Venäjän avaruustoimia seuraava Anatoli Zak kertoo tuoreessa Popular Mechanics -lehdessä julkaistussa artikkelissaan, että kaikki ei sujunut laukaisussa ihan niin hyvin kuin oletettiin ja kerrottiin. 

Laukaisusuunnitelma oli hyvin selvä: sen jälkeen kun Proton-kantoraketti oli saattanut ExoMarsin (siis sen TGO-luotaimen ja sen päällä kiinni olevan Schiaparelli-laskeutujan) avaruuteen, otti ohjakset raketin ylin vaihe, avaruushinaajaksi kutsuttu Breeze-M. Se muutti useampaan kertaan luotaimen kiertorataa, jotta lopulta se saattoi puskea ExoMarsin oikealle radalleen kohti punaista planeettaa.

Sen jälkeen Breeze-M:n tarkoitus oli sytyttää rakettimoottorinsa uudelleen ja ottaa etäisyyttä luotaimeen. Ja sen jälkeen ollessaan turvallisella etäisyydellä käyttää moottoreitaan vielä kerran, jotta lentorata muuttuisi niin paljon, että rakettivaihe ei joutuisi vahingossakaan Marsin läheisyyteen.

Päinvastoin kuin Mars-luotaimet ja -laskeutujat, ei raketin vaiheita ole puhdistettu äärimmäisen tarkasti Maan mikrobeista, vaan niiden mukana teoriassa saattaisi lentää meikäläisiä eliöitä Marsiin. Siksi ne ohjataan yleensä riittävän kaukaiselle radalle.

Nyt näyttää siltä, että Breeze-M ei ole onnistunut ratamuutoksessaan, vaan se seuraa lähellä ExoMarsia jotakuinkin samalla radalla. Eikä tässä kaikki: näyttää siltä, että Breeze-M on räjähtänyt osiin juuri irtaantumisensa jälkeen ja yhden rakettivaiheen sijaan ExoMarsia seuraa useampi osanen.

Tämä ei ole ensimmäinen kerta, kun Breeze on aiheuttanut päänvaivaa. Tuorein tapaus ennen ExoMarsia on viime joulukuun 13. päivänä laukaistu salainen venäläinen sotilassatelliitti, jonka Breeze-M vei väärälle kiertoradalle. Venäläisasiantuntijoiden mukaan syynä olisi ollut korkeapainetankit, jotka tuottavat polttoainetankkeihin kaasunpainetta. Nähtävästi kaasun lisäksi polttoainetta valuu yhä edelleen avaruuteen ja Auringon kuumennuksessa tuloksena saattaa olla koska tahansa räjähdys.

Mikäli ExoMarsia kyytinyt Breeze-M räjähti tosiaan oltuaan 10,5 tuntia avaruudessa, kuten nyt näyttää, niin räjähdys tapahtui hyvin lähellä luotainta. Voi hyvin kuvitella, että räjähdys olisi voinut tapahtua myös hieman aikaisemmin tai siten, että jokin osa olisi sinkoutunut suoraan luotaimeen.

 Nyt kuitenkin kaikeksi onneksi TGO ja Schiaparelli ovat oikealla radallaan sekä toimivat moitteetta. Toivottavasti vain Breeze-M:n lähellä lentävät osat eivät koidu harmiksi myöhemmin...

Otsikkokuvassa on Schiaparelli ja Trace Gas Orbiter asennettuna vaalean, luotaimen "alla" olevan Breeze-M:n päälle. Kuva: ESA / Stephane Corvaja.
Alla olevassa kuvasarjassa näkyy avaruudessa lentävä Breeze-M:n ympärillään siitä irronneita osia. Kuva: OASI Observatory team; D. Lazzaro, S. Silva

Olemme seuranneet suomalaisten Etelämanner-retkikuntien lisäksi Tiedetuubissa varsin paljon ranskalais-italialaisen Concordia-aseman tapahtumia, koska siellä tehdään varsin paljon yleiseurooppalaisia tutkimuksia ja mukana siellä on aina Euroopan avaruusjärjestön lääkäri.

Hänen tehtävänään on paitsi pitää huolta 12-henkisen ylitse pimeän talven asemalla olevan miehistön terveydestä, niin myös tehdä tutkimusta, joka liittyy avaruuslentoihin sekä olemiseen suljetuissa, hyvin avaruuslentoja vastaavissa olosuhteissa.

Asuminen, oleminen ja työn tekeminen Etelämantereen tutkimusasemalla on monessa mielessä jopa vaativampaa kuin avaruuslento, vaikka olosuhteen aseman ulkopuolella eivät ole yhtä vaikeat.

Nytkin Concordia-asemalla on "vain"-43,2°C, joka tosin tuulen tuiverruksessa tuntuu samalta kuin -57,9°C.

Kaamokseen on Concordialla vielä aikaa pari kuukautta, mutta nyt miehistö on jo yksin. Ja pysyy eristyksissä muusta maailmasta yhdeksän kuukauden ajan.

Päivän kuvana olevan tunnelmakuvan viimeisen koneen lähtemisestä otti tänä vuonna ESAn lääkärinä toimiva Floris van den Berg, joka kertoo seikkailustaan paitsi ESAn Concordia-blogissa, niin myös omassa blogissaan.

Kuvan kone on myös kiinnostava: se on vuonna 1942 valmistunut Douglas DC-3, joka toimi toisessa maailmansodassa huoltokoneena ja sen jälkeen eri puolilla maailmaa mitä erilaisimmissa tehtävissä, ennen kuin Basler-niminen yhtiö asensi 1990-luvulla sen mäntämoottorien tilalle potkuriturbiinit ja muutti koneen Etelämantereen olosuhteisiin sopivaksi. Nyt kone tunnetaan nimellä Basler BT-67.

Tässä ensimmäisessä ExoMars-kyydissä oli mukana Marsin kaasukehää tutkiva TGO, Trace Gas Orbiter, sekä kokeellinen laskeutuja nimeltä Schiaparelli. Kyseessä on raskain koskaan Marsiin lähetetty lasti ja ensimmäinen kerta, kun Euroopan avaruusjärjestö koettaa laskeutua virallisesti punaisen planeetan pinnalle – vuonna 2003 Marsiin saapunut ja laskeutumisessaan epäonnistunut pieni Beagle 2 oli ESAn Mars Express -luotaimen kyydissä ratsastanut brittien tekemä ja pääosin rahoittama laite. 

Toisella lennolla vuonna 2018 (tai todennäköisemmin 2020) matkaan lähtee Marsin pinnalle laskeutuva kunnianhimoinen kulkija, joka tulee pitämään yhteyttä Maahan mm. TGO:n kautta.

Nyt mukana olevan Schiaparelli-laskeutujan tekemisessä on otettu paljon opiksi Beagle 2:sta ja se pääsee tositoimiin seitsemän kuukauden päästä, lokakuun 19. päivänä, kun nyt se ja TGO pääsevät perille Marsiin.

TGO asettuu puolestaan kiertämään Marsia ja aloittaa siellä kaasukehän tutkimisen. Sen erityinen kiinnostus kohdistuu metaaniin, kaasuun, mitä Marsissa on hyvin, hyvin vähän, mutta joka saattaa kertoa naapuriplaneettamme geologisesta toiminnasta tai mahdollisesta mikrobielämästä.

TGO:n ja Schiaparellin muodostama kaksikko nousi matkaan tänään klo 11:31 Suomen aikaa Baikonurista ja noin kymmenen minuutin kuluttua ne olivat jo avaruudessa.

Siitä eteenpäin raketin ylin vaihe, Breeze-M, otti ohjat ja sompasi kyytiläisensä kahden enenevissä määrin soikean Maan ympärillä olleen kiertoradan kautta planeettainväliselle siirtoradalle, jonka toisessa päässä siintää Mars.

Breeze-M ei olisi kyennyt työntämään rahtiaan suoraan Marsia kohden, vaan se joutui tekemään tällaista tarkasti etukäteen laskettua kiertoratabalettia tehtävässään onnistuakseen. Siihen kului aikaa liki kymmenen tuntia, ja  viimein, klo 22:13 Suomen aikaa saatiin odotettu signaali: Breeze-M oli tehnyt tehtävänsä ja TGO sekä sen päällä oleva Schiaparelli olivat irtaantuneet.

Otsikkokuva on kuvakaappaus animaatiosta, joka näyttää tämän luotainten irtoamisen Breeze-M:stä.

Siinä missä ensimmäinen signaali kertoi koko laukaisumanöveerin ja Marsia kohti lähtemisen sujuneen suunnitellusti, vahvisti toinen, suoraan TGO:n lähettämä ja ESAn Darmstadtissa, Saksassa, olevaan lennonjohtoon klo 23:29 tullut signaali sen, että kumpikin avaruusalus oli hyvässä kunnossa. 

TGO:n aurinkopaleenit olivat avautuneet ja matka Marsiin on nyt alkanut.

Palaamme tähän asiaan viimeistään lokakuussa!

ExoMars on Euroopan avaruusjärjestön kunnianhimoinen hanke, missä Venäjän avaruushallinto on mukana mm. siten, että venäläiset tarjoavat hankkeen kahdelle luotaimelle kyydit avaruuteen.

Ensimmäisenä on vuorossa tänään laukaistava TGO-nimisen luotaimen ja Schiaparelli-laskeutujan paketti, jota kutsutaan mielikuvituksellisesti nimellä ExoMars 2016, ja sitten kahden vuoden päästä lähtee matkaan kunnianhimoinen kulkija, joka viedään rullaamaan ja tekemään tutkimuksiaan Marsin pinnalle. Sitä kutsutaan virallisesti yhtä jännällä nimellä ExoMars 2018.

Alkuperäinen ExoMars oli tämä kulkija, mutta vuosikymmenen kuluessa hanke on muuttunut kovasti – mutta päätavoite on pysynyt samana. Se on elämän merkkien etsiminen Marsista ja siitä tulee myös nimi ExoMars, eli "eksobiologiaa Marsissa".

Tänään laukaistava lasti ei ole sen vähempää kuin massiivisin koskaan Marsiin lähtevä kuorma: kaksikon massa punaisen planeetan luokse saavuttaessa on yhteensä noin 4300 kg.

TGO jää kiertämään Marsia ja tutkii mm. sen kaasukehän hivenkaasuja. Nämä ovat kaasuja, joita on hyvin vähän, mutta joilla on suuri merkitys – eräs kiinnostavimmista on metaani, joka voi olla merkki myös elämästä Marsissa. Toinen vaihtoehto on tulivuoritoiminta. TGO pystynee ellei nyt ratkaisemaan Marsista havaitun metaanin arvoituksen niin ainakin tuomaan siihen lisää tietoja.

Schiaparelli puolestaan testaa toisella lennolla tarvittavia tekniikoita Marsiin laskeutumisessa. Alun perin laskeutujan tehtävä oli vain laskeutua, mutta sen akkujen virta riittää todennäköisesti muutaman päivän ajaksi, joten se tulee toivottavasti ja todennäköisesti tekemään pinnalla havaintoja vähän aikaa.

Laskeutujassa on mukana myös Ilmatieteen laitoksen toimittamia laitteita, jotka mittaavat Marsin kaasukehän painetta ja kosteutta. Laitteet ovat osana Schiaparellin DREAMS-nimistä säähavaintopakettia. 

Otsikkokuvassa ovat kummatkin suomalaislaitteet: vasemmalla painemittari ja oikealla kosteusmittari.

Kummatkin perustuvat Vaisalan anturitekniikkaan, joita Ilmatieteen laitoksella on muokattu ja niihin on liitetty tarvittava elektroniikka. Aiemmin samantyyppisiä laitteita on toimitettu mm. NASAn Curiosity-marskulkijaan (2012-) ja Mars Phoenix -laskeutujaan (2008), sekä Saturnuksen Titan-kuuhun vuonna 2005 laskeutuneeseen ESAn Huygens-luotaimeen. Suomalaiset ovat osallistuneet myös laitteista saatujen tietojen käsittelyyn ja analysointiin.

Signaali luotaimesta saadaan vasta illalla

Kun toivottavasti laukaisu tänään puolelta päivin sujuu hyvin, aloittaa aluskaksikko pitkän matkansa automaattisesti kohti Marsia. Ensimmäinen signaali siitä ja sen toiminnasta saadaan vasta noin 11 tunnin kulutta laukaisusta, siis noin klo 22:30 Suomen aikaa illalla.

Tarkalleen ottaen laukaisu tapahtuu klo 11.31:42 Suomen aikaa, jolloin Proton M -kantoraketti nousee matkaan Baikonurin laukaisualueella 200 olevalta alustalta 39.

Proton on eräs voimakkaimmista kantoraketeista ja ammoinen Neuvostoliitto kehitti sen alun perin 1960-luvulla suunnittelemiaan miehitettyjä kuulentoja varten. Sittemmin sitä on käytetty mitä erilaisimpiin laukaisuihin avaruusaseman osista tietoliikennesatelliitteihin ja planeettaluotaimiin.

Sen luotettavuus ei ole aivan yhtä hyvä kuin monilla muilla kantoraketeilla, esimerkiksi venäläisellä Sojuzilla, sillä hieman yli 400 laukaisusta nelisenkymmentä on epäonnistunut. Viime aikoina raketin nykyinen, M-versio on toiminut varsin ongelmitta, joten enteet ExoMarsin laukaisun onnistumiseen ovat hyvät.

Lentoonlähdön aikaan 58-metrisen kantoraketin massa on yli 700 tonnia. Raketin ensimmäinen vaihe lopettaa toimintansa kahden minuutin jälkeen ja se putoaa Siperiaan.

Ekologisesti tämä ei ole erityisen hyvä asia, koska raketti käyttää ympäristölle (palamattomina ollessaan) haitallisia aineita polttoaineenaan ja hapettimena, ja niitä on hieman jäljellä putoavan rakettivaiheen tankeissa. Siinä missä ennen tämä asia ohitettiin olan kohauttamisella, ollaan nyt epäkohdasta tietoisia, ja siksi Venäjä on kehittämässä Protonille puhtaampaa seuraajaa.

Toinen vaihe toimii kolme ja puoli minuuttia, ja sen jälkeen vuoroon tulee kolmas vaihe, jonka hiivuttua ExoMars on avaruudessa. Vaikka korkeus on jo 153 km, ei luotaimella ole kuitenkaan vielä tarpeeksi vauhtia Maan kiertoradalla pysymiseen. Nopeus on "vain " 7 230 metriä sekunnissa.

Siksi ylin vaihe – nimeltään Breeze M – ottaa ohjat ja kantaa vastuun siitä, että luotain saadaan pidettyä avaruudessa ja työnnettyä juuri oikeaan suuntaan oikealla nopeudella siirtoradalle kohti Marsia. Sitä varten se sytyttää rakettimoottorinsa useampaan kertaan; ensin kuudeksi minuutiksi, joiden aikana luotain saadaan turvalliselle pysäköintiradalle Maan ympärillä, ja sitten radan muuttamiseen hyvin soikeaksi ja lopulta viimeiseen puskemiseen, joka sinkoaa sen planeettainväliseen avaruuteen.

Soikea rata välissä vie luotaimen noin 5 000 kilometrin päähän Maasta, ja ratamuutos sitä varten voidaan tehdä vasta yhden matalan ratakierroksen jälkeen, eli tästä tulee noin kaksi tuntia odottamista. Sen jälkeen tehtävä ratamuutos saa luotaimen vieläkin soikeammalla radalle, joka vie sen jopa 21000 kilometrin päähän. 

Tällä radalla yhteen kierrokseen menee taas kuusi tuntia, joten vasta sen jälkeen Breeze-M voi sytyttää moottorinsa jälleen, joten aika laukaisusta siihen, että TGO ja Schiaparelli ovat kunnolla matkalla kohti Marsia ja pystyvät olemaan yhteydessä lennonjohtoon, on piinaavat 10 tuntia ja 56 minuuttia (jos kaikki sujuu hyvin).

Kunhan luotaimeen ollaan yhteydessä ja lennonjohto tietää, että se toimii hyvin, se laitetaan horrokseen. Siitä se herätetään vasta noin seitsemän kuukauden kuluttua, jolloin saapuminen Marsiin on lähellä. Jos laukaisu tänään on jännittävä, niin Marsiin saapumisen päivä, 19. lokakuuta 2016, on kenties vieläkin jännittävämpi. Silloin TGO asettuu kiertämään planeettaa ja Schiaparelli laskeutuu sen pinnalle.

Myös Tiedetuubi seuraa laukaisua tiiviisti. Laukaisujuttua odotellessa on hyvää aikaa lukea alla olevia taustatietojuttuja sekä vaikkapa katsella kuvia parin vuoden takaisesta Baikonurista.

Auringonpimennykset näkyvät luonnollisesti myös avaruudesta alas Maahan ja ylös kohti Aurinkoa (ja samassa suunnassa olevaa Kuuta) katsottaessa.

Klassikkoja ovat Kansainväliseltä avaruusasemalta otetut kuvat ja videot, sekä etenkin näistä tehdyt taiteelliset feikkiversiot.

Eräs uutterimmista pimennyskuvaajista on kuitenkin pieni Proba-2 -satelliitti, joka kuvaa teleskoopillaan Aurinkoa lähes jatkuvasti ja saa siten helposti kuvaansa myös pimennyksiä – kuten aikaisemminkin, oli tuloksena nytkin kauniita kuvia Aasiassa ja Tyynellä valtamerellä tapahtuneesta pimennyksestä. 

Vyöhyke, jonka kohdalla pimennys näkyi täydellisenä, oli parhaimmillaan vain noin 155 kilometriä leveä, eikä Proba-2 osunut radallaan juuri sen kohdalle oikeaan aikaan. Niinpä se joutui katsomaan pimennystä osittaisena, kuten miljoonat ihmiset Aasiassa, Havaijilla ja Tyynen valtameren saarilla.

Itse asiassa se osui osittaisen pimennyksen alle kaksi kertaa, klo 02:40 – 02:54 ja 04:58 – 05:13 Suomen aikaa.

Otsikkokuvana oleva kuva otettiin näistä ensimmäisessä havaintoikkunassa. Sen otti luotaimen SWAP-teleskooppi, joka kuvaa Aurinkoa äärimmäisen ultravioletin aallonpituudella.

Lisäksi Kuun kiekko oli näkyvissä Proba-2:n havaintolaitteissa aiemmin ja myöhemminkin, vaikka se ei enää peittänyt lainkaan Aurinkoa. Nämä vilaukset näkee hyvin alla olevalla videolla.

Kaikkiaan kahdeksaa komeettaa on tutkittu avaruusluotaimien avulla, ja näissä kaikissa tapauksissa komeetan ydin on herättänyt luonnollisesti eniten kysymyksiä.

Komeetat ovat jäisiä kappaleita, jotka ovat ikään kuin jätteitä siitä kun Aurinkokunta syntyi noin 4,6 miljardia vuotta sitten.  Jään lisäksi niissä näyttää olevan pölyä ja kiveä, ja siksi niiden voisi olettaa olevan hieman vettä tiheämpiä – jos ytimet ovat tiivistä ainetta.

Koska mittausten mukaan komeettaytimien tiheys on kuitenkin hyvin pieni, on niiden oltava sisältä huokoisia tai jopa osittain onttoja. 

Nyt, ensimmäistä kertaa komeettatutkimuksen historiassa, on ydintä pystytty sondaamaan pitkän ajan kuluessa eri puolilta ja hyvin tarkasti. 

Luotaimen CONCERT-radiotutkimuslaite on paljastanut jo aikaisemmin, että kaksiosaisen komeetan “pää” on varsin tiukkaa tavaraa ainakin muutaman kymmenen metrin resoluutiolla tutkittuna. 

Viime viikolla Nature-lehdessä julkaistussa artikkelissa saksalainen Martin Pätzoldin johtama tutkimusryhmä kertoo osoittaneensa edelleen, ettei Churyumov-Gerasimenkon koko ytimessäkään ole suuria onkaloita. 

Ytimen tiheys on pieni, vain 533 kg/m³. Luku on saatu yksinkertaisesti siten, että luotaimen rataa tarkasti tutkimalla on voitu ytimen massaksi arvioida hieman alle 10 000 miljoonaa tonnia ja OSIRIS-kameralaitteiston kuvien avulla tehdyn tarkan kolmiulotteisen mallin mukaan ytimen tilavuus on  18,7 km³.

Pätzoldsin ryhmä sai tuloksensa tutkimalla hyvin tarkasti Rosetta-luotaimen radiosignaalin Doppler-siirtymää, joka johtuu siitä kun komeetan ydin vaikuttaa luotaimen kiertorataan vetovoimallaan.

Kun luotain on kiertänyt komeettaydintä eri alueiden päällä ja eri korkeuksilla, on ytimen massajakautumasta saatu siten muodostettua kartta; suuret sisäiset “tyhjät” alueet olisivat saaneet aikaan niin olennaisia muutoksia luotaimen lentoradassa, että ne olisi havaittu radiosignaalin taajuutta analysoimalla.

Radiosignaalin siirtymän paljastamisen teknisen haastavuuden lisäksi ratamuutosten laskeminen oli varsin mutkikasta.

“Meidän täytyi ottaa huomioon Auringon ja planeettojen vaikutukset lentorataan, kuten myös kääpiöplaneettojen ja asteroidien vetovoimat”, kertoo Pätzold.

“Newtonin lait kertovat tarkasti miten luotain liikkuu painovoimakentässä ja onneksi nämä kaikki pienetkin painovoimavaikutukset otetaan nykyisin rutiininomaisesti huomioon luotaimen lentorataa suunniteltaessa ja seurattaessa.”