Arkisto

Juicen pitkä ja mutkikas lento Jupiteriin on alkanut – kyllä Eurooppakin osaa!

20.4.2023 klo 14.05, kirjoittaja Jari Mäkinen
Kategoriat: Terveisiä kiertoradalta

Parissa edellisessä blogissa olen kertonut Starshipistä ja Starbasesta Teksasissa, mutta nyt niistä vain pikainen maininta: tätä kirjoitettaessa 20. huhtikuuta on edessä ensimmäisen koelennon toinen yritys iltapäivällä. Sitten edellisen kirjoituksen on siis lentolupa saatu ja Starshipin sekä Super Heavyn kokonaisuuden ensilentoa yritettiin jo kerran, maanantaina 17. huhtikuuta. Silloin lennon esti jäätynyt venttiili – se, että lentovalmisteluissa ei tapahtunut mitään muuta ongelmallista, oli sinällään jo pieni ihme.

Saa nähdä, miten käy tänään.

Toinen kerta toden sanoi. Ariane 5 nousee lentoon Juice mukanaan. Kuva: ESA.

Mutta nyt tiedetään kuitenkin jo varmasti, että Euroopan avaruusjärjestön Juice-luotain laukaistiin onnistuneesti matkaan viime viikon perjantaina. Kouroun avaruuskeskuksessa nyt sadekauden aikaan usein oleva ukostava sää esti edellisenä päivänä laukaisun, mutta lopulta Ariane 5 sinkosi Juicen matkaan.

Tämä Ariane 5:n toiseksi viimeinen lento ei näyttänyt ihmeelliseltä, sillä raketti katosi vain noin kymmenen sekunnin jälkeen pilviin. Mutta raketti kuljetti Juicen erittäin tarkasti halutulle radalleen – jopa niin hyvin, ettei luotaimen suunniteltua ensimmäistä ratakorjausta tarvittu.

Ariane 5 on jo vanha, mutta ei väsynyt. Se osoitti olevansa edelleen erinomainen ja luotettava työjuhta.

Luotaimen aikanaan Jupiterissa ja myös matkansa aikana tekemä tutkimus on jännittävää ja opettaa meille varmasti paljon uutta Jupiterista, sen jäisistä kuista sekä Aurinkokunnasta laajemminkin, mutta laukaisun aikaan olen erityisesti ihmetellyt sen ratadynamiikkaa.

Juicen matka Jupiteriin kestää kahdeksan vuotta, ja se tekee tänä aikana neljä ohilentoa, joiden avulla se saa hieman lisää vauhtia sekä säätää lentorataansa.

Tässä sinällään ei ole mitään uutta: monet planeettaluotaimet käyttävät tätä temppua hyväkseen, koska näin luotain voi olla suurempi ja tehokkaampi kuin voisi olla muutoin. Juice on itse asiassa toiseksi massiivisin planeettaluotain ikinä, ja sen tutkimuslaitepaketti on massaltaan peräti 285 kg.

Puhdastilassa Airbusin tiloissa Toulousessa, juuri ennen luotaimen siirtämistä Kourouhun, oli instrumenttien suojana vielä pleksibokseja ja erilaisia levyjä. Kuva: Jari Mäkinen.

Tutkimuslaitteita on kymmenen, ja mukana on myös hieman suomalaistekniikkaa. Hiukkasmittalaite PEP (Particle Environment Package) hyrrää Ilmatieteen laitoksessa tehdyn tietokoneen ohjaamama, ja lisäksi sen ohjelmistot on koodattu Ilmatieteteen laitoksella. Mukana on myös Aalto-yliopisto.

Ohilennoissa on uutta se, että nyt ensimmäistä kertaa vauhtia napataan myös Maan Kuulta. 19.8.2024 Juice lentää Kuun ohitse ja on lähimmillään sitä klo 20.28 UT. Seuraavana päivänä klo 21.10 UT Juice lentää sitten Maan ohitse.

Seuraavana on vuorossa Venuksen ohilento 31.8.2025 (klo 5:30 UT) ja sitten vielä kerran Maan ja Kuun ohilennot: Maa 28.9.2026 klo 11.52 UT, Kuu 17.1.2029 klo 7:37 UT ja Maa 17.1.2029 klo 17.28 UT.

On jännää, että ESAn Darmstadtissa olevan lennonjohdon dynamiikkatiimi laskee jo nyt lentorataa sekunnin osien tarkkuudella. Esimerkiksi tuo viimeisen Maan ohilennon lähin kohta on aikaan 17:28:32. Luonnonlait vievät luotainta tarkasti eteenpäin radallaan ja mahdolliset ratamuutokset tehdään siksi, että luotain saataisiin tälle täsmälleen määritellylle radalleen.

Viimeisen ohilennon jälkeen tarkkojen päivämäärien ja aikojen antaminen on hankalampaa, koska on ei ole vielä varmaa, ohjataanko luotain matkallaan asteroidivyöhykkeen läpi kurkkaamaan asteroidia nimeltä 223 Rosa. Jos näin on, niin ohilento tapahtuisi 15.10.2029.

Lennonjohdossa on toki laskettu tarkkoja aikoja eri lentovaihtoehdoille senkin jälkeen, mutta on parasta muistaa vain se, että luotain asettuu kiertämään Jupiteria 31. heinäkuuta 2031 ja tekee sen jälkeen 35 Jupiterin kuiden ohilentoa, kunnes joulukuussa 2034 Juice ohjataan kiertämään Ganymedes-kuuta.

Kyseessä olisi ensimmäinen kerta, kun luotain kiertäisi jonkun muun planeetan kuin Maan kuuta. Tämänhetkisen suunnitelman mukaan kiertorata Ganymedeen ympärillä olisi 500 km korkeudessa, ja lopulta, kenties vuoden 2035 lopussa, Juice ohjattaisiin törmäämään kuuhun. Näin saataisiin lähikuvia ja -tietoja Gaymedeen jääpinnasta.

Jos luotaimessa on polttoainetta jäljellä vielä tuolloin 2035, voidaan loppurysäystä todennäköisesti siirtää myöhemmäksi; olisi kiinnostavaa seurata pitemmän aikaa mahdollisia muutoksia pinnalla.

Laskeutumiset Marsin pinnalle muutaman kilometrin tarkkuudella, näytteen nappaaminen asteroidista ja kuvien ottaminen Plutosta hyvin kaukana Auringosta ovat kaikki erittäin vaativia lentotoimia, ja osoittavat kuinka huiman hyvin pystymme hallitsemaan avaruudessa lentäviä luotaimia. Niiden sijainti ja asento tiedetään huiman tarkasti, ottaen huomioon kuinka kaukana ne ovat.

Mutta silti kaikkeen aiempaan verrattuna Juicen lento on ainutlaatuinen, monimutkainen ja uskalias. Euroopalla tosin on kokemusta on yhdestä, erittäin haastavasta lennosta: komeettaluotain Rosettasta, jonka ratamuutokset ja suoranainen baletti komeettansa ympärillä olivat vielä vaikeampia ja rohkeampia.

Kun siis julkisuudessa puhutaan yleensä vain Nasan osaamisesta, niin kannattaa myös muistaa, että kyllä me täällä Euroopassakin osataan!

ESTRACKin maa-asema Malargüessa, Argentinassa. Kuva: ESA.

Meillä on myös kaukaisten luotainten kanssa yhteydenpitoon tarvittava antenniverkostommekin. ESTRACillä on suuret lautasantennit Espanjassa, Australiassa ja Argentiinassa, sekä pienempiä ympäri maailman, etenkin Euroopassa. Näiden keskus on Darmstadtissa sijaitseva ESOC, Euroopan avaruusoperaatiokeskus, missä myös Juicen lennonjohto sijaitsee. Sieltä ohjataan lähellä olevien avaruuslaitteiden lisäksi myös Merkuriukseen matkaavaa Bepi-Colomboa sekä Aurinkoa tutkivaa Solar Orbiteria, kuten myös Marsia kiertäviä Mars Expressiä ja Trace Gas Orbiteria.

Kuten avaruushankkeissa yleisemmin, Nasa ja ESA ovat kumppaneita, ja yhteistyö on vain syventymässä lähiaikoina. Samoin avaruusoperaatioissa Nasan Deep Space Network ja ESTRACK avustavat toisiaan.

Jupiterin tutkimus on tästä hyvä esimerkki, sillä kun Jupiteria parhaillaan kiertävä Juno kärsii jo iästä ja Jupiterin ympäristön voimakas säteily saa aikaan yhä enemmän häiriöitä sen toiminnassa, voidaan näiden tapausten avulla varautua paremmin Juicen kanssa aikanaan tapahtuviin ongelmiin. Ongelmia siis on tulossa, se on varmaa, mutta toivottavasti ei vakavia.

Junon tutkimusten avulla voidaan myös kohdentaa Juicelle suunniteltuja havaintoja.

Lisäksi Nasan seuraava Jupiter-luotain Europa Clipper on suunniteltu siten, että se täydentää Juicen työtä. Kun euroluotaimen pääkohde on Ganymedes, kertoo Europa Clipperin nimi jo sen tärkeimmän tutkimuskohteen, Europa-kuun. Luotaimet tulevat myös toimimaan yhtä aikaa, joten saamme 2030-luvun alussa samanaikaisia havaintoja Aurinkokunnan suurimmasta planeetasta sekä sen kuista. Siitä tulee jännää!

Yleensä ESOCista näytetään sen suurta ohjaushuonetta, joka on käytössä tärkeiden ja kriittisten operaatioiden aikana. Normaalisti lentoja hallitaan tämän näköisistä tiloista. Tästä komennetaan Marsia kiertävää TGO-luotainta. Kuva: Jari Mäkinen.

Vastaa Peruuta vastaus

Starshipin koelento on nyt lähellä – kenties jo ensi viikon lopussa?

11.4.2023 klo 12.07, kirjoittaja Jari Mäkinen
Kategoriat: Terveisiä kiertoradalta

Avaruuslentojen saralla on tapahtunut viime aikoina paljon, mutta en ole ennättänyt bloggaamaan paljon viime kuukausina. Nyt on kuitenkin pakko kirjoittaa edes lyhyesti: edellisessä blogissani mainostettu Starship on laukaisuvalmiina Teksasissa odottamassa lupaa Yhdysvaltain viranomaisilta.

Elon Muskin varsin tuoreen twiitin mukaan todennäköinen ajankohta koelennolle olisi huhtikuun kolmannen viikon loppu, mutta kuten aina, tähän täytyy suhtautua vielä varauksellisesti. Olennainen ero aikaisempiin arvioihin on kuitenkin se, että nyt odotetaan vain laukaisulupaa. Raketti on valmis ja lento on siksi joka tapauksessa nyt lähellä.

Taustaksi kannattaa lukaista edellinen kirjoitukseni, mutta tässä lyhyesti mistä on kyse: Starship-avaruusaluksesta ja sen ilmaan nostavasta Super Heavy -raketista koostuva Starship-systeemi on suurin ja voimakkain koskaan tehty avaruusraketti.

Systeemi on kokonaisuudessaan uudelleenkäytettävä, eli kumpikin osa (Starhip-alus ja Super Heavy) palaavat takaisin Maahan ja laskeutuvat kunnianhimoisen suunnitelman mukaan laukaisualustan viereen, jolloin laukaisualustan tornissa olevat metallihaarukat nappaavat niitä kiinni ja laskevat alukset pehmeästi alas. Ne huolletaan, lastataan, tankataan ja lähetetään lentämään uudelleen.

Jos alukset toimivat suunnitellusti, niin ne mullistavat avaruusliikenteen. Starship voisi kuljettaa kerralla kiertoradalle 150-tonnisen lastin, joko isomman kappaleen tai paljon satelliitteja. Satelliittien lähettämisen hinta romahtaa kertaluokalla, mahdollisesti enemmänkin.

Tämä kuulostaa utopistiselta, mutta SpaceX:n nykyinen tahti ja tapa laukaista Falcon 9 -raketteja tuntuivat tieteistarinalta vielä kymmenen vuotta sitten.

Falcon 9:t nousevat nyt taivaalle keskimäärin viiden päivän välein yhtiön kolmelta laukaisualustalta, ja muutamat Falcon 9:n ensimmäiset vaiheet ovat lentäneet jo yli kymmenen kertaa.

Parhaimmillaan laukaisuita on ollut päivän välein. Se on oikeasti hurja tahti; SpaceX vastaakin nykyisin suurimmasta osasta koko maailman rakettilaukaisuista.

Tällä tulevalla Starshipin koelennolla ei testata vielä uudelleenkäytettävyyttä. Suunnitelman mukaan Super Heavy molskahtaa Meksikonlahteen hoidettuaan hommansa, eli nostettuaan Starshipin puolimatkaan kohti kiertorataa, ja Starship pudotetaan puolestaan Tyyneen valtamereen Havaijin eteläpuolelle. Alus ei siis tee kokonaista kierrosta Maan ympäri, vaan oikeastaan vain piipahtaa avaruudessa ja palaa sinne noustuaan saman tien alas. Se riittää tällä koelennolla.

Kumpikin alus todennäköisesti koittaa laskeutua samaan tapaan kuin myöhemmin ne laskeutuisivat lentojensa jälkeen, vaikka nyt alla ei olekaan kiinteää maata ja ne päätyvät lopulta meren pohjaan.

Kyseessä on ensimmäinen Super Heavyn lento, tähän mennessä se on ”vain” koekäyttänyt moottoreitaan puoliteholla.

Sen sijaan Starshipin eri kehitysversiot ovat tehneet jo useita lentoja. Laskeutumista lukuun ottamatta lennot sujuivat hyvin; vain viimeisin koelento onnistui hurjan näköisessä vempautuksessa, missä ”mahallaan” alaspäin putoavat Starship heilauttaa juuri ennen laskeutumista itsensä pystyasentoon, jarruttaa rakettimoottoreillaan ja laskeutuu pehmeästi alas.

Jokaisen lennon jälkeen Starshipiin ja sen ohjelmistoihin tehtiin muutoksia. SpaceX on aiemminkin Falcon 9:n kanssa noudattanut samaa periaatetta, missä virheistä opitaan, eikä epäonnistumisia pyritä välttämään viimeiseen saakka samaan tapaan kuin ns. perinteisessä avaruustoiminnassa.

On hyvin todennäköistä, että myös näitä kokonaisen Starship-systeemin koelentoja joudutaan tekemään useita, ennen kuin rutiininomaiset lennot voidaan aloittaa. Ja tietysti on mahdollista, ettei kaikki sujukaan lähellekään kuin Stromsössä, eli jommassakummassa aluksessa (tai molemmissa) on perustavanlaatuisia ongelmia.

Kuten Musk on itsekin todennut, tärkeintä tällä ensilennolla on se, ettei raketti räjähdä laukaisualustalla. Laukaisualusta kaikkine tankkausputkineen, jäähdytysjärjestelmineen ja torneineen on kallis ja monimutkainen järjestelmä, ja sen tuhoutuminen olisi suurempi isku hankkeelle kuin yksittäisten alusten menettäminen.

Se, että Starship ei toimisi lainkaan, on erittäin epätodennäköistä. Mutta kuinka paljon työtä sen toimimaan saaminen vaatii, ja vastaako se sille asetettuja odotuksia, on toinen asia.

Kannattaa myös muistaa, että Starship-aluksesta on jo nyt suunnitteilla neljä eri versiota: rahtialus, ihmisten kuljettamiseen tarkoitettu versio, tankkeri sekä pelkästään Kuuhun Kuun kiertoradalta liikennöimiseen tarkoitettu versio.

Lisäksi hahmottelema on kertakäyttöinen alus, jonka avulla (uudelleenkäytettävyydestä, kuten lämpösuojasta, tinkien) voitaisiin laukaista avaruuteen jopa 250 tonnia massaltaan oleva kuorma.

Vaikka en ole lainkaan vakuuttunut siitä kaikesta, mitä Musk tekee esimerkiksi Twitterissä ja millaisia suoraviivaistettuja poliittisia mielipiteitä hän esittää, niin hänen työtään ja visiotaan avaruustekniikan kehittämisessä voi vain ihailla.

Eteeni sattui pääsiäisenä kuva hänestä tuhoutuneen Falcon 1 -raketin jäänteitä katsomassa. Hän päätti silti jatkaa rakettien tekemistä, ja onnistui lopulta pääsemään avaruuteen. Jo tuolloin isompi Falcon 9 oli tekeillä, ja samaan tapaan Starship oli jo suunnitteilla, kun Falcon 9:t alkoivat lentää. Olisi kiva mennä Elonin päähän ja selvittää, mitä hän suunnittelee Starshipin jälkeen – tai miten suurentamiseen lisäksi hän ajattelee sen kehittyvän.

Pitkälle on tultu tästä kuvasta, missä Musk miettii mitä tehdä Falcon 1:n tuhouduttua.

Musk itse on todennut, että SpaceX suunnittelee jo suurempaa versiota aluksesta. Kuulemma kymmenen metriä lisää pituutta Starshipiin, eli kokonaisuudesta tulisi noin 130 metriä korkea ja 9 metriä paksu. Mutta kenties Super Heavy saa myös lisää pituutta ja voimaa, jolloin kokoa on vieläkin enemmän.

Mars häämöttää – senhän Musk on kertonut olevan tavoitteensa. Mutta milloin ja miten?

Onnea ensilentoon, Starship!

(PS. Seuraavassa blogissa on jotain muuta kuin SpaceX-asiaa!)

Spacex:n tuore animaatio mahdollisesta matkasta Marsiin Starshipillä.