ESA-blogi

Avaruusteleskooppi Hubblen seuraaja, James Webb Space Telescope on jälleen yhtä askelta lähempänä laukaisuaan avaruuteen, kun Euroopan avaruusjärjestö ESA allekirjoitti Arianespacen kanssa sopimuksen teleskoopin laukaisusta.

Uusi, suurikokoinen superteleskooppi singotaan avaruuteen lokakuussa 2018 Ariane 5 -kantoraketilla.

1960-luvulla kuuohjelman aikaan NASAn johtajana olleen James Webbin mukaan nimetty avaruusteleskooppi on ollut suunnitteilla jo pitkään ja sen monimutkaista peilijärjestelmää on testattu testaamisesta päästyä. Monet teleskooppiin asennettavista havaintolaitteista on jo tehty ja laukaisupäivän päättäminen sekä allekirjoitus laukaisusta on konkreettinen askel eteenpäin hankkeessa.

Teleskooppi on NASAn, ESAn ja Kanadan avaruusviraston yhteishanke, ja laukaisu avaruuteen Arianella on osa ESAn osuutta hankkeesta. Lisäksi eurooppalaisvoimin tehdään teleskooppiin kaksi sen neljästä havaintolaitteesta.

Viime aikoina Suomessakin on puhuttu paljon pienistä nanosatelliiteista, muutaman kilon massaltaan olevista, 10 cm kanttiinsa olevista kuutioista koostuvista pienistä satelliiteista. Suomen ensimmäinen satelliitti Aalto-1 on kolmen kuution kokoinen satelliitti ja eilen julkistettu Reaktor-yhtiön Hello World on kahden kokoinen.

Nanosatelliitit putoavat tehtävänsä jälkeen takaisin Maahan ja tuhoutuvat ilmakehän kitkakuumennuksessa kokonaan.

Yleensä kyseessä on lennon surullisin vaihe, koska suurella työllä tehty satelliitti sulaa ja höyrystyy ilmanvastuksen pätsissä.

Nyt kuitenkin ESAn Hollannissa olevan teknisen keskuksen ESTECin suuressa radiotestaustilassa on pieni satelliitti, jonka tarkoituksena on tutkia juuri sitä, mitä pienelle satelliitille tapahtuu maahanpaluussa. Miten ilmanvastus vaikuttaa siihen ja kuinka se osat tuhoutuvat vähitellen?

Qarman (QubeSat for Aerothermodynamic Research and Measurements on Ablation) on belgialaisen Von Karman -instituutin ESAlle valmistama satelliitti, joka tulee mittaamaan sisäistä  ja ulkoista lämpötilaa, painetta ja mm. kirkkautta, jolla ympärillään oleva plasma (kuumenemisen vuoksi sähköisesti varautuneen kaasun) hohtaa.

Viime viikon torstaina juhlittiin Euroopan avaruusjärjestön maa-asemaverkon ESTRACKin 40-vuotista historiaa. 

Avaruusaluksia lähettävä ja operoiva avaruusjärjestö ei luonnollisestikaan voisi toimia kunnolla, jos sillä ei olisi omia maa-asemia, joilla se voisi olla yhteydessä satelliitteihinsa ja luotaimiinsa. Niinpä eräs ensimmäisistä tehtävistä ESAn perustamisen jälkeen oli maa-asemien tekeminen, ja nyt neljän vuosikymmenen aikana asemia on perustettu Euroopan lisäksi Australiaan ja Etelä-Amerikkaan, ja Maata kiertävien satelliittien lisäksi ne tukevat kaukana aurinkokunnassakin olevia luotaimia.

Asemat ovat yhteydessä Saksan Darmstadtissa olevaan Euroopan avaruusoperaatiokeskukseen, ESOCiin, missä on ohjattavana tällä haavaa  pitkälti toistakymmentä erilaista avaruuslentoa. Keskus ottaa avaruudesta vastaan havaintoja ja telemetriatietoja, välittää niitä eteenpäin ja lähettää takaisin avaruusaluksiin ohjeita.

Merkkipäivää juhlittiin Espanjan Cebreroksessa Madridin luona, missä sijaitsee DSA-2, Deep Space Antenna 2, eli ESAn “syvän avaruuden antenni 2”. Kyseessä on yksi kolmesta suuresta 35-metrisestä lautasantennista, joiden kautta ollaan yhteydessä kaikkein kauimpana oleviin luotaimiin. Kaksi muuta sijaitsevat Australiassa, New Norciassa, ja Argentiinassa, Malargüessa.

Tällaisia ovat nyt komeettaa tutkiva Rosetta ja Marsia kiertävä Mars Express. Vielä jokin vuosi sitten mukana oli Venus Express, ja hyvin pian mukaan liittyvät Merkuriukseen lähtevä BepiColombo, punaiselle planeetalle suuntaava ExoMars, Jupiteria kohden laukaistava JUICE ja Aurinkoa tutkiva Solar Orbiter.

Isot antennit ovat yhteydessä myös Lagrangen pisteessä sijaitsevaan Gaia-teleskooppiin. Normaalisti DSA-asemat kykenevät toimimaan 800 miljoonan kilometrin päässä olevien avaruusalusten kanssa, eli ne voivat olla vaivatta yhteydessä Jupiteria kiertävään luotaimeen.

Pienemmiltä maa-asemilta – joista Suomea lähin sijaitsee Ruotsin Kiirunassa – ollaan yhteydessä Maata kiertäviin satelliitteihin. Lisäksi ESTRACKin osana ovat Ariane-rakettien nousua seuraavat maa-asemat Kouroussa ja Azoreilla. 

ESA on säännöllisesti myös yhteistyössä Yhdysvaltain, Japanin, Venäjän ja Kiinan sekä kansallisten Euroopan maiden avaruusorganisaatioiden kanssa joko siten, että ne käyttävät hyväkseen ESTRACKin verkostoa tai auttavat puolestaan yhteydenpidossa ESAn avaruusaluksiin omien antenniensa kanssa. 

Legendaarisinta on luonnollisesti keskinäinen avunanto NASAn Deep Space Networkin kanssa.

Ei vain tiedon välitystä

Etenkin suurten maa-asemien tehtävänä on pelkän tiedon välittämisen lisäksi tarkkailla avaruusalusten sijaintia ja varmistaa niiden rata- ja nopeusmuutoksia radiosignaalia tarkkailemalla.

Signaalia tarkasti analysoimalla saadaan myös tieteellistä tietoa kohteesta, jota luotain on tutkimassa. 

ESAn maa-asemien kehittäminen on puskenut myös tapoja ja tekniikkoja normaalissa satelliittiyhteydenpidossa eteenpäin. Esimerkiksi kryogeenisesti (esimerkiksi nestemäisellä typellä) jäähdytetyt vastaanottimet, digitaaliset signaalinkäsittelylaitteet sekä antennien suuntaustekniikat ovat saaneet alkunsa ESTRACin antenneilla. Nyt eurooppalaiset satelliittitietoliikennelaitteita tekevät yhtiöt käyttävät näitä normaalisti tuotteissaan.

Lähitulevaisuudessa tullaan ottamaan käyttöön yhä korkeampia radiotaajuuksia, mikä puskee tekniikkaa jälleen eteenpäin. Suuremmat taajuudet ovat välttämättömiä suurempien tietomäärien välittämiseen; uudet ja etenkin tulossa olevat satelliitit keräävät hurjia määriä tarkkoja tietoja paljon aikaisempaa ripeämmin, joten tietoa pitää siirtää alas Maahan myös nopeammin ja tehokkaammin.

Seuraavaksi ESTRACK aikoo ottaa käyttöön laserlinkit, joiden avulla tieto saadaan liikkumaan vieläkin tarkemmin. Tämän ongelmana on kuitenkin kohdistus, sillä lasersäteen suuntaaminen yli 25 000 kilometriä tunnissa radallaan liikkuvan satelliittiin on varsin haastavaa.

Maa-asemien musiikkia

Juhlansa kunniaksi ESTRACK pyysi yleisöä lähettämään tekemiään musiikkikappaleita kilpailuun, jonka voittaja julkistettiin viime viikon tilaisuudessa. 

Ranskalainen 17-vuotias Gautier Acher voitti kilpailun kappaleellaan 11.2 km/s ja siitä tehtiin alla oleva video. Musiikkeja saatiin kaikkiaan 117 ja ne ovat ESAn SoundCloud-sivulla kuunneltavissa.

Tänään aamulla klo 5:08 Suomen aikaa laukaistiin Ranskan Guyanassa sijaitsevasta Kouroun avaruuskeskuksesta avaruuteen kahta uutta Galileo-satelliittipaikannussysteemin satelliittia kuljettanut kantoraketti. Lento sujui hyvin ja Galileo-satelliitit 9 ja 10 ovat nyt hyvin radoillaan 23 500 kilometrin korkeudessa, missä ne ovat avanneet aurinkopaneelinsa ja aloittaneet toimintansa normaalisti.

Avaruudessa on siis nyt jo kolmasosa Galileo-järjestelmän satelliiteista ja kaksi satelliittia lisää on tarkoitus laukaista vielä tämän vuoden aikana. Niiden testaus on saatu päätökseen ja lisäksi seuraavat kaksi satelliittia niiden jälkeen ovat parhaillaan testattavana. Kahden sarjoissa laukaistavat satelliitit testataan huolellisesti ennen lähettämistä avaruuteen.

Satelliitteja tehdään parhaillaan sarjatyönä: ne valmistaa saksalainen OHB Bremenissä ja satelliittien hyötykuorma, tarkat atomikellot sekä radiolähettimet tekee brittiläinen Surrey Satellite Technology Ltd.

Kummankin apuna on suuri määrä alihankkijoita ympäri Euroopan, muun muassa Suomesta. Suomesta Galileo-satelliittien tekniikan, ohjelmistojen ja maa-asemien tekemiseen ovat osallistuneet Space Systems Finland ja RUAG Space Finland (entinen Patrian avaruusliiketoimintayksikkö). Lisäksi Suomesta Geodeettisen laitoksen huipputarkkaa tutkimusvastaanotinta käytetään analysoimaan Galileon lähettämiä signaaleja.

Galileo tulee kohta käyttöön

Galileo-järjestelmää testataan parhaillaan ja tulossa olevien laukaisuiden jälkeen sen julkinen käyttäminen voi alkaa jo ensi vuoden lopussa. Sen jälkeen satelliittien määrää vielä lisätään, jolloin järjestelmän tarkkuus ja kattavuus paranee. Täysin valmis se on vuonna 2020

Rakentamista vauhdittaa osaltaan se, että ensi vuonna käyttöön saadaan erityisesti Galileo-satelliittien laukaisuun muokattu Ariane 5 -kantoraketti, joka pystyy viemään kerralla neljä satelliittia avaruuteen. 

"Galileo-järjestemän rakennus on täydessä vauhdissa", iloitsi ESAn pääjohtaja Jan Wörner laukaisun jälkeen.

"Kun saamme avaruuteen uusia satelliitteja tasaista tahtia, ja rakennamme samalla järjestelmän vaatimia maa-asemia ympäri maapallon, on Galileo pian todellinen, maailmanlaajuinen paikannusjärjestelmä. Hetki, jolloin Galileo on operationaalisessa käytössä lähestyy – ja se on suuri päivä Euroopalle."

ESA rakentaa järjestelmää yhdessä Euroopan komission kanssa ja sen tarkoituksena on luoda Euroopalle, oma riippumaton kyky satelliittipaikannukseen joka puolella maailmaa. Samalla Galileo on suunniteltu täydentämään olemassa olevia satelliittipaikannusjärjestelmiä.

*

Alla on video tämänaamuisesta Galileo-satelliittien laukaisusta.

Kuten edellisessä ESAn tanskalaisastronautti Andreas Mogensenin IRISS-avaruuslennosta kertovassa jutussamme kerrottiin, lähti Andreas Sojuz TMA-18M -lennolla miehistöönsä kuuluvien Sergei Volkovin ja kazakstanilaisen Aidyn Aimbetovin kanssa Moskovasta Baikonuriin Juri Gagarinin kosmonauttikoulutuskeskuksen erikoislennolla 18. elokuuta ja on ollut siitä alkaen avaruuskeskuksessa miehistönsä kanssa odottamassa lentoaan.

Odottamisen lisäksi kolmikko, sekä erillisellä lennolla saapunut varamiehistö ovat päässeet katsomaan kantorakettiaan ja Sojuz-alustaan, harjoitelleet ja levänneet, mutta he ovat myös käyneet läpi koko joukon venäläisiä avaruuslentoperinteitä. 

Palaamme itse lentoon tarkemmin huomenna, mutta nyt tässä alla on muutamia kuvia, joita Andreas (ja muut ESAssa) on julkaissut Baikonurissa eristyksissäoloaikanaan hänen flickr-tilillään. 

Laukaisu tapahtuu keskiviikkona 2. syyskuuta aamulla aikaisin klo 07:37:32 Suomen aikaa (10:37:43 paikallista aikaa Baikonurissa) ja tapahtumat tullaan välittämään suorana lähetyksenä niin ESAn sivuilla kuin täällä Tiedetuubissakin.

Euroopan avaruusjärjestö viettää kaksinkertaista juhlaa näinä aikoina. Eurooppalaista yhteistyötä avaruudessa on kestänyt 50 vuotta ja siitä ESA on vastannut osaltaan 40 vuoden ajan. Syntymäpäivistä viimeisin, ESAn oma, oli nyt toukokuussa, koska  toukokuussa 1975 kymmenen Euroopan valtion johtajat  allekirjoittivat järjestön peruskirjan.

Koska aina välillä ESAn omituinen olemus ihmetyttää, on väläys historiaan paikallaan – se, että raketit nousevat kiertoradalle ja luotaimet lentävät avaruudessa, on pitkälti myös diplomaattien ja kansainvälisen politiikan ansiota…

ELDO + ESRO = ESA

Idea Euroopan omasta, muista riippumattomasta pääsystä avaruuteen syntyi 1960-luvun alussa, kun kuusi maata (Belgia, Ranska, Länsi-Saksa, Italia, Alankomaat, ja Iso-Britannia) muodostivat ELDO-nimisen järjestön, jonka tehtävänä oli kehittää myöhemmin “Europa” -nimen saanut raskas kantoraketti. 

ELDOn (European Launcher Development Organisation) rinnalle synnytettiin myös tieteellisiä satelliitteja yhdessä suunnitellut ESRO (European Space Research Organisation), mihin ELDO-maiden lisäksi tulivat mukaan Tanska, Espanja, Ruotsi ja Sveitsi. Sopimus kummastakin järjestöstä allekirjoitettiin vuonna 1962, mutta ne tulivat voimaan vasta vuonna 1964.

Ne toimivat erillään, mutta yhteistyössä, lähes kymmenen vuoden ajan, kunnes toimintojen päällekkäisyyden ja synergiaetujen vuoksi järjestöjä alettiin sulauttaa yhteen. Tämä tapahtui diplomaattiteitse ja lopulta ministeritasolla viimein alkuvuonna 1975 ja huipentui toukokuiseen allekirjoitustilaisuuteen. Tämä merkitsi Euroopan avaruusjärjestön syntymää, ja samalla myös toimintojen laajenemista operationaalisten avaruustoimien (kuten tietoliikenne- ja sääsatelliittien) puolelle.

Samalla ESROn ja ELDOn toiminnat päättyivät, kun niiden työn alla olleet hankkeet siirrettiin ESAn tehtäväksi.

Tuplasti jäseniä

Tarkalleen ottaen tapahtumat vuonna 1975 etenivät siten, että huhtikuussa 1975 pidettiin Brysselissä Eurooppalainen Avaruuskonferenssi, missä 15.4.1975 osallistujavaltioiden ministerit hyväksyivät ESAn tulevan peruskirjan ja ehdottivat sitä jäsenmaiden kansallisten lainsäätäjien hyväksyttäväksi 13. joulukuuta 1975 mennessä.

ESROn ja ELDOn edustajat puolestaan hyväksyivät sen Pariisissa pidetyssä toisessa konferenssissa 30. toukokuuta 1975. Irlanti tuli mukaan saman vuoden joulukuussa. Peruskirja tuli voimaan virallisesti vasta 30. lokakuuta 1980, mutta toiminta käynnistyi jo vuonna 1975.

Sen jälkeen ESAan on liittynyt useita valtioita. Ensinnä Itävalta ja Norja (1986), sitten Suomi (1995), Portugali (2000), Kreikka ja Luxemburg (2005), Tsekin tasavalta (2008), Romania (2011) ja Puola (2012). Seuraavat kaksi jäsenmaata tulevat näillä näkymin olemaan Viro ja Unkari, koska allekirjoittivat liittymissopimukset tämän vuoden helmikuussa. Pian ESAssa on siis 22 jäsenmaata.

Lisäksi seitsemän muuta Euroopan unionissa olevaa, mutta ESAan kuulumatonta maata ovat läheisessä yhteistyössä ESAn kanssa erityisten sopimusten ansiosta. Näitä ovat Bulgaria, Kypros, Latvia, Liettua, Malta, Slovakia ja Slovenia. Kroatian kanssa neuvottelut ovat käynnissä juuri nyt. 

Myös Kanada osallistuu joihinkin ESAn ohjelmiin ja sillä on pitkäaikainen yhteistyösopimus, joista ensimmäinen allekirjoitettiin jo vuonna 1979.

Samalla kun Euroopan avaruusjärjestön minisatelliitti Proba-V tarkkailee kasvillisuutta maanpinnalla, se seuraa tapahtumia myös hieman korkeammalla: sivutöinään se vastaanottaa signaaleja tuhansista lentokoneista.

Kaksi vuotta sitten laukaistu Proba-V on tähän mennessä rekisteröinyt yli 15 000 lentokoneen sijainnin 25 miljoonassa pisteessä. Satelliitti on edelläkävijä, mutta se on osoittanut, että valmisteilla olevat satelliitit pystyvät selviytymään tehtävästä.

"Toimimme 24 tuntia vuorokaudessa ja seitsemän päivää viikossa paitsi ajoittaisten huolto- ja päivitystoimien aikana", kehuu koetta johtava Toni Delovski Saksan ilmailu- ja avaruustutkimuslaitos DLR:stä.

"Olemme osoittaneet, että lentokoneet on mahdollista havaita vaivatta avaruuresta, vaikka niiden signaaleja ei ole suunniteltu vastaanotettavaksi niin etäältä. Itse asiassa lentokoneet lähettävät signaalinsa sivusuuntaan, jolloin ne on vaikeampi havaita."

"Yhdellä satelliitilla pystytään tarkkailemaan kerralla vain noin 1 500 x 750 kilometrin kokoista aluetta, mutta kun satelliitteja on isompi joukko, niillä saadaan aikaan maailmanlaajuinen kattavuus."

Alle kuutiometrin kokoiseen Proba-V-satelliittiin on saatu mahdutettua useita koelaitteistoja sen pääinstrumentin, "kasvillisuuskameran", lisäksi. Sillä kartoitetaan muutokset kasvillisuudessa koko maapallolla kahden päivän välein.

Euroopan avaruusjärjestö kutsuu kaikkia osallistumaan valokuvauskilpailuun, joka liittyy uuden, maapalloa eri aallonpituuksilla kuvaavan Sentinel-2A -satelliitin laukaisuun. Satelliitti laukaistaan Maata kiertämään kesäkuun 12. päivänä, mutta kilpailu tapahtuu jo sitä ennen, sillä voittaja pääsee seuraamaan laukaisua ESAn avaruusoperaatiokeskuksessa.

Kilpailun teema on "värinäkö" eli "colour vision" englanniksi, koska Sentinel-2 -satelliitit kuvaavat maapalloa 13 eri kanavalla, jotta sen kuvista saataisiin paljon erilaista tietoa maapallon pinnan sekä merien ominaisuuksista ja kasvillisuudesta.

Sentinelit ovat olennainen osa Euroopan komission Kopernikus-ohjelmaa, jonka tarkoituksena on lähettää Maata kiertämään erilaisista satelliiteista koostuva lauma, joka tutkii sekä kuvaa maapalloa eri tavoilla sekä tuottaa runsaasti tarkkaa tietoa tutkijoille ja viranomaisille. Nämä tiedot auttavat hallitsemaan ympäristöämme, ymmärtämään esimerkiksi ilmastonmuutoksen seurauksia sekä tekemään arkipäiväisestä elämästämme turvallisempaa.

Avaruudessa jo oleva Sentinel-1 havaitsee Maata tutkalla, kun taas Sentinel-2:n tärkein mittalaite on uudenlainen korkearesoluutioinen monikanavakamera. Kumpiakin satelliitteja on tarkoitus lähettää ainakin kaksi, ja ensimmäinen Sentinel-2, nimeltään Sentinel-2A, laukaistaan nyt olevan aikataulun mukaan 12. kesäkuuta 2015. 

Etelämantereen lyhyt, mutta toimintaa täynnä ollut kesäkausi on päättymässä, kun viimeiset vain kesän aikana käymässä olleet tutkimusryhmät ja huoltojoukot lähtevät kotimatkoilleen.

Sen sijaan pitkän ja pimeän talven ajaksi asemille eristyksiin jäävät henkilöt valmistautuvat raskaaseen koitokseen: kuten astronautit avaruusasemalla, he joutuvat elämään kuuden kuukauden ajan täysin omillaan, seuranaan vain toiset asemalla olevat ihmiset sekä ajoittainen tietoliikenneyhteys ulkomaailmaan. Itse asiassa pesti Antarktiksen tutkimusasemalla on jopa vaativampi kuin lento avaruudessa, sillä neljän kuukauden ajan asemat ovat lähes täydellisessä pimeydessä, kun Aurinko ei nouse horisontin yläpuolelle.
 
Olosuhteiltaan Etelämanner on myös erittäin haastava. Esimerkiksi ranskalais-italialainen Concordia-tutkimusasema, suurin eurooppalainen asema Antarktikalla, on 3200 metrin korkeudessa merenpinnan yläpuolella jäätikön päällä. Pitkäaikainen oleskelu siellä saa aikaan kroonisen hapenpuutteen, joka heikentää suorituskykyä. Sitä hoidetaan ajoittain happikylvyillä, mutta muutoin siitä ei ole suoranaista terveyshaittaa – se vain tekee elämästä hankalaa.

Myös lämpötila on perin ikävä ulkoilun kannalta: keskilämpötila talvella on -51°C ja matalin Concordialla mitattu pakkaslukema on -85°C.

Lähin asuttu paikka Concordiasta mitattuna on ranskalaisten tutkimusasema Dumont d’Urville 1100 kilometrin päässä rannikolla. Italian oma asema Mario Zucchelli on 1200 kilometrin etäisyydellä.

ESAn lääkäri mukana Concordialla

Euroopan avaruusjärjestö on osallistunut jo pitkän aikaa Concordia-asemalla tehtävään tutkimukseen rahoittamalla joka vuosi asemalle lääkärin. Hän toimii aseman 13-henkisen miehistön jäsenenä, huolehtien lääketieteellisistä ongelmista eristyksen aikana, mutta tekee myös tutkimusta.

Tänä vuonna tohtorina toimii otsikkokuvassa poseeraava britti Beth Healey, jonka edessä on viisi tutkimusohjelmaa, joilla valmistaudutaan aikanaan tapahtuviin pitkäkestoisiin avaruuslentoihin toisille taivaankappaleille. Niistä on tosin apua myös avaruusasemalla Maata kiertävällä radalla, kuten myös jokapäiväisessä elämässä erikoisolosuhteissa