Dødsdømt satellitt gir ny kunnskap om atmosfæren
Norges første forskningssatellitt har nådd sine siste dager og vil brenne opp i atmosfæren innen kort tid. Nå gjør forskerne unike eksperimenter i sluttfasen.
– Siden satellitten nå beveger seg gjennom et område med tettere og tettere atmosfære, er det mulig å bruke den til å lære mer om hva som skjer i slike ekstremt lave baner, sier Roger Birkeland.
Birkeland er forsker og ekspert på romteknologi ved NTNUs Institutt for elektroniske systemer. Han var der da satellitten HYPSO-1 sendte sine første hyperspektrale bilder fra 540 kilometer over jordoverflaten en vinterdag i 2022.
Nå, etter at den har svevd rundt jorden fra pol til pol 15 ganger i døgnet i snart fem år, følger han satellitten på sin siste ferd før den skal brenne opp i atmosfæren og bli til støv.
– Selv om vi ofte sier at verdensrommet begynner 100 km opp, så er det fremdeles litt atmosfære igjen, og over tid mister satellitter høyde. Nå har HYPSO-1 nådd en høyde på rundt 250 km, og da går det fort nedover.
Satellitten har fotografert et område utenfor kysten av Romania med algeoppblomstring.
Fra å miste en til tre km høyde hver måned i starten, mister satellitten nå over 10 km i uka. Det betyr at den forventes å brenne opp i atmosfæren i løpet av de neste 3 ukene, i starten av november. Satellitten er imidlertid fortsatt fullt operativ. Det gir forskerne i Trondheim noen unike muligheter – i løpet av et kort tidsvindu.
HYPSO-1 er en liten, eksperimentell satellitt, som vi har brukt blant annet til å forske på hvordan man kan drive miljøovervåking fra rommet. Foto: Kongsberg NanoAvionics
– HYPSO-1 har lært oss mye om hvordan vi kan observere miljøet i havet med et kamera, hvordan man kan operere satellitten og hvordan man kan gjøre den smartere.
Tett på atmosfæren
Fra bakken kan forskerne snu og vri på satellitten der den suser gjennom rommet i en hastighet på 7500 meter per sekund. En funksjon som til nå har vært viktig for å kunne rette kameraene mot områdene som skal tas bilde av. Nå brukes denne funksjonen for å beregne atmosfærens tetthet.
Roger Birkeland, forsker ved Institutt for elektroniske systemer, NTNU.
– Den blir jo tettere og tettere dess nærmere du kommer jorda. I tillegg varierer atmosfæretettheten med solaktivitet og mengden solstormer. Når vi er så langt inne i atmosfæren som vi har vært nå det siste halve året, kan vi vinkle satellitten litt annerledes underveis mens den flyr.
Ved å måle hvor mye kraft som må til for å vinkle satellitten, kan forskerne beregne hvor mye atmosfærepåvirkning satellitten kjenner.
– Ut fra det kan vi estimere tettheten på atmosfæren. Så kan vi sammenligne det med atmosfæremodeller og se hvor godt de treffer med våre observasjoner. Det er veldig sjeldent at satellitter befinner seg i dette området, så man har veldig lite av slike målinger.
Hvor er den – egentlig?
Forskerne bruker også denne sluttfasen til å gjøre seg erfaringer med å spore satellitten fra bakken. Til vanlig kan forskerne laste ned posisjonen som en tjeneste fra US Space Force, som følger posisjonen til alle satellitter fra radarer på bakken.
– De lager en liten datafil, som vi kan laste ned fra nettet, og så kan vi bruke den til å regne ut hvor satellitten er. Det fungerer veldig fint når satellitten er så høyt oppe at den ikke er så påvirket av atmosfæren. Men når vi kommer lenger og lenger ned, vil de estimatene bli mindre nøyaktige.
Da går det an å spore satellitten på andre måter.
– Vi har antenner i Trondheim, Bergen, Oslo og et par plasser i Tyskland. Når satellitten er over et område omtrent i Danmark, kan alle disse bakkestasjonene lytte på satellitten samtidig. Da kan vi triangulere oss fram til hvor den vil være. Så får vi se om vi klarer å beregne posisjonen bedre disse siste ukene.
Spent stemning i laben når forskerne skal slå på kameraet ombord i satellitten for første gang. Det var under korona-tiden… Foto: NTNU Smallsatlab
Birkeland innrømmer at den vitenskapelige verdien av dette ikke nødvendigvis er veldig stor.
– Det er ikke supernyttig. Men det er et litt artig eksperiment, og det engasjerer et litt større miljø av space geeks, rett og slett.
Nasjonal satsning på romteknologi
Forskerne i Trondheim vil fortsette å samle inn bilder fra satellitten, så lenge det går.
– I tillegg vil vi forsøke mer ambisiøse eksperimenter, som å prøve å avbilde plasmaglød rundt satellitten når den kommer dypere inn i atmosfæren.
Når satellitten går så lavt, blir imidlertid passeringene over bakkestasjonene både kortere og sjeldnere. Kapasiteten for nedlinking av data vil derfor bli stadig mer begrenset, noe som reduserer antallet opptak som kan overføres til bakken.
NTNU-team med stipendiater og forskere på besøk hos KNA i Vilnius for siste test og ferdigstilling av satellitten. Antrekket skyldes at disse laboratoriene skal holdes så rene som mulig. Foto: Kongsberg NanoAvionics
Birkeland innrømmer at de strekker strikken langt for å utnytte dataene fra satellitten til det ytterste.
– Vi er langt inne i den sfæren der vi ikke helt vet hva vi holder på med og hva det er vi ser, men det er det som er litt artig også da. Vi kan samle inn data nå, og så kan vi se om det ligger noe spennende der som er verdt å publisere senere.
Når dette skrives, har satellitten tatt og lastet ned mer enn 3600 hyperspektrale opptak. Rundt 18500 ganger har den passert bakkestasjonene til KSAT på Svalbard og NTNUs egen i Trondheim.
– Satellitten har blitt brukt til å utvikle og teste løsninger for databehandling ombord, vi har oppdatert programvare og utviklet agile måter å styre satellitten på, ved hjelp av maskinlæring og kunstig intelligens, i en mye større grad enn hva vi forventet da prosjektet startet, sier Birkeland.
- Les også: I førersetet for satellitter i Norge
Regjeringen satser på romteknologi
Han gleder seg over at regjeringen nå vil satse på et forskningslandslag for romteknologi, med bevilgninger til flere universiteter. Han mener timingen er god nå som landets første forskningssatellitt snart har tatt sin siste runde rundt jorden.
– Fleksibiliteten i HYPSO-1 har vært en viktig del av infrastrukturen som har muliggjort en rekke forskningsaktiviteter ved NTNU.
HYPSO-1 startet sin ferd alene, men ble del av HYPSO-konstellasjonen da søstersatellitten HYPSO-2 ble skutt opp i 2024. Om noen få uker vil HYPSO-2 være alene igjen i bane rundt jorden.
– Den vil videreføre det HYPSO-1 startet, og være en integrert del av forskningsaktivitetene ved NTNU. Men også den vil ha en ende. Vi ønsker å sikre at vi har tilgang til slike satellitter som vi kan bruke til forskning. Slik kan vi teste instrumenter og nye operasjonsmetoder og presse satellittene til det ytterste, sier Birkeland.
KILDER
Daniel Ørnes Halvorsen, Corrado Chiatante, Cameron Louis Penne, Asmita Singh, Sivert Bakken, Glaucia Fragoso, Roger Birkeland, Alberto Dallolio, Joseph L Garrett, Tor Arne Johansen, Ingrid Ellingsen and Morten Omholt Alver: Operational Closed-Loop System for Multi-Scale Chlorophyll-a Monitoring along the Norwegian Coast, Frontiers in Marine Science, section Ocean Observation, 2026
DOI: doi.org/10.3389/fmars.2026.1688255
Dennis David Langer, Milica Orlandić, Sivert Bakken, Roger Birkeland, Joseph Garrett, Tor Arne Johansen, Asgeir Johan Sørensen:Robust and Reconfigurable Hyperspectral Imaging Processing On-Board a Small Satellite Remote Sensing, 15(15), 3756, 2023
DOI: https://doi.org/10.3390/rs15153756
Dennis D. Langer, Joseph L. Garrett, Bjørn A. Kristiansen, Sivert Bakken, Simen Berg Graduate, Roger Birkeland, J. Tommy Gravdahl, Tor A. Johansen, Asgeir J. Sørensen:Agile Maneuvers for Push-Broom Imaging Satellites, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2024
DOI: https://doi.org/10.1109/TGRS.2024.3517696
