3
min read
A- A+
read
Gaia saapui perille Lagrangen pisteeseen
Jari Mäkinen
08.01.2014

Lentodynamiikkaväki työssään. Kuva: ESA / J. Mai

ESAn tähtitaivasta kartoittava luotain Gaia on saapunut onnellisesti perille Lagrangen pisteeseen 2 – tai tarkalleen ottaen kiertoradalle tämän painovoimien tasapainopisteen ympärillä. Sen jälkeen kun Gaia laukaistiin juuri ennen joulua, on se lentänyt kohti tätä 1,5 miljoonan kilometrin päässä olevaa paikkaa ja sen laitteita on käynnistetty hiljakseen. Gaia-hankkeen suomalainen tiedejohtaja Timo Prusti kirjoitti Gaian ensitoimista avaruudessa blogikirjoituksessaan 31. joulukuuta.

Asettuminen radalle matemaattisen pisteen ympärillä vaatii luonnollisesti paljon laskemista, lentodynamiikan tuntemusta ja kykyä tehdä satelliitilla tarkkoja ohjausliikkeitä. Kun Gaia asettui radalleen tiistaina (7. tammikuuta), sen kahdeksan pientä rakettimoottoria komennettiin toimimaan lähes kahden tunnin ajan klo 20.58 Suomen aikaa alkaen. Ne hidastivat matkavauhtia ratanopeudeksi ja muuttivat samalla lentorataa juuri sopivaksi. Tätä tosin tullaan vielä hienosäätämään 14. tammikuuta, kun kaikki rataparametrit on saatu varmistettua.

Tätä toimenpidettä oli valmisteltu jo muutaman vuoden ajan, sillä kaksitonnisen, vain pienillä rakettimoottoreilla varustetun avaruusaluksen vieminen siirtoradalta, minne Sojuz-kantoraketti sen jätti laukaisun jälkeen, L2-pisteen ympärillä olevalle erityiselle ns. Lissajous-tyyppiselle radalle ei ole yksinkertaista. Olennaisin hankaluus on se, että L2-pisteessä ei ole mitään kiinteää kappaletta, joka vetäisi alusta puoleensa ja jonka suhteen olisi helppo navigoida.

L2 on siis vain tyhjää avaruutta, missä sattumalta vain Maan ja Auringon vetovoimat sekä kiertoradan keskihakuisvoima (ns. keskipakovoima) nollaavat toisensa siten, että periaatteessa L2-pisteeseen sijoitettu alus kiertää Aurinkoa samalla periodilla Maan kanssa. Käytännössä L2:ssa ei olla, vaan sitä kierretään. Gaian kiertoaika pisteen ympärillä on 180 vuorokautta. Kiertorata on säädetty sellaiseksi, että se on kohtisuorassa tasossa planeettojen ratatason, ekliptikan, kanssa, mutta sen akseli osoittaa aina kohti Maata. Rata siis kiertyy suhteessa Aurinkoon koko ajan, mutta pysyy 263 000 x 707 000 x 370 000 km kooltaan olevan kuvitteellisen laatikon sisällä.

Rataa täytyy säätää voin kerra kuukaudessa, sillä L2:ta kiertävät kappaleet koittavat luontaisesti "karata" radoiltaan, ja siten Gaiaakin täytyy koko ajan sysätä ikään kuin takaisin paikalleen.

Poissa varjosta, kaukana Auringosta

Eräs tärkeä kriteeri radanhallinnassa ja ennen kaikkea sitä etukäteen suunnitellessa oli se, että Gaiaa ei saa päästää Maan varjoon. Varjon koko ei ole kovin suuri 1,5 miljoonan kilometrin päässä, mutta koska määritelmänsä mukaisesti L2 on tarkalleen Maan varjossa, on vaara vaanimassa koko ajan. Gaian lämpötilaa säädellään hyvin tarkasti ja vaikka luotain itse kestäisikin varjossa olemisen, eivät sen kamerat toimi silloin normaalisti ja tulosten laatu kärsii.

Nykyinen rata estää tämän viiden vuoden ajan, mutta sen jälkeen rataa pitää säätää hieman enemmän, jotta Gaia ei joutuisi varjoon.

Gaian keskiakseli ei saa myöskään osoittaa kohti Aurinkoa: herkät teleskoopit rikkoontuvat välittömästi, jos kirkas Aurinko pääsee paistamaan niiden sisälle. Siksi Gaialla on koko ajan vähintään 15 asteen kulma Aurinkoon. Samalla aurinkopaneelien teho olisi parhain suoraan Aurinkoon osoitettaessa, joten kulma on määrätty siten, että sähköä saadaan tarpeeksi, mutta samalla havaintolaitteet ovat turvassa. Lisäksi ratadynamiikkatiimi on joutunut ottamaan huomioon Maahan osoittavan antennin suunnan.

"Suurin ero Gaian ja monien Maata tai vaikkapa Marsia kiertävien satelliittien välillä on se, että planeettaa kierrettäessä kiertoradat ovat yleensä stabiileita, ja jos jokin ratamuutos ei mene aivan toivotulla tavalla, sitä voidaan korjata helposti myöhemmin", selittää Mathias Lauer, eräs Euroopan avaruusoperaatiokeskuksessa ESOCissa Gaian parissa työskentelevistä ratadynamiikka-asiantuntijoista.

"Gaian tapauksessa rata ei ole stabiili, vaan meidän täytyy olla tarkkana jokaista askelta ottaessamme."

Jotta asettuminen radalle L2:n ympärillä sujui hyvin, Gaia laitettiin hyvissä ajoin ennen manovääriä erityiseen tilaan, missä se sieti normaalia enemmän epätavallisia toimia ennen menoa ns. turvatilaan. Tämä esti sen, että luotain olisi jäänyt odottamaan ohjeita Maasta kesken tärkeän toimenpidesarjan.

Ennen pitkän ratapolton alkua tiistaina illalla, lennojohto oli yhteydessä Gaiaan ESA:n Cerberoksessa, Espanjassa, olevan 35-metrisen antennin kautta ja tarkistivat, että Gaia oli valmis. Lennonjohtotoiminta siirrettiin sitten ESOCin suureen lennonjohtohuoneeseen, missä aluksen tilaa, rataa, avaruussäätä, tietoliikenneyhteyksiä ja kaikkea muuta asiaan vaikuttavaa voidaan seutata paremmin ja missä suuri määrä asiantuntijoita saadaan kerralla konsolien ääreen. Normaalisti Gaian lennonjohto tapahtuu pienemmästä tilasta ja lopulta osana rutiinitoimintoja.

Klo 20.20 tiistaina illalla Cerberoksen antennin kautta saatiin tieto siitä, että Gaia oli valmis, ja muutamaan minuuttia muöhemmin, klo 20.35, Gaia kääntyi oikeaan asentoon polttoa varten. Ja sitten, tarkalleen klo 20.58 rakettimoottorit syttyivät ja toimivat 103 minuutin ajan.

Ja niin Gaia oli oikealla radallaan. Kunhan tutkimuslaitteet on saatu nyt kalibroitua, voi Gaia aloittaa pitkän ja puuduttavan, mutta huiman kiinnostavan työrupeamansa.