyödyntää tietämystään ja osaamistaan vielä aiempaa paremmin. Lisäksi toiminta edistäisi myös alan toimijoiden verkostoitumista ja antaisi hyödyllistä sparrausta, Aarnikka kertoo.
Arktinen osaaminen yhdistettynä avaruusosaamiseen voi tarkoittaa käytännössä esimerkiksi tarkan navigointidatan tarjoamista arktisella alueella kulkeville aluksille tai tietoa alueen luonnonolosuhteiden muuttumisesta.
– Ja jälleen, sovelluskohteita on todella paljon. Arktinen avaruusosaaminen voi tarkoittaa lisäksi vaikka matkailua palvelevien tarkkojen revontulitietojen tuottamista, Aarnikka huomauttaa.
Jalat maassa avaruuteen
Jaan Praksin mielestä Suomen avaruustoiminnan strategian painotukset ovat järkeviä. Avaruuteen kurkotetaan meillä jalat maassa, pragmaattisesti.
– Suomella ei ole voimavaroja lähteä mukaan valtavia investointeja ja sen alan huippuosaamista vaativaan rakettiteollisuuteen ja miehitettyihin avaruuslentoihin. Suomella on kuitenkin hyvät mahdollisuudet pärjätä juuri pienoissatelliittien ja erilaisten mittalaitteiden ja tutkimuksen alalla, Praks miettii.
Lähtötelineet ovat periaatteessa hyvät, sillä maallamme on avaruustekniikasta jo vuosikymmenten kokemus. Suomi on ollut ESAn jäsen vuodesta 1995 ja suomalaiset ovat saaneet hyvän maineen avaruusteknologian alihankintaketjuissa ja ESAn projekteissa.
– Suomalaiset ovat olleet eturivissä kaukokartoituksen kehittäjänä ja sen avulla saatavan datan analysoimisessa. Ilmatieteen laitoksen, Maanmittauslaitoksen, Metsäntutkimuslaitoksen ja Suomen ympäristökeskus SYKEn rooli on ollut tärkeä. Meillä on erittäin hyvää sensori-, kaukokartoitus-ja softaosaamista, Praks mainitsee.
– Ja Aalto-1:n hyötykuormaan kuuluu esimerkiksi Ilmatieteen laitoksen tutkijan Pekka Janhusen kehittämä aurinkopurje, jonka käyttöä tutkitaan nyt satelliitin vauhtia hidastavana plasmajarruna.
Aalto-yliopistosta valmistuu vuosittain neljästä viiteen avaruustekniikkaa pääaineenaan opiskellutta. Muissa suomalaisissa korkeakouluissa voi opiskella muun muassa avaruustiedettä.
Monta silmäparia näkee paremmin kuin yksi
Aalto-2-satelliitin rakentaneet opiskelijat toimivat nykyään Reaktor Space Lab -nimisessä startup-yrityksessä. Yritys suunnittelee, valmistaa ja testaa pienoissatelliitteja.
Reaktor Space Labin taustalla on yrityksiä digitalisoitumaan auttava Reaktor Innovations ja sen startup-yrityksiä tukeva Reaktor Ventures.
Reaktorin avaruusohjelmasta vastaava johtaja Juha-Matti Liukkonen uskoo muiden haastateltavien tavoin, että pienoissatelliiteilla tulee olemaan merkittävä osa IoT:ssa eli esineiden internetissä.
– Pienoissatelliitit tulevat omalta osaltaan tarjoamaan liiketoiminnalle olennaista dataa. Ne vievät myös tietoverkon ja tietoinfrastruktuurin sellaisille alueille, jossa sitä ei ole aikaisemmin ollut, kuten Pohjoiselle jäämerelle.
Hän mainitsee, että esimerkiksi öljy-yhtiö voi olla hyvin kiinnostunut tietämään, mikä paine on öljynporauslautan putkistossa. Toisaalta suunta on kohti automaattisia laivoja, jotka tarvitsevat koko ajan paikkatiedon lisäksi tietoliikenneyhteyksiä sekä ajantasaista tilannekuvaa toimintaympäristöstään
– Oleellista on se, että monta silmäparia näkee paremmin kuin yksi. Kun pienoissatelliitteja on paljon, ne ohittavat kohteen useammin ja mahdollistavat reaaliaikaisemman tilannekuvan hahmottamisen.
