Arkisto


Hei hei Christer!

30.10.2013 klo 11.27, kirjoittaja
Kategoriat: Avaruustuubi

Tähtien joukossa vaeltavat valopisteet ovat olleet tuttu näky jo vuosikymmenien ajan. Ensimmäinen satelliitti Sputnik laukaistiin Maata kiertävälle radalle 4. lokakuuta 1957 ja siitä lähtien ihmisen rakentamien avaruuslaitteiden määrä on kaiken aikaa kasvanut. Tällä hetkellä erilaisilla kiertoradoilla on tuhansia toimivia ja sammuneita satelliitteja, kantorakettien kappaleita, karanneita työkaluja, avaruuspuvun hansikkaita ja muuta avaruusromua.

Monet satelliitit ovat suunnanneet kameransa ja muut mittalaitteensa alaspäin, kohti Maata. Ne tarkkailevat sääilmiöitä, maanjäristyksiä, luonnonvaroja ja saastumista. Lehdistä, kirjoista, televisio-ohjelmista ja nettisivuilta ovat tuttuja upeat kuvat sinivihreäruskeavalkoisesta kotiplaneetastamme.

Avaruusaluksissa ja Kansainvälisellä avaruusasemalla matkaavat astronautit voivat ihastella huikaisevia näkymiä omin silmin. ISS-asemaan liitettiin muutama vuosi sitten ESAn rakentama ”näköalaterassi” Cupola, jonka seitsemästä ikkunasta – suurin niistä on läpimitaltaan 80 senttimetriä – avautuu hulppea näköala aseman alapuolella kiitäviin Maan maisemiin.

Käännetäänpä tilanne toisinpäin: me matoisen maan asukit katselemme öiseen aikaan – ainakin toisinaan – ylöspäin kohti tähtiä ja niiden joukossa vaeltavia valopisteitä. Illalla auringonlaskun jälkeen ja aamulla ennen auringonnousua Maata kiertävillä radoilla kiertävät ihmiskätten työn tulokset kylpevät auringonvalossa, kun maanpinnalla on jo tai vielä pimeää.

Satelliitteja voi nähdä lyhyessäkin ajassa lukuisia; itse muistelen joskus tähtiharrastustaipaleen alkupuolella bonganneeni niitä tunnissa 17 eikä se ole varmasti lähelläkään ennätystä – jos nyt kaikesta on mielekästä ennätyksiä ylipäätään kirjata.

Yksi noista valopisteistä on kaikkien aikojen suurin avaruusrakennelma, pituudeltaan 108-metrinen, leveydeltään 73-metrinen ja massaltaan 450-tonninen ISS. Aika ajoin avaruusaseman purjehdusta taivaankannen poikki voi seurata Suomestakin, mutta meikäläisiltä leveysasteilta se jää aina matalalle, lähelle eteläistä horisonttia, eikä se ole näkyvissä kuin pienen hetken.

Etelämpänä tilanne on toinen. Lontoon korkeudella ISS kulkee korkeimmillaan suoraan pään yläpuolelta ja siitä vielä etelämmäs se näkyy pohjoisellakin taivaankantilla. Muutama vuosi sitten seurasimme aseman lentoa Italiassa, pienessä Pioppin kalastajakylässä, kartoista tutun ”saappaan” nilkan tietämillä.

Olin laittanut älypuhelimen GoSatWatch-sovelluksen hälyttämään, kun ISS alkaa nousta taivaanrannan takaa. Huvilan terassi antaa suoraan etelään, mutta pohjoisen puolella jyrkkä rinne peittää ison osan taivaasta. Koko taivasta kuvaavassa ohjelman näkymässä aseman symboli kipusi yhä korkeammalle ja täsmälleen arvioidulla hetkellä se ilmestyi näkyviin puidenlatvojen takaa.

