Uutiset

Aalto-yliopiston alumni Mathias Fontell palkittiin vuoden nuoreksi fyysikoksi

Palkittu avaruustekniikan diplomityö ratkoo radioaaltojen etenemisen ongelmaa ilmakehän ylemmissä kerroksissa.
Mathias Fontell/Vuoden nuori fyysikko 2019/Aalto University/School of Electrical Engineering/Image: Laura Hujanen
Mathias Fontell. Kuva: Laura Hujanen

Suomen Fyysikkoseura on myöntänyt Vuoden 2019 Nuori Fyysikko -palkinnon Mathias Fontellille avaruustekniikan alan diplomityöstä. Fontell valmistui diplomi-insinööriksi Aalto-yliopistosta vuonna 2019.

Fontellin palkittu työ on opas, joka auttaa ratkaisemaan pitkän kantaman radioaaltojen etenemisongelmia ilmakehän ylemmissä kerroksissa eli ionosfäärissä. Opasta voivat hyödyntää henkilöt, jotka tekevät käytännön työtä pitkän kantaman radioiden kanssa. Ionosfäärin rakenne vaihtelee paljon ajan mukaan ja sen ominaisuudet aiheuttavat radioaaltojen taittumista, mikä tekee ongelmasta hankalan.

Fontellin mielenkiinto ionosfäärisen radion etenemiseen alkoi jo armeijassa, jossa hän työskenteli radiotekniikan parissa. Armeijassa hyödynnetään ionosfääriä tietoturvalliseen viestintään. Radioaaltojen eteneminen ilmakehän ylemmissä kerroksissa perustuu niin kutsuttuihin avaruusaaltoihin, ja onnistunut radioliikenne vaatii avaruusaaltojen taajuuksien ennustamista. Fontell huomasi, että onnistuminen riippuu paljon operaattorin teknisestä pätevyydestä - häntä kiehtoi, miksi radioaallot välillä onnistuivat kulkemaan ionosfäärissä ja välillä eivät.

”Silloin koin omakohtaisesti, kuinka valikoiva ionosfääri on sen läpi kulkeville taajuuksille: joinakin päivinä linkkien luominen oli helppoa ja toisina päivinä se pysyi täysin hiljaisena ja reagoimattomana”, Fontell kertoo.

Käytännön oppia Suomi 100 -satelliittiprojektissa

Opiskeluaikanaan Aalto-yliopistossa Fontellille tarjottiin mahdollisuutta työskennellä osana Suomi 100 -satelliitin projektiryhmää. Suomi 100 on nanosatelliitti, joka rakennettiin Aalto-yliopistossa ja laukaistiin avaruuteen joulukuussa 2018. Satelliitti varustettiin radiomittalaitteella ionosfääristä tutkimusta varten.

Armeijassa heränneen mielenkiintonsa vuoksi Fontell halusi tutkia ja mallintaa satelliitin lähettämiä tietoja avaruusaalloista. Mittaustietojen analysointia varten tarvittiin ymmärrystä useista fysiikan ja sähkötekniikan aloista, joten Fontell alkoi tutustua ionosfäärisen radion etenemiseen liittyvään kirjallisuuteen. Apunaan hänellä oli Aallon avaruusfysiikan professori Esa Kallio. Aiheeseen perehtyessään he kokivat, että aiheen teoria oli monimutkainen ja vaikeasti sovellettavissa sellaisten ihmisten käsissä, joilla ei ollut alaan liittyvää erityisasiantuntemusta.

Fontell hyödynsi työssään brittiläisen radiofyysikko Jenifer Haselgroven julkaisemaa metodia (1954), jonka mukaan avaruusaaltojen mallintaminen onnistuu hiukkasina eikä aaltoina niiden korkeiden taajuuksien vuoksi. Aihe oli monimutkainen ja Fontell koki, että myöhemmissä aihetta käsittelevissä teoksissa metodin toimivuutta selitetty lukijalle tarpeeksi selkeästi.

Lisäksi radioaaltojen etenemisongelmien ratkaisemiseksi tuli ymmärtää laajasti erityistä osaamista vaativia aloja, kuten antennien säteilykuvioita, ionosfäärin rakennetta, moderneja numeerisia algoritmeja ja matalan asteen ohjelmistosuunnittelua. 

Tämä vaivasi nuorta tutkijaa ja hän koki, että nykyaikaisten tekniikoiden avulla hänen olisi mahdollista kirjoittaa ohje, jolla voisi antaa aiheesta hyvän kokonaiskuvan myös sellaiselle tutkijalle, jolla ei ole aiheeseen liittyvää erityisosaamista. Tarkoituksena oli selventää lukijalle ongelmanratkaisun keskeisimmät käsitteet ja siihen soveltuvat menetelmät.

”Halusin luoda käytännöllisen ja kattavan oppaan, jota tekniikan koulutuksen saanut ihminen voisi hyödyntää kohdatessaan ongelman ilman, että hänen täytyy kahlata läpi valtavasti tieteellistä kirjallisuutta”, Fontell sanoo.

Intohimona avaruus

Fontell teki opinnäytetyötään noin puoli vuotta. Aiheen parissa työskentelyn hän koki opettavaiseksi ja hauskaksi, sillä työ oli sekoitus teoriaa ja luovaa ohjelmointia, jota hän oli päässyt harjoittelemaan opintojensa parissa Aalto-yliopistossa. Hän sai suunnitella tieteellisen laskentaohjelman tyhjästä arkkitehtuurista, riippuvuuksista, tietorakenteista ja algoritmeista lähtien.

Valmistuttuaan diplomi-insinööriksi Fontell aloitti työskentelyn ohjelmistoinsinöörinä Space Systems Finland -yrityksessä, joka tunnetaan nykyään Huldina. Nykyisessä tehtävässään hän on tehnyt suorituskriittisiä tietojenkäsittelyohjelmia ilmakehän seurantasatelliittiin, jota ylläpitää Euroopan avaruusjärjestö. Taivas kiehtoo Fontellia myös vapaa-ajalla, sillä hän on vastikään aloittanut kouluttautumaan amatöörilentäjäksi.

”Työskentely avaruustekniikan parissa on toteen käynyt unelma, jonka toteutumisessa auttoi Aalto-yliopiston erinomainen avaruustekniikan koulutus. Tulevaisuudessa toivon voivani palata yliopistoon suorittamaan tohtoritutkinnon”, hän kertoo.

Suomen Fyysikkoseura myöntää Vuoden nuori fyysikko -palkinnon erinomaisesta fysikaalisten tieteiden aloihin kuuluvasta pro gradu- tai diplomityöstä. Tarkoituksena on tukea nuoria fyysikoita ja palkita heitä poikkeuksellisen ansiokkaista suorituksista. Palkinto koostuu 1000 euron palkintosummasta sekä Fyysikkoseuran ilmaisesta jäsenyydestä kuluvaksi vuodeksi. Fontell jakoi vuoden 2019 palkinnon Tampereen yliopistosta valmistuneen diplomi-insinöörin, Markus Hiekkamäen, kanssa.

Alta löytyvän videon avulla voit tutustua tutkimukseen paremmin. Fontell on tehnyt videon Suomen Fyysikkoseuralle Nuoren fyysikon kilpailua varten. 

Lisätietoja:

Mathias Fontell
[email protected]

Professori Esa Kallio
Diplomityön valvoja
[email protected]

Avaruustekniikkaa voi opiskella Electronics and Nanotechnology -maisteriohjelmassa

Aalto electronics-ICT anechoic chamber for 2-60 GHz and two near-field scanners

Master's Programme in Electronics and Nanotechnology

Electronics and Nanotechnology -maisteriohjelma tarjoaa opiskelijoille mahdollisuuden opiskella tekniikkaa voimakkaasti kehittyvillä aloilla. Mobiililaitteiden lisääntymisen myötä langatonta tekniikkaa käytetään nykyään kaikkialla, avaruustekniikan merkitys kasvaa huimasti pienten satelliittien kehityksen myötä, ja nanotekniikka mahdollistaa merkittäviä läpimurtoja monilla aloilla, kuten aurinkoenergian keräämisessä. Ohjelma keskittyy erityisesti näihin tekniikoihin liittyvien laitteistojen kehittämiseen ja rakentamiseen. Ohjelma antaa valmiudet tulevaisuuden teknologioiden kehittämiseen yrityksissä tai osaamisen syventämiseen akateemisissa jatko-opinnoissa.

Koulutustarjonta
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

Peter Lund. Photo: Anni Hanén.
Palkitut Julkaistu:

Professori Peter Lundille tunnustus Kiinasta

Peter Lundille on myönnetty Jiangsu International Science and Technology Cooperation Award tunnustuksena hänen panoksestaan uusiutuvien energioiden kehittämisessä sekä Euroopan Unionin ja Kiinan välisen yhteistyön kehittämisessä.
Gan.uvia
Palkitut Julkaistu:

Kuvia luovien GAN-mallien mullistus sai Forbesin tekoälypalkinnon

Suomen tekoälykeskus FCAI:n yhteistyökumppani Nvidia kehitti mallin, joka vähentää kuvien luomiseen tarvittavan datan määrää. Nvidian tutkija Jaakko Lehtinen työskentelee myös professorina Aalto-yliopistossa ja Suomen tekoälykeskuksessa.
Professori Matti Rossi. Kuva: Mortti Saarnia / Aalto-yliopisto
Palkitut Julkaistu:

Professori Matti Rossille arvostettu AIS Fellow 2020 -palkinto

AIS Fellow Award myönnetään henkilöille, jotka ovat erittäin merkittävästi vaikuttaneet tietojärjestelmätieteen alaan.
Jouko Lampinen
Palkitut, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Perustieteen korkeakoulun vuoden 2020 alumni ja palkinnot julkistettiin etäjuhlallisuuksissa

New Yorkin yliopiston tietotekniikan ja datatieteen professori Kyunghyun Cho valittiin vuoden alumniksi. Yhteisön jäsenistä palkittiin erityisesti poikkeustilanteen sankareita ja roolimalleja.