3D-tulostusta kuussa?
Liukkonen arvioi, että Reaktorin ja Space Labin kilpailijat maailmalla voi tällä hetkellä lukea yhden käden sormin.
– Ideanamme on, että voimme tarjota koko paketin eli paitsi satelliitin myös koko siihen liittyvän taustajärjestelmän ja sen avulla satelliittien tarjoaman tiedon hyödyntämisen asiakkaan operatiivisessa toiminnassa. Sama kyvykkyys taitaa olla nykyään vain Googlella, mutta he hyödyntävät sitä ainoastaan oman yrityksensä sisällä, Liukkonen sanoo.
Reaktorilla on suunnitelmia myös sen päivän varalle, kun satelliitit alkavat kiertää kuuta ja asteroideja. Tarkka tiedonkeruu liittyy osaltaan siihen, että niin kuuhun kuin asteroideillekin on suunniteltu avaruusasemia – ja kaivostoimintaa.
– Haluamme olla ehdottomasti mukana omilla satelliiteillamme. Haaste on jännittävä, ja lisäksi se auttaa kehittämään satelliittejamme esimerkiksi säteilykestävämmiksi.
– Voimme tarjota omia ratkaisujamme myös esimerkiksi siinä vaiheessa, kun kuussa ryhdytään 3D-tulostamaan esineitä sikäläisistä materiaaleista.
Liukkonen muistuttaa, että ylipäätään avaruuden uudet olosuhteet ja uudet haasteet ovat omiaan synnyttämään liiketoimintaa, jota voidaan hyödyntää myös maan päällä.
– Esimerkiksi Yhdysvaltain Apollo-ohjelma 1960-luvulla vaikutti oleellisesti ICT-alan syntyyn.
Radiomikropiiriosaamista avaruuteen
CoreHW on Nokia-taustaisten insinöörien perustama, räätälöityjä analogia- ja RF-mikropiirejä valmistava startup-yritys. Se osallistui äskettäin ESAn projektiin, johon se kehitti satelliittien viestiliikenteessä hyödynnettävän korkean suorituskyvyn taajuussynteesi -ratkaisun.
CoreHW:n toimitusjohtaja Tomi-Pekka Takalo huomauttaa, että alkuvaiheessa olevalle startup-yritykselle pitkäjänteiseen projektiin pääseminen oli tärkeää.
– Projekti avasi uusia ovia. Opimme kehittämään siinä esimerkiksi taustasäteilyä kestävää elektroniikkaa, jota voimme hyödyntää nyt muun muassa röntgenkuvantamiseen liittyvän tekniikan yhteydessä.
CoreHW päätyi ohjelmaan alun perin Tekesin yhteydenoton perusteella.
– Suomessa on varmasti muitakin yrityksiä, jotka eivät ole tulleet ehkä ajatelleeksikaan sitä, että heillä on tietotaitoa, jota voitaisiin hyödyntää myös avaruudessa. Avaruudessa tarvitaan esimerkiksi samantyyppistä integrointi- ja miniatyrisointi-tekniikkaa, joka on suomalaisille tuttua matkapuhelimista.
Takalo muistuttaa, että pelkkä osallistuminen avaruusohjelmaan ei sinänsä tee yritystä autuaaksi.
– ESA-projekteissa on oleellista, että yritys voi hyödyntää avaruushankkeissa kehittämiään ratkaisuja myös muussa toiminnassaan.
Avaruusmatkalla on myös mutkia
Matka avaruuteen ei ole kuitenkaan helppo. Tällä hetkellä noin 80 pienoissatelliittia, mukaan lukien Aalto-1, odottaa laukaisuaan. Rakettitiede on todellakin rakettitiedettä – hyvin monimutkaista, lähes taidetta ja siihen liittyy epävarmuustekijöitä.
Reaktor Space Labin Juha-Matti Liukkonen huomauttaa, että heidän avaruusmatkallaan vastassa on ollut myös byrokraattisia esteitä.
