avaruuslennot

Nasan uudet avaruustaksit

Pe, 09/19/2014 - 22:30 Jari Mäkinen
Drago v2 ja CST-100

Yhdysvaltain avaruushallinto Nasa julkisti valintansa uusista avaruusaluksista, joilla amerikkalaiset (ja todennäköisesti myös kanadalaiset, japanilaiset ja eurooppalaisetkin) pääsevät lentämään avaruusasemalle vuoden 2017 jälkeen. Siihen saakka nykysuunnitelman mukaan miehistönvaihdot hoidetaan kokonaan venäläisillä Sojuz-aluksilla. Etenkin Yhdysvalloissa tämä riippuvuus on otettu vakavasti, ja myös turvallisuuden näkökulmasta on hyvä, että liikenne asemalle ei ole kiinni vain yhdestä alustyypistä.

Nasan näkökulmasta asia on selvästi kaupallinen: se rahoittaa ensin alusten tekemistä ja ostaa sen jälkeen kuljetuspalvelut avaruusasemalle näitä aluksia käyttäviltä yhtiöiltä. Näin rahdin lisäksi kaupalliset toimijat saavat kuljettaa parin vuoden päästä myös ihmisiä Maan ja kiertoradan välillä.

Nasa valitsi vähemmän yllättäen jo aikaisemmin rahaa alustensa kehittämiseen saaneet Boeingin ja SpaceX:n, joskin se, että pientä avaruussukkulaa kehittänyt Sierra Nevada Corporation jäi kokonaan ilman rahaa, oli pieni mullistus. Tosin jo etukäteen levinneiden huhujen mukaan Nasa oli antamassa kolmelle yhtiölle vain 1,5 tilausta, yhdelle täydet resurssit avauuskelpoisen aluksen ja tekemiseen sekä testaamiseen avaruudessakin, ja toiselle rahaa työn jatkamiseen.

Tietyssä mielessä tilaus olikin puolitoistakertainen, sillä Boeing sai rahaa 4,2 miljardia dollaria ja SpaceX 2,6 miljardia. Molempien tilaus oli kuitenkin samanlainen, joten SpaceX saa luvan tuottaa saman palvelun Nasalle huomattavasti edullisemmin. Joko Boeing on ollut tarjouksessaan vain paljon tehottomampi ja kalliimpi, tai sitten käytännössä suuri osan sen saamasta rahasta on aluepolitiikkaa, jolla halutaan palkata sukkulaohjelman työttömiksi jääneitä avaruusalan työntekijöitä.

Kaksi erilaista, samanlaista alusta

Tulossa olevat avaruustaksit ovat kumpikin periaatteessa perinteisiä kapselityppisiä aluksia, jotka laukaistaan avaruuteen kantoraketeilla ja jotka tulevat takaisin Maahan yksinkertaisesti putoamalla.

Olennaisin ero alusten välillä on siinä, miten laskeutuminen putoamisen päätteeksi hoidetaan: Boeingin CST-100 -niminen alus luottaa laskuvarjoihin, kun taas SpaceX:n Dragon v2 käyttää rakettimoottoreita, joilla se hidastaa vauhtiaan ja laskeutuu vähän kuten helikopteri pystysuoraan pehmeästi haluttuun paikkaan.

Dragon v2:n nimi tulee siitä, että se on toinen versio nykyisestä Dragon-aluksesta, jolla SpaceX huolehtii jo nyt avaruusaseman rahtikuljetuksista Orbital Sciences -yhtiön ohella. Nyky-Dragonin tapaan Dragon v2 laukaistaan avaruuteen yhtiön omalla Falcon 9 -kantoraketilla.

Hieman viilatulta Apollo-kapselilta näyttävään CST-100:n verrattuna moderni Dragon v2 on hyvin design-henkinen, mikä näkyy rakettilaskeutumisen lisäksi myös sen sisällä. Linjakkaiden kuppi-istuinten ohella aluksen litteä ohjauspaneeli laskeutuu kaasujousien avustamana astronauttien eteen ja siinä on suuret kosketusnäytöt. Kaikkein tärkeimmät toiminnat voidaan hoitaa myös toimintavarmoin mekaanisin kytkimin.

Uutta Dragon v2:ssa on myös se, että sen osien tekemisessä käytetään runsaasti teollista 3D-printtausta. Esimerkiksi aluksen SuperDrago-rakettimoottorien tärkeimmät osat on printattu, jolloin niistä saadaan kevyitä ja kestäviä.

Moottorit toimivat myös pelastusraketteina, eli ne sinkoavat aluksen myös ylös kantoraketista mahdollisessa hätätilanteessa.

Vaikka Boeingin CST-100 näyttää perinteiseltä, on se luonnollisesti kokonaan uusi alus. Sen rakenteet, materiaalit ja elektroniikka ovat tätä päivää. Alus on myös Apolloja suurempi, sillä kolmen sijaan sen sisään mahtuu seitsemän avaruuslentäjää. Samoin Dragon v2:n kyytiin mahtuu seitsenhenkinen miehistö. Olennaista on myös se, että alukset voivat tuoda astronauttien lisäksi varsin paljon rahtia takaisin Maahan.

Boeing käyttää kapselinsa avaruuteen nostamiseen Atlas 5 -kantorakettia. Kenties osa yhtiöiden saamista eri suuruisista summista johtuu tästä, sillä Atlas 5:n listahinta laukaisulle on noin 150 miljoonaa dollaria, kun taas SpaceX myy Falcon 9:n laukaisuita nyt hintaan 60 miljoonaa dollaria. Kunhan Falcon 9 saadaan pian osittain uudelleenkäytettäväksi, tulee sen hinta putoamaan edelleen.

Puoliavoin maksusitoumus

Nasan nykytyyliin tehty tilaus riippuu vielä monesta asiasta, erityisesti Yhdysvaltain tulevasta politiikasta – eli siitä, kuinka paljon Nasa saa rahaa.

Tämän Commercial Crew Transportation Capability (CCtCAP) -hankkeen puitteissa on tähän saakka rahoitettu Boeingin ja SpaceX:n lisäksi Sierra Nevada Corporation, ja nyt valitut kaksi yhtiötä voidaan vastaisuudessa leikata vielä yhdeksi tai sitten Nasa tulee käyttämään kummankin yhtiön palveluita samanaikaisesti.

Nasan nyt tekemä tilaus kattaa aluksen viimeistelyn sekä testaamisen ja vähintään kaksi tai enintään kuusi lentoa avaruusasemalle. Lennoilla on oltava mukana ainakin neljä astronauttia.

Ylös lentämisen ja alas palaamisen lisäksi alusten tärkeä tehtävä on olla myös avaruusaseman pelastusaluksina. Siksi niiden toiminta-ajan tulee olla ainakin 210 vuorokautta.

Kummankin aluksen tulee käydä vielä läpi tiukat testit ja tehdä vähintään yksi koelento avaruuteen ainakin yksi NASAn astronautti mukaan. Ensimmäistä kertaa siis amerikkalaisyhtiöt tulevat lennättämään henkilökuntaansa avaruuteen ikään kuin taksikuskeina. Venäjällä tämä ei ole mitään uutta, sillä jo pitkään avaruusyhtiö Energia on lennättänyt omia kosmonauttejaan avaruusasemalle.

Dream Chaser oli päätöksen häviäjä, mutta sen pienoismallia jo koelentänyt yhtiö ei tiedä vielä mitä tehdä tämän jälkeen: jatkaako avaruusturismi mielessä, odottaa muuta kehitelyrahaa Nasalta vai heittää pyyhe kehään.

Tervetuloa ESA-blogiin!



Tämä Tiedetuubin uusi blogi kertoo suomalaisesta näkökulmasta Euroopan avaruusjärjestö ESAn toiminnasta, sen tekemästä tutkimuksesta ja avaruuslennoista, joita ESA tekee ja joihin se osallistuu.

Blogin kirjoittajat ovat ESAssa työssä olevia suomalaisia sekä Tiedetuubin päätoimittaja Jari Mäkinen, joka on seurannut pitkään avaruusalaa.

Lukuisat suomalaiset ja suomalaisyhtiöt osallistuvat ESAn ohjelmiin, sen järjestämään koulutukseen, toimivat ESAssa harjoittelijoina ja ottavat osaa sen erilaisiin koululais- ja opiskelijakilpailuihin. Blogissa kerrotaan myös näistä.

Tässä blogissa asioita tarkastellaan ESAn näkökulmasta ja ESA tukee sen toimittamista, mutta yhteistyö ei vaikuta Tiedetuubissa julkaistaviin artikkeleihin ja niiden journalistiseen objektiivisuuteen – mikäli tästä on epäselvyyttä, siitä mainitaan kyseisessä artikkelissa. ESA-blogissa julkaistaan vastaisuudessa keskimäärin kaksi juttua viikossa ja osa niistä laitetaan myös Ursan Avaruustuubi-blogiin.

Blogit alkavat kuitenkin perusasioista: tässä ensimmäisessä kirjoituksessa kerrotaan itse ESAsta. Mikä ja millainen on tämä "Euroopan NASA"?

Kansainvälinen avaruusorganisaatio

Euroopan avaruusjärjestöön kuuluu 20 jäsenmaata, ja Suomi on yksi näistä. Suomi on ollut ESAn jäsen vuodesta 1995 alkaen, oltuaan järjestön liitännäisjäsen seitsemän vuoden ajan. ESA perustettiin vuonna 1975, jolloin 1960-luvulla perustetut järjestöt ELDO ja ESRO, eurooppalaisen kantoraketin kehittämiseen tähdännyt yhteistyöorganisaatio ja Euroopan avaruustutkimusjärjestö, yhdistettiin.

ESAn jäsenmaat ovat suurelta osin samoja kuin Euroopan unionin jäsenmaat, mutta kaikki EU-maat eivät ole ESAssa ja ESAan kuuluu myös EU:n ulkopuolisia maita. Vaikka ESAlla ja EUlla on paljon yhteistyötä ja ne toimivat molemmat eurooppalaisten hyväksi, ovat ne toisistaan erillään olevia organisaatioita.

Järjestön pääkonttori on Pariisissa, mutta varsinainen toiminta tapahtuu ympäri Eurooppaa: avaruustekniikkakeskuksessa ESTECissä Alankomaissa, avaruustähtitietiedekeskuksessa ESACissa Espanjassa, maanhavainnointikeskuksessa ESRINissä Italiassa sekä Saksassa sijaitsevissa avaruusoperaatiokeskuksessa ESOCissa ja astronauttikeskuksessa EACssa.

Suomi ja avaruus

Monet suomalaiset yliopistot, tutkimuslaitokset ja yritykset osallistuvat avaruushankkeisiin tekemällä tekemällä avaruustutkimusta, rakentamalla avaruuslaitteita sekä kehittämällä uusia tapoja hyödyntää satelliittien tekemiä havaintoja ja tarjoamia palveluita.

Suomessa on korkeatasoista osaamista mm. kaukokartoitustiedon hyväksikäytössä, satelliittien sähköteknisten systeemien valmistamisessa, ohjelmoinnissa ja tieteellisten mittalaitteiden tekemisessä sekä niiden tuottamien tietojen tieteellisessä käsittelyssä. Uusien satelliittipaikannussovellusten kehittäminen on parhaillaan voimakkaassa kasvussa.

Suomen virallisen avaruusstrategian lähtökohtana ovat yhteiskunnalle syntyneet hyödyt ja suomalaisten yritysten kilpailukyvyn edistäminen. Satelliitit ja avaruustekniikka ovat hyvin hyödyllisiä Suomelle, joka on pinta-alaltaan laaja ja harvaan asuttu pohjoinen maa.

Valtaosa suomalaisten kansainvälisestä avaruusyhteistyöstä tapahtuu ESAn hankkeiden puitteissa, mutta Suomella on myös suoraa virallista yhteistyötä Euroopan ulkopuolisten maiden kanssa.

Suomessa ESA-yhteistyötä koordinoi Tekes.

Avaruustutkimusta

Eräs viime vuosien menestyksekkäimmistä ESAn tutkimussatelliiteista oli Hershcel-avaruusteleskooppi, jonka käyttöikä päättyi viime keväänä suunnitellusti, kun sen jäähdyttämiseen käytetty nestemäinen helium loppui. Infrapunavalon alueella maailmankaikkeutta ennätyksellisen tarkasti tutkineen teleskoopin suuri pääpeili oli hiottu Suomessa, Turun luona Opteon Oy:ssä. Peili oli 3,5 metriä halkaisijaltaan, joten Herschel oli suurempi kuin kuuluisa Hubblen avaruusteleskooppi.

Samalla kertaa Herschelin kanssa vuonna 2009 laukaistiin avaruuteen Planck-niminen satelliitti, joka havaitsee ns. taivaan taustasäteilyä. Mikroaaltojen taajuusalueella joka puolella taivasta tuleva säteily on ikään kuin kaiku maailmankaikkeuden alusta, Big Bangista, liki 14 miljardin vuodan takaa. Sen tutkiminen auttaa ymmärtämään miten maailmankaikkeus on kehittynyt ja kuinka alkuräjähdys oikein tapahtui.

Suomalaiset ovat olleet tiiviisti mukana tekemässä Planckia ja osallistuvat sen tieteelliseen työhön. Esimerkiksi Planckin ennätyksellisen herkät 70 GHz:n taajuusalueen mikroaaltovastaanottimien suunnittelusta ja rakentamisesta vastasivat VTT ja MilliLab, Ylinen Electronics Oy ja Metsähovin radiotutkimusasema. Tulitikkuaskin kokoisia vastaanottimia asennettiin satelliittiin kaikkiaan 12 kappaletta; jos niille laskee kilohinnan, noin 5 miljoonaa euroa per toimitettu kilogramma, on kyseessä varmasti Suomen vientiteollisuuden ennätys!

Planckin mikroaaltotekniikalla on runsaasti myös arkisia sovelluksia mm. tutkatekniikassa ja turvallisuustuotteissa.

Luotaimia Marsiin ja Venukseen

ESAlla on parhaillaan toiminnassa luotaimet Venuksen ja Marsin ympärillä. Mars Express on tutkinut punaista planeettaa jo liki kymmenen vuoden ajan ja sen sisaralus Venus Express on tehnyt havaintoja pilvien peittämän naapuriplaneettamme ympärillä vuodesta 2006.

Mars Express on kuvannut tarkalla stereokamerallaan planeetan pinnan geologisia muodostelmia, mitannut Marsin ohutta kaasukehää, sondannut sen pinnan alle tutkalla ja avustanut yhteydenpidossa NASAn Mars-kulkijoiden ja Maan välillä.

Venus Express puolestaan havaitsee Venuksen kaasukehää sekä monimutkaista pilvipeitettä, jonka läpi se voi myös nähdä ajoittain aina planeetan pinnalle saakka. Erityisen kiinnostavia ovat olleet luotaimet lähettämät tiedot Venuksen etelänavan päällä olevasta myrskykeskuksesta, joka näyttää paikallaan pysyvältä, jättimäiseltä pyörremyrskyltä.

Luotaimen Venuksen kaasukehästä tekemät löydöt auttavat myös ymmärtämään kasvihuoneilmiön toimintaa ja tarjoavat hyvän vertailukohdan maapalloon, joka on lähes saman kokoinen kuin Venus.

Komeettaluotain Rosetta

Jännittävin meneillään oleva ESAn tutkimuslento on Rosetta, joka on taivaltanut avaruudessa jo vuodesta 2004 pitkällä matkallaan kohti komeettaa nimeltä 67 P/Churyumov-Gerasimenko. Rosetta kohtaa sen ensi vuonna kaukana avaruudessa, asettuu kiertämään komeettaa, lähettää sen pinnalle pienen laskeutujan ja jatkaa komeetan toiminnan tarkkailua sen lähestyessä Aurinkoa radallaan. Rosetta tulee näkemään kun kuollut komeetanydin muuttuu hurjasti kaasua syökseväksi pyrstötähdeksi.

Rosetta on myös suomalaisittain erittäin kiinnostava, sillä Patria on tehnyt sen rungon ja mm. Ilmatieteen laitos on osallistunut laskeutujan monien mittalaitteiden sekä tietokoneosien tekemiseen.

Maan ilmasto ja ympäristö

Omalla planeetallamme on myös tärkeä osa ESAn toiminnassa. Maan havainnointi avaruudesta eri menetelmin tuottaa enemmän ja kattavampaa tietoa maapallon ympäristöstä ja ilmastosta mitä pystyttäisiin saamaan millään muulla tavalla. Satelliitit tutkivat jatkuvasti mm. ilmakehää, meriä, maa-alueita, jäätiköitä ja biomassaa.

Earth Explorers, "Maan tutkijat", on pienten tutkimussatelliittien sarja, joiden päähuomio on ilmasto ja ympäristö. Cryosat-satelliitti havaitsee jääalueita, jäätä ja jäätiköitä mittaamalla hyvin tarkasti merissä kelluvan että jäätiköissä olevan jään paksuuden muutoksia. SMOS tarkkailee meriä ja etenkin niiden suolapitoisuutta. GOCE kartoittaa puolestaan maapallon painovoimakenttää ja siten sen tarkkaa muotoa hyvin tarkasti. Nämä vaikuttavat suoraan mm. merivirtoihin.

Tulevista satelliiteista ADM-Aeolus tulee tutkimaan maapallon tuulia, Swarm keskittyy Maan magneettikentän mittaamiseen ja EarthCARE:n kiikarissa ovat pilvet, ilmakehän aerosolit ja maapallon säteilytasapaino.

Kaikissa näistä on mukana myös suomalaista tekniikkaa ja osaamista. Suomalaistutkijat käyttävät myös hyväkseen niiden havaintoja työssään.

Sentinel-satelliitit

ESAn Sentinel-ohjelman satelliitit ovat pieniä, uutta tekniikkaa hyödyntäviä satelliitteja, jotka havaitsevat maata, meriä ja ilmakehää monin erilaisin tutka- ja kuvantamistekniikoin. Kaikkiaan kuusi Sentineliä on suunnitteilla ja niistä ensimmäinen, tutkasatelliitti Sentinel-1, laukaistaan Maata kiertävälle radalle tämän vuoden lopussa.

Sääsatelliitit

ESA ja Euroopan sääsatelliittijärjestö EUMETSAT ovat valmistaneet, laukaisseet ja operoineet sääsatelliitteja jo 1970-luvun puolivälistä. Meteosat-satelliiteista on jo kolmas sukupolvi kiertoradalla, ja näiden geostationaariradalta koko ajan Eurooppaa valvovien silmien lisäksi uuden sukupolven sääsatelliitti MetOp laukaistiin vuonna 2006 kiertämään Maata napojen kautta kulkevalla kiertoradalla. Sieltä MetOp pystyy havaitsemaan koko maapallon pintaa monilla mittalaitteillaan ja kameroillaan.

Satelliittipaikannus ja Galileo

Nykyaikainen yhteiskunta luottaa joka puolella satelliittipaikannukseen ja sitä käyttävät sovellukset lisääntyvät koko ajan. Koska paikannus vaatii erittäin tarkkaa ajan mittaamista, on satelliittinavigointisignaalissa atomikellon tarkkuudella oikea aika, joten tätä taivaalta tulevaa erittäin tarkkaa aikasignaalia hyödynnetään myös yhä enemmän.

ESAn ja EU:n yhteinen Galileo-satelliittinavigaatiosysteemi on parhaillaan rakenteilla ja sen kaikki 30 satelliittia on tarkoitus saada paikoilleen vuoteen 2019 mennessä. Systeemi on GPS-järjestelmään verrattuna tarkempi ja parempi erityisesti pohjoisilla alueilla, koska sen satelliitit nousevat radoillaan korkeammalle pohjoisella taivaalla.

Kantoraketit ja miehitetyt avaruuslennot

ESAlla on oma rakettien laukaisutukikohta Etelä-Amerikassa, lähellä päiväntasaajaa Atlantin rannalla sijaitsevassa Ranskan Guianassa. Kouroun avaruussatamasta laukaistaan eurooppalaisten Ariane- ja Vega-kantorakettien lisäksi venäläisiä Sojuz-raketteja.

Suuri osa maailman kaupallisista satelliittilaukaisuista tehdään Ariane-raketeilla ja nykyinen Ariane 5 kykenee viemään geostationaariradalle kerralla kaksi täysikokoista satelliittia. Se pystyy myös laukaisemaan luotaimia kohti toisia planeettoja sekä nostamaan esimerkiksi 20 tonnia massaltaan olevan ATV-rahtialuksen kohti Kansainvälistä avaruusasemaa.

Miehittämätön rahtialus ATV on osa ESAn osallistumista Kansainvälisen avaruusaseman toimintaan. Monet aseman osista on tehty Euroopassa ja siihen on liitetty ESAn oma laboratoriomoduli Columbus.

ESAlla on oma avaruuslentäjäryhmänsä, missä on nykyisin kuusi aktiivista jäsentä. Näistä yksi on pohjoismaista: tanskalainen Andreas Mogensen tulee lentämään avaruusasemalle vuonna 2015. Ensimmäinen pohjoismaalainen avaruuslentäjä oli ruotsalainen Christer Fuglesang, joka valittiin vuonna 1992 ESAn astronautiksi ja hän teki kaksi lentoa avaruuteen.