Satelliitti putoaa! Entäpä sitten – niin tapahtuu koko ajan
Päivitys 21.2. klo 22:30
ESA on varmistanut, että ERS-2 putosi klo 19.17 Suomen aikaa (17.17 UTC, +/- 1 minuutti) Tyyneen valtamereen Alaskan ja Havaijin välissä. Putoamista edelsi jännittävä odotus, missä putoamisajan arvio – ja siten putoamispaikka – muuttui moneen kertaan. Nyt odotus on kuitenkin ohi ja ERS-2 on pudonnut. Alla olevaa juttua EI OLE päivitetty tämän mukaisesti, vaan se on sellainen kuin se oli juuri 20.2. illalla.
Kohtalaisen suurikokoinen kaukokartoitussatelliitti ERS-2 on putoamassa alas kiertoradalta. Tiistaina 20.2. illalla sen alin ratakorkeus on enää alle 200 kilometriä. Ilmakehän yläosien rippeet hidastavat sen ratanopeutta jo sen verran tehokkaasti, että satelliitti putoaa hieman yli vuorokaudessa alas.
Mitä alemmas satelliitti vajoaa, sitä nopeammin se tulee alas. Tuoreimman (20.2. illalla, jolloin tätä tekstiä on päivitetty) ennusteen mukaan maahansyöksy tapahtuisi keskiviikkona 21.2. klo 18.32. Suomen aikaa. Aika on laskennallinen, ja siinä on epävarmuutta vielä noin 4,61 tuntia puoleen ja toiseen. ESA seuraa putoamista erityisellä sivustollaan.
Satelliitti on polaariradalla, eli tekee kierrostaan lähes maapallon napojen kautta. Suomen ylitse radallaan se menee joka päivä noin klo 17 tietämissä. 21.2. klo 16.30 se ylittää Suomen alla olevan kartan mukaisesti. Ylilento on jälleen epävarmuushaarukan sisällä, joten satelliitin putoaminen Suomen päällä on mahdollista.
Osia satelliitista putoaa vain lentoradan alapuolella oleville alueille – näillä näkymin meren tai jäätikön päälle.
Kyseessä on hallitsematon maahanpaluu, eli Darmstadtissa, Saksassa, oleva ESA:n lennonjohto ei pysty muuta kuin seuraamaan tapahtumia. Satelliitti ei ole enää toiminnassa.
Uudet satelliitit tehdään siten, että ne voidaan tuoda hallitusti alas turvallisesti, mutta ERS on yli 30 vuotta vanhaa tekniikkaa. Näitä kaukokartoitussatelliitteja (ERS tulee sanoista European Remote Sensing satellite) tehtiin kaksi samanlaista, ja niiden suunnittelu aloitettiin jo noin 40 vuotta sitten. Niitä, kuten ei satelliittien seuraajaa Envisatia, ei ajan hengen mukaisesti suunniteltu siten, että ne voitaisiin ohjata hallitusti alas.
ERS-2:n tapauksessa lennonjohto kuitenkin ohjasi sitä matalammalle kiertoradalle, kun satelliitti oli vielä toiminnassa, mutta jo toimeton. Kesällä 2011 sen rataa laskettiin 66 pienellä ratamuutoksella alkuperäisestä lähes 800 kilometristä 573 kilometriin. Näin se ei jäisi pariksi sadaksi vuodeksi kiertämään romuna Maata, kuten ERS-1, vaan putoaisi alas luontaisesti hieman yli vuosikymmenessä. Kuten nyt käykin.
Satelliitti deaktivoitiin, sen ylimääräiset polttoaineet päästettiin avaruuteen, jotta tankit eivät vahingossa räjähtäisi, ja akkujen lataus purettiin, jotta nekään eivät pamahtaisi. Näin siitä on mahdollisimman vähän haittaa.
Kooltaan ERS-satelliitit ovat varsin suuria. Niiden kokonaispituus on lähes 12 metriä. Aurinkopaneelin mitat ovat 11,7 x 2,4 metriä ja suuri tutka-antenni on kooltaan 10 x 1 metriä. Laukaisun aikaan satelliittien massa oli yli 2500 kg, ja nyt ERS-2:n massa on noin 2,2 tonnia.
