Yhteiskunnan avaruuspohjaiset palvelut

1950-luvun lopulta lähtien avaruuden käyttö on tuonut tukea nykyaikaisen yhteiskunnan toimintaan. Teknologisen kehityksen ja hintojen laskun seurauksena yhteiskunnat ovat yhä riippuvaisempia näistä tekniikoista.

Avaruuden käytön erilaiset kiertoradat. Kuvalähde: Sparkfun

Avaruuden käytön erilaiset kiertoradat. Kuvalähde: Sparkfun

Kiertorata Korkeus Käyttö
 
Geosynkroninen kiertorata, Geosynchronous Orbit (GSO) Ympyränmuotoinen kiertorata, 35 786 km Kommunikaatio ja viestintä
Geostationaarinen kiertorata, Geostationary Orbit (GEO) Ympyränmuotoinen kiertorata päivätasaajan yläpuolella, 35 786 km Kommunikaatio, viestintä, ohjusvaroitus, sotilastiedustelu (Intelligence, Surveillance, Reconnaissance, ISR), satelliittiradiojärjestelmä, esim. Thurya, Inmarsat
Keskikorkea kiertorata,

Medium Earth Orbit (MEO)

Jokainen satelliitti kiertää maapallon kahdesti päivässä, 2 000–35 786 km. GPS-konstellaatiossa olevat satelliitit on järjestetty kuuteen tasavälein sijaitsevaan maata ympäröivään kiertoratatasoon GPS ja muut navigointisovellukset, PNT.
Matala kiertorata,

Low Earth Orbit (LEO)

Matala lähellä maata kiertävä rata-alue, 160–2 000 km Sotilastiedustelu (ISR), miehitetyt avaruuslennot (pl. kuulennot)

Kommunikaatio, esim. SpaceX:n Starlink

Satelliittiradiojärjestelmä, esim. Iridium, Globalstar

Elliptinen kiertorata,

Highly Elliptical Orbit (HEO)

Rata on toisesta päästä paljon lähempänä Maata kuin toista, siksi korkeus vaihtelee 1–40 000 km Kommunikaatio, sotilastiedustelu (ISR), satelliittiviestintä, kaukokartoitus

Avaruussovellukset vaikuttavat erityisesti seuraavilla aloilla: paikannus, navigointi, tarkka aika, viestintä, säähavainnot, kaukokartoitus ja kuvaus sekä tiede ja tutkimus. Avaruuspohjaiset sijainti-, navigointi- ja aikapalvelut (engl. Positioning, Navigation and Timing, PNT) kuten GPS, GLONASS, BeiDou ja Galileo mahdollistavat satelliitin käyttämisen navigointiin ja moniin rutiinitoimintoihin. Ne tukevat meri-, maa-, ja lentoliikennettä esimerkiksi reittien suunnittelussa ja ruuhkien hallinnassa. Sotilaille nämä tiedot mahdollistavat ohjusten ja ammusten tarkan kohdistamisen sekä ilma-alusten, joukkojen ja alusten navigoinnin.

PNT-signaaleista erityisesti tarkka aikapalvelu tukee myös kriittistä infrastruktuuria. Ilman tarkkaa aikaa rahoituslaitokset eivät pystyisi luomaan aikaleimoja liiketoimille, mikä vaikuttaisi pankkiautomaattien ja luottokorttien käyttöön. Sähköyhtiöt eivät pystyisi siirtämään sähköä tehokkaasti.

Viestintäsatelliittien menettämisellä voi olla laajamittaiset vaikutukset. Vuonna 1998 amerikkalainen tietoliikennesatelliitti kärsi tietokoneviasta. Ihmiset eivät pystyneet maksamaan polttoainetta, sairaalat eivät saaneet yhteyttä lääkäreihin, jotka luottivat hakulaitteisiin, ja televisioasemat eivät pystyneet lähettämään ohjelmia. Asevoimissa satelliittiviestintä parantaa tilannetietoisuutta ja lisää joukkojen liikkuvuutta.

Säähavainto- ja kaukokartoitussatelliitit antavat maastosta ja ympäristöstä tietoja, jotka auttavat yrityksiä mineraalivarojen määrittämisessä ja viljelijöitä maatalouden mahdollisten katastrofien tunnistamisessa. Nämä satelliitit tukevat myös sotilaallista toimintaa tiedustelu- ja valvontatiedoilla.

Yhteiskunta on hyötynyt teknologioista, joita avaruustutkimus on mahdollistanut. Näitä ovat mm. puhelimen kamerat, aurinkopaneelit, kannettavat tietokoneet ja kompaktit vedenpuhdistusjärjestelmät.

Mini- ja mikrosatelliittiteknologian kehittyminen mahdollistaa avaruuden hyötykäytön varsinkin kaupallisesti. Pohjoismaissa tällainen yritys on mm. suomalainen vuonna 2014 perustettu ICEYE Oy. Se kehittää SAR-tutkilla varustettuja mikrosatelliitteja hyödyntävää palvelua, jolla voidaan tarjota lähes reaaliaikaista tutkakuvaa ajankohdasta ja sääolosuhteista riippumatta. Demosatelliitti saatiin kiertoradalle 2018, ja tämän jälkeen laukaisuja ollut vuosittain. Satelliittikonstellaatio on tarkoitus laajentaa ainakin 18 satelliittiin. Ruotsalainen Ovzon AB tarjoaa laajakaistakommunikaatiota ja matkaviestinpalveluja satelliitin välityksellä. Sen viestintäsatelliitti Ovzon-3 on tarkoitus viedä avaruuteen SpaceX:n Falcon 9 -raketilla syksyllä 2023.

SpaceX- ja OneWeb-yritykset aloittivat vuonna 2019 matalan kiertoradan (LEO) satelliittien käyttöönoton nopean internet-yhteyden tarjoamiseksi maailmanlaajuisesti. Matalan kiertoradan satelliittien määrä lähes kaksinkertaistui vuoden 2020 loppuun mennessä. SpaceX on laukaissut jo yli 300 Starlink-satelliittia avaruuteen. Yhtiö aikoo lähettää niitä muutaman vuoden kuluessa jopa 12 000. Starlink-järjestelmän tehtävänä on tarjota nopea internetyhteys kaikkialle maapallolla. Useat muutkin yhtiöt (kuten Amazon ja OneWeb) suunnittelevat vastaavia verkostoja maapallon ympärille.

Näitä megakonstellaatioita eli megaluokan satelliittirakennelmia suunnittelee 18 eri yhtiötä ja yhteiskonsortiota. Niiden suunnitelmissa on alkuvaiheessa noin 26 000 satelliitin laukaisu seuraavien noin kymmenen vuoden kuluessa. Lopulta satelliitteja voi olla yli 50 000.

Starlink-satelliitteja laukaistaan jopa 60 kappaletta samalla kertaa. Starlink-satelliitit ovat kohtalaisen pieniä tietoliikennesatelliitteja, joiden tehtävänä on saada puolelle planeettaamme ulottuva nopea tietoverkko. Tulevaisuudessa voitaisiin olla yhteydessä Internettiin megakonstellaation kautta mistä vain, milloin vain, edullisesti ja yksinkertaisesti.

OneWeb on toinen jo rakenteilla olevista megakonstellaatioista. Siinä satelliitteja on 650, ja silläkin on tarkoitus kattaa koko maapallo Internettiyhteydellä. Seuraavaksi satelliitteja sijoitettaisiin eri korkeuksillekin siten, että ratojen korkeudet ovat välillä 335–1 325 kilometriä.

Euroopan avaruusjärjestön havainnekuva megakonstellaatiosta. Kuvalähde: ESA

Euroopan avaruusjärjestön havainnekuva megakonstellaatiosta. Kuvalähde: ESA

SpaceX ryhtyi 10 vuotta sitten tavoittelemaan kantoraketeilleen kykyä palata Maahan ja lentää uudelleen.

Mikkola Juuso, Avaruusvoiman vaikutus sodankäyntiin, Sotilasaikakauslehti 3/2022.

Mikkola Juuso, Avaruus sotilaallisena toimintaympäristönä, Kylkirauta 2/2022
https://kylkirauta.fi/wp-content/uploads/2022/06/kylkirauta-2_22.pdf

Types of orbits:
https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Transportation/Types_of_orbits

What is Positioning, Navigation and Timing (PNT)?