kourou

Bepi ja sen laukaisuvalmistelussa tarvittavat laitteet suuren Antonov An-124 -kuljetuskoneen sisällä.

BepiColombo koostuu kolmesta osasta, jotka kuljetetaan kaikki erikseen Atlantin toiselle puolelle Ranskan Guyanassa sijaitsevalle laukaisupaikalle. Osat ovat itse Merkuriusta kiertämään jäävä eurooppalaistekoinen osa, sen mukana omalle radalleen Merkuriuksen ympärillä menevä japanilainen ennen kaikkea Merkuriuksen magnetosfääriä tutkiva luotain, ja nämä kaksi osaa läpi planeettainvälisen avaruuden kuljettava osa.

Ensimmäinen näistä lastattiin kuljetuslaatikossaan Antonov-kuljetuskoneen sisään eilen maanantaina ja kone teki illalla välilaskun Azoreilla. Sieltä se lähti edelleen tankkauksen jälkeen kohti Ranskan Guyanaa. Siellä kone laskeutui pääkaupunki Cayennen lentoasemalle, missä kone tyhjennetään nyt tiistaina. Rahti kuljetetaan satelliittien siirtelyyn tarkoitetulla rekalla Kouroun avaruuskeskukseen, joka sijaitsee noin 70 kilometrin päässä lentoasemalta.

Aikaa kuljetukseen menee tuntikaupalla, koska rekkaletka etenee hitaasti ja varovasti.

Kaikkien Bepin osien ja niiden laukaisuvalmistelussa tarvittavien laitteiden kuljettamiseen vaaditaan neljä rahtilentoa.

Osat testataan uudelleen Kouroussa ennen kuin ne laitetaan yhteen. Ne liitetään kantoraketin ylimpään osaan vasta lähempänä laukaisua, joka tapahtuu lokakuun 5. päivän ja marraskuun 29. päivän välisenä aikana; tavoitteena on laukaista luotain matkaan heti laukaisuikkunan alussa, jotta mahdolliset sääesteet tai kantoraketin tarkistukset eivät vaarantaisi pääsyä matkaan ajoissa.

Tiukat rajat laukaisun ajankohdalle tulevat taivaanmekaniikasta. Jotta Bepi pääsisi perille suunniteltuun aikaan ja suunniteltua rataa pitkin, pitää se laukaista juuri nyt suunnitellun aikaikkunan sisällä. Perillä luotain on silti vasta vuoden 2025 lopussa.

Bepin on tarkoitus tehdä havaintoja vähintään yhden vuoden ajan, mutta jos se toimii normaalisti, jatkuu työ ainakin toisen vuoden ajan.

Piirros BepiColombosta matkalennon aikana. Itse Merkuriusta kiertävä luotain on keskellä, japanilainen magnetosfääriluotain ylimpänä torvimaisen aurinkosuojan sisällä ja alimpana on matkalento-osa rakettimoottoreineen.

Kuvat: Schipholin lentoasema, Airbus Defence & Space ja ESA

Mitä lennolla tapahtui?

Ariane 5:n lento VA541 nousi lentoon suunnitellusti eilen 25.1. klo 19.20 paikallista aikaa Kouroussa, eli klo 00.20 Suomen aikaa. 

Lento sujui normaalisti aina siihen saakka, kunnes raketin ensimmäinen vaihe lopetti toimintansa ja irtosi. Kun aikaa lentoon lähdöstä oli kulunut hieman yli yhdeksän minuuttia, aloitti toisen vaiheen moottori toimintansa ja raketin lähettämän telemetriasignaalin piti tulla kuuluviin maa-asemalla. 

Näin ei käynyt, vaan raketin toinen vaihe pysyi mykkänä. Lennonjohto ei pystynyt seuraamaan lentoa ja siksi epäilykset lennon epäonnistumisesta alkoivat nopeasti kasvaa.

Lennonjohdolla tosin ei ollut tässä vaiheessa enää mitään muuta tekemistä kuin lennon seuranta, sillä raketti teki työtään omien tietokoneidensa ja niihin tallennetun lentoprofiilin mukaisesti. 

Ja Ariane nähtävästi hoiti hommansa itsenäisesti loppuun saakka, sillä myöhemmin kumpikin satelliitti irtosi omille radoilleen ja niiden omistajat saivat niihin yhteydet.

Toistaiseksi ei kuitenkaan tiedetä vielä – ainakaan virallisesti – kuinka täsmälleen SES 14- ja  Al Yah 3 -tietoliikennesatelliitit ovat niille aiotuilla radoillaan. 

Ne piti viedä niin sanotulle supersynkroniselle radalle, mikä on noin 9000 kilometriä normaalia korkeammalla.

Tietoliikennesatelliitit, joiden lopullinen kiertorata on noin 36 000 kilometrin korkeudessa päiväntasaajan päällä, viedään yleensä raketilla "vain" radalle, joka vie niitä kohti lopullista rataansa.  Satelliitit siirretään tältä omin pienten moottoriensa avulla lopulliselle radalle.

Tavallista korkeampi siirtorata kuitenkin vähentää satelliittien omaa työtä ja säästää siten polttoainetta varsinaiseen toimintaan. Voi olla, että tällä kerralla säästö jääkin varsin vähäiseksi, mikäli satelliitit joutuvat korjaamaan rataansa epätarkan laukaisun vuoksi.

Vaikka Ariane 5 näyttääkin toimineen suunnitellusti, tutkitaan telemetrian katkeaminen varmasti perin pohjin ennen seuraavaa lentoa. Tämä kuitenkaan ei todennäköisesti aiheuta suuria paineita laukaisuohjelman suhteen. 

Viime vuosina satelliittioperaattorit ovat lähettäneet avaruuteen yhä suurempia ja kyvykkäämpiä satelliitteja. Tällaiset satelliitit ovat massaltaan jopa kuutisen tonnia.

Tälle hurjalle kasvulle on kuitenkin tulossa nyt vastatrendi: pienet geostationaarisatelliitit. Elektroniikan pienentyessä ja tekniikan kehittyessä voidaankin tehdä sellaisia satelliitteja kuin nyt laukaistu Hispasat 36W-1. 

Kyseessä on ESAn ARTES-tietoliikennesatelliittien kehitysohjelman puitteissa suunniteltu ja saksalaisen OHB System -yhtiön tekemä pienikokoinen geostationaarinen tietoliikennesatelitti, joka massaltaan 3 210 kg – siis samaa luokkaa kuin paljon vaatimattomammat tietoliikennesatelliitit olivat vielä 2000-luvun alussa.

Tämä "SmallGTO", eli "pieni geostationaariradalle laukaistava satelliitti" on pienestä koostaan ja massastaan huolimatta täysiverinen tietoliikennesatelliitti. Siinä on 20 Ku-alueella olevaa transponderia (suurella tiedonsiirtonopeudella toimivaa laitteistoa, jotka ottavat signaalin vastaan ja lähettävät sen edelleen), kolme Ka-alueen transponderia (hieman suuremmalla taajuudella toimivaa transponderia), nykyaikaiset suuritehoiset aurinkopaneelit sekä antennit, joiden keilan kokoa ja suuntaa voidaan muuttaa kätevästi.

Satelliitit on suunniteltu myös edullisesti ja helposti sarjatuotettavaksi.

Tämä satelliitti, Hispasat 36W-1, on tehty espanjalaiselle tietoliikenneyhtiölle, joka sijoittaa tämän satelliitin Atlantin päälle välittämään tietoa Espanjan ja Portugalin sekä Etelä-Amerikan ja Kanarian saarten välillä.

Ensikerta Sojuzille

Laukaisu oli tavanomaista jännittävämpi myös siksi, että kyseessä oli ensimmäinen Sojuz-kantoraketilla tehty geostationaarilaukaisu. Sojuzeilla on lähetetty matkaan paljon erilaisia satelliitteja ja luotaimia, mutta tyypilliset tietoliikennesatelliitit ovat olleet sen verran painavia, ettei Sojuzin rahkeet ole riittäneet.

Lento kesti kaikkiaan 32 minuuttia, minä aikana Sojuz nousi lentoon, kipusi avaruuteen ja sysäsi satelliittinsa niin sanotulle siirtoradalle kohti 36 000 kilometrin korkeudessa olevaa rataa. Siirtorata on hyvin soikea kiertorata, jonka korkein kohta on geostationaariradan kohdalla. Satelliitin pitää itse käyttää siellä rakettimoottoriaan asettuakseen paikalleen.

Vuodesta on tulossa kiivas Kourousta raketteja laukaisevalle Arianespacelle. Suunnitelmissa on peräti 12 laukaisua, joista kuusi tehdään nyt keväällä. Seuraava on kalenterissa helmikuun 14. päivänä, jolloin Ariane 5 vie kaksi tietoliikennesatelliittia avaruuteen.

“Oli mukavaa olla kilpailussa mukana. Tarjolla oli jännittäviä aktiviteetteja, ja tapasin paljon muita nuoria, jotka myös ovat kiinnostuneita avaruudesta”, kertoo suomalainen Topias Zein, spacefinland.fi -sivustolla olevassa kilpailukutsussa. 

Zein opiskelee Aalto-yliopistossa ja osallistui huhtikuussa Tanskassa järjestettyyn alueelliseen semifinaaliin Explorer-kategoriassa.

Alueellisten semifinaalien voittajat pääsevät Ranskassa järjestettävään loppukilpailuun; lisäksi kaikki 14–22 -vuotiaat voittajat pääsivät vierailemaan Etelä-Amerikassa sijaitsevassa Ranskan Guyanassa, missä sijaitsee Euroopan avaruussatama Kourou. Muun muassa Ariane- ja Vega-kantoraketit laukaistaan sieltä avaruuteen.

Ranskalle kuuluva alue on hallinnollisesti Eurooppaa ja sijaitsee lähellä päiväntasaajaa, mikä tekee siitä erinomaisen paikan satelliittien lähettämiseen. Vierailu siellä on unohtumaton elämys!

Miten mukaan?

Osallistuminen on helppoa: pitää vain valita tehtävä tarjolla olevista yleisaiheista. 

Kilpailu on jaettu kolmeen ikäryhmään:

Skywalkers (7–13-vuotiaat)
Osallistuja lähettää kuvan tai valokuvan kilpailun verkkosivuston kautta. Tämän ikäluokan kilpailu on ainoastaan internetissä eikä se sisällä matkapalkintoja.

Pioneers (14–18-vuotiaat)
Pieni ryhmä (2–3 henkilöä) laatii raportin tai valmistelee projektin vapaavalintaisesta aiheesta. Aihealueet on määritelty jo etukäteen. Valmiit työt lähetetään kilpailun verkkosivuston kautta.

Explorers (17–22-vuotiaat) 
Osallistujat laativat raportin tai valmistelevat projektin vapaavalintaisesta aiheesta. Aihealueet on määritelty jo etukäteen. Valmiit työt lähetetään kilpailun verkkosivuston kautta.

Palkinnot

Nuorimpien Skywalkers-luokan pääpalkintona on avaruussovelluksilla täytetty tablettitietokone ja tähtikaukoputkia.

Pioneers- ja Explorers-luokkien voittajille luvassa on täysihoito huhtikuussa Tanskassa pidettävässä tiedeleirissä. Sen jälkeen loppukilpailuun valitut saavat täyden ilmaisen ylläpidon ensi kesänä Ranskassa. Ilmainen vierailu eurooppalaisessa avaruustutkimuslaitoksessa.

Lisäksi voittajille annetaan palkintoina kaukoputkia. 

Explorer-luokassa lisäpalkintoja on harjoittelupaikkoja Euroopan avaruusjärjestössä tai Euroopan maiden kansallisissa avaruusorganisaatioissa.

Lisätietoja

Pohjoismaiden Odysseus-vastaava on Emma Aabo Nielsen, DTU Space: spacecom (at) space.dtu.dk ja puhelin +45 4525 9769.

Pohjoismaisena yhteistyökumppanina kilpailussa toimii Tanskan teknillinen yliopisto.

Odysseus-avaruuskilpailun nettisivut ovat täällä ja Pohjoismaiden kilpailun Facebook-sivu täällä.

Huom: Tiedetuubi ei ole osallisena kilpailussa tai sen järjestelyissä.

Intelsat 36 (vasemmalla) on pienempi, ja sen massa on 3 253 kg. Selvästi suuremman Intelsat 33e:n (oikealla) massa on puolestaan 6 600 kg. Kuvissa satelliitteja tankataan, jolloin henkilökunta joutuu käyttämään suojapukuja.

Satelliitit on asennettu kyytiin päällekkäin. Ylimmäisenä on Intelsat 33e, joka kuuluu yhtiön uusimpaan EpicNG-satelliittien sarjaan. Kyseessä on jo toinen tämän Boeing-yhtiön tekemien satelliittien kappale, ja tämä satelliitti sijoitetaan jotakuinkin Seychellien päälle geostationaariradalla. 

Toinen, nokassa alempi satelliitti, on vanhempaa sukupolvea edustava Intelsat 36. Sen on valmistanut Space Systems Loral -yhtiö, ja se sijoitetaan hieman idemmäs, 68,5° kohdalle itäänpäin nollameridiaanista. Sen työkenttänä tulee olemaan Etelä-Afrikka ja Intian valtameri.

Kyseessä on jo neljäs Ariane 5:n laukaisu tänä vuonna ja suunnitteilla on vielä yksi laukaisu lisää. Sen kyydissä on neljä kappaletta Galileo-satelliittinavigointijärjestelmän satelliitteja.

Ariane 5:n lentojen suunnittelu on nykyisin hieman hankalampaa kuin aikaisemmin, koska tietoliikennesatelliitit ovat aiempaa massiivisempia. Kun aikaisemmin Ariane 5 kykeni kuljettamaan helposti kaksi satelliittia avaruuteen, on nyt sopivien parivaljakoiden löytäminen hankalaa. Kun toinen satelliitti on suurempi ja painavampi, pitää toisen olla keskimääräistä kevyemmän. 

Tämä on yksi syy siihen, miksi Ariane on menettänyt hieman otettaan SpaceX -yhtiölle ja sen Falcon 9 -kantoraketille. Raketti on edullisempi, joten se pystyy kilpailemaan yhden satelliitin laukaisun kanssa Arianen kimppakyytiä vastaan. Ariane 5 pystyisi luonnollisesti laukaisemaan yksinään paljon nykysatelliitteja massiivisempiakin kuormia, mutta laukaisu maksaa liikaa. 

Tämä on yksi syy siihen, miksi Ariane 5:n seuraajasta, Ariane 6:stä suunnitellaan pienempää ja edullisempaa.

Päivitys 25.8. aamulla: laukaisu onnistui ja sen voi katsoa uudelleen alla olevalla videolla:

Vähän kuin iso ilotulitusraketti

Vega on äärimmäisen yksinkertainen, sillä se käyttää pääasiassa kiinteää polttoainetta. Siinä missä esimerkiksi Ariane 5 käyttää ensimmäisen vaiheensa päämoottorissa ajoaineina nestemäistä vetyä ja happea, on sen sivuilla olevat, lentoonlähdössä tarvittavaa lisätyöntövoimaa tuottavat apuraketit kiinteällä polttoaineella toimivia.

Vega on pariaatteessa kuin yksi tuollainen apuraketti, joskin se koostuu kolmesta kiinteää polttoainetta käyttävästä ja yhdestä nestemäistä polttoainetta käyttävästä vaiheesta. Näin sen suorituskyky on optimoitu eri lennon vaiheisiin.

Yleistäen kiinteää polttoainetta käyttävä rakettimoottori on kuin ilotulitusraketti, eli siinä on kakku räjähtäen itsestään palavaa ainetta siten, että keskellä on pitkittäinen reikä, jonka kautta pakokaasut ohjataan suuttimeen ja sen kautta taaksepäin moottorista tuottamaan työntövoimaa.

Kiinteä rakettimoottori on siten yksinkertainen, eikä sen lentoonvalmistelu vaadi tankkaamista. Yleistäen se voidaan vain tuikata tuleen ja se toimii erittäin varmasti. Ongelmana on kuitenkin se, että moottoria ei voi hallita lennon aikana: sytyttämisen jälkeen sitä ei voi sammuttaa eikä sen työntövoimaa voi säätää. Sen sisärakenne on tosin tehty sellaiseksi, että työntövoima muuttuu suunnitellun lennon vaiheen mukaisesti sitä mukaa, kun polttoaine palaa moottorin sisällä.

Tämän hallitsemattomuuden vuoksi Vegassakin on ylin vaihe, joka toimii nestemäisellä polttoaineella. Sen rakettimoottoria voidaan säätää ja se voidaan sammuttaa sekä käynnistää uudelleen. Näin se pystyy viemään satelliitin tarkalleen halutulle radalle Maan ympärillä.

Vegan tapauksessa ylin vaihe toimii myös raketin “aivoina” – sen avioniikkalaitteisto sijaitsee siellä. Rakettimoottorina siinä on pieni, yksinkertainen ja luotettava ukrainalaistekoinen rakettimoottori. Sopivan kokoista moottoria ei ollut tarjolla Euroopassa, eikä sen kehittämiseen haluttu käyttää rahaa, koska tarvittava moottori oli saatavissa idästä.

Jo rutiinilaukaisu

Ensimmäinen Vega laukaistiin avaruuteen vuonna 2012 ja Sentinel-2A:n kiertoradalle vievä lento on järjestyksessään jo viides. Edellisellä lennollaan Vega laukaisi lyhyelle lennolleen  ESAn kokeellisen IXV-avaruusaluksen ja seuraavalla lennolla on kyydissä LISA-Pathfinder, jännittävä tähtitieteellinen tutkimuslento, jonka päämääränä on Lagrangen piste 1 noin 1,5 miljoonan kilometrin päässä Maasta.

Vaikka LISA-Pathfinder ohjataankin kauemmaksi Maasta, on Vegan peruskauraa Sentinel-2:n kaltaiset Maan kiertoradalle laukaistavat, massaltaan 300-2500 kg olevat satelliitit. Vegan suunnittelussa tyypillisenä matkustajana on pidetty puolitoistatonnista satelliittia, joka laukaistaan noin 700 km:n korkeuteen Maan napojen kautta kulkevalle polaariradalle; Sentinel on juuri sen tyyppinen tapaus.

Vegan laukaisulistalla on tällä hetkellä kahdeksi seuraavaksi vuodeksi kolme kaukokartoitussatelliittia, kaksi ilmastotutkimussatelliittia (mm. Suomessa hiotun suuren peilin sisältävä ADM-Aeolus).

Vegasta ollaan myös kehittämässä äreämpää versiota, joka ulkoisesti ei juuri eroa nykyisestä. Tämä Lyra-niminen raketti olisi noin 30% voimakkaampi kuin nykyinen Vega, mutta sen tekeminen ja laukaisu maksaisi jotakuinkin saman verran kuin Vegalla nykyisin.  

P80-rakettimoottori tarkemmin

Vegan ensimmäisen vaiheen rakettimoottori on italialaistekoinen (Fiat ja Avio) P80.

Se on kiinteällä polttoaineella toimiva rakettimoottori, eli moottori on käytännössä kuin suuri sylinteri, jonka yläosa on suljettu ja alaosassa on suutin. Keskellä on suuri määrä herkästi syttyvää ajoainetta, jonka keskiosassa on muotoiltu reikä pystysuunnassa. Kun moottori sytytetään, palaa ajoainekakku alhaalta ylöspäin ja synnyttää suuren määrän kuumaa pakokaasua, joka syöksyy ulos rakettimoottorin suuttimesta.

Ajoaine on polttoaineen ja hapettimen seosta, missä on mukana sidosainetta. Polttoaineena ja samalla sidosaineena on hydroksyylipäätteistä polyvinyylietyleeniä, eli käytännössä parafiinivahaa, hapettimena ammoniumperkloraattia ja lisäksi hieman alumiinipulveria.

Moottorin työntövoima on laukaisun aikaan 3040 kN, mutta työntövoima muuttuu lennon kuluessa. Sitä hallitaan siten, että moottorin keskellä pystyssä oleva tyhjä tila on välillä suurempi ja välillä ahtaampi, minkä lisäksi reikä ei ole pyöreä, vaan hieman tähtimäinen: silloin palopinta-alaa on enemmän ja näin kaasuntuotto on suurempi.

Hiilikuiturakenteinen moottorin ulkokuori on kolme metriä halkaisijaltaan, tyhjän moottorin paino on seitsemän tonnia ja polttoaineen kanssa sen massa on kaikkinensa 95 tonnia. Polttoainetta tästä on 80 tonnia, ja kun se sytytetään laukaisun koettaessa käyntiin, kestää palaminen 107 sekuntia.