α7S II-kameralla avaruudessa kuvatut upeat 4K-videot 

JEM (Japanese Experiment Module) -moduuli KIBOsta kansainväliseltä avaruusasemalta 

α7S II on ensimmäinen kaupallisen tason kamera, jolla on kuvattu 4K-materiaalia avaruudessa.

Uusi kamerajärjestelmä, joka sisältää α7S II -kameran, asennettiin kansainvälisen avaruusaseman japanilaisen KIBO-tutkimusmoduulin Exposed Facility (EF) -osaan. 

Kansainvälistä avaruusasemaa huoltava japanilainen H-II Transfer Vehicle -rahtialus KOUNOTORI laukaistiin joulukuun 9. päivänä 2016 Tanegashiman avaruuskeskuksesta, joka on Japanin suurin rakettien laukaisukeskus. Aluksen mukana oli yksi Sonyn huipputason α7S II -kamera. Se välittää avaruudesta maahan videokuvaa 4K- tai Full HD -tarkkuudella sekä 12 megapikselin still-kuvia.
Kansainvälisen avaruusaseman kiertorata on noin 400 kilometriä (249 mailia) maanpinnasta ja matkanopeus on noin 8 km/s (5 mailia/s). Asema kiertää maapallon noin 90 minuutissa (16 kierrosta päivässä), eli se liikkuu luotia nopeammin.
Miksi α7S II -kamera valittiin kuvaamaan avaruutta, ja millaisia kohteita sillä aiotaan kuvata? Haastattelimme JAXAn Associate Senior Engineer Toshitami Ikedaa, joka vastaa aluksen ulkopuolisesta kamerajärjestelmästä.

(Haastattelu: 13.12.2016)

Kuvat, jotka ovat mahdollisia vain avaruudessa

Epätavallisia luonnonilmiöitä ja muuttuva maapallo.

– Kertoisitko aluksi avaruusaluksen ulkopuolelle kiinnitetyn kameran tehtävästä ja tarkoituksesta?

Kameran tehtävä on ottaa selkeitä kuvia maapallosta kansainvälisellä avaruusasemalla. Kun ulkoavaruuden suunnasta otetaan poikkeuksellisia, mukaansatempaavia kuvia esimerkiksi laajoista maanpäällisistä katastrofeista, tilannetta voidaan arvioida aivan eri tavalla kuin maan tasolla (esimerkiksi vaurioita ja vaikutusten laajuutta). Lisäksi voidaan tutkia ympäristön muutoksia ottamalla jatkuvaa kuvaa tietystä paikasta. Voidaan tutkia esimerkiksi meren värimuutoksia kuvaamalla vedenalaista tulivuorta tai tarkastelemalla ajojään liikkeitä. Näiden maapallon muutosten tiedostaminen edistää maailmanlaajuisten ympäristöongelmien ymmärtämistä. Lisäksi uskomme, että kuvat, joiden kohteita ei voi nähdä maasta käsin, lisäävät yleistä kiinnostusta avaruutta kohtaan. 

– α7S II -kameralla voi kuvata sekä videota että still-kuvia. Miten näitä käyttötarkoituksia on tarkoitus hyödyntää?

Mielestäni dynaamiset kuvat rahtialuksista, kuten KOUNOTORIsta, lähestymässä kansainvälistä avaruusasemaa tai erkanemassa siitä, tai Japanin saaristo kuvattuna etelästä pohjoiseen kulkevalta kansainväliseltä avaruusasemalta, näyttävät hyvin todentuntuisilta liikkuvana kuvana. Toisaalta värisävyt toistuvat tarkemmin still-kuvissa, mikä auttaa analysoitaessa hienovaraisempia muutoksia, kuten merien ja metsien värejä.

Odotukset α7S II -kameraa kohtaan sen herkkyyden vuoksi ja ensimmäinen 4K-video, joka on kuvattu kansainvälisen avaruusaseman ulkopuolelta

Mahdollisuus kuvata maapalloa yöllä ja ulkoavaruutta kirkkaasti

– Kerro, miksi α7S II valittiin aluksen ulkopuolella käytettäväksi kameraksi.

Aseman ulkopuolista kamerajärjestelmää hallitaan maasta kauko-ohjaimella, ja se lähettää kuvatietoja. Siksi α7S II, jossa on valmiiksi sisäinen USB-liitäntä ja jota voidaan käyttää komennoilla, oli erinomainen vaihtoehto aluksen ulkopuoliseksi kameraksi. Myös sen tekninen hallinta on helppoa. Lisäksi tietyt ilmiöt, kuten revontulet, meteorit tai yöllä avaruudesta kuvattu maapallo, näyttävät melko erilaisilta avaruudesta kuin maan pinnalta katsottuna, ja α7S II -kameran herkkyys soveltuu erinomaisesti yökuvaukseen. Kansainvälinen avaruusasema kiertää maapallon 90 minuutissa, ja aiemmalla järjestelmällä emme voineen kuvitellakaan kuvaamista öisin eli noin 45 minuutin välein. Odotan kovasti näkeväni, miten tehokkaasti kamera toimii ja miten hyvin sillä voi kuvata vähässäkin valossa öisin.

– Avaruudesta kuvattuun 4K-videoon kohdistuu luonnollisesti melkoisia odotuksia.

Kyllä, 4K-videoiden tallennusmahdollisuus on tärkeä seikka. Tämä on ensimmäinen kerta, kun kansainvälisen avaruusaseman ulkopuolelle asennetulla kaupallisen tason kameralla kuvataan 4K-materiaalia, ja odotan kovasti, että pääsen kuvaamaan entistä monipuolisempaa videomateriaalia. Alun perin aioimme itse asiassa käyttää α7S-mallia. Vuoden 2016 aikana päätimme kuitenkin vaihtaa sen toisen sukupolven α7S II -malliin, joka tukee 4K-videotallennusta. Asennusaikaa oli todella vähän, ja uudelleentestaus oli hankalaa. Pystyimme kuitenkin hyödyntämään jo aiemmin tekemiämme testauksia, koska α7S- ja α7S II -kameran komennot ovat yhteensopivia ja niissä käytetään samoja kennoja. Jotkin osat ja ohjelmistot poikkeavat kuitenkin toisistaan. Esimerkiksi virtalähteen käynnistysjärjestys on hiukan erilainen, joten pieniä säätöjä tarvittiin.
Saimme Sonyn insinööreiltä tiedot esimerkiksi laiteohjelmiston osittaisista muutoksista sekä α7S- ja α7S II -mallin eroista, jotta pystyimme tekemään tarvittavat arviot ja ottamaan kameran käyttöön KIBO-moduulissa.
Olemme todella innoissamme 4K-laatuisesta kuvaamisesta aluksen ulkopuolelle asennetulla kameralla.

– Poikkeaako nykyinen aluksen ulkopuolella käytettävä kamera aiemmasta muutoin kuin 4K-videon suhteen?

Aiemmin KIBO-moduulin Exposed Facility -osaan kiinnitetty kamera asennettiin siten, että se oli aina maapalloa kohti. Nyt käytössä on kuitenkin teline, jolla kameraa voidaan kääntää kahdella akselilla. Sen ansiosta myös maapalloa kohti suunnattua kameraa voidaan liikuttaa ja sillä voidaan kuvata avaruutta. Kun maapalloa ja avaruutta voidaan kuvata eri kuvakulmista, saadaan kuvia, jotka eivät olisi olleet mahdollisia aiemmin.

α7S II ja objektiivi [FE PZ 28–135 mm F4 G OSS], joita käytetään kansainvälisen avaruusaseman ulkopuolisessa kamerassa 

[Ulkoinen näkymä KIBO-tutkimusmoduulista ja kameran telineen sijainnista]

Kameran teline on sijoitettu KIBO-tutkimusmoduulin kärkeen. Siitä pystyy kuvaamaan sekä maapalloa että avaruutta. KIBO-moduulissa on ilmalukko ja robottivarsi, joiden ansiosta moduulilla voidaan tehdä kokeita tai siihen voidaan kiinnittää ja vaihtaa tutkimuskalustoa tarvittaessa siten, että astronauttien ei tarvitse poistua aluksesta.

Lähde: JAXA

Lähde: JAXA

Japanese Experiment Module (JEM)

Japanese Experiment Module (JEM)

1. Paineistettu moduuli 2. Experiment Logistics Module-Pressurized Section 3. JEM-moduulin ilmalukko 4. JEM Remote Manipulator System 5. Exposed Facility eli ulkopuolinen lavetti 6. α7S II -kameran kiinnityspaikka

i-SEEP (IVA-replaceable Small Exposed Experiment Platform) ja kamerayksikkö

i-SEEP (IVA-replaceable Small Exposed Experiment Platform) ja kamerayksikkö 
Turvallinen ja vakaa toiminta avaruudessa taattiin kattavilla testeillä

– Miten α7S II toimitettiin kansainväliselle avaruusasemalle?

Koska avaruus on tyhjiö, lämpö ei haihdu ilmankierron ansiosta. Tämän kompensoimiseksi kamera ja objektiivi on sijoitettu alumiinikoteloon eli kamerayksikköön. Kameran ja objektiivin kontakti koteloon on maksimoitu, mikä edistää jäähtymistä. Kamerayksikkö on suojattu pehmusteilla, ja sen vei perille paineistettuna lastina japanilainen KOUNOTORI-rahtialus.

– Miten kameran sopivuus kansainväliselle avaruusasemalle testattiin?

Aluksi varmistimme testeillä, että kosminen säteily ei aiheuta kameraan toimintahäiriöitä tai riko kameraa. Testasimme myös, toimiiko kamera avaruuden tyhjiössä ja äärimmäisissä lämpötiloissa. Meidän piti varmistaa, että se kestää raketin laukaisun tärinän ja toimii aiheuttamatta sähkömagneettisia häiriöitä.
Lisäksi testasimme, kestääkö kamera itse avaruusaseman muiden laitteiden aiheuttamia sähkömagneettisia häiriöitä. Kameraa piti myös pystyä ohjaamaan sujuvasti maasta ja kuvat piti pystyä purkamaan kamerasta. Ennen asennusta Exposed Facility -osaan kamera vietiin koemoduuliin, missä astronautit asuvat ja työskentelevät tavallisissa vaatteissa. Siksi meidän piti vielä testata, että kamerasta ei esimerkiksi vapaudu haitallisia kaasuja tai muuta, mikä voisi vaikuttaa astronautteihin.

Aluksen ulkopuolella käytettävä kamerayksikkö. Alempi pyöreä muoto on objektiivi. Objektiivi kuvaa ulkopuolta kameran kotelon pyöreästä aukosta

Laitteisto on käytännössä entisellään

Luotettava tekniikka takaa erinomaisen kestävyyden  

– Voidaanko kameran toimintaa avaruuden ainutlaatuisissa olosuhteissa helpottaa erityisillä laitteistojärjestelyillä? 

Jos kameran suuntaa siinä ympäristössä aurinkoa kohti, auringonvalo nostaa lämpötilan vähitellen todella korkeaksi. Sitä vastoin kameran suuntaaminen auringosta poispäin laskee lämpötilan todella alas. Lämpötilaero voi olla yli 200 °C (390 °F), joten pidämme kameran käyttölämpötilassa käyttämällä jäähdytintä kuumuutta vastaan ja lämmitintä kylmää vastaan.
Itse kameran laitteistoa ei ole käytännössä muutettu. Testejä tehtiin paljon, mutta ongelmia oli hyvin vähän. Mahdollisuus käyttää α7S II -kameraa tässä ympäristössä sellaisenaan kertoo paljon kameran luotettavuudesta ja kestävyydestä.

– Kerro, miten α7S II -kameraa säädettiin käytettäväksi ulkoavaruudessa.

Koska kameraa ohjataan etänä maasta, muutimme laiteohjelmistoa siten, että kuvausasetuksia voidaan muuttaa käyttökomennoilla. Lähes kaikkia valotusasetuksia ja muita asetuksia voidaan ohjata etänä. Nyt käytössä on virtalähteen sisältävä SELP28135G-zoom-objektiivi, ja zoomaustasoa voidaan hallita maasta. Uuden 4K-videotoiminnon ansiosta voimme nyt myös tallentaa videotiedoston ja lähettää sen maahan järjestelmän lisätoimintona. Käytämme ulkoista virtalähdettä, koska akun vaihtaminen olisi vaikeaa kameran sijainnin vuoksi, ja virran voi kytkeä ja katkaista maasta.

α7S II mahtuu koteloon ilman muutoksia myös tehokas zoom-objektiivi (FE PZ 28–135 mm F4 G OSS) kiinnitettynä.

Kuvat avaruudesta inspiroivat ja ruokkivat unelmia

– Millaisten ihmisten haluaisit näkevän otetut kuvat?

Haluaisin, että kaikki näkisivät ne. Monia maapallon ongelmia on vaikea hahmottaa arjessa, mutta avaruudesta katsoen ne on helppo havaita. Haluan, että kuvat inspiroivat ja herättävät uteliaisuutta. Ilahtuisin myös, jos lapset haluaisivat nähdä nämä kuvat ja ne innostaisivat yhä useampia hakeutumaan työhön avaruuteen liittyville aloille, kuten kehittämään avaruudessa käytettäviä kameroita. Olisi todella mukavaa, jos saisin kuulla, että olemme vaikuttaneet ihmisten tulevaisuuteen.

Virtalähdejärjestelmää muutettiin siten, että akku korvattiin ulkoisella virtalähteellä

Toshitami Ikeda

Toshitami Ikeda

Associate Senior Engineer
Mission Operations and Integration Center,
Human Spaceflight Technology Directorate
Japanin avaruusjärjestö JAXA

Liittyi valmistuttuaan NASDAan (National Space Development Agency of Japan, nykyisin osa JAXAa). Osallistui japanilaisen tutkimusmoduuli (Japanese Experiment Module, JEM) KIBOn kehitystyöhön. Toiminut nykyisessä asemassaan vuodesta 2015 lähtien.

Katso esiteltävät tuotteet napsauttamalla alla