Tätä schlieren-kameratekniikkaa on käytetty jo 1900-luvun alusta alkaen laboratorioissa ja muun muassa lentokoneita testanneissa tuulitunneleissa, mutta ilmassa oikealla, täysikokoisella lentokoneella sitä onnistuttiin käyttämään ensimmäisen kerran vasta joulukuun 13. päivä vuonna 1993.

Silloin NASAn Langleyn tutkimuskeskuksen tutkija Leonard Weinstein kuvasi yllä olevan kuvan T-38 -hävittäjästä Wallops-saaren luona Yhdysvaltain itärannikolla olevan lentotukikohdan luona. Ensimmäisten testien jälkeen kamera vietiin NASAn Drydenin koelentokeskukseen, missä testataan erilaisia lentokoneita ja siten kuvista on suurta hyötyä koneiden kehittämisessä ja aerodynamiikan tutkimuksessa.

Yliäänipamauksessa, eli äänivallin rikkoontumisessa, lentokone (tai mikä tahansa lentävä esine, kuten luoti tai raketti) lentää nopeammin kuin ääni. Kun kappaleen nopeus on äänen nopeutta suurempi, sen ympärille muodostuu kuvan osoittamalla tavalla kartiomaisia ääniaaltojen tihentymiä, sokkiaaltoja, jotka ovat vastaavanlaisia kuin vedessä etenevän veneen rungosta lähtevät aallot. Kun kone ylittää äänen nopeuden, siirtyvät sokkiaallot kartioksi sen taakse, mutta kone ei pääse niistä eroon: se raahaa aaltorintamaa koko ajan mukanaan, ja kun kone lentää ylitse ja aallot osuvat Maahan, kuuluu pamaus: yliäänipamaus ei siis synny koneen nopeuden ylittäessä äänen nopeuden, vaan siitä kun kone hujahtaa aaltorintamineen havaitsijan ohitse. 

Yliäänennopeudella lentävän koneen luona siis on koko ajan samalla vauhdilla liikkuva yliäänipamaus.

Aikanaan äänivallin ylittäminen oli suuri tekninen ongelma, koska lentokoneen aerodynaamiset ominaisuudet muuttuvat olennaisesti äänen nopeuden tienoilla, eli nopeuden noustessa subsoonisesta ylisooniseksi.

Ensimmäisenä äänivallin ylitti Chuck Yeager 14. lokakuuta 1947, kun hän lensi 1127 km/h X-1-koekoneella. Kun raketteja ei oteta huomioon, on ilmakehässä lentäneen siivellisen lentolaitteen nopeusennätys nyt Mach 9,6, siis noin 11200 km/h. Ennätyksen teki koekone X-43A marraskuussa 2004.

Normaalisti äänen nopeus on meren pinnan tasolla 21°C:n lämpötilassa 1238 km/h, mutta ohuemmassa ja kylmemmässä ilmassa se on pienempi. Siis mitä korkeammalle mennään, sitä "helpompaa" äänen nopeuden ylittäminen on, koska ääni kulkee hitaammin.

Alla on videokooste yliäänipamauksista YouTubesta:

Päivän kuvana on tänään Mantsinen, Ranskasta normandialaisen Granvillen kaupungin kalastussatamasta löytynyt suomalaistuttavuus.

Kyseessä on yksi monista tuntemattomaksi julkisuudessa jääneistä, luotettavista ja työnsä hyvin hoitavista suomalaisista vientituotteista. Mantsinen 60 on kaivinkoneen rungosta muokattu materiaalinkäsittelykone, jonka tehtävänä satamassa on yksinkertaisesti nostaa rahtia laivasta rannalle ja päinvastoin. 

Mantsinen 60 ei ole enää tuotannossa. Tämän 20-vuotiaan laitteen nostopuomit ovat 9 ja 8,5 metriä pitkiä, ja laite pystyy kurottamaan 17 metrin päähän.

Jos kaipaat tällaista, ota yhteys Pohjois-Karjalaan Ylämyllyn kuntaan, mistä Mantsinen Group Ltd Oy, 52-vuotias yritys jaksaa edelleen viedä suomalaista perusteknologiaa maailmalle.

Alla on Mantsinen 120 M HybriLift, markkinoiden suurin pyöräalustainen materiaalikäsittelykone. Video on Mantsisen esittelyvideo.

Lockheed Martin -yhtiössä uudenlaista kompaktia ja pienikokoista fuusioreaktoria kehittävän ryhmän vetäjä Thomas McGuire kertoi hankkeesta eilen illalla Suomen aikaa Princetonin yliopiston plasmafysiikan laboratorion kollokviumissa, mutta varsinaisia mullistavia tietoja ei tästä salamyhkäisestä hankkeesta tullut esiin. Kaikkein kiinnostavimmat tiedot jäivät siten vielä salaan.

Hän esitteli fuusioreaktorin konseptia (mistä kerroimme viime lokakuussa julkaistussa jutussa) sekä sen toimintaperiaatteesta. Nyt käytössä oleva koereaktori T4 (otsikkokuvassa) on kyennyt pitämään plasmaa sisällään yllä McGuiren mukaan muutaman sekunnin ajan, mikä on toki lupaavaa, mutta vielä kaukana siitä, että laite voisi toimia kunnolla. Heillä ei ole tässä versiossa vielä tarpeeksi lämmitystehoa käytettävissään, joten lämpötilassa on päästy vasta 10 – 20 eV:n tasolle.

"Kokeet ovat vielä vaatimattomalla tasolla, joten heillä on yllä paljon töitä tehtävänä", toteaa hanketta seurannut Helsingin yliopiston Fysiikan tutkimuslaitoksen fyysikko Tomas Lindén.

"Reaktori on tavallaan sekoitus monta eri konseptia, mutta vaikuttaa kyllä mielenkiintoiselta. Tarvitaan paljon enemmän kokeita ja kehitystyötä ennen kuin voidaan sanoa toimiiko tämä kompaktin fuusioreaktorin konsepti vai ei. Osaa patenttijulkaisussa olevista asioista ei käsitelty lainkaan, ja McGuire esitti vain sen materiaalin mihin hän oli saanut luvan."

Näin ollen mitään varsinaista uutta ei esitelmässä tullut esille, mutta olennaisinta onkin se, että hanke menee eteenpäin ja Lockheed Martinin luottaa edelleen hankkeeseen – joka toteutuessaan olisi eräs merkittävimmistä tapauksista energiatekniikan alalla. 

Tavoitteena on tehdä pienikokoinen, käteväkäyttöinen ja luotettava pieni fuusioreaktori, joka olisi  kooltaan vain kolmisen metriä ja se tuottaisi 100 megawattia energiaa.

Kehitystyötä tehdään yhtiön kuuluisalla Skunk Works -ideapajalla, joka tunnetaan ennen kaikkea omalaatuisista sotilaslentokoneistaan. Fuusiovoimalalla onkin suora yhteys niin lentokoneisiin kuin sotilaisiin: sen ensisijainen käyttö olisi lentokoneisiin ja muihin liikkuviin sotalaitteisiin asennettavat laseraseet, jotka vaativat runsaasti sähköä. Toteutuessaan tosin tekniikalla olisi paljon enemmän käyttöä siviilipuolella, sillä yksi tällainen fuusiovoimala voisi teoreettisesti tuottaa 80 000 ihmisen taajaman vaativan sähkön ja sen käyttäminen onnistuisi (ainakin periaatteessa) tavalliselta huoltoyhtiöltä.

Ideasta kerrotaan enemmän alla olevissa jutuissa ja palaamme myös (toivottavasti pian) asiaan uudelleen.

McGuiren esitelmä on alla tallenteena Princetonin plasmafysiikkalaboratorion arkistosivustolta.

Päivitys:
Esitelmässä ei ollut mullistavia uutisia, mutta kiinnostavia tietoja. Niistä kerrotaan uudessa jutussa Vallankumouksellinen kompakti fuusioreaktori – työtä riittää vielä.

Alkuperäinen juttu:

Kerroimme viime lokakuussa amerikkalaisen Lockheed Martinin -yhtiön esittelemästä vallankumouksellisesta voimalaitosideasta: pienestä fuusioreaktorista, joka olisi  kooltaan vain kolmisen metriä ja se tuottaisi 100 megawattia energiaa. Jos joka niemeen, notkoon ja saarelmaan saisi tällaisen pienen voimalaitoksen, menisi Suomen ydinvoimalahankkeiden lisäksi koko maailmanpolitiikka uusiksi, kun kaasusta tai öljystä ei olisi kiistakapulaksi – ja energiaa riittäisi kaikille niin paljon kuin vain suinkin. 

Lockheed-Martin on sotilastekniikkaa tekevä yhtiö, ja sen pääkiinnostus on ollut todennäköisesti laivoihin, lentokoneisiin ja rekkoihin asennettava voimalaitos, jolla voisi tehdä virtaa esimerkiksi voimakkaille laseraseille. Kompakti fuusioreaktori, eli Compact Fusion Reactor (CFR), mahtuisi noin 10 m pitkään ja muutamia metrejä leveään tilaan. 

Varmaankin tämän sotilaskytkennän yhtiö ei ole kertonut keksinnöstään tai suunnitelmistaan julkisuuteen yksityiskohtia ja hanketta kohtaan on esitetty – aivan aiheesta – paljon kritiikkiä. Pienikokoisten fuusiolaitosten tekniikkaa on tutkittu turhaan ja vaikka paperilla vastaavat ovat toimineetkin, on käytännön kanssa ollut hankalampaa.

Luonnollisesti myös kaupalliset intressit puoltavat hiljaista kehitystyötä: toimiessaan pieni fuusiovoimala olisi mullistava laite, ja sitä tekevä yhtiö tulee keräämään miljardien – todennäköisesti jopa biljoonien – voitot.

Tässä mielessä tänään illalla klo 23:15 Suomen aikaa pidettävä esitelmä on erittäin kiinnostava: Lockheed-Martinilla hanketta vetävä Thomas McGuire kertoo kompaktin fuusiovoimalan periaatteesta ja kehitystyöstä Princetonin yliopiston plasmafysiikan laboratorion kollokviumissa ja se näytetään myös suorana netissä. Striimi näkyy myös tässä alla; joka tapauksessa tiedossa on äärimmäisen kiinnostava esitys!

Harvoin tulemme ajatelleeksi, että Venäjä ja Yhdysvallat ovat rajanaapureita ja että niiden mantereiden välillä on vain noin 85 kilometriä.

Beringinsalmen kohdalla aikanaan Alaska ja Siperia olivat yhtä maata, ja noin 20 000 vuotta sitten jäätyneen salmen yli pääsi todennäköisesti kulkemaan vapaasti mantereelta toiselle.

Nyt tanskalaisen tutkimusmatkailija Vitus Beringin mukaan nimetty salmi erottaa Amerikan ja Aasian, mutta yhdistää Pohjoisen jäämeren ja Tyynen valtameren. Salmen keskellä sijaitsevat Diomedesaaret, joiden välistä kulkee paitsi Venäjän ja Yhdysvaltain raja, niin myös kansainvälinen päivämääräraja. 

Siinä missä Kylmän sodan aikaan tämä pohjoinen maankolkka oli erittäin hyytävä, on viimeisten vuosikymmenten aikana haaveiltu mantereiden yhdistämisestä sillalla tai tunnelilla. Olisihan se kätevää, jos Suomestakin voisi ajaa autolla Amerikkaan; automatka Skotlannista Amerikan eteläkärkeen Kanaalitunnelin, Siperian ja Amerikan koko mantereen läpi olisi varmasti eeppisin kuviteltavissa oleva road trip!

Käytännössä eniten hyötyä yhteydestä olisi luonnollisesti rahtiliikenteessä. Sillä voisi olla myös odottamattoman suuria poliittisia ja sosiologisia vaikutuksia, kun kaksi maailman suurvaltaa olisivatkin kiinteästi yhteydessä toisiinsa. 

Vaikka Golf on edelleen erittäin suosittua Japanissa, on se viime aikoina menettänyt suosiotaan. Vuodesta 2008 alkaen mittari näyttää noin 3% miinusta japanilaisten golfiin uhraamassa rahamäärässä, ja tämä näkyy myös siinä, että yhä enemmän kasvubuumin aikaan rakennettuja golfkenttiä on vajaakäytössä tai jopa tyhjillään.

Maata ei kuitenkaan kannata pitää tuottamattomana, joten kentille on keksitty uutta käyttöä: niistä voidaan tehdä aurinkovoimaloita!

Ensimmäinen tällainen muodonmuutos on meneillään Kioton luota, missä Kyocera-yhtiö on rakentamassa 23-megawatin aurinkovoimalaa, minkä odotetaan tuottavan 26 312 megawattituntia vuodessa syksystä 2017 alkaen. Toinen työmaa on Kagoshiman luona, minne ollaan rakentamassa 92 MW:n aurinkovoimalaa golfkentälle, joka on ollut jo 30 vuoden ajan tyhjillään.

Kyoceran mukaan etenkin Yhdysvalloissa hanketta seurataan kiinnostuneena, koska siellä on satoja hylättyjä golfkenttiä ja niille pohditaan uutta käyttöä.

Kuva: Kyocera (kuvituskuva golfkentästä töiden päätyttyä syyskuussa 2017)

Vaikka Golf on edelleen erittäin suosittua Japanissa, on se viime aikoina menettänyt suosiotaan. Vuodesta 2008 alkaen mittari näyttää noin 3% miinusta japanilaisten golfiin uhraamassa rahamäärässä, ja tämä näkyy myös siinä, että yhä enemmän kasvubuumin aikaan rakennettuja golfkenttiä on vajaakäytössä tai jopa tyhjillään.

Maata ei kuitenkaan kannata pitää tuottamattomana, joten kentille on keksitty uutta käyttöä: niistä voidaan tehdä aurinkovoimaloita!

Ensimmäinen tällainen muodonmuutos on meneillään Kioton luota, missä Kyocera-yhtiö on rakentamassa 23-megawatin aurinkovoimalaa, minkä odotetaan tuottavan 26 312 megawattituntia vuodessa syksystä 2017 alkaen. Toinen työmaa on Kagoshiman luona, minne ollaan rakentamassa 92 MW:n aurinkovoimalaa golfkentälle, joka on ollut jo 30 vuoden ajan tyhjillään.

Kyoceran mukaan etenkin Yhdysvalloissa hanketta seurataan kiinnostuneena, koska siellä on satoja hylättyjä golfkenttiä ja niille pohditaan uutta käyttöä.

Sateiseen päivään sopii vetinen kuva. Soulin kansallisen yliopiston ja Harvardin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet pikkuruisen robotin, joka hyppää ilmaan. Siinä ei vielä ole mitään ihmeellistä, mutta suomalaisilta mökkirannoiltakin tutun vesimittarin tavoin keinoötökkä pystyy loikkaamaan yhtä helposti niin veden pinnalta kuin kovalta maankamaraltakin.

Tutkijat selvittivät, miten vesimittari pystyy yhdistämään sopivan voiman, ponnistuksen keston ja syvyyden, jolla veden pintajännitystä hyödyntämällä pääsee ilmaan. Kirjaimellisena lisätwistinä oli se, että vesimittari kiertää hypätessään jalkojaan. Toimivan robotin rakentaminen ei ollut helppoa ja tutkijaryhmä joutui testaamaan useita prototyyppejä ennen kuin löysivät oikean ratkaisun.

Yhdeksi keskeiseksi tekijäksi osoittautui se, että robotin jalkojen on oltava ponnistusvaiheessa mahdollisimman pitkään kosketuksissa vedenpinnan kanssa. Soveltamalla vesimittareilta matkittuja ominaisuuksia tutkijat rakensivat ”hyppijän”, joka pystyy kohdistamaan veteen 16 kertaa omaa painoaan vastaavan voiman rikkomatta silti pintajännitystä.

Kuva: Seoul National University

Aurinkotuuli eli Auringosta puhaltava sähköisesti varattujen hiukkasten virtaus saa aikaan avaruusmyrskyjä Maan läheisyydessä. Ne ovat haitaksi satelliiteille ja vaaraksi astronauteille.

Uudella havaintolaitteella pystytään tarkkailemaan aurinkotuulen ja neutraalin kaasun vuorovaikutusta, jonka tuloksena syntyy "pehmeää" eli pitkäaaltoista röntgensäteilyä.

Aurinkotuuli koostuu suurimmaksi osaksi protoneista, mutta siinä on myös raskaita ioneja, joilla on suuri energia. Kun tällaiset ionit törmäävät kaasuatomeihin ja -molekyyleihin, ne virittyvät ja lähettävät röntgensäteilyä.

Säteilyn havaitsemiseen kehitetty "hummerinsilmäoptiikka" perustuu nimensä mukaisesti tuon suurikokoisen äyriäisen näköelimiin. Uudenlaisen kameran linssit ovat kaarevia lasineliöitä, jotka vastaavat muodoltaan 150 senttimetrin läpimittaisen pallon pintaa. Lasin läpi kulkee hyvin pieniä neliönmuotoisia "huokosia", joiden sivun pituus on ainoastaan 20 mikronia eli metrin miljoonasosaa. 

Tällainen rakenne keskittää röntgensäteilyn polttotasoon, jonka etäisyys linssistä on puolet kuvitellun pallon säteestä. Uudenlaisella optiikalla saadaan aikaan laaja näkökenttä, minkä ansiosta on mahdollista tarkkailla esimerkiksi aurinkotuulen ja Maan magneettikentässä olevan kaasun vuorovaikutusta globaalisti.

"Kaikki avaruussääilmiöitä Maan läheisyydessä aiheuttava energia on peräisin aurinkotuulesta, joten uuden havaintomenetelmän antamien tietojen avulla on mahdollista suojata paremmin avaruuslaitteita, erityisesti geosynkronisia satelliitteja, jotka välittävät esimerkiksi kännykkäpuheluita", kehitystyötä johtanut Michael Collier sanoo.

Euroopan avaruusjärjestö ja Kiinan tiedeakatemia suunnittelevat SMILE-satelliittia (Solar Wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer), joka tarkkailisi aurinkotuulen, Maan magnetosfäärin ja ionosfäärin vuorovaikutusta. Siihen kaavaillaan kameraa, jossa on "hummerinsilmäoptiikka".

Samaa tekniikkaa on mahdollista soveltaa myös nanosatelliiteissa, joilla on massaa ainoastaan muutama kilo. Esimerkiksi CubeSatiin mahtuu 10 x 10 x 10 senttimetrin kokoisia mittalaitteita. Uuden optiikan turvin voidaan toteuttaa edullisia tutkimusprojekteja, joilla saadaan merkittäviä tieteellisiä tuloksia. 

Pehmeää röntgensäteilyä syntyy myös muiden Aurinkokunnan kappaleiden lähettyvillä, joten jatkossa optiikkaan perustuvia kameroita saatetaan käyttää myös muita planeettoja ja esimerkiksi komeettoja tutkivissa luotaimissa.  

Havaintolaitteesta kerrottiin Review of Scientific Instruments -lehdessä.

Kuva: NASA

Pelkäätkö Lontoossa kaksikerrosbussissa istuessasi että se kaatuu? 

Ei kannata, sillä bussin kaatuminen on erittäin epätodennäköistä. Suurin osa sen massasta (moottori ja varsinainen bussin tukevatekoinen runko) on alaosassa, ja vaikka koko yläkerta olisi täynnä ihmisiä, olisi silloinkin massakeskipiste sen verran alhaalla, että bussia saa kallistaa varsin paljon, että se kaatuisi.

Jotta tiedettäisiin missä tuo raja tulee vastaan, on busseja testattu yksinkertaisesti kallistamalla niitä eri tavalla lastattuina. Kuvassa on Lontoon AEC Regent -tyypin bussi koetuksessa vuonna 1933.

Tieto siitä, milloin bussi kaatuu oli tarpeen myös määriteltäessä bussille suurimpia sallittuja nopeuksia, sillä kallistamisen sijaan suurin riski bussin kaatumiseen on liian suuri nopeus kurvissa.

Nykyisin nämä kaikki voidaan myös helposti laskea, mutta aikanaan ei oikealla bussilla testaamista voittanut mikään.

Lontoossa, Southallissa sijainnut AEC, eli Associated Equipment Company, oli Lontoon kuuluisimpien bussien valmistaja. Sen ensimmäinen klassikko oli Regent ja tunnetuin lienee Routemaster. Niitä näkee edelleen liikenteessä, tosin Lontoossa vain historiallisella 15H-linjalla. Tuorein tulokas on Lontoon pormestarin mukaan nimetty ns. Boris-bussi, eli New Routemaster (oikealla), joka esiteltiin Lontoon olympialaisia varten vuonna 2012.

Ja tässä vielä aiheeseen liittyvää katsottavaa historian hämystä: