räjähdys

Valtavan rakettiräjähdyksen syy selvinnyt (todennäköisesti)

La, 09/24/2016 - 20:43 Jari Mäkinen

Syyskuun alussa tapahtunut Falcon 9 -kantoraketin näyttävä räjähdys on saamassa selityksen: syyttävä sormi osoittaa raketin toisen vaiheen heliumjärjestelmään.

Space X -yhtiön pikavauhtia tekemä selvitys noin kolme viikkoa sitten tapahtuneesta räjähdyksestä viittaa siihen, että toisen vaiheen nestehappi- ja polttoainetankkeihin painetta tuottava heliumjärjestelmä olisi rikkoontunut. Yhtiön mukaan siihen tuli todennäköisesti "suuri halkeama", joka rikkoi heliumia tankkeihin ohjaavan systeemin, päästi nopeasti suuren määrän suuripaineista heliumia toisen vaiheen sisälle ja sai lopulta – 93 millisekunnin viiveellä – aikaan toisen vaiheen räjähtämisen sekä koko raketin ja sen hyötykuormana olleen israelilaissatelliitin tuhoutumisen.

Tapaus rikkoi myös laukaisualustaa, mutta alun perin pelättyä vähemmän. 

Kyseessä oli erittäin harvinaislaatuinen tapahtuma, sillä vuosikymmeniin ei laukaisualustalla ollut raketti ole räjähtänyt ennen laukaisua. Tämä tosin johtui nyt siitä, että SpaceX testaa Falcon 9 -rakettejaan ennen laukaisua ja rakettia oltiin tankkaamassa tätä moottorien koekäyttöä varten.

Kantoraketeissa on aina järjestelmä, joka tuottaa sen tankkeihin painetta, koska jos tankeista vain johdettaisiin nestettä pois moottoreihin, muodostuisi niihin toimintaa haittaava ja lopulta tankkien rakenteen rikkova tyhjiö. Siksi sitä mukaa kun tankki tyhjenee, sinne pumpataan heliumia. 

Falcon 9:n toisen vaiheen systeemissä on noin 375 ilmakehän paineessa olevaa heliumia, joka johdetaan ensin vaiheen Merlin-rakettimoottorin suuttimessa kiinni oleviin putkiin. Siellä helium lämpenee ja lämmin helium johdetaan nesteheliumin ja kerosiinin tankkeihin.

Sitä, missä kohtaa heliumsysteemiä halkeama oli ja miten se on sinne tullut, ei osata vielä sanoa.

Yhtiöllä on käytössään kuvien lisäksi telemetriatietoja 3000 kanavasta, jotka ovat mitanneet paineita, lämpötiloja ja muita arvoja eri puolilta kantorakettia. Space X ei ole pähkäillyt onnettomuustutkinnassa yksin, vaan sitä ovat seuranneet myös laukaisuluvista vastaava Yhdysvaltain viranomainen sekä Nasa, joka käyttää yhtiön raketteja mm. avaruusaseman rahtilennoilla.

Tätä edellinen Falcon 9:n onnettomuus tapahtui juuri tällaisella huoltolennolla. Dragon-alusta kuljettanut raketti räjähti kesäkuussa 2015 vain muutamaa minuuttia lentoonlähtönsä jälkeen. Silloin syyksi paljastui myös hyvin samankaltainen vika: toisen vaiheen heliumtankkia paikallaan pitäneen tuen rikkoontuminen.

Osa ei ollut samanlainen kuin aikaisemmilla lennoilla, vaan nähtävästi edellisiä heikompi. Kun se vaihdettiin alkuperäisiin, ei ongelmia enää ilmennyt.

Nyt SpaceX huomauttaa, että he eivät ole huomanneet mitään muuta yhteistä näissä räjähdyksissä kuin sen, että ne liittyvät toisen vaiheen heliumjärjestelmään. Oletettavasti lopulta syyt ovat kuitenkin onnettomuuksiin täysin erilaiset, eikä näillä ole suoraa yhteyttä – vaikka niin olisi helppo ajatella.

Näyttää siltä, että SpaceX voi aloittaa lennot uudelleen varsin nopeasti, todennäköisesti jo marraskuun alussa. Koska Floridassa, Canaveralin avaruuskeskuksessa oleva laukaisualusta 40 on toistaiseksi remontissa räjähdyksen jälkeen, eikä yhtiön vuokraama entinen sukkuloiden laukaisuihin käytetty alusta 39 ole vielä valmis Falcon 9:n laukaisuihin – muutostyöt ovat parhaillaan käynnissä – on todennäköistä, että seuraava lento tehdään Kaliforniasta. SpaceX:llä on laukaisualusta siellä Vandenbergin lentotukikohdassa olevalla rakettilaukaisualueella. 

Tämä on hyvä uutinen myös suomalaissatelliitti Aalto-1:lle, joka laukaistaan Vandenbergistä lähtevällä raketilla; SpaceX voi laukaista vain sieltä satelliitteja maapallon napojen kautta kulkevalle polaariradalle. Tuoreimman laukaisulistan mukaan on todennäköistä, että Aalto-1:tä kuljettava laukaisu on vuorossa toisena, sillä sen päähyötykuorma ei ole niin kiireinen kuin Iridium-tietoliikennesatelliitit, jotka ovat ensimmäisenä lentovuorossa.

On siis mahdollista, että Aalto-yliopistossa päästään ottamaan vastaan oman satelliitin signaalia vielä tämän vuoden puolella. Se kuitenkin vaatii vielä sen, että SpaceX:n lisäksi koko onnettomuustutkintalautakunta päätyy siihen, että heliumjärjestelmän parannukset riittävät ja raketti on sen jälkeen jälleen valmis toimintaan.

Moderneja meteoriittimyyttejä ja taivaallisia totuuksia

Ma, 06/20/2016 - 08:44 Jarmo Korteniemi
Kuva: Mickaël Fonjallaz / Flickr / Jarmo Korteniemi

Perehdymme artikkelisarjassa avaruuskivien mystiseen maailmaan. Sarjan toisessa osassa käsittellään meteoriitteihin liittyviä tietoja, luuloja ja uskomuksia.

Juttusarjan kaikki osat: 1. Tuhoja tehneet meteoriitit. 2. Modernit meteoriittimyytit. 3. Suurimmat meteoriitit 4. Meteoriittien tunnistusopas. 5. TBD

Millaisia meteoriitit oikein ovat? Miltä meteoriitti näyttää? Mitä kaikkea ne aiheuttavat? Tällaiset kysymykset ovat tyypillisiä, kun puhe on avaruudesta tupsahtelevista kivistä. Tässä jutussa pöyhitään muutamia syvimpään iskostuneista käsityksistä meteoriiteista.

Aivan aluksi hoidetaan päiväjärjestyksestä pois muutamia marginaalisempia ja ehkäpä kutkuttavimpia meteoriittimielikuvia. Sen jälkeen keskitymme oleellisempiin asioihin.

Voivatko radioaktiiviset avaruuspöpöt pilata aurasi?

Radioaktiivisuus: Meteoriiteissa todellakin on radioaktiivisia aineita, mutta paljon vähemmän ja harmittomampia kuin vaikkapa suomalaisessa keskivertograniitissa. Avaruuskivissä heikkokin radioaktiivisuus on kuitenkin mielenkiintoista, se kun kertoo esimerkiksi murikan altistumisesta kosmisille säteille.

Myrkyllisyys: Meteoriiteista ei tiettävästi ole löydetty aineita, jotka aiheuttaisivat kiviä käsitteleville minkäänlaisia myrkytyksiä. Siinä mielessä ne ovat kuin suurin osa maanpäällisistäkin kivistä. Syödä niitä ei siis kannata, mutta jos kovaa tyynyä kaipaa, meteoriitti on oikein turvallinen vaihtoehto.

Elämä: Monista meteoriiteista on löydetty aminohappoja sekä muita elämän perusrakennusaineita. Huhuista ja villeistä ideoista huolimatta niistä ei kuitenkaan ole havaittu mitään uskottavia merkkejä varsinaisesta elämästä, kuten vaikkapa mikrobeja tai edes viruksia. Avaruuspöpöjä on täysin turha pelätä.

Magia: Meteoriiteilla ei ole yliluonnollisia voimia. Niiden parantaviksikin väitetyt mystiset vaikutukset perustuvat uskoon, aivan kuten muutkin kivi- ja kristalliterapiaan vivahtavat asiat. Rautameteoriitti voi auttaa rikkinäisen auran kanssa vain ammattitaitoisen sepän takomana.

Varsinaisia myyttejä meteoriiteista on historian saatossa ollut pilvin pimein. Ne on nähty sanansaattajina niin jumalilta, tuonpuoleisesta kuin demoneiltakin. Viesti on vaihdellut tilanteen mukaan siunauksista varoituksiin.

Realistinen summa summarum kuitenkin on, että avaruuskivien käsittely on täysin turvallista – mutta ei siitä mitään erityistä hyötyäkään tiettävästi ole. Paitsi tutkimuksen kautta.

Sitten itse asiaan.

Kuumaa vai kylmää?

Silloin tällöin kuulee väitettävän, että meteoriitti olisi tippuessaan hehkuvan kuuma ja voisi sytyttää jopa tulipaloja. Tämä ei pidä paikkaansa, ainakaan ihan täysin.

Liekehtivänä putoava asteroidi.

Vain harvoja avaruuskiviä on päästy hipelöimään riittävän pian putoamisen jälkeen. Aiemmassa jaksossa esitellyt 1,5-kiloinen Haverön ja 12-kiloinen Peekskillin meteoriitti noukittiin maasta lähes heti, ja kumpainenkin tuntui löytäjänsä mukaan kädessä "lämpimältä".

Lentonsa aikana avaruuskiven pinta kuumenee sulamispisteen yli. Tarkkaan ottaen kuumuutta ei aiheuta "kitka", vaikka niin usein sanotaankin. Vauhdilla putoavan murikan eteen pakkaantuu ilmaa, jonka lämpötila nousee tuhansiin asteisiin. Kaasu – tai oikeammin plasma – lämmittää ja sulattaa syöksyvän kiven pintaa.

Kiven pintakerros alkaa kuitenkin samalla kuoriutua pois, poistaen lämpöä tehokkaasti. Vauhti myös hidastuu ilmanvastuksen vuoksi ja näin kuumeneminenkin hellittää. Aivan loppumatkasta viima jopa viilentää.

Koska ilmalennon kesto on pisimmilläänkin vain minuutteja, kuumuus ei pääse tunkeutumaan syvälle meteoriittiin. Avaruudesta tulevan kiven sisäosat ovat reippaasti pakkasen puolella.

Mitään täysin varmaa ja yleistä on lämpötilasta vaikea sanoa, sillä eri suuntiin vaikuttavia muuttujia on paljon. Maahantömähdyslämpötila riippuu aina tapauksesta. Etenkin kiven koko on oleellinen: mitä suurempi murikka on, sitä enemmän siihen saa upottaa energiaa, jotta lämpötila nousee merkittävästi.

Tulikuumia meteoriitit eivät maahan pudotessaan tiettävästi voi olla.

Miltä meteoriitti näyttää?

Meteoriitit ovat kiteisiä ja pinnaltaan kuoppaisia sekä sulaneita. Usein nuo ominaisuudet kuitenkin käsitetään aivan väärin.

Meteoriitin tummanpuhuva kuori on syntynyt sulamisen tuloksena, mutta ei sitä aina sellaiseksi erota. Pinta ei ole hiiltynyttä tai tahraavaa, eikä aina edes lasittunutta ja pikimustaa. Riippuu aineesta, millaiseksi se muuttuu sulaessaan.

Kuva: Jon Taylor / Flickr

Ilmalennon sulattamalla meteoriitin pinnalla on joskus selviä painaumia. Kohdista on ehkä irronnut jotain heikompaa ainesta, kestävämmän jäädessä harjanteiksi. Kiveen ei kuitenkaan kaivaudu aukkoja tai poraudu reikiä. Muotoa voi hyvin verrata muovailuvahaklönttiin, johon törkitään sormella kevyitä painalluksia. Kivessä on pehmeäpiirteisiä kuoppia.

Avaruudesta tuleva kivi hajoaa ilmalennon aikana usein palasiksi. Joissain maahan tömähtävissä paloissa ei siis välttämättä ole edes merkkiäkään sulamiskuoresta. Silloin tunnistus vaatii kiven rakenteeseen tutustumista.

Maassa lojuessaan meteoriitit rapautuvat ja muokkaantuvat kuten muutkin kivet. Riittävän pitkän ajan jälkeen sulamiskuori häviää ja metalli ruostuu.

Avaruudellista kiveä voi siis olla hyvinkin vaikea erottaa kotoperäisistä murikoista. Tunnistuskeinoja käsitellään enemmän juttusarjan tulevassa jaksossa.

Koolla on väliä

Yksi syvimpään iskostunut uskomus on, että meteoriitti synnyttää aina kraatterin. Vastaavasti luullaan, että kraattereista löytyy aina meteoriitteja. Onhan kummassakin kyse avaruudesta tulevasta kivestä.

Nyrkkisääntö kuitenkin on, että meteoriitti säilyy sitä varmemmin, mitä pienempi se on. (Sikäli mikäli se siis alunperinkään selviää ensimmäisestä koettelemuksestaan, eli ilmalennosta.)

Ilmakehä jarruttaa pieniä meteoriitteja. Ne hidastuvat samaan vauhtiin kuin mihin vaikkapa lentokoneesta tiputettu kivi ehtisi kiihtyä. Tämä rajanopeus on meteoriitin tiheydestä ja muodosta riippuen useimmiten luokkaa kymmeniä tai satoja kilometrejä tunnissa. Vauhdilla tippuva kivi voi toki upota pehmeään maahan jopa kymmeniä senttejä, pölläyttää hieman hiekkaa ympärilleen ja synnyttää näkyvän kuopan. Joskus meteoriitti onnistuu lävistämään ohuita esteitäkin, kuten kattoja tai järven jäitä. Vauhdista huolimatta se kuitenkin vain pysähtyy.

Kraatteri taas ei ole vain kuoppa.

Kraatterit ovat paljon suurempien järkäleiden aikaansaamia. Sellaiset eivät juurikaan hidastu ilmakehässä, vaan törmäävät maahan jopa kymmenien kilometrien sekuntinopeudella. Liike-energia siirtyy törmäyksessä shokkiaalloksi, avaten maahan 10–20 kertaa törmääjää suuremman kraatterin.

Ydinräjähdys, tai ehkä asteroiditörmäys.

Tapahtuma muistuttaa käytännössä vastaavankokoista ydinräjähdystä (tosin ilman radioaktiivista ongelmaa). Itse törmääjä kokee sen kaiken, hajoaa ja usein jopa höyrystyy. Siksi isoimmista kraattereista meteoriitteja ei löydy. Törmääjä on hajonnut niin, että sen jäänteitä saa etsiä elektronimikroskoopin kanssa – eikä kyse silloin oikeastaan ole enää mistään "meteoriitista" vaan kohdekiveen sekoittuneesta meteoriittisesta materiaalista. Esimerkiksi jäänteet dinosauruksetkin tappaneen jättimäisen Chicxulubin törmäyksen törmääjästä ovat levinneet heitteleen mukana ympäri maailman.

Kaikkein pienimpien kraatterien läheisyydestä meteoriitteja saattaa kuitenkin löytää. Meteor Craterin ympäriltä Arizonasta on löydetty Canyon Diablo -nimellä kulkevia meteoriitteja huikeat 30 tonnia ja pikkuruisen Carancasin kraatterinkin törmääjää on löydetty 350 gramman verran. Kraatterikentiltä, kuten Sikhote-Alin Venäjällä tai Kaali Saarenmaalla, löytyy meteoriitteja lähes poikkeuksetta. Niissä kappale on hajonnut osiin juuri ennen törmäystä.

Päivitys 20.6.2016 klo 09.00: Lisätty kappale meteoriittimyyteistä.

Juttusarja jatkuu jälleen muutaman päivän päästä! Seuraavassa jaksossa esitellään eräitä kaikkein suurimmista tähän mennessä löydetyistä meteoriiteista.

Otsikkokuva: Mickaël Fonjallaz / Flickr / Jarmo Korteniemi
Liekkikuva: Petr Čížek / Flickr
Meteoriittikuva: Jon Taylor / Flickr
Räjähdyskuva:  _Gavroche_ / Flickr

Amerikkalaiset salasivat sotilassatelliitin räjähdyksen (päivitetty)

To, 03/05/2015 - 11:08 Jari Mäkinen

Yhdysvaltain ilmavoimien sotilaallinen sääsatelliitti DMSP-13 räjähti helmikuun 3. päivänä kiertoradallaan 43 jäljitettävään osaan. Yleensä tällaisista tapauksista tiedotetaan julkisesti, jotta muut avaruusmaat voivat varautua avaruusromun aiheuttamaan vaaraan, mutta nyt amerikkalaisilta ei saatu tietoa tapauksesta – eikä virallisesti ole saatu vieläkään.

Euroopan avaruusjärjestön avaruustilannetta tarkkailevan toimiston mukaan hieman yli 800 kilometrin korkeudessa tapahtunut räjähdys ei aiheuta ainakaan suoraa vaaraa eurooppalaisille satelliiteille. Lähimpänä avaruusromupilveä ESAn satelliiteista käy jäätutkijasatelliitti CryoSat, mutta sekin on turvallisen matkan päässä.

Korkeusalue 800 kilometrin tienoilla on tyypillinen Maata tutkivien ja havaitsevien satelliittien käyttämä kiertorata, ja siellä on myös joitain tietoliikennesatelliitteja.

Oletettavasti DMSP-13:n räjähdyksessä syntyneet suuremmat kappaleet, ohessa syntyneet pienemmät osat ja niiden keskinäisten törmäysten johdosta syntyvät palaset pysyvät ainakin toistaiseksi rajatulla, joskin varsin kookkaalla alueella. Ajan kuluessa syntynyt avaruusromu leviävää ja putoavaa alemmaksi laajenevaksi pilveksi.

ESA on saanut nyt tietoa Yhdysvalloista ja analysoi parhaillaan tarkemmin tapauksen vaikutuksia.

Syynä sähköhäiriö?

DMSP-F13 -satelliitti (Defense Meteorological Satellite Program Flight 13) laukaistiin avaruuteen vuonna 1995, joten se oli jo 20 vuotta vanha. Se oli aurinkosynkronisella kiertoradalla, joka kulki jotakuinkin Maan napojen kautta noin 800 km:n korkeudessa.

Se ei enää kuulunut Yhdysvaltain tärkeimpiin kiertoradalla oleviin sotilaallisiin sääsatelliitteihin, sillä siitä tuli virallisesti varasatelliitti vuonna 2006. Koska avaruudessa on jo kuusi muuta DMSP-sääsatelliittia, ei räjähdys vaikuta Yhdysvaltain kykyyn saada sotilailleen säätietoja.

Tapauksesta saatujen tietojen mukaan syyksi räjähdykseen arvellaan satelliitin sähköjärjestelmässä tapahtunutta vikaa, joka olisi saanut aikaan laajemman vian, joka olisi saanut aikaan räjähdyksen (kun esimerkiksi jäljellä oleva ajoaine olisi syttynyt). Sen jälkeen satelliitti menetti asennonhallintakykynsä ja yhteys siihen katkesi.

Ainakaan toistaiseksi ei ole siis olemassa mitään merkkejä siitä, että satelliitti olisi tietoisesti tuhottu avaruudessa.

Omituista tapahtumassa on kuitenkin se, että Yhdysvaltain strateginen komentokeskus USSTRATCOM ei tiedottanut muita räjähdyksestä, eikä ole kertonut asiasta vieläkään virallisesti mitään.

Ensimmäisenä DMSP-F13:n räjähdyksestä kertoi amerikkalainen satelliitteja ja niiden ratoja tutkiva T.S. Kelso helmikuun 25. päivänä, kun hän havaitsi 26 uutta kappaletta paikassa, missä sääsatelliitti oli aiemmin.

Vaikka satelliitin räjähdys ei ole vakava tapaus avaruusromun syntymisen kannalta, olisi siitä pitänyt tiedottaa muita satelliittioperaattoreita välittömästi.

DMSP on tärkeä myös suomalaisille tutkijoille

Sotilaalliset DMSP-sarjan sääsatelliitit ovat olleet tärkeitä paitsi sotilaille ja sääennustajille, niin myös avaruusfysiikan tutkijoille, koska niiden mukana on laitteita, jotka pystyvät tekemään muun  muassa mittauksia siitä, kuinka Auringon energiaa siirtyy aurinkotuulesta Maan magneettikenttään. Tämä tapahtuu mittaamalla sähköpotentiaalia avaruudessa napa-alueiden päällä. Sateliitit kuvaavat myös revontulia ja tekevät muita Maan ja Auringon välistä vuorovaikutusta selventäviä havaintoja.

"DMSP on eräs tärkeimmistä avaruusohjelmista tässä suhteessa", kertoo tutkimusprofessori Minna Palmroth Ilmatieteen laitokselta.

"Avaruusfysiikka ei olisi nykytasollaan ilman näiden satelliittien ja niiden hyvin laaja-alaisesti mittauksia tekeviä instrumentteja. Maan pinnalta vastaavia mittauksia voidaan tehdä vain SuperDARN -tutkalaitteistolla."

Osasyynä DMSP-satelliittien avaruusfysiikkalaitteisiin lienee se, että sotilaat ovat myös kiinnostuneita asiasta paitsi perustutkimusmielessä, niin myös siksi, että Auringon ja Maan välisen vuorovaikutuksen ymmärtäminen auttaa heitä(kin) satelliittien hallinnassa ja maailmanlaajuisessa toiminnassaan: esimerkiksi Maan magneettikentän häiriöt vaikuttavat suoraan kauko-ohjattavien lennokkien ohjaamiseen käytettäviin tietoyhteyksiin.

 

Kuva yllä: Revontulimyrsky Etelämantereen päällä DMSP-13 -satelliitin kuvaamana vuonna 1998. (MIT Haystack Observatory)
Otsikkokuva: DMSP-13 -satelliitti. (Yhdysvaltain ilmavoimat)