Runsaan 400 kilometrin korkeudessa Maata kiertävä ISS etenee radallaan 7,7 kilometrin sekuntinopeudella. Kirkkaana valopisteenä näkynyt asema kiisi vauhdilla päidemme päällä kohti kaakkoista horisonttia. Sovellus kertoi reaaliajassa paitsi korkeuden ja nopeuden myös etäisyyden: 500 kilometriä, 700 kilometriä, 1200 kilometriä…

Hieman ennen hiipumistaan merenlahden toisella puolella kohoavien vuorten yläpuolella leijuvaan elokuiseen usvaan ISS:llä oli etäisyyttä yli 2000 kilometriä. Sinänsä siinä ei ole mitään ihmeellistä, monet paljain silmin näkyvät satelliitit kiertävät Kansainvälistä avaruusasemaa korkeammalla, joten ne erottuvat vielä kauempaa.

Harvemmin – ja maanpinnalla ei koskaan – on kuitenkaan mahdollista katsella ihmisten liikkumista 27 500 kilometrin tuntinopeudella parintuhannen kilometrin etäisyydellä. Asemalla oli sattumoisin juuri silloin Christer Fuglesang, ruotsalainen ESA-astronautti, jonka olimme tavanneet pari vuotta aiemmin Avaruus 2007 -näyttelyssä. Tuolloin nelivuotias Tilda-tyttäremme oli päässyt kuvaan oikean avaruuslentäjän kanssa. Vilkutimme innokkaasti ylitsemme lentävälle asemalle. Christer ei tainnut nähdä meitä.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


3D-tulostushuuma valtaa avaruuttakin

11.10.2013 klo 14.39, kirjoittaja
Kategoriat: Avaruustuubi

Euroopan avaruustekniikkakeskuksen ESTECin käytävälle oli ilmestynyt omituinen betonikappale. Erilaisten avaruuslaitteiden ja satelliittimallien, joita avaruuskeskuksen seinillä ja käytäville on aseteltu ihmeteltäväksi, keskellä on nyt möhkäle betonia – siinä aivan Hubblen aurinkopaneelin vieressä.

Kyse ei kuitenkaan ole mistä tahansa palasesta betonia, vaan puolitoista tonnia painava mallikappale mahdollisen kuuaseman rakennusmateriaalista, joka on tehty Kuun pinta-ainetta muistuttavasta seoksesta 3D-tulostusmenetelmällä.

Juuri tästä kappaleesta ja sen tekemiseen käytetystä tekniikasta kerrottiin viime keväänä, kun ESA julkaisi tutkimuksen uudesta tavasta tehdä kuuasema aikaisempaa kätevämmin ja edullisemmin. Ryhmä rakennus- ja avaruusalojen asiantuntijoita, muun muassa tunnettu arkkitehtiyhtiö Foster + Partners, olivat lähestyneen aseman rakentamisen ongelmaa aivan uudesta näkökulmasta: ei mitään esivalmistettuja sylintereitä, jotka laukaistaisiin ensin kiertoradalle, hilattaisiin sieltä Kuun ympärille ja laitettaisiin laskeutumaan sen pinnalle, vaan koko asema voitaisiin tehdä paikan päällä, paikallisista materiaaleista.

 Kätevin tapa valmistaa rakennuspalasia on käyttää sovellettua 3D-tulostintekniikkaa. Erikoisprintterin lähettäminen olisi suhteellisen edullista, ja sillä voitaisiin tehdä juuri sellaisia osia, mitä tarvitaan. Kun eri muotoisten, sisäosiltaankin monimuotoisten osien tekeminen olisi mahdollista, voitiin aseman suunnittelussakin ottaa uusia vapauksia.

Tuloksena oli kupolirakenne, joka haudataan Kuun pinnan alle. Sen ”tiilet” olisivat lintujen luiden tapaan sisältä osittain onttoja, ohuiden, tarkasti laskettujen ja sijoiteltujen tukiranteiden täyttämää tyhjää tilaa, jolloin kappaleet olisivat  lujia sekä kestäviä, mutta myös kevyitä ja niiden tekeminen vaatii vähän ainetta. Paitsi että muoto voitaisiin tehdä aivan millaiseksi halutaan, myös sisältä, olisi materiaalihävikki minimaalinen.

Brittiyhtiö Monolite onnistui valmistamaan juuri halutunlaisia rakennuspalasia D-Shape -tulostimellaan, joka on suunniteltu jopa kuusi metriä halkaisijaltaan olevien maanpäällisten rakennuskappaleiden valmistamiseen. Se tuottaa hiekkamaisesta raaka-aineesta betonia sekoittamalla siihen sidosainetta ja ruiskuttamalla aineen pienempien 3D-tulostinten tapaan kerros kerrokselta haluttuihin kohtiin tietokoneen ohjaamana.

Itse asiassa jättibetoniprintteriä on käytetty rakennusten sijaan toistaiseksi eniten keinotekoisten koralliriuttojen ja taideteosten tulostamiseen.

Kuun tapauksessa betoni olisi kuun pintaregoliittia, mihin lisätään ensin magnesiumoksidia ja tulostettaessa suolaa, mikä muuttaa aineen kivenkovaksi. Laitteella voisi tulostaa yhden kuuaseman periaatteessa viikossa. Huimaa!

Avaruus tuo uutta maanpäälliseenkin 3D-tulostukseen 

Samalla kun kolmiulotteinen tulostus leviää Maan päällä, ollaan myös avaruusasemalle lähettämässä 3D-printteriä. 

Se, että monien yksittäisten varaosien asemalle rahtaamisen sijaan osia voitaisiin tulostaa muovi- tai metalliseoksista siellä tarpeen mukaan on huima askel eteenpäin. Ongelmana avaruudessa on tosin painottomuus, mutta siihenkin on omat ratkaisunsa. Tulevaisuudessa, kun lennetään kauemmaksi ja kaikkien mahdollisten osien pakkaaminen mukaan on hankalaa, on printteri todella suureksi avuksi.

3D-tulostuksen vääntäminen avaruuskelpoiseksi on kehittänyt tekniikkaa myös maanpäällisessä käytössä paremmaksi. Varsin voimakasta tämä kehitys on ollut Euroopan avaruusjärjestön teknologiaosastolla, missä on kehitetty aivan uusi, mullistava tapa tehdä metallisia, hyvin vaikeita olosuhteita kestäviä 3D-tulosteita. Hanke on osoittautunut niin kiinnostavaksi kaupallisesti, että sen ympärille on kerätty ESAn, Euroopan unionin ja alan teollisuusyritysten yhteinen AMAZE-projekti. 

Projektia ja tätä monessa mielessä vallankumouksellista metalli-3D-tulostustekniikkaa esitellään Lontoon Tiedemuseossa nyt lokakuun 15. päivänä ja tiedotusvälineet ovat tervetulleita tilaisuuteen: kutsu sinne on ESAn nettisivuilla.

(Tämä teksti on julkaistu myös Tiedetuubin ja Euroopan avaruusjärjestön yhteisblogissa.)

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Miksi ihmeessä menisimme Marsiin?

8.10.2013 klo 12.48, kirjoittaja
Kategoriat: Avaruustuubi

Avaruus julistettiin valloitetuksi, kun ihminen astui ensimmäisen kerran Kuun kamaralle heinäkuussa 1969. Sittemmin ylväästä lausumasta on jouduttu tinkimään, sillä oma kiertolaisemme lukeutuu kosmisessa skaalassa aivan lähinaapurustoomme.

Jos maailmankaikkeutta tai vaikkapa vain omaa Aurinkokuntaamme ajatellaan aavana merenä, käynti Kuussa vastaa korkeintaan varpaiden kastamista arastelevasti veteen, kenties vain varovaista astumista laiturille.

Apollo-lentojen luontevana jatkona piti oleman lento Marsiin. Se ei kuitenkaan toteutunut, sillä loput kuumatkatkin peruttiin, kun meuhkaavan median, hetkeksi innostuneen kansan ja rahoituksesta päättävien poliitikkojen kiinnostus pölyisellä pallolla pomppimista kohtaan lopahti.

Marsia ei kuitenkaan unohdettu kokonaan. Suunnitelma toisensa jälkeen näki päivänvalon, mutta vaipui yleensä melkein saman tien unholaan. Orastava innostus hyytyi viimeistään siinä vaiheessa, kun kaavailuille laskettiin hinta. Haaveet elivät, mutta todellisuus tuppasi tappamaan ne.

Viisivuotiaasta asti avaruuslentoihin liki kritiikittömän innostuneesti suhtautuneena alan harrastajana olen viime aikoina alkanut miettiä miehitetyn Mars-lennon perusteluja. Mikä olisi riittävä motiivi kymmeniä tai todennäköisemmin satoja miljardeja maksavalle hankkeelle?

Kuu ”valloitettiin”, koska suurvaltojen tavoitteena oli päihittää toisensa kaikilla mahdollisilla rintamilla, myös avaruudessa. Yhdysvallat halusi selviytyä kuukilvassa voittajana hinnalla millä hyvänsä – ja suunnilleen sen verran Apollo-ohjelma tuli maksamaan.

Ovatko poliittiset syyt riittävän painavia ihmisen lähettämiseksi toiselle planeetalle? Pystyttämään kansakunnan valtiollisen symbolin punaiseen hiekkaan osoitukseksi siitä, että ”me ehdimme ensin”? Tuskin.

Entä tekniikan kehitys? Kuulentojen myötä saatiin arkikäyttöön monia sellaisia asioita, jotka ilman niitä olisivat pysyneet vain tutkijoiden ilona tai jääneet ehkä kokonaan keksimättä. Eikö mittavalla Mars-projektilla voisi olla samanlaisia seurauksia?

Kenties, mutta halvemmaksi tulisi kehittää vain ne tekniset uutuudet ja jättää sotkematta soppaan ihmisen lähettämistä satojen miljoonien kilometrien etäisyydelle – ja saamista sieltä ehjin nahoin takaisin.

Miten olisi tiede? Kuten edellisessä blogitekstissäni totesin, Apollo-lennot auttoivat selvittämään Kuun synnyn arvoituksen. Samalla ne osaltaan osoittivat, että ihminen on erinomaisen tehokas havainnoitsija. Pikaisella ja puutteellisella koulutuksella astronauteista saatiin leivottua varsin päteviä kenttägeologeja, puhumattakaan Apollo 17 -lennolle osallistuneesta Harrison Schmittistä, joka oli oikeastikin geologi ja tutkija.

[image:69:]

Vuonna 1997 Marsiin laskeutunut Sojourner-kulkija käytti suunnilleen lentopallokentän kokoisen alueen tutkimiseen kolme kuukautta. Tehtävään koulutetulta astronautilta homma hoituisi samalla tarkkuudella muutamassa tunnissa, korkeintaan päivässä tai parissa. Eikö siinä olisi riittävästi kannustinta lähettää ihminen Marsiin?

Punaisella planeetalla tallustelee ihmisiä suurella todennäköisyydellä vasta parinkymmenen vuoden kuluttua – elleivät yksityisen sektorin suunnitelmat pikaisemmasta aikataulusta toteudu, mitä uskallan epäillä. Luotaintekniikka on kehittynyt suunnilleen samassa ajassa mikroaaltouunin kokoisesta Sojournerista, jota ohjattiin 3D-kakkuloiden, virtuaalimallin ja komentosarjojen avulla, Morris Minille pärjäävään Curiosityyn, jonka ohjausjärjestelmä kykenee itsenäisesti vertailemaan eri kulkureittejä ja valitsemaan niistä turvallisimman.

Millaisiksi robotiikka ja tekoäly ehtivät kehittyä siihen mennessä, kun ihminen vihdoin saataisiin Marsiin? Silloin emme välttämättä enää olekaan niin ylivoimaisia kulkijoihin verrattuna, vaan tekniikan keinoin voidaan päästä liki samoihin tuloksiin kuin ihmisen osaamisen avulla.

Kerettiläisestä skeptisyydestäni huolimatta olen silti varma, että jonakin päivänä ihminen astuu Marsin pinnalle. En vain ole ollenkaan varma miksi.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Painovoimatutkija putoaa pian alas

2.10.2013 klo 18.55, kirjoittaja
Kategoriat: Avaruustuubi

GOCE avaruudessaMaapallon painovoimakenttää maaliskuusta 2009 mitannut ESAn GOCE-satelliitti on päättämässä toimintaansa avaruudessa. Se suunniteltiin toimimaan alun perin vain 20 kuukauden ajan, mikä olisi riittänyt hienosti siihen, että GOCE olisi voinut mitata erittäin tarkasti painovoimakiihtyvyyden joka puolella planeettaamme.

Koska niin satelliitti itse kuin sen mittalaitekin, niin sanottu gravimetri, toimivat moitteetta, annettiin GOCEn hyrrätä niin kauan kuin mahdollista.

Syy, miksi GOCE joutuu nyt lopettamaan toimintansa, on hyvin yksinkertainen: siltä loppuu polttoaine.

Satelliitti on kiertänyt Maata hyvin matalalla kiertoradalla, noin 225 kilometrin korkeudella, jotta sen mittaukset olisivat mahdollisimman hyviä. Tuolla korkeudella ilmakehä on jo kaukana alapuolella, mutta siellä on silti hyvin ohutta kaasua, mikä hidastaa koko ajan satelliitin kiertoratanopeutta. Jotta se pysyisi oikealla radallaan, tulee vauhtia pitää yllä pienellä rakettimoottorilla, joka puskee satelliitille lisää nopeutta saman verran kuin ilmanvastus sitä vähentää.

Jotta ilmakehän ripeiden aiheuttama ilmanvastus olisi mahdollisimman pieni, muotoiltiin GOCE myös pitkäksi, aerodynaamiseksi puikulaksi. Se näyttää lähes yliäänilentokoneelta siipimäisine aurinkopaneeleineen ja pienine peräsimineen. Rakettimoottorina GOCEssa oli erittäin polttoainetaloudellinen ionimoottori, eli sähköinen työntövoimalaite, joka kiihdyttää aurinkopaneeleista tulevalla virralla xenon-kaasua hyvin suureen nopeuteen.

GOCEn rataMukaan oli pakattu 40 kiloa xenonia, joka onnistuneen lennonsuunnittelun ja pihin ajotavan ansiosta on riittänyt paljon kaavailtua pitempään. Mutta nyt xenon-tankki alkaa olla siis tyhjä, ja lokakuun puolivälissä löpö loppuu. Niinpä GOCE ei enää pysty pitämään yllä tarvittavaa ratanopeutta. Se alkaa vajota radaltaan alaspäin, ja mitä alemmas se tulee, sitä voimakkaammin ilmakehä ottaa siitä otettaan, kunnes lopulta se putoaa maahan.

GOCE on noin 5,3 metriä pitkä ja metrin halkaisijaltaan oleva putkilo, mihin on kiinnitetty pitkittäin rungon suuntaan olevat aurinkopaneelit molemmin puolin. Massaa satelliitilla on hieman yli tonnin verran.

Näin pieni satelliitti tulee tuhoutumaan lähes kokonaan ilmakehän kitkakuumennuksessa, mutta on mahdollista, että muutamat kestävimmät kappaleet selviytyvät osittain tulipätsistä ja putoavat pinnalle saakka.

Näin tapahtuu arvioiden mukaan noin kolmen viikon kuluttua polttoaineen loppumisesta, eli marraskuun alkupuolella. Tarkkaa aikaa ei voi laskea, koska putoaminen riippuu monesta eri tekijästä: tärkein vaikuttava asia on yläilmakehän kaasuntiheys, joka vaihtelee esimerkiksi Auringon aktiivisuuden mukaan. Kun Aurinko on aktiivinen, ”nousee” ilmakehä korkeammalle.

GOCE kiertää maapalloa napojen kautta kulkevalla radalla, joten se voi periaatteessa syöksyä alas missäpäin tahansa Maata – myös Suomeen. Kun putoamisen ajankohtaa ei voi vielä ennustaa, ei paikkaa, missä GOCE radallaan silloin on, pysty edes arvaamaan.

Se kuitenkin tiedetään, että on erittäin epätodennäköistä, että GOCEn palanen palanen vahingoittaisi ihmisiä, eläimiä tai rakennuksia. Kaksi kolmasosaa maapallon pinnasta on meriä ja maa-alueestakin suurin osa on hyvin harvaan asuttua.

Maahan putoaa joka vuosi noin 40 tonnia ihmisten avaruuteen lähettämiä satelliitteja, laitteita tai muita kappaleita, eikä niistä ole ollut haittaa. Tämä on lisäksi hyvin vähän verrattuna planeettaamme avaruudesta törmäävien luontaisten kappaleiden massaan. On todennäköisempää saada meteoriitti päähänsä kuin joutua GOCEn palasen runtelemaksi!

Vaikka riski onkin häviävän pieni, GOCEn rataa seurataan nyt hyvin tarkasti, ja kun se alkaa vajota alaspäin, tehdään putoamispaikasta jatkuvasti tarkentuvia arvioita. Ja jos on tarpeen, niin vaara-alueelta hätistetään lentokoneet sivummalle ja pelastusviranomaiset nostavat valmiuttaan.

Maapallo on päärynäMaapallon geoidi GOCEn mittausten mukaan

GOCEn itsensä keräämät tiedot auttavat myös sen putoamisen arvioinnissa, sillä yli neljä vuotta kestäneen mittausrupeaman tärkein tulos on ollut maapallon erinomaisen tarkka painovoimakartta. Nyt tiedämme paremmin kuin koskaan kuinka suuri on painovoiman veto eri puolilla planeettaamme ja minkä muotoinen täsmälleen ottaen Maa on.

Yksi konkreettinen tulos on Maan ns. geoidi, eli maapallon laskennallinen pinta, missä vesi ei voi virrata paikasta toiseen, vaan pysyisi täsmälleen paikallaan. Mikäli maapallon pinnalla olisi vain vettä, yksi maailmanlaajuinen valtameri, niin se ottaisi geoidin muodon, mikäli vuorovesiä ja merivirtoja ei olisi olemassa.

Nimi GOCE tuleekin sanoista ”Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer”, ja sen keräämien tietojen perusteella voidaan esimerkiksi ymmärtää paremmin merivirtoja, meriveden korkeutta ja jäädynamiikkaa sekä havaittuja, painovoiman vaihtelusta aiheutuvia omalaatuisia vääristymiä satelliittien radoissa.

Koko GOCE-lento, siis satelliitin tekeminen, laukaisu ja operointi, ovat tulleet maksamaan noin 350 miljoonaa euroa. Tuotoksiin verrattuna se on eräs kustannustehokkaimmista tutkimuslennoista.

GOCEn tietoja hyödynnetään myös Suomessa

Geodeettisella laitoksella on sovellettu GOCEn mittaamaa aineistoa korkeusjärjestelmien perustaksi sekä eri maiden korkeusjärjestelmien liittämiseen toisiinsa. Geoidin tarkka määritys auttaa esimerkiksi GPS-mittauksista saatujen korkeuksien muuntamista.

Painovoiman mittaaminen perinteiseen tapaan maan pinnalla vie paljon aikaa, eivätkä havainnot ole kattavia. Kiertoradalta sen sijaan saadaan mittauksia tasaisesti kaikkialta, myös merialueilta, ja tulokset ovat samanlaisia.

Suomalaiset ovat olleet aktiivisesti myös GOCEn teknisellä puolella: Space Systems Finland -yhtiö on ollut päävastuussa satelliitin keskustietokoneen ohjelmistosta. Kyseessä on ikään kuin satelliitin käyttöjärjestelmä, joka pitää satelliitin halutussa asennossa, kerää instrumenttien tuottamat havaintotiedot talteen ja välittää sekä välittömät maakomennot että muistiin ennalta syötetyt ja ajastetut toimintakäskyt tietokoneelle. Ohjelmisto myös raportoi laitteiston tilasta.

Ja aivan pian se tulee myös hallitsemaan GOCEn loppua: viimeiset siitä saatavat radiopiipahdukset ovat suomalaisohjelmiston lähettämiä.

Teksti on julkaistu tänään myös Tiedetuubissa.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *