BepiColombo

BepiColombo lentää perjantaina aamulla Maan ohi

Ke, 04/08/2020 - 23:53 Jari Mäkinen
Piirros Bepistä Maan luona

Kun lähetämme luotaimia tutkimaan muita planeettoja ja taivaankappaleita, aina välillä ne tulevat matkallaan käymään lähellä maapalloa. Silloin ne pystyvät havaitsemaan omaa kotiplaneettaamme aivan kuten se olisi vain yksi taivaankappale muiden joukossa.

Maa on vain yksi kahdeksasta muusta planeetasta, mutta meille se on erityisen rakas ja tärkeä. Maa tosin on erilainen myös ihan muistakin syistä. 

Ensiksikin se on selvästi sininen planeetta. Sillä on meriä, ilmakehä ja pilviä. Maa ei ole Venuksen kaltainen helvetti, ei Kuun kaltainen käkkärä eikä Marsin kaltainen autiomaa. Maa näyttää luotainten ottamissa kuvissa mukavalta paikalta – varsinaiselta paratiisilta tyhjässä ja kylmässä avaruudessa

Ja sellainen se onkin.

Nyt meitä kohden on tulossa Merkuriusluotain BepiColombo. Lokakuussa 2018 alkanut Euroopan avaruusjärjestön ja Japanin avaruustutkimuskeskuksen lento Aurinkokuntamme sisintä planeettaa kohden kestää pitkään ja pitää sisällään monta ohilentoa: seitsemän vuotta kestävään menomatkaan kuuluu jopa yhdeksän lähiohitusta. 

Ensimmäinen näistä on nyt perjantaina 10. huhtikuuta tapahtuva Maan ohilento, ja sitä seuraa kaksi Venuksen ohitusta ja lopulta kuusi vempautusta Merkuriuksen läheltä ennen kuin luotain asettautuu kiertämään sitä.

Rosetta otti nätin kuvan Maasta 13. marraskuuta 2009.

30 vuotta Maan ohilentoja

Ensimmäinen luotain, joka tuli planeettainvälisestä avaruudesta Maan luokse, oli Halleyn komeettaa tutkinut luotain Giotto, jota ohjattiin kohti toista komeettaa Maan ohilennon avulla. Se lensi ohitsemme 22 730 kilometrin päästä heinäkuussa 1990. 

Maan vetovoimaa voi käyttää luotaimen radan muuttamiseen ja sen ratanopeuden lisäämiseen tai hidastamiseen samaan tapaan kuin muilla planeetoilla oli tehty jo aikaisemmin. Kyse on niin sanotusta painovoima- eli gravitaatiolinkoamista. 

Temppu on periaatteessa hyvin yksinkertainen: kun tiedetään mistä suunnasta luotain on tulossa kohti Maata (tai muuta taivaankappaletta), lasketaan tietokoneilla milloin ja mistä kohdasta kannattaa lentää Maan ohi, jotta tuloksena olisi haluttu ratamuutos. Käytännössä tietysti koko lentorata laukaisusta perille kohdeplaneetalle saapumiseen lasketaan jo etukäteen siten, että ohilennot ovat osa sitä. 

Useissa tapauksissa ilman gravitaatiolikouksia luotain vaatisi suuremman ja voimakkaamman raketin, tai itse luotain voisi olla kevyempi. Melkein kaikki uudet luotaimet käyttävät tätä temppua; Mars ja Venus ovat sen verran lähellä, että niille mentäessä tästä ei ole paljoa iloa.

Ensimmäinen luotain, joka käytti yksikertaista gravitaatiolinkousta, oli neuvostoliiton Luna 3 vuonna 1959. Luotain onnistui kuvaamaan Kuun Maahan näkymättömän puolen siten, että Kuun vetovoimaa käytettiin hyväksi lentoradan vääntämiseen sopivaksi.

Seuraavaksi gravitaatiolinkousta harrasti amerikkalainen Pioneer 10 vuonna 1973, kun se kävi ensimmäisenä lähettämänämme laitteena tutkimassa Jupiteria läheltä. Jättiläisplaneetta käänsi sen rataa ja sinkosi luotaimen ulos Aurinkokunnasta.

Amerikkalainen Mariner 10 puolestaan oli ensimmäinen luotain, jonka rata suunniteltiin vetovoimavempautus mielessä: luotain koukkasi Venuksen luota vuonna 1974 matkallaan kohti Merkuriusta.

Mariner 10 -luotaimella ja nyt ohitsemme kiitävällä BepiColombolla muutakin yhteistä kuin vain päämäärä, sillä Mariner 10:n monimutkaisen lentoradan laski italialainen Giuseppe Colombo – tuttavien kesken Bepi

”Bepi” Colombo hahmottelee lentorataa Merkuriukseen.

Kunnia gravitaatiolinkouksen keksimisestä menee kuitenkin Venäjälle, sillä Juri Kondratjuk kehitteli ajatusta vuosille 1918 ja 1919 päivätyissä kirjoituksissaan.

Ensimmäiset oikein kunnolla gravitaatiolinkousta käyttäneet luotaimet olivat Nasan Voyagerit, kun ne kävivät 1970- ja 1980-luvuilla tutkimassa Jupiteria ja Saturnusta. Voyager 2 teki vielä Uranuksen ja Neptunuksen ohilennot, jotka eivät nekään olisi onnistuneet ilman juuri oikein tehtyjä ohilentoja aiemmin matkalla.

Ohilentoja ei tietenkään tehty vain radan muuttamiseksi, vaan ennen kaikkea ohitettavan planeetan tutkimiseksi. Samalla kun kamerat kävivät ja mittalaitteet surisivat, taivaanmekaniikka huolehti lentoradan muuttumisesta ihan itsekseen.

Nyt maapallon ohilentoja käytetään myös luotaimen kameroiden ja mittalaitteiden testaamiseen ja kalibrointiin.

Juno otti tämän kauniin kuvasarjan Maasta lokakuussa 2013.

Maa saa vierailijan

Ensimmäinen luotain, joka käytti maapalloa gravitaatiolinkousetappina, oli Galileo. Jupiteria kohti lokakuussa 1989 lähetetty luotain pihisti vauhtia Maan lisäksi Venukselta ja toisen kerran maapallolta voidakseen kivuta ylöspäin Aurinkokunnassa. Jupiteria kiertämään se saapui joulukuussa 1995, ja sitä ennen se teki kaksi Maan ohilentoa, ensin joulukuussa 1990 960 kilometrin päästä sekä kaksi vuotta myöhemmin vain 305 km:n etäisyydeltä meistä.

Seuraava suurempi Maan luota matkallaan koukannut luotain oli Saturnusta tutkimaan lähetetty Cassini-Huygens. Se teki ensin kaksi Venuksen ohitusta (huhtikuussa 1998 ja kesäkuussa 1999), kunnes tuli Maan luokse elokuussa 1999. Se teki ohituksensa 1171 km:n päästä.

Kohti komeetta Tšurjumov–Gerasimenkoa lentänyt ESAn Rosetta teki peräti kolme Maan ohilentoa. Maaliskuussa 2005 se oli lähimmillään 1950 km:n etäisyydellä, marraskuussa 2007 hieman kauempana 5700 kilometrin ja kaksi vuotta myöhemmin 2481 kilometrin päässä meistä.

Myös Merkuriukseen lentänyt Nasan MESSENGER käytti Maata hyväkseen elokuussa 2005, kun se teki ohilennon 2348 kilometrin päästä. Siinä missä MESSENGER käytti Maata nopeutensa hidastamiseen, Jupiteria parhaillaan kiertävä Juno kiihdytti vauhtiaan Maan avulla lokakuussa 2013. Junon rata kulki vain 559 kilometrin päässä maapallon pinnasta.

Lisäksi useampi muukin luotain on tehnyt maapallon ohilentoja matkatessaan kohti komeettoja ja asteroideja. Tuorein itse lähettämämme avaruudesta tullut vierailija oli OSIRIS-Rex syyskuussa 2017 matkallaan kohti Bennu-asteroidia.

BepiColombo on nähnyt Maan ja Kuun jo maaliskuun alusta alkaen jopa pienellä ”selfiekamerallaan”.

Bepin voi nähdä taivaalla (periaatteessa)

Nyt maanantaina 6.4. illalla BepiColombo on vielä puolentoista miljoonan kilometrin päässä Maasta. Se tulee lähemmäksi koko ajan vähän yli 30 kilometrin sekuntinopeudella ja tulee menettämään tästä noin 5 km/s ohituksen aikana. Manöveerin tarkoituksena on radan muuttaminen ja nopeuden hidastaminen.

Kartta ohilennon näkyvyydestä

Valmistautuminen tähän ohitukseen alkoi jo helmikuussa, kun luotaimen ohjausrakettimoottoreilla tehtiin pieni hienosäätö rataan. Sen seurauksena BepiColombo olisi 10.4. klo 4:24:58 UTC (eli noin 7.25 Suomen kesäaikaa) lähimmillään Maata, jolloin etäisyys luotaimen ja Maan keskipisteen välillä olisi 19 064 km. Luotaimen etäisyys Maan pinnasta olisi siis 12 693 km. 

Maaliskuussa oli tarkoitus tehdä kolme pikku korjausta rataan, mutta ne eivät olleet tarpeen, koska rata oli alle prosentin tarkkuudella se mikä sen pitikin olla. Tarkistusten jälkeen myös viime lauantaille (4.4.) suunniteltu ratamuutos jätettiin tekemättä.

Luotaimen rata kulkee idästä länteen siten, että radan lähin kohta on Atlantin eteläosan päällä. Lähimmillään ollessaan luotain on periaatteessa harrastajakaukoputkella tai jopa kiikarilla havaittavissa, koska sen kirkkaus on 8 mag. 

Suomesta luotaimen näkeminen ei onnistu, koska paitsi että luotain on huomattavasti himmeämpi (noin 9,2 mag), on sen rata liian etelässä ja valoisa aamutaivaskin tekisi katsomisen mahdottomaksi. Täysikuusta ei siis ole meille lisähaittaa.

Jos luet tätä esimerkiksi Kapkaupungissa, niin silloin kannattaa herätä aikaisin aamulla ja sanoa heippa Bepille. Havaintopaikan mukaan lasketun sijaintikartan voi tehdä täällä: https://bepicolombo.iaps.inaf.it

Lisätietoja ohilennosta on ESA:n sivuilla:
– https://www.cosmos.esa.int/web/bepicolombo-flyby/earth-flyby
– https://www.cosmos.esa.int/web/bepicolombo-flyby/ground-based-observations

Juttu on julkaistu ensin Ursan blogina. Blogissa on myös enemmän kuvia.

Merkuriukseen matkaavan BepiColombon suomalaismittalaite käynnistettiin – havahtui toimimaan saman tien

Ke, 12/12/2018 - 20:53 Jari Mäkinen
Iloisia naamoja ESOCissa

Kohti Merkuriusta matkalla oleva Bepi-Colombo -luotain kiihdyttää pian eteenpäin ionimoottorit kuumina. Sen mittalaitteita on myös vähitellen käynnistetty, ja myös suomalaistekoinen SIXS on nyt kytketty päälle.

Otsikkokuvassa on pelkkää hymyä. Seppo Korpela (oik), Eero Esko ja Arto Lehtolainen viettivät viime viikolla itsenäisyyspäivää Saksassa, Darmstadtissa sijaitsevassa Euroopan avaruusoperaatiokeskus ESOCissa, missä muun muassa Bepi-Colombo -luotainta hallitaan.

SIXS-mittalaitteesta osaltaan vastaava kolmikko ei ole suinkaan siellä jatkuvasti, mutta nyt kun laite kytkettiin päälle ensimmäisen kerran avaruudessa luotaimen laukaisun jälkeen, oli parempi olla paikan päällä lennonjohdossa siltä varalta, että jokin menee vikaan. Ja kaikki sujui hyvin.

SIXS, eli Solar Intensity X-ray Spectrometer on suomalaistekoinen mittalaite, jonka tärkein tehtävä on tarkkailla Auringosta tulevaa röntgensäteilyä, jotta brittiläinen MIXS-spektrometri (Mercury Imaging X-ray Spectrometer (MIXS) voi toimia kunnolla. MIXS tulee kartoittamaan Merkuriuksen pintaa, mutta SIXS pystyy tekemään kiinnostavia havaintoja myös matkan aikana – se kun havaitsee Auringosta ja muista taivaan kohteista tulevaa röntgensäteilyä.

"Saamme heti alkuun pitkän mittausjakson, joka johtuu osittain siitä että halutaan varmistaa mittalaitteen tietojenkäsittely-yksikön stabiili toiminta", kertoo laitteen päätutkija, Helsingin yliopiston dosentti Juhani Huovelin.

Aivan ilman yskimistä ei käynnistys kuitenkaan sujunut: samaa elektroniikkaa jakava kaksikko MIXS/SIXS sammui ja käynnistyi itsekseen yllättäen 7. joulukuuta, mutta tämä ei aiheuta suurta huolta. Kyseessä oli todennäköisesti kosminen säde, joka sai laitteen boottaamaan itsekseen. On aivan normaalia, että avaruusluotaimissa mutkikkaiden tieteellisten tutkimuslaitteiden käynnistäminen saa normaalisti aikaan pieniä ongelmia alussa, mutta niistä päästään nopeasti eroon. Tämä on osaltaan syynä SIXS:n pitkään mittajaksoon nyt alussa, sillä näin mahdollinen ongelma selviää toivottavastisaman tien ja se saadaan ratkaistua mahdollisimman aikaisessa vaiheessa.

Ongelmanratkaisin lisäksi tuloksena on paljon kiinnostavia havaintoja: "Jos kaikki menee hyvin, saamme lähipäivien aikana paljon mittaustietoja", toteaa Huovelin.

SIXS:ssä on kaksi hieman erityyppistä havaintolaitetta, sivusuuntaan katsova SIXS-P ja kohti taivasta suunnattu SIXS-X. Koska SIXS kuluttaa hyvin vähän sähkövirtaa, voidaan sitä pitää päällä pitkä aikaa – aina siihen saakka, kunnes ensimmäinen pitkä ionimoottorien käyttä alkaa.

Viimeisen puolentoista kuukaiden aikana myös muita luotaimen laitteita ja alijärjestelmiä on käynnistelty lokakuun 20. päivänä tapahtuneen laukaisun jälkeen. Mitään hälyttävää ei ole tullut eteen, joskin suurtehoantennin suuntaus sai lennonjohdossa aikaan aluksi normaalia suurempaa huolestumista: nyt kaikki toimii kuitenkin hyvin. Antenni avattiin jo 21. lokakuuta ja toimii nyt kuten pitää.

Myös luotaimen ionimoottoreita on jo testattu. Ne ovat toimineet juuri odotetusti ja niiden ensimmäinen pitkä käyttö alkaa joulukuun 17. päivänä. Puolisen vuotta kestävän käytön tarkoituksena on ohjata luotain kohtaamaan maapallo ensimmäisessä ohilennossa huhtikuussa 2020. Ohilennon avulla luotaimen rataa muutetaan ja sen nopeutta kiihdytetään, jotta se voisi saapua lopulta perille Merkuriusta kiertämään vuonna 2025.

Video: Näin BepiColombo rynnisti matkaan kohti Merkuriusta – tältä se näytti laukaisupaikalta suomalaissilmin

Viimeinkin! Tätä on kyllä odotettu! BepiColombo-luotain on matkalla kohti Merkuriusta. Suuri (ja pitkään kestävä) tutkimusmatka on alkanut.


