Ved NTNU bygger forskere to små satellitter som skal gå i bane over polene, 500 kilometer oppe i lufta med en fart på 25 000 kilometer i timen.  (Illustrasjonsbilde: BugAs/GOMspace/NTNU)
Ved NTNU bygger forskere to små satellitter som skal gå i bane over polene, 500 kilometer oppe i lufta med en fart på 25 000 kilometer i timen. (Illustrasjonsbilde: BugAs/GOMspace/NTNU)

Norske småsatellitter skal oppdage giftige alger

Sammen med droner og selvgående fartøy på havet skal satellittene varsle de som driver oppdrettsanlegg om at giftige alger er på vei mot dem.

Published

Småsatellittprosjektet

For første gang bygger NTNU småsatellitter som skal knyttes sammen med autonome undervannsfartøy (AUV), autonome havoverflatefartøy (ASV) og ubemannede fly (UAV). Forskere ved NTNU og Unis utvikler også software og kamerasystemer til satellittene.

Småsatellittprosjektet er et samarbeid mellom Institutt for elektroniske systemer og Institutt for teknisk kybernetikk ved NTNU. Prosjektet samarbeider med Orbit, et studentdrevet satellittprosjekt ved universitetet. Prosjektet er finansiert av Norges forskningsråd (NFR) og Norsk romsenter.

Det finnes alger i havet som er svært giftige og kan skade fisk. Hvis disse algene blomstrer opp og treffer et oppdrettsanlegg, kan de i verste fall ta livet av all fisken som er der.

Men ved NTNU bygger forskere små satellitter som skal overvåke havet og vil kunne varsle eierne av oppdrettsanlegg om giftige alger.

– Hvis de som driver anlegget blir varslet om at giftige alger er på vei, kan de stoppe å fôre fisken. Da vil fisken gjerne gå dypere i sjøen og de giftige algene kan passere over uten større problemer, sier professor Tor Arne Johansen ved NTNU.

De små satellittene skal, sammen med droner og fartøy på og under vann, samle inn informasjon om havet på en måte som aldri har blitt gjort før.

– Gjennom å kombinere alle disse teknologiene kan vi observere fenomener fra ulike avstander, med forskjellige typer sensorer. Det gir oss et mye større spekter med informasjon, forklarer Johansen og kollega Kanna Rajan. De er begge professorer ved Institutt for teknisk kybernetikk og arbeider ved Amos-senteret på NTNU.

To satellitter i bane rundt jorda

De to er initiativtakere til prosjektet hvor forskere bygger to satellitter som skal sendes i bane rundt jorda. Satellittene består av små moduler på ti kubikkcentimeter, som kan settes sammen til større enheter.

Småsatellittene skal kunne dekke nordområdene bedre enn konvensjonelle satellitter og planen er at de skal passere den norske kystlinjen, fra ulike vinkler, rundt fire til fem ganger daglig.

Ved å kombinere målinger fra ulike høyder, med småsatellitter øverst, droner nærmere bakken, deretter fartøy på havoverflaten og så undervannsfartøy nederst, skal denne teknologien hente inn informasjon fra havet på en måte som aldri har blitt gjort tidligere.

– Vi kan sammenlikne det med sykehusets MR-skanning av kroppen. Når du ligger inne i MR-maskinen, tar den gode bilder av innsiden av kroppen din i flere plan, noe som gir et godt utgangspunkt for å stille diagnose, sier Rajan.

Under de blå bølgene finner vi alger som danner næringsgrunnlag for alt annet liv i havet. Men noen alger kan drepe fisk, både de som svømmer fritt og oppdrettsfisk. (Foto: Andrey Armyagov/Colourbox)
Under de blå bølgene finner vi alger som danner næringsgrunnlag for alt annet liv i havet. Men noen alger kan drepe fisk, både de som svømmer fritt og oppdrettsfisk. (Foto: Andrey Armyagov/Colourbox)

Satellittene skal kunne oppdage oljesøl

Metoden skal i første omgang altså brukes til å ta bilder av havoverflaten og oppdage algeoppblomstringer. Satellittene skal klassifisere algene i «snille» og «slemme» arter. Hvis algene blir klassifisert som potensielt farlige, skal satellittene gi beskjed til de selvkjørende fartøyene om å gjøre mer detaljerte målinger og ta vannprøver til videre analyse.

    Og metoden har en rekke andre anvendelsesområder, utover å overvåke alger. For eksempel kan den brukes til å observere og følge med på isfjell som er i bevegelse, oljesøl eller utslipp fra industri og landbruk som siger ned i elver for deretter å føres ut i havet.

    Bygger lette superkameraer

    Det er ikke rett frem å bygge små og lette satellitter når de skal ha med seg kameraer som gir gode bilder.

    Derfor er det avgjørende for prosjektet å utvikle en avansert bildeteknologi som veier og koster lite.

    Mens et vanlig kamera har tre såkalte fargeplan, rødt grønt og blått, vil forskerne bruke det som heter hyperspektrale kamera. Med disse kameraene har hvert punkt i bildet flere hundre fargeplan. Hver piksel inneholder informasjon som dekker hele det synlige spektret og deler av det infrarøde. Det gjør det velegnet til å automatisk oppdage og klassifisere objekter. Men disse kameraene har gjerne vært tunge og dyre.

    Derfor har forskere ved Universitetssenteret på Svalbard (Unis) utviklet en mindre variant som skal brukes på satellittene. Teknologien i slike kameraer kalles spektrografer.

    – Vi har jobbet med denne teknologien lenge, blant annet i nordlysforskning. Tungt og kostbart utstyr har vært en utfordring. Nå har vi klart å lage små spektrografer som kan brukes i droner og småsatellitter, sier Fred Sigernes, professor i romfysikk ved Unis.

    Teamet hans ved Unis har bygd hyperspektralkamera ved hjelp av prefabrikkerte deler kombinert med deler de har skrevet ut på 3D-printer. Det har gjort at de har kunne bygget og testet instrumentene kjapt.

      Et annet ankepunkt ved slike hyperspektrale kameraer har vært at de trenger dyre ekstradeler hvis de skal være i bevegelse. For å stabilisere bildet har det nemlig vært nødvendig med dyre gyroer. Men nå når alt er elektronisk, kan stabiliseringen av bildet gjøres mye rimeligere.

      – Den siste utviklinga på flere fronter gjør at det går an å bygge dette for en billig penge, forklarer Sigernes.

      NTNU-forskerne samarbeider også med NTNU-studenter som lærer seg å bygge satellitter. På bildet bygger student Håkon Kindem og overingeniør Amund Gjersvik satellitter som er enda mindre enn de som skal brukes til å overvåke giftige alger. (Foto: Kai Dragland, NTNU)
      NTNU-forskerne samarbeider også med NTNU-studenter som lærer seg å bygge satellitter. På bildet bygger student Håkon Kindem og overingeniør Amund Gjersvik satellitter som er enda mindre enn de som skal brukes til å overvåke giftige alger. (Foto: Kai Dragland, NTNU)

      Viktig å ta tempen på marine økosystemer

      Rajan mener det er helt nødvendig stadig å dra teknologien lenger for å være i stand til møte morgendagens utfordringer i havene våre.

      – Det er som når vi putter termometeret i munnen for å se hvordan alt står til. På samme måte trenger vi å kunne ta tempen på endringer i marine økosystemer. Å utvide forståelsen vår av havet vil være essensielt i årene framover, sier Rajan.

      Hvis alt går etter planen, skal de to småsatellittene skytes opp i 2020, og havovervåkningen i fire ulike vinkler kan begynne.

      Se video om satellittprosjektet:

      (Video: BugAs/GOMspace/NTNU)