Leo-satelliitit lupaavat mobiilialalle huikeita mahdollisuuksia

​VTT on työstänyt uuden sukupolven 5G-mobiiliverkkojen ja niihin integroitujen satelliittiyhteyksien mahdollisuuksia ja haasteita yhdessä Euroopan avaruusjärjestön ESA:n sekä muiden kansainvälisten kumppaneiden kanssa. VTT:n avaruustutkimusta koordinoiva Marko Höyhtyä on ollut päävastuullisena "5G and Beyond for New Space: Vision and Research Challenges" -nimisen visiopaperin laatimisessa.

– Uudet teknologiat kehittyvät huimaavaa vauhtia. Näissä kuvioissa julkisilla toimijoilla ja yksityisillä yrityksillä on merkittävä rooli. Eikä näitä hankkeita tehdä pelkästä tutkimisen ilosta, vaan tutkijoiden selvityksissä pitää ottaa kantaa myös markkinoiden kehittymiseen ja usein projekteja tehdään yhdessä yritysten kanssa. Markkinoita ja käyttäjiä uusilla viestintäverkoilla varmasti riittää, Höyhtyä selostaa.

Haasteina kehitystyölle ovat muun muassa verkon hallinta- ja tietoturva-asiat, joita monen verkon yhteen integroiminen aiheuttaa. Toisaalta useamman teknologian ja taajuuskaistan käyttö mahdollistaa tehokkaat vastatoimet hyökkäyksille.

Tärkeinä käyttäjäryhminä nähdään merenkulun lisäksi muut liikennemuodot maalla ja ilmassa sekä itseohjautuvat ajoneuvot, koneet ja laitteet. Kuskittomat autot tarvitsevat pomminvarmoja ja nopeita yhteyksiä, ja yhtä lailla niitä tarvitsevat vaikkapa autonomiset kaivin- ja kaivoskoneet tai teollisuuden muut koneet ja laitteet.

Korkeiden taajuuksien leo (low earth orbit) -satelliitit kiertävät maata vain 500-2 000 kilometrin korkeudella, joten niillä on merkittävästi lyhyemmät latenssit eli verkkoviiveet kuin korkealla lentävillä geo-satelliiteilla. Juuri siksi tällä teknologialla on merkittävä osa koko internetin ja mobiiliviestinnän tulevaisuuden hahmotelmissa.

– Päin vastoin kuin zeniitissä jopa 36 000 kilometrin korkeudella lentävät geo-satelliitit, leo-satelliitit ovat jatkuvassa liikkeessä maan pintaan nähden, ja niiden tarjoamat yhteydet voivat kattaa kaikki alueet maapallolla. Radiosignaalit kulkevat valon nopeudella, mutta pitkän etäisyyden aiheuttamat viiveet kyllä huomaa esimerkiksi puheessa, Höyhtyä kuvailee peräjälkeen maan pintaa pyyhkivää leo-satelliittien joukkoa verrattuna vaikkapa päiväntasaajan yllä paikallaan pysyviin geo-satelliitteihin.

Satelliittiyhteyksien tutkimuksen yhtenä painopistealueena ovat ohjelmistovetoiset satelliitit (software defined satellites). Selväkielellä tämä tarkoittaa sitä, että korkealla lentäviä geo-satelliitteja ei ole voinut muuttaa tai korjata niille tyypillisesti 15 vuoden mittaisen käyttöiän aikana.

– Uusissa satelliiteissa ohjelmistoja voidaan päivittää teknologian kehittyessä tai voidaan vaikkapa suunnata lentävän satelliitin peittoaluetta sitä tarvitseville dynaamisesti, Höyhtyä kuvailee kiertoradoillakin ohjelmistot edellä kulkemista.

Hänen mukaansa uusista viestiyhteyksistä hyödytään erityisesti arktisilla alueilla ja pohjoisilla merillä, joilla laivaliikenne muutenkin kasvaa koko ajan. Myös harvaan asutut seudut saavat paremmat yhteydet, jolloin esimerkiksi viranomaisten etsintä- ja pelastustoimet helpottuvat.

5G and Beyond -selvityksen mukaisessa tulevaisuudessa viranomaiset ovat eräs suurimmista hyötyjistä. Rajavalvonta helpottuu ja metsäpalojen tai öljyvuotojen kaltaiset ympäristökatastrofit huomataan nopeammin uusien integroitujen ratkaisujen avulla.

– Satelliitteihin voidaan asentaa erilaisia lämpökamera- tai hyperspektriteknologioita, jolloin esimerkiksi suuret joukkojen siirrot naapurimaissa tai kriisialueilla nähdään helpommin. Satelliitin lämpökamerat eivät tietenkään erota yksittäisiä ihmisiä, mutta esimerkiksi isojen joukkojen liikkeet tai ohjusten laukaisut kyllä, Höyhtyä pohtii.

Hänen mukaansa ESA:n rahoittamana on jo käynnissä erityinen Forestry TEP-ohjelma, jossa satelliittikuvien avulla seurataan metsien kasvua ja hakkuiden määriä eri maissa ja maanosissa. Käyttökohteita on siis moneksi.

Satelliiteilla on merkittävä rooli myös Suomen kaltaisen maan kokonaisturvallisuudessa, kuten infran ylläpidon, viranomaisviestinnän ja yleisen turvallisuuden kannalta.

Yritykset ovat jo aloittaneet kilpajuoksun matalille kiertoradoille, ja tässä kilvassa tyypillisiä edelläkävijöitä ovat Piilaakson teknofirmat. Toukokuussa SpaceX laukaisi avaruuteen 60 satelliittia ja yhtiö aikoo rakentaa yli 40 000 satelliitin verkoston. Kilpaileva Blue Origin on hakenut lupaa yli kolmelle tuhannelle satelliitille. OneWeb tähtää kaupallisen palvelun aloittamiseen vuoden 2020 aikana.

– Euroopan suurin lentokone- ja satelliittivalmistaja Airbus on hyvin mukana kisassa, samoin sen amerikkalainen kilpailija Boeing. It-jätti Googlella on omat suunnitelmansa ilmapalloihin perustuvista ratkaisuista, jotka lentävät enimmillään 21 kilometrin korkeuksilla eli selvästi leo-satelliitteja alempana. Näitä laitteita ja teknologiaa kutsutaan lyhenteellä hap (high altitude platforms), Marko Höyhtyä kertoo.

Suomalaisia avaruusteknologian ja satelliittialan yhtiöitä ovat muun muassa Reaktor Space Labs ja Iceye, joiden kanssa myös VTT:llä on yhteistyötä.

– Kuten sanottu, yksityisillä yrityksillä innovaatioineen on merkittävä rooli integroitujen satelliittien ja maanpäällisten verkkojen kehittämisessä. Myös hankkeiden rahoituksessa tarvitaan bisneksen tukea, Marko Höyhtyä kertoo ja lisää, että satelliittien laukominen on tunnetusti kallista puuhaa.

VTT on toiminut yhteistyössä ESA:n kanssa jo 1990-luvulta lähtien ja nyt aloitettu strateginen yhteistyö 5G and Beyond -teknologian kehittämiseksi kattaa seuraavat kolme vuotta.

Suomella on oma avaruusstrategia, joka ulottuu vuoteen 2025 saakka. Sen tavoitteena on tehdä Suomesta maailman houkuttelevin ja ketterin avaruusliiketoimintaympäristö, josta hyötyvät kaikki täällä toimivat yritykset. Business Finland edistää asiaa aktiivisesti omalla avaruusohjelmallaan. Pyrkimyksenä on luoda Suomelle uusi taloudellinen tukijalka avaruusteknologiasta ja alaan liittyvistä liiketoiminnoista (new space economy).

Monet näistä aiheista ovat näkyvästi esillä, kun Suomessa järjestetään maan EU:n puheenjohtajuuskauteen liittyvä EU Space Week-tapahtuma joulukuun alussa.