Pitkään rakenteilla ollut luotain lähetettiin matkaan kohti Merkuriusta aikaisin lauantaina 20. lokakuuta Suomen aikaa Kourousta, Etelä-Amerikasta.

Mukana luotaimessa on suomalaistekoinen mittalaite SIXS, jonka tekijöistä kolme oli mukana paikan päällä seuraamassa laukaisua. Tässä on mittalaitteen tieteellisenä johtajana toimivan Juhani Huovelinin kuvaama video laukaisusta ja tunnelmien kommentointia.

Suomalaiset ovat osallistuneet aikaisemminkin suurella osuudella Euroopan avaruusjärjestön satelliitteihin ja luotaimiin, mutta koskaan ei planeettatutkimusluotaimessa ole ollut näin paljon suomalaista tietotaitoa. 

Suurin osuus tulee SIXS-nimisen tutkimuslaitteen tekemisestä. Sen kehittämisestä on vastuussa Helsingin yliopisto ja siellä yliopistonlehtorina toimiva Huovelin on mittalaitteen päätutkija. SIXS toimii luotaimessa kimpassa brittiläisen MIXS-mittalaitteen kanssa, ja professori Karri Muinonen on sen toinen päätutkija. Professori Rami Vainio Turun yliopistosta vastaa puolestaan SIXS:in hiukkasilmaisimesta.

Kaikkiaan Suomesta BepiColombon tieteelliseen työhän osallistuu kaikkiaan toistakymmentä tutkijaa Helsingin ja Turun yliopistojen lisäksi Aalto-yliopistosta ja Ilmatieteen laitokselta.

Tutkijoiden lisäksi mukana hankkeessa on paljon suomalaista avaruusteollisuutta:

- Oxford Instruments Technologies Oy ja turkulainen Aboa Space Research Oy ovat vastanneet SIXS-instrumentin teknisestä suunnittelusta ja rakentamisesta.

- TalviOja Consulting Oy on vastannut SIXS-instrumentin lämpösuunnittelusta ja -mallinnuksesta.

- Space System Finland Oy on kehittänyt ohjelmistot SIXS- ja MIXS -mittalaitteiden yhteiseen ohjaus- ja tietojenkäsittely-yksikköön.

- Patria Aviation Oy (nykyisin RUAG Space Fnland Oy) on valmistanut SIXS:n ja MIXS:n yhteisen ohjaus- ja tietojenkäsittely-yksikön.

Näiden lisäksi Ilmatieteen laitos on ollut vastuussa projektipäällikön ja laadunvalvonnan työosuuksista.

Työn on rahoittanut pääosin Tekes, joka on ollut tämän vuoden alusta osa Business Finland -organisaatiota.

Siinä missä BepiColombon suunnittelu ja rakentaminen ovat olleet täynnä teknisiä haasteita sekä viivytyksiä, sujuivat Ariane 5 -kantoraketin valmistelu matkaan ja laukaisu avaruuteen erittäin sujuvasti. Kaikki meni juuri suunnitellusti, sää laukaisupaikalla oli hyvä, eikä raketin kanssa ollut teknisiä hankaluuksia.

BepiColombo kuljetettiin keväällä Euroopan avaruusjärjestön teknisestä keskuksesta ESTECistä osina rahtilennoilla Ranskan Guyanaan, missä kesän aikana osat testattiin vielä kerran sekä laitettiin yhteen. Lisätietoja osista on mm. tässä artikkelissamme.

Luotain liitettiin kantorakettiin aiemmin tällä viikolla, sen nokkakartio laitettiin paikalleen ja raketti kuljetettiin laukaisualustalle torstaina. Perjantaina illalla raketin tankkaaminen aloitettiin ja matkaan se päästi tarkalleen suunniteltuun aikaan klo 4.45 lauantaina Suomen aikaa.

Kun laukaisusta oli kulunut 27 minuuttia, oli BepiColombo oikealla radallaan kohti planeettainvälistä avaruutta ja se irtosi Ariane 5:n ylimmästä vaiheesta. Ensimmäinen signaali luotaimesta saatiin noin klo 5:20 aamulla, kun lentoonlähdöstä oli kulunut hieman alle 40 minuuttia.

Aurinkopaneelit avautuivat sen jälkeen ja vahvistus siitä, että ne olivat auki normaalisti saatiin noin tunti ja 14 minuuttia matkan alkamisen jälkeen. Tänään luotaimessa olevat pienet kamerat ottavat kuvia, joilla aurinkopaneelien oikea avautuminen voidaan myös visuaalisesti tarkistaa.

Merkuriusta kiertämään luotain saapuu joulukuussa 2025, mutta sitä ennen se tekee useita planeettojen ohilentoja – ensimmäinen on 13. huhtikuuta 2020, jolloin luotain vilahtaa Maan ohi 11 264 kilometrin etäisyydeltä. Ohilennoilla luotaimen rataa muutetaan sopivaksi.

Alla on vielä ESAn ja Arianespacen video raketin laukaisusta.

Tutkimusmatka Merkuriukseen on alkamassa – BepiColombo on viimeinkin valmis lähtöön

Ke, 10/10/2018 - 14:48 Jari Mäkinen
BepiColombo Kouroussa

Matka kestää seitsemän vuotta ja perillä odottavat helvetilliset olosuhteet. Ei ihme, että luotaimen tekeminen on ollut vaikeaa ja siinä on mennyt kovasti aikaa. Nyt BepiColombo on kuitenkin lähes valmis lähtöön kohti Merkuriusta – aurinkokuntamme tuntemattominta planeettaa.

Bepi, Mio, MOSIF ja MTM ovat taas kiinni toisissaan!

Nämä ovat BepiColombo -luotaimen neljä osaa, jotka kuljetettiin laukaisupaikalle Kouroun avaruuskeskukseen viime keväänä kaikki erikseen, ja sen jälkeen kesällä ja nyt alkusyksystä niitä on valmisteltu laukaisuun ja lopulta ne liitettiin toisiinsa.

Tämän ja ensi viikon aikana paketti laitetaan kiinni Ariane 5 -kantoraketin nokkaan ja siirretään raketin mukana laukaisualustalle.

Jos kaikki käy suunnitellusti, nousee BepiColombo matkaan lauantaina 20. lokakuuta klo 4.45 aamulla Suomen aikaa. Jos raketti ei pääse vielä tuolloin matkaan, voidaan laukaisua yrittää uudelleen aina marraskuun 29. päivään saakka. Jos matkaan lähtö viivästyy sitäkin pitemmälle, pitää lentorataa laskea uudelleen.

Laukaisu tapahtuu Kouroun avaruuskeskuksesta, mutta tapahtumia seurataan suorana myös Helsingin observatoriolla (Kopernikuksentie 1, 00130 Helsinki). Klo 4 alkaen paikalla on suomalaisia luotaimen tekemiseen osallistuneita ja sen tutkimusohjelmissa mukana olevia suomalaisasiantuntijoita. Aamuöinen laukaisutilaisuus on avoin myös muille kiinnostuneille ja tiedotusvälineiden edustajille.

Jos olet kiinnostunut tulemaan mukaan, ilmoittaudu tällä lomakkeella.

Tilaisuudessa kerrotaan Merkuriuksesta ja BepiColombo -luotaimsesta, sekä luonnollisesti seurataan laukaisua ja tapahtumia sen jälkeen. Noin 40 minuutin kuluttua laukaisusta luotaimeen saadaan (toivottavasti) yhteys ja sen jälkeen se avaa suuret aurinkopaneelinsa.

Piirros BepiColombosta Merkuriuksen luona

Piirros BepiColombosta Merkuriuksen luona. Kuva: ESA.


Merkurius on planeetoista lähinnä Aurinkoa, ja sitä on tutkittu aikaisemmin vain kahdella luotaimella. Kyseessä on kenties huonoiten tunnettu aurinkokuntamme kiviplaneetta, joten BepiColombo -luotaimen lähettämiä tietoja ja kuvia odotetaan jo nyt kiivaasti.

Niitä joudutaan kuitenkin odottamaan vielä jonkin aikaa, sillä matka Merkuriukseen vie 7 vuotta. Lentäminen Merkuriukseen on vaativampaa kuin esimerkiksi luotaimen lähettäminen Plutoon!

Perille BepiColombo saapuu joulukuussa 2025, jolloin se asettuu kiertämään planeettaa. Matkan aikana luotain ohittaa Maan kerran (2020), Venuksen kahdesti (2020 ja 2021) ja Merkuriuksen peräti kuusi kertaa. Ohilentoja käytetään luotaimen radan ja nopeuden muuttamiseen ja niiden aikana tehdään myös tiedehavaintoja.

Merkuriuksen ympärillä luotainta odottaa kuuma helvetti: paitsi että Aurinko paahtaa siellä voimakkaasti, hohtaa myös kuuma Merkuriuksen pinta lämpöä luotaimeen. Luotain onkin suojattu hyvin kuumuutta vastaan – ja tämä on ollut suurin hankaluus sitä tehtäessä.

BepiColombo koostuu itse asiassa neljästä osasta: itse Merkuriusta tutkivasta luotaimesta Bepistä ja pienemmästä, japanilaisesta Merkuriuksen magneettikenttää tutkivasta kiertolaisesta Miosta, planeettainvälisen avaruuden läpi kaksikon kuljettavasta osasta sekä suojuksesta, joka varjostaa japanilaisluotainta ylimääräiseltä säteilyltä matkan aikana.

Merkuriuksen ympärillä luotain jakautuu osiin ja vain Bepi sekä Mio jäävät kiertämään Merkuriusta.

Luotain on suunniteltu toimimaan ainakin kevääseen 2027 saakka, mutta jos se toimii hyvin, odotetaan sen jatkavan työtään ainakin vuoteen 2028 saakka.

Suomen pääpanostuksena planeettaluotaimeen ovat röntgensäteilyä havaitseva tutkimuslaite SIXS, sekä brittiläisen MIXS-instrumentin kanssa yhteinen tietokone ja lentoohjelmisto.

BepiColombon dataa hyödyntävä suomalainen tiedeyhteisö panostaa mm. Merkuriuksen pinnan ja plasmaympäristön sekä Auringon tutkimukseen.

Tämä joukko on viemässä meitä Merkuriukseen

Ma, 05/07/2018 - 22:58 Jari Mäkinen
BepiColombo-hankkeeseen osallistuvia suomalaisia

Merkuriukseen lähtevä eurooppalaisluotain BepiColombo on tällä hetkellä laukaisupaikallaan, missä sitä ollaan valmistelemassa loka-marraskuun vaihteessa tapahtuvaan laukaisuunsa. Hankkeeseen osallistuu myös koko joukko suomalaisia tutkijoita ja insinöörejä – he esittelivät hanketta ja töitään tänään Helsingissä.

BepiColombo on ehdottomasti kiinnostavin tulossa olevista planeettalennoista: tarkoituksena on lennättää kaksiosainen alus Merkuriukseen ja tutkia tätä Aurinkoa lähintä planeettaa, avaruutta sen luona sekä Aurinkoa monilla erilaisella mittalaitteella. Näistä yksi on kokonaan suomalainen ja toisessakin on paljon suomalaista osaamista.

Jotta luotain pääsisi suunnitelman mukaan perille, täytyy sen lähteä matkaan 5. lokakuuta – 29. marraskuuta välisenä aikana. Laukaisuaika on tiukka, koska pelkästään Maan ja Merkuriuksen ei tule olla radoillaan juuri sopivissa paikoissa, vaan myös Venuksen siinä välissä tulee olla juuri sopivasti. Pitkään kestävän lentonsa aikana luotain kun lentää kahdesti Venuksen ohitse, jotta sen vetovoiman avulla voidaan muuttaa lentorataa sopivasti.

Merkuriuksen luokse luotain saapuu lokakuussa 2021, mutta se ei jää vielä silloin kiertämään planeettaa. Sen sijaan se käyttää jälleen Merkuriuksen vetovoimaa hyväkseen ratamuutokseen – eikä vain kerran, vaan viisi kertaa uudelleen kesäkuun 2022 ja tammikuun 2025 välillä, jotta luotain voisi asettua lopulta radalle Merkuriuksen ympärillä joulukuussa 2025. 

Lentäminen sisemmäksi Aurinkokunnassa ja etenkin Merkuriuksen soikealle radalle on hankalaa!

Yhden luotaimen sijaan BepiColombossa on kaikkiaan neljä osaa. Varsinainen luotain, missä ovat tutkimuslaitteet ja joka jää kiertämään Merkuriusta, on nimeltään MPO (Mercury Planetary orbiter). Siinä on kaikkiaan 11 erilaista tutkimuslaitetta. Sen lisäksi Merkuriusta jää kiertämään toinen, pienempi tutkimusluotain, japanilaisten tekemä Mercury Magnetospheric Orbiter. Kuten nimi sanoo, keskittyy se tutkimaan Merkuriuksen magnetosfääriä ja sitä varten siinä on neljä tutkimuslaitetta.

Pitkän matkan läpi planeettainvälisen avaruuden kaksikkoa kyytii MTO, Mercury Transfer Module, missä on neljä voimakasta ionimoottoria ja niille sähkövirtaa tuottamassa kaksi pitkää aurinkopaneelia. Kun alus saapuu Merkuriukseen, tämä irtoaa pois – se on silloin tehtävänsä tehnyt. Samoin magnetosfääriluotainsa matkan aikana suojannut osa MOSIF hylätään tuolloin.

Sekä Bepi että MMO kiertävät Merkuriusta soikeilla radoilla napojen ympäri. Molemmat käyvät lähimmillään vain noin 400 kilometrin päässä Merkuriuksesta. Bepi pysyttelee suhteellisen lähellä planeettaa, mutta MMO:n rata ulottuu yli 11000 kilometrin päässä Merkuriuksesta, missä luotain havaitsee myös aurinkotuulta.

Jos kaikki käy suunnitellusti, asettuu MPO kiertämään Merkuriusta 14. maaliskuuta 2026 ja tekee tutkimuksiaan ainakin seuraavan vuoden kevääseen. Kaikissa suunnitelmissa on kuitenkin varauduttu siihen, että luotain toimii kevääseen 2028 saakka. Jos se on silloinkin vielä iskussa, ei sitä varmasti sammuteta, vaan sen annetaan toimia pitempäänkin.

BepiColombon MPO Kouroussa

BepiColombon planeettaluotainosa MPO perillä Kouroun avaruuskeskuksessa, mistä se laukaistaan lokakuussa avaruuteen Ariane 5 -kantoraketilla.


Lentonsa lopuksi luotain todennäköisesti ohjataan putoamaan Merkuriukseen, koska silloin tutkimuslaitteet pääsevät tekemään mittauksia ja ottamaan kuvia hyvinkin läheltä pintaa.

Merkuriuksen rakenteen, geologian ja koostumuksen, sen magneettikentän alkuperän ja lähiavaruuden tutkimisen lisäksi Bepi testataa  Einsteinin suhteellisuusteoriaa ja sen toivotaan tuovan myös lisätietoa yleisesti aurinkokunnan synnystä sekä kehityksestä.

Monet eksoplaneetat kiertävät tähtiään hyvin lähellä, joten Merkuriuksen tutkiminen auttaa ymmärtämään myös näitä muita tähtiä kuin Aurinkoa kiertäviä planeettoja.

MIXS ja SIXS

BepiColombo on suomalaisittain kiinnostava, koska Suomessa työskentelevät tutkijat osallistuvat lennon tieteellisten mittausten analysointiin ja sen mukana on suomalaista huipputeknologiaa. 

Tärkein kohde on luotaimessa oleva SIXS-mittalaite, joka on kokonaan tehty ja suunniteltu Suomessa, sekä sen kanssa yhdessä toimiva brittiläinen MIXS.

SIXS mittaa Auringosta saapuvaa röntgensäteilyä, elektroneja ja protoneja ja MIXS puolestaan näiden Merkuriuksen pinnalla synnyttämää röntgenfluoresenssia ja -sirontaa.

Havainnoista voidaan päätellä Merkuriuksen pinnan alkuainepitoisuuksia ja rakennetta, mikä auttaa selvittämään planeetan muodostumista ja kehitystä. Yhdessä BepiColombon muiden tiedelaitteiden kanssa näiden havaintojen avulla tutkitaan, miten Auringon hiukkassäteily tunkeutuu Merkuriuksen magneettikenttään ja miten Merkuriuksen magnetosfäärin dynaamiset prosessit puolestaan kiihdyttävät hiukkasia.

SIXSin rakennemalli on esillä Helsingin observatorion Avaruusmaa Suomi -näyttelyssä.


MIXS ja SIXS liittyvät läheisesti toisiinsa siten, että kun MIXS kuvaa Merkuriuksen pintaa hyvin tarkasti röntgensäteiden aallonpituusalueella, tarkkailee SIXS koko ajan Auringosta tulevan röntgensäteilyn määrää. Tämä auttaa säätämään MIXSin keräämiä tietoja oikeanlaiseksi. 

Lisäksi SIXS tekee mittauksia myös itsenäisesti mittauksia Auringosta. Sen toivotaan keräävän ensimmäiset pitkät aikasarjat Auringon purkauksista peräisin olevasta röntgen- ja hiukkassäteilystä lähellä Aurinkoa.

Pitkän matkan aikana BepiColombon mittalaitteet eivät ole toimettomina, vaan niillä pyritään tekemään havaintoja myös avaruudesta matkan varrella. Varsinkin Venuksen ja Merkuriuksen ohilentojen aikana tehdään mittauksia ja kuvia; näitä voidaan käyttää myös mittalaitteiden toiminnan testaamiseen ja kalibrointiin.

Helsingin yliopisto on päävastuussa Suomen osuudesta hankkeessa. SIXS-instrumentin päätutkija on dosentti Juhani Huovelin, ja professori Karri Muinonen on brittiläisen MIXS-instrumentin toinen päätutkija. Professori Rami Vainio Turun yliopistosta vastaa SIXS:in hiukkasilmaisimesta.

Helsingin yliopiston johtamassa ja Business Finlandin (viime vuoden loppuun saakka Tekes) rahoittamassa teknisessä projektissa on viisi päätason alihankkijaa, ja Ilmatieteen laitos vastaa projektipäällikön ja laadunvalvonnan työosuuksista.

Oxfords Instrument Technologies Oy ja turkulainen Aboa Space Research Oy (ASRO) ovat vastanneet SIXS-instrumentin teknisestä suunnittelusta ja rakentamisesta. 

TalviOja Consulting Oy on vastannut SIXS-instrumentin lämpösuunnittelusta ja -mallinnuksesta. Olosuhteet Merkuriuksen luona ovat hyvin hankalat, koska Auringon lisäksi laitteeseen tulee paljon lämpöä Merkuriuksen pinnasta.

RUAG Space Finland Oy (ent. Patria Aviation Oy) on valmistanut SIXS- ja MIXS-instrumenttien ohjaus- ja datankäsittely-yksikön ja Space System Finland Oy on kehittänyt ohjelmiston SIXS- ja MIXS -instrumenttien yhteiseen ohjaus- ja datankäsittely-yksikköön. 

Space Systems Finland on tehnyt myös suuren työn tarkistamalla koko BepiColombon tietokoneohjelmien laatua; tällaisissa hankkeissa, joissa ohjelmistojen pitää olla erittäin luotettavia, annetaan ne toisien yhtiöiden arvioitavaksi. Suomalaiset löysivät ohjelmistosta noin 250 pahaa bugia ja noin 500 hieman pienempää – joten työ ei ollut turhaa!

*

Juttu perustuu Helsingin yliopiston tiedotteeseen. Otsikkokuva kirjoittajan.

Matka Merkuriukseen alkoi – ei vielä raketilla, vaan Antonovilla.

Ti, 04/24/2018 - 11:12 Jari Mäkinen
Bepiä kuljettava Antonov lähtee matkaan

Seuraava suuri tutkimusmatka Aurinkokunnassa on alkamassa monien viivytysten jälkeen. Euroopan avaruusjärjestön Merkuriusta kohden syksyllä lähetettävä BepiColombo lähti nyt maanantaina kohti laukaisupaikkaansa suurella rahtikoneella.

BepiColombo Euroopan avaruusjärjestön kunnianhimoinen luotain, joka tulee tutkimaan Merkuriusta, Aurinkokuntamme sisintä planeettaa.

Olosuhteet Merkuriuksen luona ovat hyvin haastavat, joten luotaimen kehittelyssä oli monia hankaluuksia – sellaisia, jotka selätettiin jo kehittelyn aikana, mutta myös sellaisia, jotka tulivat luotaimen rakennuksen ja testaamisen aikana esiin. Niinpä luotain on valmistunut vuosia myöhässä alkuperäisistä suunnitelmista.

Suurin ongelma on lämpö: paitsi että Aurinko porottaa kuumana, hohtaa Merkuriuksen pinta lämpöään, joten parhaimmillaan tai pahimmillaan kaksi luotaimen kylkeä on kerrallaan suuren lämpörasituksen kohteena. Luotaimen pintalämpötila on tyypillisesti noin 350° C.

Niinpä helpotus on nyt suuri, kun Bepi on nyt saatu valmiiksi, se on läpäissyt kaikki testit ja on saapunut Kouroun avaruuskeskukseen. Se laukaistaan sieltä matkaan Ariane 5 -kantoraketilla lokakuussa.

 

Bepi ja sen laukaisuvalmistelussa tarvittavat laitteet suuren Antonov An-124 -kuljetuskoneen sisällä.

 

BepiColombo koostuu kolmesta osasta, jotka kuljetetaan kaikki erikseen Atlantin toiselle puolelle Ranskan Guyanassa sijaitsevalle laukaisupaikalle. Osat ovat itse Merkuriusta kiertämään jäävä eurooppalaistekoinen osa, sen mukana omalle radalleen Merkuriuksen ympärillä menevä japanilainen ennen kaikkea Merkuriuksen magnetosfääriä tutkiva luotain, ja nämä kaksi osaa läpi planeettainvälisen avaruuden kuljettava osa.

Ensimmäinen näistä lastattiin kuljetuslaatikossaan Antonov-kuljetuskoneen sisään eilen maanantaina ja kone teki illalla välilaskun Azoreilla. Sieltä se lähti edelleen tankkauksen jälkeen kohti Ranskan Guyanaa. Siellä kone laskeutui pääkaupunki Cayennen lentoasemalle, missä kone tyhjennetään nyt tiistaina. Rahti kuljetetaan satelliittien siirtelyyn tarkoitetulla rekalla Kouroun avaruuskeskukseen, joka sijaitsee noin 70 kilometrin päässä lentoasemalta.

Aikaa kuljetukseen menee tuntikaupalla, koska rekkaletka etenee hitaasti ja varovasti.

Kaikkien Bepin osien ja niiden laukaisuvalmistelussa tarvittavien laitteiden kuljettamiseen vaaditaan neljä rahtilentoa.

Osat testataan uudelleen Kouroussa ennen kuin ne laitetaan yhteen. Ne liitetään kantoraketin ylimpään osaan vasta lähempänä laukaisua, joka tapahtuu lokakuun 5. päivän ja marraskuun 29. päivän välisenä aikana; tavoitteena on laukaista luotain matkaan heti laukaisuikkunan alussa, jotta mahdolliset sääesteet tai kantoraketin tarkistukset eivät vaarantaisi pääsyä matkaan ajoissa.