– Satelliittien tarvitsemat radiotaajuusluvat täytyy hyväksyttää joka ikisessä ITUn eli YK:n alaisen kansainvälisen televiestintäliiton jäsenmaassa. Viestintävirasto eli Ficora hoitaa tämän keskitettynä palveluna, ja on ollut erittäin avulias. Prosessi on silti hyvin pitkä ja työläs. Viestintäviraston lisäksi myös työ- ja elinkeinoministeriö sekä Tekes ovat tarjonneet hyvin taustatukea.
CoreHW:n Tomi-Pekka Takalo mainitsee, että mikropiiribisneksessä on omat haasteensa:
– Räätälöityjen mikropiirien tuotekehitys- ja kvalifointikustannukset ovat suuria ja kehityssyklit pitkiä, mutta tarvittavien mikropiirien lukumäärä on varsin rajallinen.
Kentän moninaisuudesta ja monimutkaisuudesta käy esimerkiksi sekin, että avaruustekniikka soveltuu usein myös sotilastehtäviin, kuten tiedusteluun. Tämä saattaa johtaa esimerkiksi siihen, että isoilla mailla on entistä enemmän intressejä satsata omaan avaruusteollisuutensa. Kilpailu ei ehkä kaikissa tilanteissa ole aivan avointa.
Tarvetta kattaville pelisäännöille
Vaikka byrokratiaa voi olla yhdessä paikassa liikaa, niin toisaalla sitä saattaa olla liian vähän.
– Tällä hetkellä avaruuden yksityistä käyttöä ei ole reguloitu, tarvitsisimme globaalilla tasolla laadittuja pelisääntöjä. Ne ovat tarpeen senkin takia, että melkein jokaisella miljardöörillä tuntuu olevan nykyään oma avaruusohjelmansa, Praks huomauttaa.
– Auki on esimerkiksi se, että jos satelliitteja tulee paljon, niin kuka ohjaa sitä, mille kiertoradoille ne voidaan laittaa. Nykyäänhän periaatteessa kuka tahansa voi lähettää taivaalle satelliitin, mikäli rahat vain riittävät.
Myös säännöt avaruusromun ja avaruudessa tapahtuvien satelliittitörmäysten varalta ovat vielä osin laatimatta.
– Suuri sääntöjä vaativa kysymys on myös asteroideille ja kuuhun suunniteltu kaivostoiminta. Kaivostoiminta asteroideilla kiinnostaa monia yksityisiä yrittäjiä, ja esimerkiksi Luxemburg on nostanut sen jopa kansalliseksi tavoitteekseen, mutta omistussuhteita taivaankappaleilla ei ole määritelty, Praks huomauttaa.
– YK:n avaruussopimuksissa on määritelty tiettyjä kansainvälisiä vastuita ja velvoitteita, mutta kaikilla mailla ei ole vielä avaruutta koskevaa omaa kansallista lainsäädäntöään. Suomessakin ollaan parhaillaan luonnostelemassa mahdollista avaruuslakia. Avaruus tuo esiin uusia tilanteita, joihin pitää varautua, esimerkiksi avaruusromun aiheuttamien vahinkojen ja satelliittien mahdollisten törmäysten juridisten vastuiden osalta, Marjaana Aarnikka kertoo.
Suomessa avaruusasiain neuvottelukunta on tässäkin keskeisessä roolissa. Jokainen suomalainen satelliitti tulee rekisteröidä työ- ja elinkeinoministeriöön, ja sen osalta tulee toimittaa myös asianmukainen riskianalyysi neuvottelukunnan arvioitavaksi. Tältä pohjalta tehdään muun muassa päätökset mahdollisten lisävakuutusten tarpeesta.
Luvassa varmasti myös yllätyksiä
Mitä kaikkea tulevaisuus sitten tuo tullessaan?
– Paljon tulee tapahtumaan, myös sellaista mitä ei ole osattu odottaakaan. Asiat ehkä tapahtuvat hitaammin kuin toivotaan. Mutta avaruudessa olevalla infralla tulee olemaan keskeinen osa globaalissa infrassa, Jaan Praks miettii.
Pienet satelliitit muuttavat satelliittidatan reaaliaikaiseksi – saamme niiden avulla reaaliaikaista kuvaa esimerkiksi liikenteestä ja logistiikasta.
– Satelliittisegmentti tulee olemaan osa digitalisaatiota. Tärkeä osa maailmanlaajuisesta sensoriverkostosta tulee olemaan avaruudessa, Praks kiteyttää.