ESA | Tiedetuubi

Jari Mäkinen

Venäjällä, vain viitisensataa kilometriä Suomesta itään sijaitsevassa Plesetskin kosmodromissa on siviilikäyttöön muunnettu mannertenvälinen ohjus laukaisuvalmiina. Sen nokassa on Euroopan avaruusjärjestön kolme magneettikenttää tutkimaan lähtevää satelliittia ja jos kaikki käy hyvin, tämä Swarm-niminen kolmikko pääsee matkaan huomenna perjantaina 22.11. klo 14:02 Suomen aikaa. Laukaisua voi seurata mm. ESAn nettisivuilla.

Swarm-lennon tarkoituksena on siis tutkia maapallon magneettikentää. Vaikka planeettamme magneettisuutta harvemmin tulee ajatelleeksi, on se mukana monissa asioissa alkaen niinkin konkreettisesta kuin suunnistamisesta, päätyen siihen, että lähes kaikki elämä ja toiminta Maan pinnalla tapahtuu magneettikentän huomaamattomassa huomassa. Magneettikenttä sekä sähkövirrat maapallon sisällä ja ulkopuolella ovat vaikuttaneet täällä kaikkeen koko planeettamme historian ajan.

Elintärkeä magneettisuus

Mikäli Maalla ei olisi voimakasta magneettikenttää, todennäköisesti meitäkään ei olisi täällä: magneettikentän voi ajatella suureksi kuplaksi maapallon ympärillä. Se suojaa meitä kosmiselta säteilyltä ja Auringosta tulevalta hiukkasvirralta, aurinkotuulelta. Ilman magneettikentän suojaa olisi esimerkiksi ilmakehä kadonnut avaruuteen hieman samaan tapaan kuin on tapahtunut Marsissa.

Magneettisuus vaikuttaa myös moniin lähiavaruuden ilmiöihin sekä avaruussäähän. Revontulet tanssivat taivaalla magneettisten voimaviivojen suuntaisesti ja magneettikenttä ohjaa revontulet synnyttävät hiukkaset pohjoisille ja eteläisille alueille.

Vaikka tiedämme, että Maan magneettikenttä on tärkeä, emme tunne sitä kovinkaan hyvin. Pitkäaikaisissa magneettikentän mittauksissa, joita on tehty muun muassa ennätyksellisen kauan ja hyvin Suomessa, on huomattu miten magnettisuus on jatkuvassa muutoksessa. Magneettiset navat, pohjoinen ja etelä, siirtyvät koko ajan ja magneettikentän voimakkuus vaihtelee. Parin tuhannen vuoden välein magneettikentän suunta vaihtuu, jolloin pohjoisesta tulee etelä ja päinvastoin. Nyt magneettikenttä näyttää olevan heikentymässä ja on mahdollista, että napaisuuden vaihdos on jälleen tulossa. Mutta milloin ja mitä vaikutuksia sillä on – sitä ei osata sanoa!

Magneettikentän mittaajakolmikko

Swarm-satelliittien avulla toivottavasti näihin kaikkiin kysymyksiin saadaan vastauksia. Avaruus on paras paikka kartoittaa tarkasti Maan koko magneettikenttä, koska sieltä voidaan havaita samalla tavalla magneettikenttää joka puolelta planeettaa. Satelliittien avulla saadaan myös tietoa Maan sisustasta, kuorikerroksesta, mantereista ja meristä, minkä lisäksi avaruudesta voidaan myös mitata ionosfääriä sekä magnetostääriä kaukana pinnan yläpuolella.

Swarm on yhden satelliitin sijaan kolmen samanlaisen satelliitin muodostelma. Kukin satelliiteista on 9,1 metriä pitkä, 1,5 metriä leveä ja 0,85 metriä korkea, ja ne on suunniteltu siten, että ne mahtuvat limittäin ja pitkittäin asetettuna sopivasti raketin pyöreään nokkakartioon. Avaruudessa ne irtaantuvat omille teilleen. Yhden satelliitin massa on 472 kg, mistä 106 kiloa on polttoainetta, jonka oletetaan riittävän ainakin neljän vuoden toimintaan avaruudessa.

Satelliiteista kaksi kiertää Maata lähellä toisiaan radalla, joka kulkee lähes maapallon napojen kautta soikealla kiertoradalla, jonka korkeus vaihtelee 460 km:n ja 300 km:n välillä. Kolmas satelliitti ohjataan hieman erilaiselle kiertoradalle noin 530 km:n korkeuteen siten, että rata leikkaa aluksi loivassa kulmassa kahden muun satelliitin rataa. Kun ajan myötä radat menevät enemmän ristiin, ovat lopulta kolmen vuoden kuluttua kiertoradat 90 asteen kulmassa toisiinsa nähden. Näin magneettikenttää voidaan mitata samanaikaisesti eri puolilta maapalloa, mikä parantaa oleellisesti mittausten kattavuutta ja tarkkuutta.

Havaintolaitteina satelliiteissa on kaksi erilaista magnetometriä ja sähkökenttämittari nelimetrisen puomin päässä. Lisäksi mukana on "normaalit" varusteet, kuten kiihtyvyysmittarit, tarkat GPS-vastaanottimet ja laserheijastin.

Eurooppalaisten tutkimuslaitosten ja yhtiöiden lisäksi Kanada on voimakkaasti mukana Swarm-hankkeessa. Suomalainen Patria on rakentanut satelliittien virranjakoyksiköt Tampereella.

Swarm-lennon esittelyvideo:

Onnea 15-vuotias avaruusasema!

Onnea 15-vuotias avaruusasema!

Tänään 15 vuotta sitten venäläinen Proton-kantoraketti rytisi matkaan ja vei kiertoradalle kansainvälisen avaruusaseman ensimmäisen osan, Zaria-nimisen moduulin. Lähes välittömästi sen jälkeen sukkula seurasi perässä ja liitti siihen amerikkalaisen Unity-nimisen liitosmodulin ja pian kaksikko sai seuraa Zvezda-modulista. Ja niin kansainvälisen avaruusaseman ydin oli valmis.

Muutaman huoltolennon jälkeen, lokakuussa 2000, sinne nousi aseman ensimmäinen miehistö, Bill Shephard, Sergei Krikaljev ja Juri Gidzenko. Sen jälkeen asema on ollut tähän saakka pysyvästi miehitetty.

Kun asemaa alettiin suunnitella amerikkalaisten, eurooppalaisten, japanilaisten ja kanadalaisten sekä venäläisten yhteistyönä vuonna 1993, suunniteltiin aseman olevan valmis vajaan kymmenen vuoden rakentamisen jälkeen. Asema suunniteltiin kahdesta erillisestä, toisiensa kanssa yhteensopivasta osasta, jotka perustuisivat NASAn suunnittelemaan avaruusasemakonseptiin ja venäläisten luotettavaksi osoittautuneeseen Mir-avaruusasemaan. Kumpaakin osaa laajennettaisiin varasto-, tutkimus- ja asuntomoduuleilla, kunnes lopulta kasassa olisi jalkapallokentän peittävä rakennelma.

Niin on käynytkin ja asema on nyt valmis. Rakentaminen ei ollut helppoa, sillä aikataulu myöhästyi jatkuvasti – etenkin avaruussukkula Columbian onnettomuuden seurauksena – mutta rakennusprosessi on osoittautunut lähes yhtä opettavaiseksi kuin itse aseman ylläpito ja työskentely siellä. Aiemmin toistensa kanssa kilpailleet maat ovat puhaltaneet yhteiseen hiileen ja onnistuneet tukemaan toisiaan rakennuksen aikana; erimielisyyksistä ja kansallistuntemuksista huolimatta asema on taivaalla ja paitsi toimii, niin myös siellä tehdään jo nyt tutkimusta.

Etenkin Euroopalle kansainvälinen avaruusasema on ollut tärkeä osa ja vaikka raha tekee tiukkaa, se on vastaisuudessakin olennainen osa ESAn toiminnassa. Asemalla on eurooppalainen laboratoriomoduuli Columbus ja suurin osa sen läntisestä osasta on tehty Euroopassa. Asemaa huolletaan eurooppalaisella ATV-rahtialuksella ja aseman tärkein havaintopaikka, alas kohti Maata avautuva seitsenikkunainen kupoli on tehty Euroopassa. Se tietotaito, mitä eurooppalaiset avaruusalalla toimivat yhtiöt ja ESA on saanut aseman rakentamisessa ja ylläpidossa, on tuo nykyisellään rahaa yhtiöille niiden muussa toiminnassa käyttämän tekniikan paranemisen kautta.

Kaikkiaan yli 200 avaruuslentäjää 15 maasta on vieraillut ja työskennellyt avaruusasemalla. Näiden mukana on koko joukko eurooppalaisia. ESAn italialainen astronautti Luca Parmitano palasi puolivuotiselta matkaltaan pari viikkoa sitten ja seuraava euroastronautti, saksalainen Alexander Gerst nousee asemalle pitkälle lennolleen ensi keväällä. Kolme muuta ESAn astronauttia on myös koulutuksessa lennoilleen, ja pohjoismaalaisittain kiinnostavin lento tulee olemaan tanskalaisen Andreas Mogensenin lento vuonna 2015.

Lennoillaan astronautit paitsi ylläpitävät asemaa, niin myös tekevät paljon tutkimusta: biologiaa, ihmisen fysiologiaa, fysiikkaa, kemiaa, materiaalitieteitä, tähtitiedettä, tekniikkaa sekä paljon muuta on heidän tutkimuslistoillaan. Avaruusaseman ansiosta mm. telelääketiede ja vedenpuhdistustekniikat ovat ottaneet harppauksia eteenpäin.

Mikäli aseman kustannuksia ja tuottoja lasketaan yhteen, on tuloksen määrittäminen erittäin vaikeaa, koska suurin osa aseman tuotoista ja tuloksista on sellaisia, ettei niitä voi rahalla ostaa. Asema on tuottanut kokemusta, mikä auttaa kaikessa avaruustoiminnassa tulevaisuudessa. Siellä on tehty tutkimusta, mikä saattaa myöhemmin osoittautua erittäinkin tärkeäksi ja jopa mullistavaksi. Se on virittänyt lasten ja nuorten kiinnostusta luonnontieteisiin ja tekniikkaan; kenties tulevat nobelistit ovat saaneet virikkeen uraansa avaruusasemasta. Kaikkiaan 42 miljoonaa koululaista ja opiskelijaa ympäri maailman on osallistunut avaruusasemalla tehtyihin koulutusohjelmiin.

Aikanaan avaruusaseman käyttöiäksi suunniteltiin vain kymmentä vuotta alkaen siitä, kun se on täysin valmis. Nyt kuitenkaan sitä ei ole tarkoitus tuhota jo vuonna 2020 – siis vain noin kuuden vuoden päästä - vaan asemaa on tarkoitus käyttää ainakin 2020-luvun puoliväliin. Samalla on tarkoitus käyttää asemaa yhä kunnianhimoisempiin tarkoituksiin: esimerkiksi asemalla tullaan tekemään vuoden mittaisia lentoja, jotka auttavat suunnittelemaan miehitettyä lentoa Marsiin.

Voi myös olla, että aikanaan aseman osia ei tuhota, vaan niitä käytetään osina lennoilla kauemmaksi avaruuteen. Esimerkiksi aseman muutamat moduulit voisivat toimia kuin erilliset pienet avaruusasemat ja ne voisivat auttaa vaikkapa lennolla asteroideja tutkimaan.

ESA on koonnut kauniin kuvakoosteen kansainvälisen avaruusaseman 15-vuotisesta historiasta ja juhlistaa merkkipäivää mm. erityisellä sivustolla Google+ -palvelussa.

Tämä teksti on julkaistu myös Ursan blogeissa Avaruustuubissa.

blogi

ESA

ISS

avaruusasema

Lue lisää Onnea 15-vuotias avaruusasema!

Kohta GOCE putoaa

Kohta GOCE putoaa

ESA:n GOCE-satelliitti kesti avaruudessa pitempään kuin toivottiin ja se onnistui tehtävässään paremmin kuin uskottiin. Tämän maapallon painovoimakenttää hyvin tarkasti ja sen havaintojen perusteella tiedetään nyt millainen on oman kotiplaneettamme tarkka muoto – ei, se ei ole aivan täsmälleen pallo, vaan hieman muhkurainen sellainen.

Jotta GOCE olisi pystynyt mittaamaan painovoimaa hyvin tarkasti, oli se epätavallisen matalalla kiertoradalla, vain noin 250 km korkealla. Koska sielläkin on vielä vähän ilmakehän rippeitä, piti satelliitista tehdä hieman aerodynaaminen ja sen ratanopeutta täytyi koko ajan pitää yllä pienellä rakettimoottorilla.

Nyt painovoimamittauslaitteistoa, joka on itse asissa erittäin tarkka kiihtyvyysmittari, käytetään apuna Maahan putoamisen tarkkailussa: saatujen mittausten mukaan GOCEa hidastava ilmakehän kitka on nyt noin 90 mN ja se kasvaa koko ajan. Lennonjohto on yhteydessä satelliittiin, joka toimii normaalisti, ja pystyy hallitsemaan sen lentoa – paitsi että polttoaineen loppumisen vuoksi sen rakettimoottoria ei voi käyttää.

Tuorein ennuste putoamisajasta on edelleen sunnuntain ja maanantain välinen yö.

Mitä selviää pinnalle?

Kun satelliitti laukaistiin, tiedettiin jo varmasti, että sitä ei voida ohjata tehtävän päätyttyä tuhoutumaan Maan ilmakehässä samaan tapaan kuin esimerkiksi ATV-rahtialukset. Niissä on voimakkaat ratamuutoksia varten tarkoitetut moottorit, mutta GOCE oli liian pieni, jotta siinä olisi voinut olla isompi moottori.

Samalla GOCE on sen verran suuri, että siitä selviää ilmakehän kitkakuumennuksen jälkeen pieniä osia Maan pinnalle saakka.

"Vain pieni osa, noin 20% eli noin 200 kg, satelliitin alkuperäisestä massasta putoaa pinnalle", kertoo ESAn avaruusromua tutkivan toimiston johtaja Heiner Klinkrad ESAn Rocket Science -blogissa.

"Tämä massa on jakaantuneena kymmeniin pieniin osiin, jotka leviävät laajalle aluelle maahanpaluuradan alueella."

Yhtä lailla tiedetään, että joka vuorokausi Maan ilmakehään törmää luonnollisesti 100-210 tonnia ainetta avaruudesta, ja isompia kappaleita on kymmeniä tuhansia vuodessa. Vajaan tonnin painoinen GOCE on hyvin mitätön näihin verrattuna.

Useita kertoja vuodessa uutisissakin kerrotaan tulipalloista, hyvin kirkkaista tähdenlennoista, jonka syntyvät meteoroidin törmätessä meihin. Joistakin niistä jää jäljelle myös kiinteitä, pinnalle saakka selviäviä kappaleita, mutta niistäkin suurin osa putoaa huomaamatta valtameriin, aarniometsiin tai autiomaihin.

Satelliitteja, kantorakettien osia ja muita ihmisen tekemiä laitteita putoaa Maahan säännöllisesti, noin 100 tonnia vuodessa, mutta vain noin kerran vuodessa suurempi avaruusalus törmää ilmakehään hallitsemattomasti.

"Riski GOCEn puotoamisesta on ihmisille erittäin pieni", jatkaa Heiner Klinkrad. "Tilastollisesti on 250 000 kertaa todennäköisempää voittaa lotossa kuin olla paikassa, mihin GOCEn osa putoaa. Näinä 56 vuotena, jolloin avaruuslentoja on tehty, ei yksikään ihmisen tekemä ja Maahan pudonnut kappale ole aiheuttanut edes loukkaantumista."

GOCEn kaltaisia, ilman voimakkaita rakettimoottoreita olevia tutkimussatelliitteja laukaistaan kaikista maista koko ajan, koska riski niiden putoamisesta asutuille alueille on häviävä pieni. Satelliittien lähettäjät ovat silti aina vastuussa niiden putoamisen mahdollisesti aiheuttamista vaurioista.

ESAlle tämä on kuitenkin ensimmäinen hallitsematon satelliitin maahanpaluu 25 vuoteen. Sen tavoitteena on luonnollisesti saada tulevaisuudessa kaikki satelliitit sellaisiksi, että ne voidaan tuhota tehtävänsä päätteeksi vaarattomasti. Sitä mukaa kun avaruustoiminta lisääntyy, kasvaa myös riski sille, että putoavan satelliitin osa voisi osua johonkin.

Milloin ja minne?

Koko ajan tarkkenevan arvion mukaan GOCE putoaa alas radaltaan siis sunnuntain 10.11. ja maanantain 11.11. välisenä yönä (Suomen aikaa). Satelliitti putoaa parhaillaan noin kahdeksan kilometriä vuorokaudessa alemmas ja ilmakehän ote siitä tiukkenee jatkuvasti. GOCEn radan keskikorkeus nyt lauantaina oli jo noin 160 km. Lauantain kuluessa sen oletetaan putoavan jo 13 kilometriä ja sunnuntaina vielä enemmän.

"Kun GOCE on alle 100 kilometrin korkeudessa, ilman tiheys on jo sen verran suuri, että se alkaa hidastaa olennaisesti noin 25 000 kilometriä tunnissa kulkevan GOCEn nopeutta", Klinkrad jatkaa. "GOCE putoaa alaspäin ja ilman aerodynaaminen paine ja kitkakuumennus rikkovat GOCEn oletettavasti noin 80 km:n korkeudessa."

Tuloksena on suuri määrä irtonaisia osia, jotka edelleen hajaantuvat pienemmiksi osiksi, joista suurin osa tuhoutuu tähdenlentojen tapaan jo korkealla ilmakehässä. Eräitä pinnalle saakka sinnitteleviä osia ovat todennäköisesti xenon-polttoaineen säiliö ja sille painetta antaneen typen säiliö, gravimetrit, tähtietsimet sekä rakettimoottorit. Ne näkyvät hyvin otsikkokuvassa.

ESA seuraa jatkuvasti GOCEn rataa ja on edelleen yhteydessä satelliittiin. Arvio putoamisajasta täsmentyy koko ajan, mutta siihen liittyy monia tekijöitä, joihin ei voida vaikuttaa: tärkeimpiä ovat yläilmakehän tiheyteen vaikuttava Auringon aktiivisuus sekä GOCEn ohjauslaitteistojen toiminta putoamisen aikana ja siten satelliitin asento.

Kun putoamispaikka tiedetään tarkasti, ESA tulee tiedottamaan siitä kyseisen alueen viranomaisia välittömästi. Tieto välitetään myös kaikille ESAn jäsenmaille. ESAn lisäksi kansainvälinen avaruusromun koordinointikomitea (Inter-Agency Space Debris Coordination Committee) seuraa GOCEn putoamista ja ryhtyy tarvittaessa toimiin.

GOCEa tarkkaillaan sen lähettämien tietojen lisäksi tutkilla ja optisesti. Sen voi havaita myös harrastajateleskoopeilla, kuten belgialainen Ralf Vandebergh on tehnyt: alla olevassa, ESAn Rocket Science -blogissa julkaistussa kuvassa on GOCE 22. syyskuuta 2013 Alankomaista kuvattuna.

blogi

ESA

esablog

GOCE

Heiner Klinkrad

Lue lisää Kohta GOCE putoaa

Päivän kuva 7.11.2013: Avaruusalus tuhoutuu

Toimitus

Eurooppalainen avaruusrahtari ATV-4 ohjattiin syöksymään hallitusti Maan ilmakehään ja tuhoutumaan siinä 2. marraskuuta ja tapahtumaa seurattiin tällä kerralla tarkkaavaisesti Kansainväliseltä avaruusasemalta. Pudotus tapahtui Tyynen valtameren eteläosien päällä alueella, missä on erittäin vähän saaria ja liikennettä, ja missä pinnalle säilyvät muutamat osat uppoavat vaaratta meren syvyyksiin.

Järjestyksessään neljäs ATV, nimeltään Albert Einstein, telakoitui avaruusasemaan kesäkuussa ja vei sinne ruokaa, polttoainetta, ilmaa, happea ja paljon laitteita. Niiden paikalle aluksen paineistettuun tilaan pakattiin 1,6 tonnia jätteitä ja käytöstä poistettuja laitteita, ennen kuin alus irroitettiin avaruusasemasta 28. lokakuuta. Aikaisemmin ATV:t ovat pudottautuneet tuhoutumaan ilmakehässä lähes saman tien, mutta nyt se asetettiin pysäkkiin aseman alapuolelle odottamaan hetkeä, jolloin sen tuhoutumista voitaisiin seurata hyvin asemalta.

Nyt 2. marraskuuta oli sopiva aika: alus komennettiin laskeutumaan alemmaksi ja pian ilmakehä alkoi ottaa siitä otettaan. Klo 14:04 Suomen aikaa ATV-4 oli "tarpeeksi" alhaalla, missä ilmakehä oli jo niin tiheää, että ATV alkoi kuumeta ilmanvastuksen kitkakuumennuksessa. Se hajosi varsin nopeasti palasiksi ja avaruuslentäjät kuvasivat tapahtumia; ATV:n ja aseman välinen etäisyys oli noin 100 km.

Kuvassa alus on jo hajonnut palaksiksi ja palaset jatkavat palamistaan tähdenlentojen tapaan kukin erillään. Täysi kuvasarja siitä, miten yksi kitkakuumennuksessa kirkastuva piste muuttuu hohtavaksi roskapilveksi on ESA:n kuvasivuilla Flickr'ssä.

Kuva: ESA / NASA

Gaia matkaan 20.12.2013

ESA-blogi

ESAn tähtikartoittajasatelliitti Gaian laukaisua päätettiin lykätä viime viikolla myöhemmäksi suunnitellusta 20. marraskuuta, kun muutamia Gaian osia halutaan vaihtaa vielä ennen lennon alkua. Uusi päivämäärä päätettiin eilen: nyt tavoitteena on saada Gaia matkaan 20. joulukuuta.

Syynä lykkäykseen ovat Gaian ns. transponderit, tai tarkemmin ottaen niissä olevat osat, jotka pitävät Gaian Maahan lähetettävän radiosignaalin ajassa. Ne synnyttävät aikasignaalin, mitä Gaian radiolaitteistot tarvitsevat.
Gaian osissa ei ole havaittu mitään vikaa, mutta jo nyt avaruudessa olevassa satelliiteissa, joissa käytetään samoja osia, on ilmennyt häiriöitä. Jotta Gaia tulisi varmasti toimimaan suunnitellulla tavalla, päätettiin osat vaihtaa toisiin varmuuden vuoksi.
Transponderit on nyt irroitettu Gaiasta Kouroussa, ja ne on tuotu Eurooppaan. Osat vaihdetaan ja testataan, minkä jälkeen ne kuljetetaan uudelleen laukaisupaikalle ja asennetaan paikalleen Gaiaan. Näitä yksittäisiä osia lukuun ottamatta Gaia on läpäissyt testit ja sen kantoraketti on jo lähes valmiina laukaisuun.

Testataan, testataan!
Kaikkia avaruuteen laukaistavia satelliitteja testataan hyvin tunnollisesti, koska avaruudessa vikoja on enää vaikea korjata. Yleinen sääntö on se, että kaikissa monimutkaisissa laitteissa on aina jotain vikaa, joten mikäli testeissä ei löydy yhtään mitään, niin se on huolestuttavaa.
Myös Gaian tapauksessa testien aikana on löytynyt pieniä korjattavia asioita, mutta laukaisun lykkäämiseen johtanut syy on harvinainen.
Testien aikana Gaia toimii jo samaan tapaan kuin avaruudessa, paitsi että se saa virtansa johdosta aurinkopaneelien sijaan; satelliitti on siis "hengissä" jo ennen laukaisuaan avaruuteen, ja sitä voi verrata hyvin vauvaan, jolle pääsy avaruuteen on vähän kuin syntymä pienelle lapselle.
Lapsikin siirtyy siloin suojaisesta paikastaan ulkomaailmaan ja sen napanuora katkaistaan.
"Sähköjen kytkeminen päälle Kouroussa oli todella jännittävä tapaus", kertoo Gaian sähkösysteemi-insinööri Sam Verstaen.
"Matkan ajaksi satelliitti oli sammutettu ja osin purettukin, joten oli mahdollista, että jotkin ruuvit olivat löystyneet tai liittimet irronneet. Emme tietenkään halunneet, että virran päälle laittamisen jälkeen Gaia alkaisi savuta!"
Luonnollisestikin kaikki ruuvit ja liittimet käytiin läpi tarkistuslistan avulla ja laitteistoissa on lukuisia varomekanismeja, jotka estävät satelliitin ja sen systeemien vaurioittamisen. Niinpä ei sinällään ollut mikään yllätys, että kaikki sujui hyvin.
"Gaia käynnistyi ja aloimme käydä testejä uudelleen läpi. Siihen kuuluu kaikkien systeemien ja alisysteemien käynnistäminen ja niiden toiminnan tarkistaminen. Nämä testit ovat viimeiset Gaialle tehtävät täydelliset testit ennen kantorakettiin asentamista, joten on hyvin tärkeää, että ne tehdään huolella. Näin Gaia on varmasti täydessä toimintakunnossa, kun se laukaistaan avaruuteen."
Testeissä myös tarkistetaan esimerkiksi kaikkien sensorien toiminta ja se, että ne näyttävät oikein. Muun muassa polttoainetankkien sisällä olevat lämpötila- ja paineanturit ovat tärkeitä jo silloin, kun Gaian polttoainetankkeja täytetään ennen laukaisua. Mikäli ne eivät toimi kunnolla, voi olla, että alukseen tankataan liian vähän tai liikaa polttoainetta.
Gaian X-aaltoalueen transponderit toimivat myös testeissä hyvin, mutta muutamassa samanlaisia osia käyttävissä, jo avaruuteen laukaistuissa satelliiteissa on havaittu vikoja. Syypäinä ovat näissä olleet todennäköisesti pienet aikasignaalia tuottavat osat, jotka päätettiin vaihtaa toisiin ennen laukaisua.
Gaian lisäksi laukaisuaan odottaa Kouroussa kaksi tietoliikennesatelliittia (ASTRA 5B ja Amazonas 4A, jotka laukaistaan Ariane 5:llä), piti lykkäystä suunnitellessa ottaa huomioon myös se, että kahden raketin laukaisun välillä pitää tyypillisesti olla kaksi viikkoa aikaa välissä, kun laukaisukeskuksen systeemit vaihdetaan Ariane 5 -raketista Sojuz-kantoraketin käyttöön.
Gaia tulee siirtymään laukaisun jälkeen myös 1,5 miljoonan kilometrin päähän Maasta ns. Lagrangen pisteeeseen 2, minne satelliitteja kannattaa lähettää vain tiettyinä aikoina.
Marraskuun jälkeen laukaisuikkuna, eli aika, milloin laukaisu on mahdollista, aukeaa 17. joulukuuta ja sulkeutuu 5. tammikuuta 2014. Joulukuun 20. päivä on siten juuri sopiva, ja jos laukaisu lykkääntyy siitäkin esimerkiksi huonon sään vuoksi, voidaan lähtöä yrittää uudelleen parin viikon ajan ennen kuin sitä täytyy siirtää myöhemmäksi.
Lisää Gaiasta on Tiedetuubin pitkästä artikkelista parin viikon takaa: Gaia odottaa laukaisuaan.

Planck sulki mikroaaltokorvansa

Planck sulki mikroaaltokorvansa

Tähtitaivaan mikroaaltotaustasäteilyä havainnut Planck-teleskooppi sammutettiin 23. lokakuuta toimittuaan pari vuotta suunniteltua pitempään. Planckin tieteellinen johtaja Jan Tauber lähetti satelliittiin viimeisen käskyn, jolla Planck käänsi itsestään peruuttamattomasti virran pois päältä. Jo sitä ennen lennonjohto oli komentanut Planckin käyttämään ohjausrakettimoottoreitaan siten, että sen polttoainetankit tyhjenivät, jotta polttoaineen mahdollisesta räjähdyksestä joskus tulevaisuudessa ole vaaraa.

Planck ei kiertänyt Maata, eikä se siten tule putoamaan alas, vaan se etääntyy parhaillaan Maasta Aurinkoa kiertävällä radalla. Se teki havaintojaan ns. Lagrangen pisteessä noin 1,5 miljoonan kilometrin päässä Maasta, joten tästä eteenpäin teleskooppi on ikään kuin kaukana meistä avaruudessa vapaasi oleva avaruusromu; sen sijainti tiedetään, eikä se siten tule olemaan uhka meille tai muille avaruusaluksille ainakaan tuhansiin vuosiin.

Havaintopaikalleen Planck laukaistiin vuonna 2009 yhdessä Herschel-infapunateleskoopin kanssa. Ne nousivat avaruuteen Ariane 5 -kantoraketilla ja lensivät erikseen samoille seuduille Lagrangen pisteeseen numero 2 (tai pikemminkin kiertämään tätä laskennallista paikkaa, missä Maan ja Auringon vetovoimat ikään kuin kumoavat toisensa).

Kumpikin teleskooppi käytti havaintolaitteidensa jäähdyttämiseen nestemäistä heliumia, ja kummankin tapauksessa helium riitti lähes tuplasti arvioitua pitempään. Kumpikin laite oli myös täysin riippuvaista heliumista, sillä ilman sitä havaintojen laatu kärsi niin paljon, ettei kallista teleskooppia kannattanut pitää toiminnassa – vaikka muuten laitteet olivatkin toiminnassa.

Planckissa on kaksi mikroaaltosäteilyä vastaanottavaa laitteistoa, matala-aaltopituinen LFI ja korkeammilla aallonpituuksilla toimiva HFI, joista HFI:n helium loppui ensin tammikuussa 2012. Sen jälkeen LFI jatkoi toimintaansa, ja ennätti tekemään peräti viisi täyttä taivaan kartoitusta ennen kuin sen helium pihisi loppuun nyt syksyllä. Tieteelliset havainnot lopetettiin 3. lokakuuta ja havaintolaitepaketista virta sammutettiin jo 19. lokakuuta.

Lokakuun aikana satelliittia valmisteltiin sammuttamiseen. Olennaisinta oli ohjata se radalle, millä se ei ole vaaraksi kenellekään.

Kyseessä oli samankaltainen toimenpide kuin Herschelillä aiemmin. “Nämä olivat kaksi ESAn ensimmäistä avaruusalusta Lagrangen pisteessä 2, joka on hyvin tärkeä paikka tieteellisesti", kertoo Andreas Rudolph, ESAn avaruusohjauskeskus ESOCissa tähtitedelennoista vastaava lennonjohtaja. Piste sijaitsee Maasta katsottuna poispäin Auringosta, joten se sopii erinomaisesti juuri tähtitieteellisiin havaintoihin.

"Planck 'passivoitiin' ja ohjattiin lentoradalle, mikä pitää sen Aurinkoa kiertävällä radalla poissa Maan ja Kuun läheisyydestä ainakin tuhansien vuosien ajan."

Ensin teleskooppi ohjattiin 9. lokakuuta pois Lagrangen pisteen luota Aurinkoa kiertävälle radalle kaksipäiväisellä, monimutkaisella manöveerillä. Radallaan Planck alkoi etääntyä hitaasti Maasta.

Sen jälkeen systeemejä sammutettiin vähitellen ja Planckin radiolähettimet kytkettiin pois päältä ja varmistettiin, ettei Planck enää koita ottaa yhteyttä. Tämä on hyvin tärkeää siksi, että luotain saattaisi joskus saada virtaa aurinkopaneeleihinsa ja alkaa lähettää, mikä voisi häiritä myöhempiä avaruusaluksia.

Lopulta 23. lokakuuta Jan Tauber painoi vertauskuvallisesti nappia, joka käynnisti ennalta laaditun ohjelman, mikä kytki kaikki Planckin laitteet pois päältä.

Kyseessä oli herkkä hetki, sillä Tauber ja koko tutkijajoukko oli tehnyt työtä Planckin parissa 1990-luvun lopusta alkaen ja toimintakuntoisen, mutta heliuminsa käyttäneen teleskoopin hylkääminen on aina vaikeaa.

Planck jättää jälkeensä hienon perinnön: maailman tarkimman ja parhaan kartan taivaan mikroaaltotaustasäteilystä, mikä on ikään kuin kaiku maailmankaikkeuden alkupamauksesta. Suomalaisille Planck oli erityisen tärkeä, sillä paitsi että suomalaistutkijat olivat - ja ovat edelleen - tärkeässä roolissa havaintotulosten käsittelyssä, niin Suomessa tehtiin Planckiin osa sen huipputarkoista vastaanottimista.

Tiedetuubi kirjoitti Planckista ja sen työstä viime maaliskuussa: Lähes täydellinen maailmankaikkeus?

blogi

ESA

planck

esablog

Lue lisää Planck sulki mikroaaltokorvansa

Gaia odottaa laukaisuaan

ESA-blogi

Tähtikartoittaja Gaia, Euroopan avaruusjärjestön seuraava tiedesatelliitti, on parhaillaan Kouroun avaruuskeskuksessa valmisteltavana laukaisuun.

Laukaisun piti tapahtua 20. marraskuuta, mutta nyt lokakuun 22. päivänä pidetyssä kokouksessa päätettiin, että laukaisua siirretään alustavan arvion mukaan noin kuukaudella eteenpäin. Satelliitin muutamia osia tullaan vaihtamaan Kouroussa tehtyjen testien perusteella, sillä tutkijat sekä insinöörit haluavat olla varmoja siitä, että Gaia tulee toimimaan moitteetta avaruudessa.

Gaian tiedejohtaja, ESAssa työskentelevä Timo Prusti, ilmoitti asiasta tänään ja lupasi selvittää lykkäykseen johtuneita syitä lähipäivinä, kun laukaisun siirtämisestä aiheutuvat kiire hellittää.

Tällä sivulla seurataan laajemminkin Gaian valmistelua, laukaisua, käyttöönottoa avaruudessa ja ensimmäisiä tuloksia tästä alkaen, Kirjoittajina ovat Prustin lisäksi Gaian tutkijaryhmässä asteroidihavaintoja käsittelevän suomalaisryhmän vetäjä Karri Muinonen sekä ryhmän jäsenet ja Tiedetuubin Jari Mäkinen.

Otsikkokuvassa on jo Gaia testissä Kouroun puhdastilassa, missä Gaian suuri aurinkosuoja avattiin ja suljettiin viimeisen kerran ennen matkaan lähtöä. Tämän testin lisäksi Gaialle tehdään suuri joukko muita testejä, ja joissain näistä on löytynyt jotain. Löytö ei välttämättä ole varsinainen vika, vaan voi olla myös pelkkä epäilys siitä, että kaikki ei ole aivan kuten on suunniteltu.

Huima taivaan kartoittaja

Ensi alkuun kuitenkin tarkempi kuvaus siitä, mikä Gaia on: se on tarkasti tähtien paikkoja taivaalla mittaava avaruuskaukoputki, jonka tekemien havaintojen perusteella tähtitieteilijät tulevat tekemään tarkimman koskaan koostetun kartan taivaasta. Nykytekniikan avulla kartasta tulee kolmiulotteinen malli omasta galaksistamme sekä sen noin tuhannesta miljoonasta tähdestä.

"Monet sanovat, että tähtien kartoittaminen ei ole mitenkään seksikäs aihe, mutta he sanovat niin ennen kuin ovat kuulleetkaan Gaiasta ja siitä, mitä se pystyy tekemään", sanoo Timo Prusti.

"Gaia näkee tähtiä, jotka ovat noin 400 000 kertaa heikompia kuin voimme nähdä paljain silmin. Se pystyy määrittämään niiden sijainnin 24 mikrokaarisekunnin tarkkuudella, eli yhtä tarkasti kuin voisimme nähdä hiuksen noin 1000 kilometrin päästä."

Havaintojen avulla voidaan laskea lähimpien tähtien etäisyydet huimalla 0,001% tarkkuudella. Linnunradan keskustassa noin 30 000 valovuoden päässä olevien tähtien etäisyydet voidaan määrittää noin 20% tarkkuudella, mikä on huima parannus nykyiseen.

"Samalla kun Gaia tarkkailee taivaan tähtiä sekä niiden sijaintia, sijainnin muutosta ja kirkkautta paljon tarkemmin kuin mikään havaintolaite aikaisemmin, se tulee todennäköisesti löytämään satoja tuhansia uusia kohteita, kuten esimerkiksi muita tähtiä kiertäviä planeettoja, niin sanottuja ruskeita kääpiöitä (suutariksi jääneitä tähtiä, joiden massa ei riittänyt sytyttämään niissä energiaa tuottavaa fuusioreaktiota) sekä aurinkokunnassamme olevia pienkappaleita, asteroideja ja komeettoja."

Gaia pystyy myös löytämään tähtiä, jotka ovat itse asiassa olleet aikaisemmin pienemmissä galakseissa, jotka Linnunrata on hotkaissut sisäänsä. Tähtien liikeratojen tarkalla selvittämisellä voidaan myös paikansaa pimeää ainetta, jota ei pysty havaitsemaan suoraan, mutta jota näyttää olevan kaikkialla.

"Vaikka päähuomio onkin omassa Linnunradassamme sekä sen tähdissä, Gaia näkee myös satoja tuhansia muita galakseja", Prusti jatkaa. "Mittaamalla kvasaareita Gaian avulla saadaan myös testattua Einsteinin yleistä suhteellisuusteoriaa paremmin kuin koksaan aiemmin."

Suomalaiset vastaavat Gaian keräämistä asteroidi- ja pienkappaletiedoista. Kun Gaia kartoittaa taivasta automaattisesti, se havaitsee samalla paljon Aurinkokunnassamme olevia kohteita, joiden joukossa tulee olemaan varmasti paljon aiemmin tuntemattomia kohteita. Koska Gaia katselee avaruuteen varsin kaukana avaruudessa, se näkee myös Maan radan sisäpuolelle paikkoihin, mihin maapallolla tai sen ympärillä olevat havaintolaitteet eivät näe.

Näitä kohteita etsitään ja paikannetaan suomalaistekoisella ohjelmistolla. Se on tehty Helsingin yliopiston observatoriossa, missä myös omituiset havainnot käsitellään. Voi siis olla, että tietojen joukosta löytyy myös uusia, mahdollisesti vaarallisiakin pienkappaleita, jotka voisivat törmätä Maahan!

ESA on mitannut tähtiä jo aikaisemminkin: Hipparcos -niminen satelliitti kiersi Maata vuosina 1989-1993 ja mittasi noin sadan tuhannen tähden sijainnit. Nyt sen havainnoista tehty kartasto on paras tähtitieteilijöiden käyttämä tähtikartta. Gaia tulee nyt kaksi vuosikymmentä myöhemmin mittaamaan 200 kertaa tarkemmin ja tuottamaan ainakin 10 000 kertaa enemmän tietoa.

Kuukauden matka havaintopaikalle

Gaia laukaistaan matkaan Sojuz-kantoraketilla Ranskan Guyanassa sijaitsevasta Euroopan avaruuslaukaisukeskuksesta marraskuun 20. päivä. Avaruuteen päästyään Gaia ohjataan noin 1,5 miljoonan kilometrin päähän Maasta niin sanottuun Lagrangen pisteeseen numero 2, erääseen Maan luona olevaan alueeseen, missä Maan ja Auringon vetovoimat ovat jotakuinkin saman suuruiset, ja siten siellä oleva alus pysyy jotakuinkin paikallaan.

Tarkalleen ottaen Gaia tulee kiertämään hitaasti tätä gravitaatiotasapainopistettä soikeahkolla radalla, mistä katsottuna sillä on koko ajan erinomainen näkymä ulos aurinkokunnasta ympäröivään avaruuteen ja Aurinko paistaa samalla sen aurinkopaneeleihin. Paneelit on sijoitettu kymmenen metriä halkaisijaltaan olevan suuren aurinkosuojan takapuolelle.

Laukaisun jälkeen kestää noin kuukauden, ennen kuin Gaia on saatu ohjattua havaintopaikalleen 1,5 miljoonan kilometrin päähän. Sen systeemien ja havaintolaitteiden virittäminen aloitetaan kuitenkin jo matkan aikana, joten näin teleskooppi pääsee työhön heti vuoden 2014 alusta - jos kaikki sujuu hyvin.

Alun perin nimi "GAIA" tuli sen suunniteltua toimintaperiaatetta kuvaavista sanoista Global Astrometric Interferometer for Astrophysics, mutta jo satelliitin kehittämisen alkuvaiheessa päätettiin siitä tehdä hieman erilainen: nyt Gaiassa on kaksi tarkkaa optista kaukoputkea, jotka on suunnattu hieman eri suuntiin.

Kun satelliitti pyörii avaruudessa hitaasti akselinsa ympäri, kuvaavat kaukoputket koko ajan näkymää edessään ja näin vähitellen ne pystyvät kartoittamaan koko taivaanpallon. Sama toistetaan viisivuotiseksi suunnitellun lennon aikana useaan kertaan, jolloin muutokset tähtien sijainneissa kertovat niiden liikkumisesta.

Pelkän taivaalla olevan valopisteen sijainnin kirjaamisen lisäksi Gaia analysoi valoa spektrometreillään: valo pystyy kertomaan muun muassa tähden etääntymisestä tai lähestymisestä. Gaiassa on kaikkiaan kolme erilaista tieteellistä tutkimuslaitetta kummassakin kaukoputkessa.

Gaian ohjaaminen tulee tapahtumaan Euroopan avaruusoperaatiokeskuksesta ESOCista Saksasta, mistä siihen ollaan yhteydessä Cebreroksessa, Espanjassa, ja Australian New Norciassa olevilla suurilla antenneilla. Tiedetoimintoja hallitaan Espanjassa, Madridin luona Villafrancassa olevassa Euroopan Avaruustähtietedekeskuksesta, ESACista.

Havaintoja on käsittelemässä ja analysoimassa suuri joukko tutkijoita (myös Suomesta) ja tämä julkaisee aikanaan yhdessä Gaian tähtikartan kaikkien tähtitieteilijöiden käytettäväksi.

Päivän kuva 18.10.2013: Tulostettua tekstiä

Markus Hotakainen

Alkuviikosta Euroopan avaruusjärjestö ESA julkisti AMAZE-projektin, jonka tavoitteena on kehittää metallien 3D-tulostuksesta monipuolinen teollisuudenala. Lontoon Tiedemuseossa pidetyn tiedotustilaisuuden otsikko oli perinteiseen tapaan tulostettu, mutta vähemmän perinteiseen tapaan tuloste oli kolmiulotteinen metalliverkko. Uudella tekniikalla on mahdollista valmistaa melkein minkämuotoisia ja -kokoisia kappaleita tahansa – aikaa, energiaa ja materiaaleja säästäen. 3D-tulostuksesta kerrotaan enemmän täällä ja etenkin sen avaruussovelluksista täällä.

Printterillä avaruuteen

Markus Hotakainen

Ei nyt aivan, mutta melkein. Euroopan avaruusjärjestö ESA järjesti 15. lokakuuta Lontoon Tiedemuseossa tiedotustilaisuuden, jossa julkistettiin AMAZE-projekti (Additive Manufacturing Aiming Towards Zero Waste & Efficient Production of High-Tech Metal Products). Sen vaatimattomana tavoitteena on viedä 3D-tulostus ”metalliaikaan”.

Tilaisuuden avanneen ESAn avaruustekniikkakeskuksen ESTECin johtajan Franco Ongaron mukaan uuden menetelmän keskeisiä etuja ovat komponenttien lujuus ja keveys, materiaalihävikin merkittävä väheneminen ja ylipäätään avaruusteollisuuden ”vihertyminen”: materiaalien lisäksi 3D-tulostus säästää energiaa.

Paikalla oli edustajia useista alan yrityksistä ja tutkimuskeskuksista. Vaikka kyseessä on ESAn ”lippulaivahanke”, tarkoitus ei ole kehittää teknologiaa pelkästään avaruustutkimuksen tarpeisiin. Esimerkiksi Chris Waldon Ison-Britannian atomienergiajärjestöstä esitteli ITER-fuusiokoereaktoria, jota rakennetaan parhaillaan Ranskan Cadaracheen. Kuumuuden ja kestävyyden kannalta kriittisiä reaktorikammion osia valmistetaan 3D-tulostusmenetelmällä.

Avaruus- ja lentokoneteollisuus ovat kuitenkin merkittävässä osassa kehitettäessä uutta tekniikkaa. Kumpainenkin käyttää komponentteja, joiden laatuvaatimukset ovat äärimmäisen tiukkoja. Samalla niiden on oltava mahdollisimman keveitä, sillä etenkin avaruusrakenteissa mutta toki myös lentokoneissa kaikki ylimääräinen paino on saatava karsittua.

Perinteisillä valu- ja työstömenetelmillä on usein pakko turvautua suoriin kulmiin ja krouveihin rakenteisiin, jotta vaatimukset lujuuden suhteen saavutetaan. 3D-tulostuksella komponenteista pystytään tekemään sulavalinjaisempia, tietyllä tavalla ”orgaanisia”: valmistusmetodi ei enää sanele muotoa, vaan komponentin käyttötarkoitus ja sille asetetut vaatimukset.

Additive Manufacturing eli ”kerrosvalmistus” toimii nimensä mukaisesti. CAD-ohjelmalla suunniteltu komponentti tulostetaan tietokoneen ohjaamalla laitteistolla, joka kasaa sen kerros kerrokselta. Näin pystytään valmistamaan esimerkiksi monimutkaisia, mutta keveitä verkkorakenteita, jollaisesta on esimerkki huomisessa päivän kuvassa.

Tulostuksen jäljiltä komponentti on muodoiltaan ja mitoiltaan jo hyvin lähellä lopullista, joten työstövaihe on yksinkertaisempi ja nopeampi, ja siinä syntyvä materiaalihukka on vain murto-osa perinteisen menetelmän hävikistä. Isokokoisiakin komponentteja pystytään valmistamaan yhden vuorokauden kuluessa ja tulostettavien komponenttien kokoskaala on suuri, millimetreistä metreihin – ainakin piakkoin.

3D-tulostusta kehitetään jo kovaa vauhtia eri puolilla maailmaa, mutta ESAn tavoitteena on lisätä hankkeensa avulla yhteistyötä ja kehittää laajamittaista tuotantoa. Avaruustutkimusta on aina moitittu kalleudesta ja jopa vähäisistä hyödyistä suhteessa siihen uhrattuihin rahasummiin – vaikka monet nykypäivän arkisilta tuntuvista asioista olisivat mahdottomia ilman avaruustekniikkaa.

AMAZE-hankkeen myötä tyyriiksi arvosteltu avaruusala on tavallaan maksamassa ”velkaansa” takaisin: avaruustekniikassa sovellettavaa 3D-tulostustekniikkaa kehittämällä pystytään parantamaan myös tavallisessa teollisuudessa käytettäviä menetelmiä. Jotkut puhuvat jopa ”kolmannesta teollisesta vallankumouksesta”.

Hilde Løken Larsen, Norsk Titanium AS -yrityksen tutkimus- ja kehitystoiminnan johtaja, näkee AMAZE-hankkeeseen osallistumisen luontevana osana Norjan avaruustoimintaa, vaikka projektilla on muitakin tavoitteita kuin tulostaa avaruusalusten osia. Larsenin mukaan avaruustekniikka on kuitenkin viemässä teollisuudenalaa voimakkaasti eteenpäin.

Larsenin edustama Norsk Titanium keskittyy nimensä mukaisesti titaanikomponenttien valmistukseen. Titaani on kevyttä ja lujaa, joten sitä on perinteisesti käytetty lentokoneiden ja avaruusalusten rakenteissa. Sen sulamispiste on liki 1700 celsiusastetta, mutta Larsenin esittelemässä tulostusmenetelmässä titaanin, alumiinin ja vanadiinin seoksesta valmistetun metallilangan sulattamiseen käytetään ionisoidun argonin muodostamaa plasmakaarta, jonka lämpötila on yli 5000 celsiusastetta.

”Tällä hetkellä kehitystyö kohdistuu erityisesti komponenttien rakenteelliseen laatuun. Kun osat tulostetaan kerros kerrokselta, niiden väliin ei saa jäädä vähäisimpiäkään saumoja tai huokoisuutta. Se on aikamoinen haaste, mutta olemme päässeet jo hyvin tuloksiin”, Larsen toteaa.

Omasta innostuksestaan huolimatta EADS Innovation Worksissa tutkimusryhmää johtava Jonathan Meyer toppuuttelee vielä innokkaampia: ”Joidenkin mielestä 3D-tulostus on ratkaisu kaikkeen. Ei se kuitenkaan ole. Sillä pystytään valmistamaan monia sellaisia komponentteja, joiden valmistus perinteisin valu- ja työstömenetelmin on hyvin hankalaa ja kallista tai tyystin mahdotonta, mutta silläkin on rajoituksensa. Hassua kyllä, yksinkertaiset asiat ovat hankalimpia. Yksi hyvä esimerkki ovat umpimetalliset, massiiviset kappaleet. Sellaisia ei kannata valmistaa 3D-tulostuksella, koska niihin muodostuu voimakkaita jännityksiä.”

Tieteiskirjallisuuden kuvitelmat ovat silti muuttumassa vähitellen todellisuudeksi, kun metallijauheesta tai -langasta voidaan tulostaa melkein minkämuotoisia kappaleita tahansa. Ja kohta myös missä tahansa: Kansainväliselle avaruusasemalle ollaan viemässä ensi vuonna 3D-tulostinta. Tosin Meyer on siinäkin suhteessa sanoissaan varovainen: ”Pikapuoliin science fiction voi olla todellisuutta, mutta ei ihan vielä.”

Aiheeseen liittyy Lontoon Tiedemuseossa vastikään avattu näyttely 3D: printing the future, joka on avoinna ensi kesään saakka. Lisätietoja löytyy Tiedemuseon sivuilta.

3D-tulostuksen avaruussovelluksista on kerrottu tarkemmin Tiedetuubin ESA-blogissa.

3D-tulostus mullistaa avaruuttakin

3D-tulostus mullistaa avaruuttakin

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.

Tätä monessa mielessä vallankumouksellista tekniikkaa esitellään Lontoon Tiedemuseossa nyt lokakuun 15. päivänä ja Tiedetuubissa kerrotaan luonnollisesti heti päivän annista.

Myös muut tiedotusvälineet ovat tervetulleita tilaisuuteen: kutsu sinne on ESAn nettisivuilla.

blogi

esablog

ESA

3D-tulostus

AMAZE

kuuasema

Lue lisää 3D-tulostus mullistaa avaruuttakin