Tiukat rajat laukaisun ajankohdalle tulevat taivaanmekaniikasta. Jotta Bepi pääsisi perille suunniteltuun aikaan ja suunniteltua rataa pitkin, pitää se laukaista juuri nyt suunnitellun aikaikkunan sisällä. Perillä luotain on silti vasta vuoden 2025 lopussa.

Bepin on tarkoitus tehdä havaintoja vähintään yhden vuoden ajan, mutta jos se toimii normaalisti, jatkuu työ ainakin toisen vuoden ajan.

Piirros BepiColombosta matkalennon aikana.
Piirros BepiColombosta matkalennon aikana. Itse Merkuriusta kiertävä luotain on keskellä, japanilainen magnetosfääriluotain ylimpänä torvimaisen aurinkosuojan sisällä ja alimpana on matkalento-osa rakettimoottoreineen.

Kuvat: Schipholin lentoasema, Airbus Defence & Space ja ESA

Video: Tällainen on BepiColombo, uusi Merkurius-luotain. Kävimme katsomassa sitä.

Euroopan avaruusjärjestön uusin superluotain, Merkuriukseen lähetettävä BepiColombo esiteltiin torstaina 6. heinäkuuta lehdistölle.

Tämä oli viimeinen kerta, kun se oli nähtävissä kokonaisena ennen kuin se kasataan ensi vuonna laukaisua varten Kouroun avaruuskeskuksessa. Matkaan luotain lähetetään lokakuussa 2018 ja se saapuu perille vuonna 2025.

Merkuriuksesta ja BepiColombon lennosta sinne kerrotaan enemmän jutussa BepiColombo on kuin lento pizzauuniin.

BepiColombo on kuin avaruuslento pizzauuniin

Pe, 07/07/2017 - 10:20 Jari Mäkinen
BepiColombo saapumassa Merkuriusta kiertämään

Euroopan avaruusjärjestön seuraava kunnianhimoinen planeettalento on BepiColombo, jonka kohteena on pätsimäisen kuuma Merkurius. Luotain esiteltiin viime viikolla Hollannissa, ja siksi lento on nyt tulossa ajankohtaiseksi. Katso myös puhdastilassa luotaimen luona tehty videomme aiheesta!

Aurinkokuntamme sisintä planeettaa, Merkuriusta, on käyty tutkimassa vain kahdella luotaimella aikaisemmin. Äkkiseltään katsottuna planeetta näyttää Kuulta – paitsi harmaalta, kraatteriselta ulkonäöltään, on se myös jotakuinkin Kuun kokoinen.

Kaukoputkella tai muilla maanpäällisillä tutkimuslaitteitta ei Merkuriusta voi juurikaan kuvata, koska se on aina hyvin lähellä Aurinkoa Maasta katsottuna. SIksi ainoa tapa saada siitä selvyyttä on mennä paikan päälle.

Merkuriuksen tutkiminen on kuitenkin paljon hankalampaa kuin Kuun tai muiden lähiplaneettojen jahtaaminen avaruusluotaimin.

Tärkeimpiä syitä on kaksi: Merkuriusta kiertämään on hankala mennä ja olosuhteet lähellä Aurinkoa ovat kirjaimellisesti helvetilliset. Auringon paahde kuumentaa aluksen pintaa siellä parhaimmillaan (tai siis pahimmillaan) jopa 430°C:n lämpötilaan, minkä lisäksi Merkuriuksen pinta hohtaa myös pizzauunin kuumuudella.

​Jos Aurinkoa katsoisi Merkuriuksesta, olisi se keskimäärin 2,5 kertaa suurempi kuin Maassa. Sen kirkkaus olisi puolestaan 6,5 kertaa suurempi.

Lennon vaikeus johtuu puolestaan siitä, että lentäminen "alaspäin" aurinkokunnassa vaatii omat temppunsa ja Merkuriuksen tapauksessa ongelmana on myös sen soikea kiertorata. Radan korkein piste vääntyy koko ajan vähän eteenpäin Auringon vetovoiman vuoksi, joten planeettaa kiertämään saapuvan luotaimen rataa pitää koko ajan säätää sen mukaisesti

Ensimmäisenä Merkuriusta tutki amerikkalainen Mariner 10 maaliskuussa 1974. Sen lento osoitti konkreettisesti myös Merkuriukseen menemisen vaikeuden, sillä 1970-luvun tekniikalla pystyttiin tekemään vain ohilentoja. Maaliskuun 1974 jälkeen se teki toisen ohilennon saman vuoden syyskuussa ja kolmannen maaliskuussa 1975, jolloin se lensi vain 327 kilometrin korkeudelta planeetan pinnasta. 

Mariner 10 kuvasi noin 45% Merkuriuksen rokonarpisesta pinnasta. Se havaitsi heikon magneettikentän ja löysi planeetan ympäriltä hyvin ohuen kaasukehän, joka koostui lähinnä heliumista.

Seuraavia luotaimen ottamia lähikuvia jouduttiin odottamaan vuoteen 2008, jolloin Nasan Messenger-luotain suhahti Merkuriuksen ohi. Sen jälkeen luotain teki kaksi ohilentoa lisää ja sääti kiertorataansa siten, että se pääsi lopulta asettumaan kiertoradalle Merkuriuksen ympärillä vuonna 2011.

Massiivisella lämpökilvellä varustettu Messenger onnistui kuvaamaan jo noin 90 % Merkuriuksen pinnasta jo ohilentojensa aikana, mikä auttoi tutkijoita etsimään kaikkein kiinnostavimpia kohteita jo ennen varsinaisen tutkimisen alkamista. Planeettaa kiertäessään luotaimen rataa muutettiin useampaan kertaan, jotta se pystyi paitsi kuvaamaan ja mittaamaan planeetan pintaa mahdollisimman tarkasti, niin myös tutkimaan avaruutta sen ympärillä eri puolilta ja etäisyyksiltä.

Lähimmillään luotain kävi Merkuriusta tammikuussa 2012, jolloin se kävi ratansa lähimmässä osassa vain noin 200 kilometrin päässä pinnasta. Tosin lentonsa lopuksi luotain pääsi vieläkin lähemmäksi, sillä Messenger ohjattiin osumaan planeetan pintaan lentonsa lopuksi huhtikuussa 2015. Se luonnollisesti lähetti tietojaan loppuun saakka.

Merkuriuksen pintaa väärävärikuvana MESSENGERin kuvaamana.
Merkuriuksen pintaa väärävärikuvana.

Merkurius on hyvin omituinen minihelvetti

Etenkin käsittelemättömissä, ilman värikorostusta olevissa kuvissa Merkurius näyttää varsin tylsältä, mutta silti se on hyvin kiinnostava, mutta koska sen avulla voidaan ymmärtää paremmin yleisesti lähellä Aurinkoa olevia kiviplaneettoja.

Pääosin Messenger vahvisti aiempia oletuksia siitä, että sen koostumuksessa raudan suhde silikaatteihin (siis kiveen) on varsin suuri ja että sillä on heikko magneettikenttä. 

Magneettikentän olemassaolo on erityisen kiinnostavaa, koska periaatteessa planeetta on liian pieni siihen, että sillä olisi magneettikentän synnyttävä sulasta nikkelistä ja raudasta muodostunut hyvin suurikokoinen ydin. Se muodostaa todennäköisesti joka kaksi kolmannesta planeetan massasta ja sen säde voisi olla jopa 1900 km. Siten kivikuoren paksuus olisi vain viitisensataa kilometriä.

Erään teorian mukaan Merkuriukseen olisi törmännyt joskus Aurinkokunnan alkuaikoina jokin suuri kappale, joka olisi singonnut suuren osan pinta-aineesta pois. Toinen teoria ehdottaa, että nuori Aurinko olisi ollut kuumempi ja se olisi yksinkertaisesti höyrystänyt pinnasta paljon ainetta avaruuteen.

Messengerin lähettämissä yli sadassa tuhannessa kuvassa näkyy kuunharmaata pintaa kraattereineen, tasankoineen, laavavirtoineen ja satoja kilometrejä pitkine halkeamineen. Merkurius on selvästi ollut ainakin aikaisemmin aktiivinen, mutta suurelta osin pinnanmuodot on selitettävissä siten, että planeetta on jäähtynyt ja kutistunut syntynsä jälkeen. 

Suurin Merkuriuksen pinnanmuoto on halkaisijaltaan noin 1500 km oleva Caloriksen allas. Se on törmäyskraatteri, jonka reunalla olevat vuoret ovat noin kaksi kilometriä korkeita. Isku on aikanaan ollut niin voimakas, että planeetan pinnalla täsmälleen toisella puolella on sokkiaaltojen aikaansaamia ruhjeita.

Vaikka Merkuriuksessa on hyvin kuumaa, on sen napa-alueilla paikkoja, minne Aurinko ei paista (tällä hetkellä) lainkaan. Siellä, esimerkiksi syvällä kraattereissa, saattaa olla jäätynyttä vettä. Messenger löysi pohjoisnavan luota merkkejä jäästä, kuten myös yksinkertaisista orgaanisista yhdisteistä.

BepiColombo näyttää vähän omituiselta, suurelta alasimelta. Sen mukana matkaan lähtevä magnetosfääriluotain on puolestaan kuin täytekakku, jonka päällä koristeena on antenni.

BepiColombo jatkaa Messengerin työtä 

Jos alkuperäiset suunnitelmat olisivat toteutuneet, olisi BepiColombo lähtenyt matkaan lähes saman tien Messengerin jälkeen. Mutta luotaimen eteen kerääntyi paljon teknisiä ongelmia, ennen kaikkea siksi, että lento on hyvin kunnianhimoinen. 

Amerikkalaiset tekivät luotaimensa varsin suoraviivaisesti piilottamalla sen kookkaan lämpösuojakilven taakse, mikä haittasi olennaisesti Merkuriuksen tutkimista. Euroluotain sen sijaan käyttää monia aivan uusia tekniikoita, joiden kehittäminen osoittautui varsin haastavaksi.

Lentoa alettiin suunnitella jo 1990-luvun lopulla ja 2000-luvun alussa hanke laitettiin ehdolle ESAn Cosmic Vision -tutkimusohjelman erääksi ns. lippulaivalennoksi. Se olisi siis Rosetta-komeettaluotaimen kaltainen kallis ja kunnianhimoinen lento, johon panostettaisiin runsaasti aikaa ja rahaa.

Virallisesti lento hyväksyttiin helmikuussa 2007, jolloin päätettiin myös toteuttaa lento yhdessä Japanin avaruustutkimusvirasto JAXAn kanssa: euroluotaimen kanssa Merkuriusta lähtisi tutkimaan samalla kyydillä pienempi japanilainen ennen kaikkea magneettikentän mittaamiseen erikoistunut alus.

Lento sai omalaatuisen nimen BepiColombo italialaiselta matemaatikolta Giuseppe "Bepi" Colombolta, joka keksi ja laski Mariner 10 -lennon omalaatuisen ohilentoradan.

Rata oli merkittävä myös siksi, että se käytti ensimmäisenä planeettojen ohilentoja luotaimen nopeuden ja lentoradan muuttamiseen rakettimoottorin polttojen sijaan. Mariner 10 ei olisi kyennyt tutkimaan Merkuriusta niin hyvin ilman Bepiksi kutsutun italialaisen ideaa, ja painovoimalinkousta on käytetty sen jälkeen lukuisten luotaimen lentoa avustamaan.

Alkuperäisen aikataulun mukaan laukaisu olisi tapahtunut jo vuonna 2011, mutta nyt se on lokakuussa 2018. 

Tekniset ongelmat on nyt ratkaistu, ja vain luotaimen viimeisissä testeissä tai sen laukaisuvalmisteluissa tapahtuvat onnettomuudet voivat enää lykätä lentoa. Tai jos kantoraketille tapahtuu onnettomuus ennen laukaisua.

Luotaimen varsinainen lentomalli on joka tapauksessa nyt valmis ja se on parhaillaan ESAn teknisessä keskuksessa ESTECissä, Hollannissa.

Kyseessä on itse asiassa kolmikko, joka näyttää omituiselta päällekkäin kasattujen palasten tornilta.

Varsinainen BepiColombo-luotain on vähän alasimen näköinen laatikkomainen laite, joka on viitisen metriä pitkä suurimmalta pinnaltaan. Sen yksi kylki on kuin metallinvärinen sälekaihdin: se on aina varjopuolella oleva lämpösäteilin, joka hohkaa luotaimen sisältä lämpöä ulos avaruuteen. 

BepiColombossa ei ole Messengerin käyttämää lämpökilpeä, vaan se luottaa vaaleaan lämpösuojaan pinnallaan sekä näppärästi suunniteltuun lämmönhallintasysteemiin, joka vie ylimääräisen kuumuuden lämpösäteilimeen. Lämpösuojaus on ollut yksi suurimmista syypäistä viivytykseen; esimerkiksi vaalean kangasmaisen lämpösuojapinnoitteen mustata ompeleet piti tehdä uudestaan, kun saumoista valuikin liikaa lämpöä läpi.

Yllättävä lisäviivästys tuli puolestaan lautasantennista, jonka kautta luotain on yhteydessä Maahan. Sen muoto muuttui liikaa tietyissä tilanteissa, joissa sen toinen puoli oli varjossa ja toinen Auringon paahteessa. Kun antennin lautasmuoto muuttui liikaa, ei tieto enää kulkenutkaan. Siis antennia suojaamaan piti kehittää erityinen valkoinen maali.

Verrattuna Messengeriin joutuu BepiColombon vielä suuremman lämpörasituksen kohteeksi, koska sen kiertorata tulee olemaan lähempänä pintaa. 

Toinen murheenkryyni on ollut aurinkopaneeli, joka toistaiseksi täytyy vielä kuvitella ESTECin hallissa olevaan luotaimeen kiinni. Alun perin käytettäväksi suunnitellut yhdistepuolijohdeaurinkokennot osoittautuivatkin lämmönkestävyydeltään luvattua huonommaksi, joten aurinkopaneelin lisäksi osa alijärjestelmiä piti suunnitella uudelleen.

Koska aurinkopaneelin pitää osoittaa kohti Aurinkoa, on sen suojaaminen ylimääräiseltä lämmöltä hankalaa. Siksi pintaan on asennettu kennojen lisäksi peiliä ja paneelit käännetään osoittamaan hyvin pienessä kulmassa Aurinkoon: se voi olla jopa 80° poispäin Auringosta.

Varsinaisen alasinmaisen luotaimen (josta käytetään myös lyhennenimeä MPO, Mercury Planetary Orbiter) kanssa Merkuriusta tulee kiertämään pienempi japanilainen magneettikenttää mittaava satelliitti, joka vapautetaan omille teilleen Merkuriuksen luona.

Tämä japanilaisten tekemä MMO-nimellä (Mercury Magnetospheric Orbiter) tunnettu alus on kuin aurinkopaneeleilla ja hopeapaperilla päällystetty täytekakku, jonka keskellä sojottaa antenni kuin yksittäinen kynttilä kakussa.

Ja lisäksi on viitisen metriä pitkä toiselta pinnaltaan kaareva laatikko MTM (Mercury Transfer Module), jonka tehtävänä on kuljettaa kaksi kiertolaista planeettainvälisen avaruuden halki Merkuriukseen. Siinä on omat aurinkopaneelit ja neljä voimakasta ionimoottoria. 

Oikeastaan lisäksi osiin tulee laskea vielä aurinkosuoja, metallinen tötterömäinen visiiri, joka tulee suojaamaan luotaimia Auringon paahteelta matkan aikana. 

Jos BepiColombon kehittämiseen on mennyt suunniteltua enemmän aikaa ja rahaa, on tästä ollut jo nyt hyötyä ESAn Aurinkoa tutkivan Solar Orbiter -luotaimen suunnittelun kannalta. Suurin osa ongelmista on liittynyt juuri siihen, että Euroopassa ei ole aikaisemmin tehty yhtä lämpöteknisesti haastavaa avaruusalusta.

Luotaimessa on neljä voimakasta ionimoottoria, jotka vievät BepiColombon mutkikasta rataa pitkin Merkuriukseen.

Lähelle on pitkä matka

Matkassa mitattuna ei Merkurius ole usein paljoakaan kauempana kuin esimerkiksi Mars keskimäärin, mutta sinne meneminen on paljon Marsia vaikeampaa.

Hieman yli neljä tonnia laukaisun aikaan painavalta BepiColombolta matkaan kuluu seitsemän vuotta ja pari kuukautta; Messengeriltä kului noin kahdeksan. Lyhempään matka-aikaan päästään tehokkailla ionimoottoreilla ja näppärällä lentoradalla.

Ensin luotain saapuu noin vuoden kuluttua laukaisunsa jälkeen Maan lähelle ja nappaa käyttää maapalloa ratamuutokseen kohti Venusta. Kaksi 225 vuorokauden välein toistuvaa Venuksen ohilentoa muuttavat soikean radan Aurinkoa lähintä kohtaa pistettä Merkuriuksen etäisyydelle. 

Sitten tehdään kuusi Merkuriuksen ohilentoa, joilla luotaimen nopeus saadaan hidastettua 1,75 kilometriin sekunnissa. Alkunopeus oli 3,36 km/s.

Lopulta luotain vempautetaan joulukuussa 2025 kiertämään Merkuriusta neljällä pitkällä ionimoottoreiden jarrutuspoltolla siten, että lopulta kohdeplaneetta oikeastaan nappaa luotaimen kiertoradalleen.

Aluksi luotain kiertää Merkuriusta hyvin soikealla kiertoradalla, jonka lähin piste on 450 kilometrin korkeudessa ja kaukaisin 175 000 kilometrin päässä planeetasta.

Japanilaisluotain irrotetaan, ja se jää kiertämään itsekseen Merkuriusta.

Sen jälkeen BepiColombo muuttaa rataansa vähemmän soikeaksi siten, että lopulta sen on radalla, joka kulkee planeetan napojen kautta ja vaihtelee korkeudeltaan 400:n ja 1500:n kilometrin välillä.

Pari kuukautta kestävän mittalaitteiden ja kameroiden tarkistuksen jälkeen luotain aloitta ainakin vuoden ajaksi suunnitellun tutkimusrupeamansa. Tosin yleensä avaruuslaitteet kestävät nykyisin minimivaatimuksia pitempään, joten jo nyt lennon arvellaan ja toivotan kestävän vähintään vuoteen 2027.

Ja jos luotain on niin hyvä kuin nyt oletetaan, saattaa se jatkaa tutkimuksiaan tuon jälkeenkin.

Blogi: Miksi ihmeessä avaruuslennot ovat aina myöhässä ja koko homma on pelkkää odottelua?

Kyllähän aika menee nopeasti, mutta aina välillä tämä jahkaaminen alkaa ottaa päähän: melkein kaikki avaruushankkeet nimittäin tuntuvat olevan myöhässä, junnaavan paikoillaan tai menevän eteenpäin tuskastuttavan hitaasti.

Sukkulan seuraajaa, Orion-avaruusalusta on suunniteltu ja tehty vuodesta 2004, ja sen ensilento tuntuu vain lykkääntyvän eteenpäin koko ajan. Yhtä pitkän aikaa tehty BepiColombo-luotain oli tarkoitus laukaista Merkuriusta tutkimaan jo vuosia sitten, ja kun se pääsee viimein matkaan, kestää pelkkä menomatka liki vuosikymmenen. 

Astronautti saattaa odottaa koulutuksensa jälkeen vuosia lentoa avaruuteen, ja tässä ihan lähelläkin Suomen ensimmäisen satelliitin Aalto-1:n matka avaruuteen on jo pari vuotta myöhässä suunnitellusta. Ja itse asiassa tuo suunniteltu aikakin oli jo siirtynyt monta kertaa eteenpäin.

Miksi ihmeessä kaikki siis menee näin hitaasti ja avaruuslennot tuntuvat vain lykkääntyvät eteenpäin?

Lyhyesti sanottuna syitä on kolme. 

Merkurius ei pyöri ihan tasaisesti

To, 09/10/2015 - 07:55 Markus Hotakainen
Merkurius

Aurinkokunnan sisintä planeettaa yli neljä vuotta kiertänyt MESSENGER-luotain teki monen muun asian ohella mittauksia myös Merkuriuksen pyörimisliikkeestä. Se ei suinkaan ole tasaista, vaan siinä on säännöllistä vaihtelua 88 vuorokautta kestävän kierroksen aikana.

Merkurius on muodoltaan aavistuksen pitkulainen, joten Auringon vetovoima vuoroin hidastaa ja vuoroin nopeuttaa planeetan pyörimisliikettä sen mukaan, missä kohtaa soikeaa rataansa se liikkuu.

Pyörimistä ja siinä esiintyviä vaihteluita on tutkittu aiemminkin Maasta käsin, mutta nyt saatiin ensimmäisen kerran tarkkoja, planeetan kiertoradalta tehtyjä mittauksia. Niiden avulla on voitu selvittää Merkuriuksen sisäistä rakennetta. 

Uusien mittausten mukaan Merkurius pyörähtää akselinsa ympäri noin yhdeksän sekuntia nopeammin kuin aiemmin oli laskettu. "Ero ei ole suuri, ainoastaan miljoonasosia, mutta se oli odottamaton", toteaa tutkimusryhmään kuulunut Jean-Luc Margot.

Vanhastaan on tiedetty, että Merkurius pyörähtää akselinsa ympäri kolmesti samassa ajassa kuin se tekee kaksi kierrosta Auringon ympäri. Planeetan pyörimisliike ei kuitenkaan ole näin yksinkertaista. Yhdeksän sekunnin ero aiempaan pyörähdysajan arvoon verrattuna johtuu tutkijoiden mukaan todennäköisesti Jupiterista.

Jättiläisplaneetan vetovoima saa Merkuriuksen etäisyyden Auringosta vaihtelemaan hieman, jolloin Auringon vetovoiman vaikutus on eri aikoina aavistuksen erilainen. Uuden tutkimuksen mukaan Jupiter aiheuttaa Merkuriuksen pyörimisliikkeen vaihteluissa esiintyvän 12 vuoden jakson. Sen vuoksi tuore mittaus sen pyörähdysajasta poikkeaa aikaisemmasta arvosta.

Teorialle toivotaan varmistusta seuraavalta Merkurius-luotaimelta. Euroopan avaruusjärjestön BepiColombo laukaistaan kohti planeettaa vuonna 2017.

Uuden tutkimuksen mukaan Merkuriuksen pyörimisliike jätättää sen kiertoradan äärilaidalla niin paljon, että täysi pyörähdys jää liki puoli kilometriä vajaaksi. Kun planeetta lähestyy Aurinkoa, pyörimisliike nopeutuu ja Merkurius kuroo syntyneen eron umpeen.

Erotus on noin kaksi kertaa suurempi kuin sen pitäisi olla, mikäli Merkurius olisi kauttaaltaan kiinteä. Havainto varmistaa aiemman arvelun siitä, että planeetan ulompi ydin on nestemäinen. Jos se pitää paikkansa, Merkuriuksen sisus ja ulkokerrokset eivät välttämättä pyöri samaan tahtiin, joten Auringon vetovoima voi vaikuttaa huomattavan paljon planeetan kuorikerroksen ja vaipan liikkeeseen.

Tutkimuksesta kerrottiin AGU:n (American Geophysical Union) sivuilla ja se on julkaistu Geophysical Research Letters -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington/DLR