Vantaan tiedekeskus Heurekan Hannu I. Miettisen aukiolla tapahtui lauantaina 12. kesäkuuta suomalaista ilmailuhistoriaa, kun maailman ensimmäisen puuvalmisteisen Wisa Woodsat -satelliitin koelentoversio lähetettiin lennolle stratosfääriin. Lennolla suoritettiin kokeita satelliitin eri järjestelmille ja kameralaitteistolle. Varsinainen laukaisu avaruuteen on määrä tapahtua Uudesta-Seelannista loppuvuodesta 2021.

Arviolta noin 150 henkilöä kokoontui Tiedekeskus Heurekan edustalle lauantaina 12. kesäkuuta noin kello 12.00 lähtien seuraamaan Wisa Woodsat -puusatelliitin koelennon valmistelua. Hanketta johtava tiedetoimittajakin tunnettu Jari Mäkinen valmisteli ryhmänsä kanssa laitteistoa koelennolle aurinkoisessa kesäpäivässä säärintaman lähestyessä laukaisupaikkaa.

Säähavaintopallon heliumtäytön valmistuessa Helsinki-Vantaan lennonjohto oli antanut lähetysluvan ja satelliitin nousu korkeuksiin alkoi kello 13.25. Vajaassa kymmenessä minuutissa koelennolle noussut satelliitti oli jo yli kahden kilometrin korkeudessa.

Stratosfääriin lähetetty Suomessa kehitetty ja rakennettu suosittuun CubeSat-standardiin perustuva Wisa Woodsat nanosatelliitti on kooltaan 10x10x10 cm ja painoltaan 870 grammaa.

Kokonaisuudessaan koelennolla ilmaan nousi 1,8 kg:n kuorma, joka koostui laskuvarjosta, kellukkeesta, GPS-seurantalaitteesta ja GoPro-kamerasta. Heliumtäytteisen pallon noste oli noin 2,5 kg, jonka myötä nousu tapahtui nopeasti Helsinki-Vantaan lentoaseman lähestymisalueen läpi.

Kaikkiaan kaksi tuntia ja 54 minuuttia kestäneen lennon aikana Wisa Woodsat -koesatelliitti saavutti huippukorkeutensa ilmakehän yläosassa ns. stratosfäärissä 31,2 kilometriä Mäntsälän yläpuolella. Tuolloin satelliittia nostanut kaasupallo räjähti suunnitellusti ja laitteisto lähti laskeutumaan laskuvarjon varassa. Laskeutuminen tapahtui Lahden lounaispuolella lähellä lentorataennusteiden osoittamaa laskeutumispaikkaa.

Lennon aikana Wisa Woodsatin selfie-kepin päässä oleva kamera otti kaikkiaan noin 600 valokuvaa lennon eri vaiheista ja ne lähtettiin maa-asemalle. Yksi kuvista otettiin selfie-kepin päässä olevalla kameralla juuri kaasupallon räjähtäessä lennon ollessa stratosfäärissä suurimmassa korkeudessaan. Avaruuteen lähetettävässä satelliitissa on kaksi kameraa.

”Kaikki järjestelmät toimivat suunnitellusti koko koelennon ajan. Testisatelliitti laskeutui metsään Herralassa lähelle Hahmajärveä. Tiimimme oli paikalla pian laskeutumisen jälkeen, mutta nouto kesti suunniteltua kauemmin, sillä testilaitteisto oli laskeutunut korkean kuusikon latvustoon. Tähdättiin koivuun, mutta pudottiin kuuseen”, sanoi hanketta johtava Jari Mäkinen.

Satelliitin laitteiston toimittua suunnitellusti avaruushanke jatkaa aikataulussa. Varsinainen satelliitti ja sen varakappale valmistuvat kesäkuun lopussa, minkä jälkeen ne lähtevät testeihin Alankomaiden Noordwijkissä sijaitsevaan Euroopan avaruusjärjestön tekniseen keskukseen (ESTEC). Keskuksen simulaattorissa Wisa Woodsat altistetaan kiertoradan olosuhteille, ja laboratoriossa simuloidaan myös raketin laukaisun aikana tapahtuvaa voimakasta tärinää.

Wisa Woodsat on määrä laukaista avaruuteen loppuvuodesta Uudesta-Seelannista Rocket Lab -yhtiön Electron-raketilla Mahia-niemeltä sijaitsevalta laukaisualustalta.

Hanke saattaa viivästyä alkuperäisestä tavoiteaikataulusta eli syyskuusta, sillä Rocket Labin Electron-raketin laukaisu epäonnistui 15. toukokuuta, kun raketin toinen vaihe ei toiminut suunnitellusti.

Toukokuinen laukaisu oli yhtiön 20. ja sitä oli edeltänyt 17 onnistunutta laukaisua. Niiden avulla kiertoradalle on viety jo yli 100 satelliittia. Edellinen Electron-raketin epäonnistunut laukaisu tapahtui kesäkuussa 2020 ja sitä edellinen ongelmatilanne tapahtui yhtiön ensimmäisen laukaisun yhteydessä vuonna 2017.

Yhdysvaltain FAA on kuitenkin jo 2. kesäkuuta antanut Rocket Labille luvan jatkaa Electron-raketin laukaisuja, joten mahdollinen viive suomalaissatelliitin laukaisulle on todennäköisesti lyhyt.

Rocket Labin Electron-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.

Rocket Labin tavoitteena on saada jatkossa kantoraketin ensimmäinen vaihe takaisin erikoisella tavalla merestä nostamisen sijaan. Kantoraketti ei laskeudu SpaceX:n tavoin itsenäisesti laskeutumisalustalle vaan laskuvarjolla alas putoava kantoraketti otetaan kiinni helikopterilla suoraan lennosta.

Materiaalitutkimusta avaruudessa – selvittää vanerin käyttömahdollisuuksia

Avaruuteen päästyään Wisa Woodsat asettuu aurinkosynkroniselle polaariradalle noin 500-550 kilometrin korkeuteen. Siellä se kiertää ratansa ympäri kerran 1,5 tunnissa. Puusatelliitin järjestelmät eli kaksi kameraa, tietokone, tutkimuslaitteet ja radio saavat käyttövoimansa yhdeksän erittäin ohuen piivalmisteisen aurinkopaneelin avulla.

 Tiettyinä ennalta ilmoitettuina aikoina kuka tahansa voi noin 10 euroa maksavan LoRa-radiolaitteiston avulla olla yhteydessä satelliittiin ja ladata sieltä kameroiden ottamia valokuvia. Wisa Woodsat käyttää noin 70 senttimetrin aaltoa eli noin 435-438 MHz-taajuutta.

Avaruuslennolla tutkitaan erityisesti vanerin käyttäytymistä avaruusolosuhteissa noin kahden vuoden ajan. Tavoitteena on saada lisätietoa puumateriaalin käyttäytymisestä ja kestävyydestä ankarissa lämpötila-, säteilyolosuhteissa sekä tyhjiössä.

Aikanaan Wisa Woodsatin vauhdin hidastuessa se alkaa lähestymään maapalloa ja palaa lopulta poroksi ilmakehään saapuessaan.

Satelliitin laukaisun maksava UPM käyttää tuotteissaan metsästä saatavia puita eli metsä-biopohjaisia materiaaleja, joista jalostetaan erilaisia tuotteita kuten haavanhoitotuotteita, laboratorion kasvualustoja, biokomposiittia sekä erilaisia biopolttoaineita.

"Valmistamme metsäbiopohjaisia ratkaisuja, joilla korvataan fossiilisista aineista valmistettuja tuotteita. UPM:llä on pitkä kokemus puusta materiaalina, mutta avaruushanke antaa mahdollisuuden laajentaa materiaalitutkimusta entisestään. Satelliitin selfie-kepin avulla kuvataan lennon aikana satelliitin pinnassa tapahtuvia muutoksia", kertoo avaruushanketta UPM Plywoodilla vetävä Ari Voutilainen.

Wisa Woodsat on maailman ensimmäinen puumateriaalia kantavassa rakenteessaan käyttävä satelliitti. Se on valmistettu Wisa-Birch -koivuvanerista. Käytettävä vaneri on liimattu biopondilla eli fenoliliimalla, jossa on mukana puulingviiniä. Kyseessä on bioliimausteknologia. Kyseessä on normaali tuote mistä on tehty ja sitä saa ihan rautakaupasta.

Käytettävä vaneri ALD-pinnoitetaan (Atomic Layer Deposition) eli atomikerroskasvatusmenetelmällä alumiinioksidiatomeilla 100 nanometrin paksuisesti. Pinnoituksen toteuttaa suomalainen Picosun. Ratkaisu sulkee puun syyt siten ettei mikään pääse sisään tai ulos. Yksi satelliitin vanerisivuista lakataan vertailun vuoksi teollisella UV-suojalakalla, jonka toimittaa Tikkurila.

Alumiinista 3D-tulostuksella valmistetun kamerapuomin eli ns. selfie-kepin päässä oleva kamera kuvaa tutkimusta varten satelliittia sen lennon aikana. Kamera näkee kokonaan etupaneelin ja osan yhdestä sivupaneelista. Toinen kamera on kiinnitettu itse satelliitin runkoon.

Tämän avaruudessa satelliitin sisältä avautuvan puomirakenteen on suunnitellut tekninen suunnittelutoimisto Huld, ja se on herättänyt kiinnostusta jo ulkomaisten satelliittivalmistajien keskuudessa; kevyiden ja kestävien avaruusrakenteiden tekeminen on kasvava markkina-ala, eikä hyviä valmistajia ole paljon.

Huldin suunnitteleman ja kokoonpaneman rakenteen osat tulosti Delva Oy Hämeenlinnassa ja ne koneisti tarkasti oikeaan muotoon porilainen Nurmilo Oy.

Vaikka käytetty vaneri on kuivattu myös tyhjiössä tulee siitä höyrystymään avaruudessa vettä sekä muita aineita jo ensimmäisten viikkojen aikana. Satelliitin sisällä on painemittari, joka mittaa tarkasti indikaatioita vapautuvista kaasuista.

Laukaisun aikaan myös auringon aktiivisuus on kasvussa ja lennolla voidaan havaita normaalia enemmän myös ilmakehää, joista on normaalistikin vielä rippeitä 500 kilometrin korkeudessa.

Lentokonevaneri on perinteinen ja tuttu tuote monille. Nähtäväksi jää tuoko UPM avaruushankkeen myötä markkinoille erityisen avaruusvanerin. Kysyntää voisi olla, sillä kukapa ei olisi kiinnostunut sisustamaan kotiaan avaruuslentokelpoisilla materiaaleilla. Avaruusleimalla varustetun tuotteen lopullinen hintalappu saattaa kuitenkin olla moninkertainen lentokonevaneriin verrattuna.

Avaruussovelluksissa puumateriaalia voisi tulla käyttöön magneettineutraaleissa satelliiteissa sekä tietoliikennesatelliittien suurten aurinkopaneelien kiinnityslevyissä, jotka ovat nykyisin komposiittivalmisteisia.

Suomalainen Wisa Woodsat-puusatelliittihanke on ollut esillä ympäri maailmaa ja hankkeesta on kerrottu mediassa mm. Malesiassa, Filippiineillä, Yhdysvalloissa, Meksikossa sekä Uruquayssa. Hankkeessa ovat mukana UPM Plywood, Arctic Astronautics ja Huld. MH

Lue myös: