Laser communication concept for space weather forecasting CubeSat fleet mission

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Möstl, Christian
dc.contributor.advisor Hänninen, Jari
dc.contributor.author Törmänen, Olli
dc.date.accessioned 2016-06-17T12:32:47Z
dc.date.available 2016-06-17T12:32:47Z
dc.date.issued 2016-06-13
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/20901
dc.description.abstract The most damaging geomagnetic storms are produced by solar coronal mass ejections (CMEs). They represent a great threat to mankind's technological systems, since the prediction lead time of storms is too short today. The geoeffectiveness of the ejections can only be predicted by in situ magnetic field measurements in space. The HelioRing mission, proposed by the Space Research Institute of the Austrian Academy of Sciences, has the goal of providing magnetic field properties of Earth-directed CMEs using a CubeSat fleet in a heliocentric orbit for increasing the lead time of geomagnetic storms on Earth. As this is the first study of the mission, one of the goals of this thesis was to define the objectives and requirements of the mission. The primary goal of the thesis was to investigate how the CubeSat fleet communicates with the Earth in the mission. It was found that the traditional radio frequency (RF) communication method would have two major disadvantages. Firstly, this method would require the construction of large ground stations, which would increase the total mission cost significantly. Secondly, forecasting would not be successful for about 3 % of the mission lifetime due to increased background noise from the Sun. Laser communication was chosen to overcome the two RF communication problems. The main idea of the concept is to deliver data by laser crosslink communication to an additional CubeSat (RelayCube) that orbits in a Sun-synchronous orbit. RelayCube would transmit all data to the ground stations using RF communication. The objectives of the thesis were successfully achieved. The results show that the laser communication concept is feasible and fulfils the mission requirements. It permits low-cost amateur RF ground stations and enables continuous space weather forecasting. However, further studies are needed, e.g., to achieve the required laser pointing accuracy and for the development of the high peak power transmitter. en
dc.description.abstract Auringon koronan massapurkaukset eli CME:t muodostavat suuren uhan ihmiskunnan teknologisille järjestelmille, koska varoitusaika massapurkauksia vastaan on liian lyhyt ennen kuin ne saavuttavat Maan. Purkausten vaikutukset Maassa voidaan ennustaa vain avaruudessa tehtävistä purkauksien magneettikentän mittauksista. HelioRing-luotainohjelman, jota on ehdottanut Itävallan tiedeakatemian avaruustutkimusinstituutti (Space Research Institute of Austrian Academy of Sciences), tavoitteena on välittää Maata kohti suuntautuneen CME:n magneettikentän ominaisuudet ja täten pidentää varoitusaikaa. Tavoitteena on myös käyttää mittauksiin CubeSat-piensatelliittiryhmää aurinkokeskisellä kiertoradalla. Koska kyseessä oli HelioRingin ensimmäinen tutkimus, yhtenä työn tavoitteena oli määrittää luotainohjelman tavoitteet ja vaatimukset. Tärkein päämäärä oli selvittää se, miten HelioRingin CubeSat-ryhmä kommunikoisi maa-asemien kanssa. Tässä työssä osoitettiin, että radiotaajuisella kommunikaatiotavalla olisi kaksi merkittävää heikkoutta. Ensimmäiseksi se vaatisi niin suuret maa-asemat, että HelioRingin kokonaiskustannukset kasvaisivat huomattavasti. Toiseksi avaruussään ennustaminen ei olisi mahdollista noin 3 % luotainohjelman eliniästä Auringon aikaansaaman taustakohinan vuoksi silloin kun lähin CubeSat kulkee Auringon ja Maan välissä. Laserkommunikaatio valittiin pääkommunikaatiotavaksi, koska se ratkaisisi RF-kommunikaation ongelmat. Pääperiaatteena on välittää data laserilla CubeSatilta toiselle ja edelleen Maata kiertävälle ns. linkki-CubeSatille, joka lähettää kaikkien CubeSatien datan radiotaajuuksilla maa-asemille. Työn tavoitteet saavutettiin onnistuneesti. Tulokset osoittavat, että laserkommunikaatiosuunnitelma on mahdollista toteuttaa ja että se täyttää luotainohjelmalle asetetut vaatimukset. Se mahdollistaisi edulliset maa-asemat ja jatkuvan avaruussään ennustamisen. Suunnitelman yksityiskohdat, esimerkiksi vaadittava laserin suuntaustarkkuus ja laserlähetin, edellyttävät kuitenkin vielä lisätutkimuksia. fi
dc.format.extent 81 + 9
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Laser communication concept for space weather forecasting CubeSat fleet mission en
dc.title Avaruussään ennustamiseen suunnitellun CubeSat-luotainohjelman laserkommunikaatiojärjestelmä fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Sähkötekniikan korkeakoulu fi
dc.subject.keyword space weather en
dc.subject.keyword coronal mass ejections en
dc.subject.keyword CubeSat en
dc.subject.keyword satellite en
dc.subject.keyword laser communication en
dc.subject.keyword link budget en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201606172509
dc.programme.major Avaruustekniikka ja -tiede fi
dc.programme.mcode S3005 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Kallio, Esa
dc.programme EST - Elektroniikka ja sähkötekniikka (TS2005) fi
dc.location P1 fi


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account