Avaruustutkimukseen sijoittaminen hyödyttää koko ihmiskuntaa

Mitä yhteistä on pikaliimalla, post-it-lapuilla ja mikroaaltouunilla? Arvasit oikein: niistä jokainen on keksitty vahingossa. Tutkijat työskentelivät jonkin muun ongelman parissa, mutta päätyivät havainnoimaan ilmiöitä, joiden pohjalta nämä hienot innovaatiot näkivät päivänvalon.

Space research

Kolme tärkeää huomiota: ensinnäkin vaikka kaikki edellä mainitut keksittiin vahingossa, ne silti tarvitsivat sopivat olosuhteet syntyäkseen. Toisin sanoen tutkimukseen oli panostettu työaikaa ja määrärahoja. Jos Harry Coover Jr:lla ei olisi ollut valtuutusta yrittää luoda aiempaa parempaa kiväärin tähtäintä, hän ei olisi ikinä keksinyt pikaliimaa.

Toisekseen nykypäivänä mahdolliset sivutuotteet otetaan huomioon jo tutkimusprojektia suunniteltaessa. Tutkimustulosten soveltamista laajempaan käyttöön kutsutaan teknologiasiirroksi.

Avaruusprojektit ovat valtavia hankkeita, joihin kuluu merkittäviä määriä työtunteja ja teknologista kehitystä. Usein kalleimpia teknologioita sovelletaan ensin satelliittipohjaisiin instrumentteihin, jotta sensoreista saataisiin irti paras suorituskyky. Teknologian saaminen satelliittiin ja taivaalle on pitkä tutkimus- ja laadunvarmistusprosessi.

Satelliiteissa hyödynnettävä huipputeknologia on tyypillisesti liian kallista käytettäväksi kuluttajatuotteissa saman tien. Tästä pääsemmekin kolmanteen ja viimeiseen huomioon: teknologiasiirto vie aikaa. Matka avaruudesta kuluttajille voi kestää 10, 20, jopa 30 vuotta. Vaiheet avaruus- ja kuluttajatuotteiden välillä sisältävät tyypillisesti ammatillisia, teollisia ja infrastruktuurisovelluksia. Ajan kuluessa myös teknologian hinta laskee, mikä tekee siitä paremmin kuluttajamarkkinoille sopivaa.

Esimerkkinä teknologiasiirrosta toimii MilliLab: VTT kehitti yhdessä DA-Designin (aiemmin nimeltään Ylinen Electronics) kanssa 70 gigahertsin millimetriaaltoalueen radiometrejä Euroopan avaruusjärjestön (ESA) Planck-luotainta varten. Alkujaan radiometrit suunniteltiin maailmankaikkeuden ensimmäisten vaiheiden ja myöhemmän evoluution tutkimista varten. Radiometrejä varten tarvittava tutkimus tehtiin vuosina 1997–2006. Tuona aikana kehiteltyjä teknologioita sovelletaan parhaillaan viidennen sukupolven (5G) matkapuhelinteknologioihin, jotka sisältävät myös millimetritaajuusalueita. Eli maailmankaikkeuden alkuvaiheiden tutkimisesta VR-videopuheluun isoäidillesi – ei huono!

Toinen sovellusalue millimetriaalloille löytyy näkövammaisten arjen helpottamisesta. Tutka havaitsee lähestyviä esteitä ja kommunikoi niistä käyttäjälle värähtelemällä tai ääniohjeilla. Maailmassa on n. 300 miljoonaa näkövammaista, joten tällekin sovelluskohteelle on markkinapotentiaalia.

Vaikka sykli alkuperäisestä millimetritutkimuksesta kuluttajatuotteisiin kesti siis ainakin 20 vuotta, oli se ehdottomasti sen arvoista! Lisäksi millimetriaaltoteknologia on vain yksi suomalainen esimerkki, jossa avaruustutkimuksen tärkeät investoinnit ja kehityshankkeet ovat johtaneet muihin sovellusalueisiin. Teknologiasiirto avaruudesta muille alueille on ollut suomalaisten tutkijoiden ja insinöörien ajatuksissa, kun he ovat osallistuneet avaruusohjelmiin. Ohjelmien takaisinmaksuaika on pitkä, mutta investoinnit kannattavat silti. Ilman näitä ohjelmia monet merkittävät keksinnöt jäisivät tekemättä ja siten myös siirtymättä kuluttajamarkkinoille.

Jos olet kiinnostunut kuulemaan lisää avaruusteknologioiden ja satelliittidatan hyödyntämisestä uusissa innovatiivisissa tuotteissa ja sovelluksissa, tutustu Nasa Europa Challengeen.

Tauno Vähä-Heikkilä VTTTauno Vähä-Heikkilä
tutkimusalueen johtaja

Investing in space research benefits the whole mankind

What do superglue, post-it notes, and the microwave oven have in common? You guessed it: they were all invented by accident. The researchers were working on something else, but came up with phenomena leading to these fine innovations, each of which has changed the world in its own way.

Space research

Three important points: first, even though all of these were invented by accident, they needed the proper circumstances in order to emerge. In other words, there had to be investments allocated in the research. If Harry Coover Jr. hadn’t have the mandate to try and invent a new kind of rifle sight during the World War II, he wouldn’t have ended up with discovering superglue.

Secondly, nowadays the potential by-products are taken into account already when planning the research projects. The process of expanding research results into wider usage is called technology transfer.

Space projects are huge efforts in terms of man hours and needed technologies. Often the most expensive technologies are first applied to satellite-based instruments in order to get the best performance out from sensors. It takes a long-term engineering development and qualification process to get new technology into an operating satellite.

High-end technologies are typically too expensive to be used in consumer related products right away after applied to space instruments. This brings us to the third and final point: technology transfer takes time. The road from space to consumer segment can take 10, 20, or even 30 years. Steps between space and consumer products often include professional, industrial and infrastructure applications. During that time technology also becomes cheaper which makes it more suitable for consumer products.

As an example of technology transfer, consider MilliLab: VTT together with DA-Design (formerly Ylinen Electronics) were responsible for the developments of European Space Agency’s (ESA) Planck surveyor 70 GHz millimeter wave radiometers for the Planck. They were initially intended to find out the early steps and further evolution of the Universe. This radiometer technology development and space qualification were mainly carried out in 1997–2006. Technologies developed at that time are now being applied to the fifth generation telecommunication systems (5G) which will also include millimeter wave frequency bands and technologies. So, from investigating the origins of the universe to enabling the virtual reality video call to your grandma – not bad!

Another application area for the millimeter waves is a radar sensor for visually impaired persons to help their everyday life. The radar senses approaching obstacles and information is guided to the user by vibrating or voice instructions. There are 300 million visually impaired people globally so there is significant market potential for this.

The cycle from original millimeter research to consumer products was 20 years and definitely worth it! The millimeter wave technology is just one example in Finland where important investments and developments for space technologies have been done in the past and later applied to other application areas. Technology transfer from space to non-space applications has been in minds of Finnish engineers when planning participation to space programs. Space programs are long-term developments and investment payback from consumer products takes time. However, without these investments, we would not have the scientific findings and technical competences ready to apply for new applications and products.

If you are interested in how to apply space technologies and satellite data into new innovative products and applications, check out The Nasa Europa Challenge.

Tauno Vähä-Heikkilä VTTTauno Vähä-Heikkilä
Vice President