Tiangong

Eräs viimeisistä Tiangong-1:stä otetuista tutkakuvista; eilen otettu kuva näyttää, että asema oli vielä tuolloin noin 160 km:n korkeudessa ollessaan rakenteellisesti ehjä.
Kuva: Fraunhofer-instituutti.

Mitä tapahtui?

Kuten etukäteen arvioitiin, aseman ratakorkeus putosi nopeasti sunnuntain kuluessa ja lopulta, kun korkeutta oli noin satakunta kilometriä, asema alkoi vajota nopeasti ilmakehän ottaessa siitä otettaan.

Mitä alemmaksi asema tuli, sitä paremmin sen putoamista voitiin ennustaa. Koska se kiersi koko ajan Maata kartan päälle projisoituna samalla kiertoradalla, mutta jonka korkeus vain tuli alemmaksi, voitiin vähitellen sulkea pois alueita, minne se ei ainakaan putoa.

Pian putoamispaikka-arvio oli siten pitkä soiro maapallon pinnalla – aseman viimeinen rata. Lopulta putoamispaikka oli tuon radan kohdalla Tyynessä valtameressä.

Tyyni valtameri oli jo alun perin todennäköisin vaihtoehto yksinkertaisesti siksi, että se on niin suuri.

Epävarmuus putoamisen ajan ennustamisessa johtui ennen kaikkea siitä, että emme osaa tarkasti sanoa kuinka paljon ilmakehän yläosien hyvin harva kaasu – ilmakehän rippeet – jarruttaa aseman ratanopeutta.

Kaasun tiheys riippuu mm. Auringon säteilystä: kun Auringosta tuleva hiukkasvirta, eli aurinkotuuli, ja Auringon säteily osuvat ilmakehän yläosiin, kaasun tiheys muuttuu. Ja näin käy koko ajan, tílanne muuttuu koko ajan. Yöpuolella ja päiväpuolella tiheys on myös hieman erilainen, samoin paikalliset erot ovat sen verran suuria, että niillä on merkitystä.

Lisäksi asema pyöri ja sen kiertorata oli hieman soikea, joten sitä, kuinka paljon eri asennoissa ja missä ratansa kohdassa ilmakehän jarrutusvaikutus oli suurin, oli mahdotonta mallintaa tarkasti.

Ilmakehän jarrutusvaikutus viime viikon lopussa hieman pienempää kuin aiemmin viikolla, mistä johtuen aseman radan putoaminen alaspäin hieman hidastui. Arviota säädettiinkin koko ajan havaintojen perusteella, ja vielä viime hetkillä aika tuli hieman arvioitua aiemmaksi. Viimeisimmät ennusteet eilen illalla povasivat putoamista noin neljän aikaan ja se oli n. 45 minuuttia aikaisemmin.

Ennustaminen tässä meni siis itse asiassa varsin hyvin nappiin, sillä epävarmuustekijät huomioiden työ ei voisi juurikaan onnistua paremmin.

Se, kuinka paljon asemasta selvisi ilmakehän kitkakuumennuksesta kappaleita Maan pinnalle, jää selvittämättä tarkasti. Yleensä määrä on 10 – 40 % alkuperäisestä massasta, kun kyseessä on Tiangongin kaltainen kappale.

Tämä tarkoittaa siis noin 840 kg – kolmisen tonnia tavaraa, useiksi sadoiksi tai jopa tuhansiksi osiksi hajonneena. Ne levisivät noin tuhat kilometriä pitkälle ja satakunta kilometriä leveälle putoamisalueelle.

Taustaa

Kiina on laukaissut avaruuteen kaksi avaruusasemaa, Tiangong-1:n vuonna 2011 ja Tiangong-2:n vuonna 2016.

Näistä nyt pudonnut Tiangong-1 oli virallisesti vain kokeellinen asema. Sen avulla kiinalaiset testasivat telakoitumista avaruusasemaan ja työskentelyä siellä; kaksi miehitettyä lentoa kävikin asemalla, Shenzhou-9 maaliskuussa 2012 ja Shenzhou-10 kesäkuussa 2013.

Tarkalleen ottaen Tiangong-1 oli 10,4 metriä pitkä ja 3,4 metriä halkaisijaltaan oleva sylinteri, jonka sisällä oli 15 m³ paineistettua asuin- ja työskentelytilaa.

Asemasta sojottivat ulospäin kooltaan noin 3 x 7 metriä kooltaan olevat aurinkopaneelit ja sen kokonaismassa oli 8,5 tonnia.

Kakkonen on noin 14,5 metriä pitkä ja hieman painavampi.

Hallitsematon maahanpaluu

Yhteys Tiankong-1:een menetettiin joko täysin tai osittain 16. maaliskuuta 2016, jolloin sen ratakorkeus oli vielä noin 360 km. Sen jälkeen se ei ole voinut pitää rataansa yllä, vaan putosi alemmaksi ilmakehän yläosien ratanopeutta hidastavan vaikutuksen vuoksi alla olevan käydän osoittamalla tavalla.

Kun korkeus oli noin 100 km, alkoi putoaminen toden teolla; mitä alemmas asema tuli, sitä enemmän ilmanvastus sitä hidasti ja noin 70-80 km:n korkeudesta putoaminen tapahtui jo hyvin jyrkästi.

Aseman nopeus putoamisen alkaessa oli noin 28 000 km/h ja ilmanvastus kuumensi aseman pintaa noin 1400° C:n kuumuuteen. Suurin osa materiaaleista suli ja höyrystyi tässä lämpötilassa.

Ilmanvastus myös rikkoi asemaa rakenteellisesti. Ensinnä irtosivat varmasti aurinkopaneelit ja muut ulkoiset osat, ja sitten aseman rakenne alkoi antaa periksi.

Erityisesti rakettimoottorit, telakointiportit ja polttoainesäiliöt todennäköisesti selvisivät osittain tuhoutuneina alas saakka.

Kooltaanhan asema ei ollut valtavan suuri, vain hieman isompi kuin esimerkiksi Kansainvälisen avaruusaseman rahtialukset. Ne voidaan kuitenkin ohjata tarkasti haluttuun paikkaan ja aikaan alas.

Tätä aikaisemmin amerikkalainen Skylab-avaruuasema putosi lähes hallitsemattomasti alas vuonna 1979 ja Neuvostoliiton Saljut-7 -avaruuaseman pudotus vuonna 1991 epäonnistui hieman. Skylabista putosi suuria osia Australiaan (ks. juttumme Nullarborin autiomaasta, Skylab-osuus alkaa noin kohdassa 7:10) ja Saljut-7:n tapauksessa palasia ropisi Argentiinaan.

Riski oli suurin vihreän kaistaleen ylä- ja alareunalla, eli mm. Yhdysvalloissa, Välimerellisessä Euroopassa ja Kiinassa sekä etelässä ennen kaikkea Australiassa. Kartan vasemmalla puolella on kuvaajassa ihmisten määrä k.o. pituuspiirillä ja oikealla riskin suuruus samoin pituuspiirien mukaan. Suomessa siis riski oli varmasti tasan nolla.

*

Tätä seurantajuttua on päivitetty ja muuteltu useaan kertaan.

Tilanne juuri nyt (29.3. klo 14.00)

Tiangong-1 putoaa alaspäin noin 8 km vuorokaudessa ja sen keskimääräinen ratakorkeus on noin 190 km. Aseman pyörimisnopeus on nyt noin 2:23 kierrosta minuutissa. Alla on hyvä video pyörimisestä, mutta twiitissä mainittu korkeusluku on vanhentunut.

Taustaa

Kiina on laukaissut avaruuteen kaksi avaruusasemaa, Tiangong-1:n vuonna 2011 ja Tiangong-2:n vuonna 2016.

Näistä nyt putoamassa alas on ensimmäinen, Tiangong-1, joka oli virallisesti vain kokeellinen asema. Sen avulla kiinalaiset testasivat telakoitumista avaruusasemaan ja työskentelyä siellä; kaksi miehitettyä lentoa kävikin asemalla, Shenzhou-9 maaliskuussa 2012 ja Shenzhou-10 kesäkuussa 2013.

Tarkalleen ottaen Tiangong-1 on 10,4 metriä pitkä ja 3,4 metriä halkaisijaltaan oleva sylinteri, jonka sisällä on 15 m³ paineistettua asuin- ja työskentelytilaa. 

Asemasta sojottaa ulospäin kooltaan noin 3 x 7 metriä kooltaan olevat aurinkopaneelit ja sen kokonaismassa on 8,5 tonnia. 

Kakkonen on noin 14,5 metriä pitkä ja hieman painavampi.

Hallitsematon maahanpaluu

Yhteys Tiankong-1:een menetettiin joko täysin tai osittain 16. maaliskuuta 2016, ja siitä alkaen asema on pudonnut alaspäin. Ilman toistuvia ratakorjauksia ilmakehän hyvin ohuet rippeet hidastavat aseman ratanopeutta ja saa sen putoamaan alaspäin.

Mitä alemmaksi asema putoaa, sitä nopeammin se putoaa alaspäin.

Alun perin aseman kiertorata oli noin 362 kilometriä korkealla, mutta nyt se on enää vain hieman yli 200 km. Asema putoaa nyt alaspäin useita kilometrejä päivässä ja vauhti kiihtyy koko ajan.

Kun korkeus on noin 100 km, alkaa putoaminen toden teolla; mitä alemmas asema tulee, sitä enemmän ilmanvastus sitä hidastaa ja noin 70-80 km:n korkeudesta putoaminen tapahtuu hyvin jyrkästi.

Aseman nopeus putoamisen alkaessa noin noin 28 000 km/h ja ilmanvastus kuumentaa aseman pintaa noin 1400°C:n kuumuuteen. Suurin osa materiaaleista sulaa ja höyrystyy tässä lämpötilassa.

Ilmanvastus myös rikkoo asemaa rakenteellisesti, jolloin pienemmät palat "palavat" helpommin ilmakehän kitkakuumennuksessa. 

Tiangong-1 on kuitenkin sen verran massiivinen ja siinä on lämpöä hyvin sietäviä osia, joten osa siitä selviää aina alas pinnalle saakka; suurin osa ilmakehään syöksyvistä satelliiteista palaa taivaalla kokonaan tähdenlentoina.

Erityisesti rakettimoottorit, telakointiportit ja polttoainesäiliöt saattavat selvitä osittain alas. Yleensä isokokoiset avaruusalukset pudotetaankin tarkoituksella Tyynen valtameren eteläosien päällä alas, jotta niistä ei koidu vaaraa kenellekään. Tiangong-1:een ei kuitenkaan ole yhteyttä, joten se putoaa alas hallitsemattomana.

Noin 10 - 40 prosenttia sen massasta päätynee pinnalle. Tiangong-1:n tapauksessa tämä on siis noin 840 kg – kolmisen tonnia.

Kooltaanhan asema ei ole valtavan suuri, vain hieman isompi kuin esimerkiksi Kansainvälisen avaruusaseman rahtialukset, mutta ne voidaan ohjata tarkasti haluttuun paikkaan ja aikaan alas.

Suomeen Tiankong-1 ei voi kuitenkaan pudota, koska se kiertää Maata radalla, jonka kaltevuus päiväntasaajan suhteen on 42,8°. Tämä tarkoittaa sitä, että putoamispaikka on jossain alla olevan kartan näyttämällä alueella.

Alue on noin tuhatkunta kilometriä pitkä ja satakunta kilometriä leveä alue, eli vaikka osat putoaisivat asutuille seuduille, ne levittäytyvät hyvin laajallle alueelle. Siten riski joutua putoavan avaruusasemaromun kohdalle on äärimmäisen pieni.

Vielä tammikuun puolivälissä asema oli noin 280 km:n korkeudessa, mutta nyt sen ratakorkeus on jo vain noin 200 km. Putoamistahti on jo nopeutunut olennaisesti ja se kiihtyy vain tästä eteenpäin.

Tuoreimmat arviot putoamisajasta liikkuvat aikavälillä 30. maaliskuuta – 2. huhtikuuta, eli asema saattaisi pudota alas jo ensi viikon lopussa. Eri tahojen erilaisin menetelmin tekemien arvioiden keskiarvo on aprillipäivässä, eli huhtikuun ensimmäisessä – täsmälleen viikon päästä sunnuntaissa.

Putoamispaikkaa ei voi vielä edes arvioida, sillä asema kiertää maapallon kerran noin 1,5 tunnissa ja putoamispaikan arviointi vaatii tarkan tiedon putoamisajasta. Sitä ei ole vielä saatavilla.

Toistaiseksi varmaa on vain se, että asema ei voi missään nimessä pudota alueille, jotka ovat pohjoisempana tai etelämpänä kuin 42,8°. Suomeen asema ei siis putoa.

Suurin osa maapallon pinnasta on merta, joten todennäköisyys siihen, että asemasta olisi vaaraa ihmisille, on hyvin pieni. Tietysti on mahdollista, että asema putoaa myös jonkun suurkaupungin päälle.

Kun amerikkalainen Skylab-avaruusasema putosi lähes hallitsemattomana alas vuonna 1979, arvioitiin todennäköisyydeksi sille, että siitä tulevat osat osuisivat ihmisiin noin 1:600 000 000 000. Ihmisiä tosin oli tuolloin vain neljä miljardia, joten nyt todennäköisyys on hieman suurempi – mutta silti erittäin pieni.

Asema putoaa todennäköisimmin alueelle, joka on punaisten viivojen välissä päiväntasaajan molemmin puolin.

Myös se, kuinka suuria osia asemasta putoaa pinnalle saakka, on vielä epävarmaa.

Valtaosa 10,4 metriä pitkästä ja lähes 10 tonnia massaltaan olevasta asemasta joka tapauksessa höyrystyy ilman kitkakuumennuksen vuoksi sen pudotessa suurella nopeudella ilmakehään.

Asemassa on kuitenkin joitain osia, jotka varmasti kestävät maahanpaluun pätsin. Tällaisia ovat mm. tukevatekoiset telakointiportit ja kuumuutta kestämään suunnitellut rakettimoottorit. Ihan kokonaisina eivät nekään kopsahda maankamaraan tai molskahda veteen, mutta niistä voi olla harmia.

Harmillisia voivat olla myös polttoainesäiliöt, sillä niiden sisällä on varsin myrkyllistä hydratsiinia. Sitä on käytetty polttoaineena, ja mitä todennäköisimmin se palaa maahanpaluun aikana, mutta putoavan romun joukossa saattaa olla tätä syövyttävää ja myrkyllistä polttoainetta.

Jos satut olemaan siis paikalla, kun Tiangong putoaa, niin älä koske romuihin...

Aseman mitattu ja ennustettu korkeus (Aerospace Corp.)

Putoamispaikka on vielä lähes täysin auki ja kattaa käytännössä yhä koko 43. leveyspiirien välisen alueen. Paikka varmistuu muutaman tuhannen kilometrin tarkkuudella vasta tunteja ennen putoamista, tai vasta itse tapahtuman aikana. Myös se, putoaako osia maahan asti, on epävarmaa.

Tiangong-1 on kiertänyt Maata jo yli kuusi vuotta. Se laukaistiin avaruuteen syyskuussa 2011, minkä jälkeen siellä on vieraillut kaksi miehistöä. Nyt asema on tyhjillään. Vuoden 2016 alun jälkeen asema ei ole ollut lennonjohdon hallinnassa.

Aseman putoamisesta, tarkan ajankohdan ennustamisesta, sekä mahdollisista haitoista on kerrottu tarkemmin kahdessa aiemmassa jutussamme. Tuoreimmista aika-arvioista kertoi nyt ensimmäisenä Suomen kuvalehti.

Kiinan avaruusohjelman lennonjohto menetti yhteyden asemaansa vuoden 2015 lopussa ja siitä alkaen asema on pudonnut alaspäin noin 160 metriä vuorokaudessa.

Sitä ennen aseman kiertorataa pidettiin jotakuinkin vakiona säännöllisin ratamuutoksin. Nyttemmin joidenkin raporttien mukaan aseman asentoa on voitu säätää, mutta sen rataa ei voi edelleenkään hallita.

Ratakorkeus pysyikin 330 kilometrin ja 390 kilometrin välissä vuoden 2015 loppuun, mutta sen jälkeen, kun kiertorataa ei ole voitu nostaa tarpeen tullen, on asema pudonnut koko ajan alaspäin.

Noillakin korkeuksilla on hieman ilmakehän rippeitä, jotka hidastavat ratanopeutta ja saavat asemaa (kuten kaikkia samoilla seuduilla Maata kiertäviä kappaleita) putoamaan alaspäin. Ja mitä alemmas asema putoaa, sitä nopeammin sen vajoaminen alaspäin tapahtuu.

Nyt tammikuun 2018 puolivälissä asema kiersi Maata keskimäärin 280 kilometrin korkeudessa ja sen rata putoaa koko ajan alaspäin noin 160 metriä vuorokaudessa.

Tarkkaa aikaa, jolloin asema putoaa Maahan ei kuitenkaan voida vielä sanoa, koska putoamisnopeus vaihtelee ja etenkin lennon viime hetket ovat vielä hyvin epävarmoja. Monet asiat, ennen kaikkea Auringon aktiivisuus, vaikuttavat ilmakehän yläosien tiheyteen, mikä vaikuttaa puolestaan siihen, kuinka nopeasti asema tulee alaspäin.

Vielä viime vuonna putoamisajaksi arveltiin tammikuun alkua, mutta nyt arvio on maaliskuun puoliväli – kenties jopa huhtikuun alku.

Kuten yllä oleva Euroopan avaruusjärjestön tekemä piirros näyttää, on aikaikkuna edelleen varsin laaja. 

Putoamispaikka pystytään arvioimaan vasta sen jälkeen, kun putoamisaika on paremmin tiedossa. Mitä lähemmäksi putoaminen tulee, sitä paremmin molempi voidaan arvioida.

Suomessa ei kuitenkaan ole syytä hätään, koska Tiangong 1:n rata ei kulje koskaan Suomen päältä; putoaminen voi tapahtua luonnollisesti vain alueella, jonka yli asema lentää radallaan. Vain radan korkeus muuttuu, ei sen niin sanottu inklinaatio, eli kaltevuus päiväntasaajan suhteen. 

Tiangongin tapauksessa se on 43°, eli vaaravyöhykkeessä ovat vain alueet välillä 43° etelään ja pohjoiseen päiväntasaajasta. Euroopassa tämä tarkoittaa alueita Ranskan eteläosista ja Italian pohjoisosista etelään.

Näilläkin alueilla maapallolla suurin osa pinnasta on meren peitossa, joten todennäköisyys sille, että asema putoaa asutulle alueelle on erittäin pieni. 

Jotakuinkin luotettava arvio putoamispaikasta saadaan noin vuorokautta ennen oletettua putoamista, mutta silloinkin alue on vielä varsin suuri. Käytännössä se, mitä silloin tiedetään, on edessä oleva rata, ja koska putoaminen tapahtuu sen kohdalla, on "vaara-alue" edelleen pitkä soiro ympäri maapallon. Vielä noin seitsemän tuntia ennen putoamista on epvarmuus useiden tuhansien kilometrien luokkaa. 

Tiangong-1 ei ole suurin hallitsemattomasti Maahan putoava kappale: se oli amerikkalainen avaruuasema Skylab, joka putosi vuonna 1979 Australian eteläosien autiomaahan ja mantereen lounaispuolella olevalle merialueelle. Skylabin kappaleita voi yhä edelleen löytää Nullarborin autiomaasta.

Aseman korkeus viimeisen vuoden aikana ja 25.10. päivitetty ennuste (Aerospace).

Avaruusaseman povataan tuhoutuvan ilmakehässä lähes täysin, mutta jopa satakiloisia paloja saattaa silti selvitä pinnalle saakka. Niiden osuminen Suomessa takapihalle on kuitenkin mahdotonta, koska Tiangiong-1 kiertää Maata radalla, joka kaltevuus päiväntasaajan suhteen on 43°. Tämä tarkoittaa Pyreneiden vuoriston ja Afrikan eteläkärjen tuolla puolen olevan merenselän välistä aluetta. 

Osuminen asutuille alueille muutenkin on varsin epätodennäköistä, koska suurin osaa maapallon pinnasta on merta ja asumattomia alueita.

Mutta jos Tiangongin osia putoaa lähellesi, ei niihin kannata koskea paljain käsin, sillä niissä voi olla myrkyllisiä aineiden jäämiä, esimerkiksi polttoainetankkien sisältämää hydrasiinia.

Tiangong-1 on kiertänyt Maata jo yli kuusi vuotta. Se laukaistiin avaruuteen syyskuussa 2011, minkä jälkeen siellä on vieraillut kaksi miehistöä.

Ensimmäisten kolmen taikonautin visiitti kesti runsaat kolme päivää, jälkimmäinen kolmikko viipyi asemalla 12 vuorokautta.

Asemaan ei ole yhteyttä, eikä se ole lennonjohdon hallinnassa vuoden 2016 alun jälkeen. 

Tiangong-1on järjestyksessä jo kymmenes miehitetty avaruusmasema Maan kieroradalla. Aiemmin sellaisia ovat lähettäneet Neuvostoliitto (Almaz- ja Saljut-asemat sekä kuuluisa Mir), USA (Skylab), sekä nyt Kansainvälinen avaruusasema, jonka takentamiseen ovat osallistuneet Yhdysvaltain ja Venäjän lisäksi Euroopan avaruusjärjestö, Kanada ja Japani.

Kiinalla on jo avaruudessa toinenkin asema, Tiangong-2, joka on käytännössä samanlainen kuin noin 8,5 tonnia massaltaan oleva Ykkönen. 

Suurin Maata kiertänyt kappale, jonka tiedettiin etukäteen putoavan kontrolloimattomana maahan, oli avaruusasema Skylab (n. 77 000 kg). Sen paloja tippui lähes 7500 km pituiselle kaistaleelle Intian valtamerta, suurimmat palat tosin putosivat läntiseen Australiaan.

Vielä tätäkin massiivisempi oli avaruussukkula Columbia (105 600 kg), joka hajosi yllättäen Texasin yllä ilmakehään palatessaan vuonna 2003. Paloja löytyi 300 kilometrin pituiselta kaistaleelta Dallasin kaakkoispuolelta.

Kaikkein suurin (130 000 kg) ilmakehään palannut laitos oli kuitenkin avaruusasema Mir. Se kuitenkin pudotettiin hallitusti ilmakehään vuonna 2001, jolloin sen jääntet levisivät eteläisellä Tyynellä valtamerellä noin 200 x 3000 km olleelle alueelle. Yllä on kuva sen putoamisesta – koska aika ja paikka tiedettiin tarkasti etukäteen, seurattiin tapahtumaa tiiviisti mm. lentokoneista.