Suurin osa satelliitista tuhoutuu maahanpaluun aikana ilmakehän kitkakuumennuksessa, mutta arvion mukaan massasta kenties jopa 20 % selviää Maan pinnalle. Suurimmat osat ovat todennäköisesti tutka-antennin palasia.
Onko vaaraa?
Kun satelliitti putoaa alas, ilmakehän kitkakuumennus lämmittää sen pinnan yli 1600°C:n lämpötilaan. Suurin osa satelliitista sulaa ja höyrystyy samaan tapaan kuin ilmakehä saa meteorit loistamaan tähdenlentoina taivaalla.
Jos satelliitti on suuri ja/tai siinä on erityisen tukevatekoisia osia, koko massa ei ennätä tuhoutumaan maahanpaluun aikana. Joka tapauksessa satelliitti hajoaa osiin, ja nämä osat satavat viuhkamaisena pilvenä alas. Maan pinnalla ne leviävät laajalle alueelle, joka on – tilanteesta riippuen – useita kymmeniä kilometrejä leveä ja yli 500 km pitkä alue satelliitin lentoradan alla.
Tilastojen valossa riski osua avaruusromun alle on äärimmäisen pieni, 1 sadasta miljardista vuositasolla. Se on 65 000 kertaa pienempi riski kuin se, että salama iskee sinuun. Suurin osa maapallosta on merta tai harvaan asuttua manneraluetta.
Historia tuntee parikymmentä tapausta, joissa putoava satelliittiromu saanut aikaan haittaa. Yli 70 tapauksessa romua on löydetty maasta. Muutamissa tapauksissa romu on osunut myös ihmiseen: 1997 Oklahomassa, Yhdysvalloissa, romu osui naiseen, mutta hän ei loukkaantunut, kun taas Kiinassa vuonna 2002 nuori poika sai päällensä kymmenkiloisen alumiinilevyn, joka oli peräisin kiinalaisraketista. Hän on tiettävästi ensimmäinen ja ainoa avaruusromusta loukkaantunut ihminen.
Miksi satelliitti putoaa alas?
Matallalla kiertoradalla olevat satelliitit putoavat alas yksinkertaisesti ilmanvastuksen vuoksi. Avaruudessa Maan lähellä vielä satojekinkin kilometrien korkeudessa on sen verran ilmamolekyylejä, siis ikään kuin hyvin harvaa ilmaa, että se saa aikaan ilmanvastusta. Satelliitin ratanopeus laskee, ja samalla sen rata putoaa alaspäin. Mitä alemmaksi satelliitti tulee, sitä enemmän ilma hidastaa sitä ja sitä nopeammin se putoaa.
Kun korkeus on laskenut noin 80 kilometriin, ilmakehän ote on jo sen verran suuri, että satelliitti putoaa oikeastaan saman tien.
Muistisääntönä voi pitää sitä, että 500 kilometrin korkeudesta satelliitin putoaminen kestää 10 vuotta, 400 kilometristä vuoden, 300 kilometristä kuukauden ja 200 kilometristä vain vuorokauden. Putoaminen siis tapahtuu sitä nopeammin, mitä alempana ollaan.
500 kilometriä korkeammalla hidastuminen on sen verran vähäistä, että satelliitti pysyy satoja, jopa tuhansia vuosia radallaan. Ja jos satelliitin halutaan pysyvän matalammalla radalla pitkän aikaa, pitää satelliitissa olla rakettimoottori, jolla nopeutta voidaan lisätä silloin tällöin.
Nopeuden hidastuminen riippuu satelliitin koosta ja massasta (isokokoinen, kevyt satelliitti putoaa nopeammin, ja pieni raskas hitaammin) ja lisäksi myös Auringon aktiivisuudesta, sillä kun Aurinko on voimissaan, kuten näihin aikoihin, sen säteily saa ilmakehän ikään kuin paisumaan ja siksi ilma on tiheämpää korkeammalla.
Juuri nyt Auringossa ei ole ollut suuri purkauksia ja avaruussää on ollut rauhallista. Siksi ERS-2 on tullut viime päivinä alemmas hieman odotettua hitaammin. Aurinkopurkaukset vaikuttavat maapallon yläilmakehän tiheyteen, ja voivat saada aikaan olennaisiakin muutoksia ennusteisiin.
Satelliittien putoamisista on se hyvä puoli, että matalalla kiertoradalla olevat satelliitit eivät jää sinne Maata kiertämään romuna.
Tämä pudotus voidaan tehdä hallitusti, jos satelliitissa on rakettimoottori. Satelliitin nopeutta hidastetaan moottorilla sopivassa kohdassa rataa sopivaan aikaan, jolloin putoaminen voi tapahtua halutussa paikassa haluttuun aikaan. Tyynen valtameren eteläosissa on alue, missä on hyvin vähän saaria, vähän lentoliikennettä ja laivojakin harvassa, joten se on usein käytetty alue maahansyöksyihin.
Vastuulliset avaruustoimijat tekevät satelliittinsa nykyisin siten, että ne putoavat nopeasti alas luontaisesti tai avustetusti pian niiden toiminnan päätyttyä. Esimerkiksi Euroopan maiden, kuten Suomen, avaruuslainsäädännössä tätä vaaditaan kaikilta uusilta satelliiteilta.
Lisää putoamisia tulossa…
Putoavien satelliittien, rakettivaiheiden ja niiden osien määrä on ollut pitkän aikaa varsin vakio, mutta viime vuonna määrä kääntyi hurjaan nousuun. Satelliitteja laukaistaan paljon aiempaa enemmän, ja niitä tulee myös alas aiempaa enemmän. Viime vuonna putoamisia oli yli 2500 ja pudonneen tavaran massa oli yhteensä noin 340 tonnia. Tänä vuonna luvut vain kasvavat.
Putoavien satelliittien määrä lisääntyy kahdesta syystä. Ensinnäkin satelliitteja lähetetään avaruuteen paljon aikaisempaa enemmän, ja toiseksi osa satelliiteista tehdään tarkoituksella varsin lyhytikäisiksi. Piensatelliitteja suunniteltaessa myös käytetään edullisempia ja vähemmän toimintavarmoja osia, koska on kustannustehokkaampaa lähettää tarpeen vaatiessa uusi satelliitti taivaalle.
Suomalainen ICEYE on eräs yhtiöistä, jotka ovat lähettäneet laivueellisen satelliitteja kiertoradalle, ja täydentävät parveaan sitä mukaan kun satelliitteja putoaa alas. Yhtiön tekemiä satelliitteja on nyt avaruudessa kolmisenkymmentä, ja ensimmäinen niistä, vuonna 2018 laukaistu ICEYE X1, putosi alas helmikuun 8. päivänä.
Tuo satelliitti laukaistiin avaruuteen Intiasta 12. tammikuuta 2018, ja sen tehtävänä oli testata yhtiön uutta tutkatekniikkaa. Vaikka satelliitti toimi vain nelisen kuukautta, se todisti idean toiminnan, ja niinpä yhtiön seuraava satelliitti lähetettiin jo saman vuoden joulukuussa.
Ensimmäinen maahanpaluun tulipätsissä tuhoutunut suomalaissatelliitti oli Aalto-yliopistossa tehty Aalto-2, mutta vaikka se oli tehty Otaniemessä, oli satelliitti virallisesti belgialainen, koska se oli osa belgialaisvetoista tutkimusohjelmaa.
Sen sijaan aivan ensimmäinen taivaalta pudonnut virallisesti suomalainen satelliitti oli Reaktor Hello World. Se laukaistiin avaruuteen marraskuussa 2018, ja se putosi viime lokakuussa, tarkalleen 22. päivänä.
Kerron tarkemmin maahanputoamisista tällä Tiedetuubin videolla: