planeettaluotain

BepiColombo lentää perjantaina aamulla Maan ohi

Ke, 04/08/2020 - 23:53 Jari Mäkinen
Piirros Bepistä Maan luona

Kun lähetämme luotaimia tutkimaan muita planeettoja ja taivaankappaleita, aina välillä ne tulevat matkallaan käymään lähellä maapalloa. Silloin ne pystyvät havaitsemaan omaa kotiplaneettaamme aivan kuten se olisi vain yksi taivaankappale muiden joukossa.

Maa on vain yksi kahdeksasta muusta planeetasta, mutta meille se on erityisen rakas ja tärkeä. Maa tosin on erilainen myös ihan muistakin syistä. 

Ensiksikin se on selvästi sininen planeetta. Sillä on meriä, ilmakehä ja pilviä. Maa ei ole Venuksen kaltainen helvetti, ei Kuun kaltainen käkkärä eikä Marsin kaltainen autiomaa. Maa näyttää luotainten ottamissa kuvissa mukavalta paikalta – varsinaiselta paratiisilta tyhjässä ja kylmässä avaruudessa

Ja sellainen se onkin.

Nyt meitä kohden on tulossa Merkuriusluotain BepiColombo. Lokakuussa 2018 alkanut Euroopan avaruusjärjestön ja Japanin avaruustutkimuskeskuksen lento Aurinkokuntamme sisintä planeettaa kohden kestää pitkään ja pitää sisällään monta ohilentoa: seitsemän vuotta kestävään menomatkaan kuuluu jopa yhdeksän lähiohitusta. 

Ensimmäinen näistä on nyt perjantaina 10. huhtikuuta tapahtuva Maan ohilento, ja sitä seuraa kaksi Venuksen ohitusta ja lopulta kuusi vempautusta Merkuriuksen läheltä ennen kuin luotain asettautuu kiertämään sitä.

Rosetta otti nätin kuvan Maasta 13. marraskuuta 2009.

30 vuotta Maan ohilentoja

Ensimmäinen luotain, joka tuli planeettainvälisestä avaruudesta Maan luokse, oli Halleyn komeettaa tutkinut luotain Giotto, jota ohjattiin kohti toista komeettaa Maan ohilennon avulla. Se lensi ohitsemme 22 730 kilometrin päästä heinäkuussa 1990. 

Maan vetovoimaa voi käyttää luotaimen radan muuttamiseen ja sen ratanopeuden lisäämiseen tai hidastamiseen samaan tapaan kuin muilla planeetoilla oli tehty jo aikaisemmin. Kyse on niin sanotusta painovoima- eli gravitaatiolinkoamista. 

Temppu on periaatteessa hyvin yksinkertainen: kun tiedetään mistä suunnasta luotain on tulossa kohti Maata (tai muuta taivaankappaletta), lasketaan tietokoneilla milloin ja mistä kohdasta kannattaa lentää Maan ohi, jotta tuloksena olisi haluttu ratamuutos. Käytännössä tietysti koko lentorata laukaisusta perille kohdeplaneetalle saapumiseen lasketaan jo etukäteen siten, että ohilennot ovat osa sitä. 

Useissa tapauksissa ilman gravitaatiolikouksia luotain vaatisi suuremman ja voimakkaamman raketin, tai itse luotain voisi olla kevyempi. Melkein kaikki uudet luotaimet käyttävät tätä temppua; Mars ja Venus ovat sen verran lähellä, että niille mentäessä tästä ei ole paljoa iloa.

Ensimmäinen luotain, joka käytti yksikertaista gravitaatiolinkousta, oli neuvostoliiton Luna 3 vuonna 1959. Luotain onnistui kuvaamaan Kuun Maahan näkymättömän puolen siten, että Kuun vetovoimaa käytettiin hyväksi lentoradan vääntämiseen sopivaksi.

Seuraavaksi gravitaatiolinkousta harrasti amerikkalainen Pioneer 10 vuonna 1973, kun se kävi ensimmäisenä lähettämänämme laitteena tutkimassa Jupiteria läheltä. Jättiläisplaneetta käänsi sen rataa ja sinkosi luotaimen ulos Aurinkokunnasta.

Amerikkalainen Mariner 10 puolestaan oli ensimmäinen luotain, jonka rata suunniteltiin vetovoimavempautus mielessä: luotain koukkasi Venuksen luota vuonna 1974 matkallaan kohti Merkuriusta.

Mariner 10 -luotaimella ja nyt ohitsemme kiitävällä BepiColombolla muutakin yhteistä kuin vain päämäärä, sillä Mariner 10:n monimutkaisen lentoradan laski italialainen Giuseppe Colombo – tuttavien kesken Bepi

”Bepi” Colombo hahmottelee lentorataa Merkuriukseen.

Kunnia gravitaatiolinkouksen keksimisestä menee kuitenkin Venäjälle, sillä Juri Kondratjuk kehitteli ajatusta vuosille 1918 ja 1919 päivätyissä kirjoituksissaan.

Ensimmäiset oikein kunnolla gravitaatiolinkousta käyttäneet luotaimet olivat Nasan Voyagerit, kun ne kävivät 1970- ja 1980-luvuilla tutkimassa Jupiteria ja Saturnusta. Voyager 2 teki vielä Uranuksen ja Neptunuksen ohilennot, jotka eivät nekään olisi onnistuneet ilman juuri oikein tehtyjä ohilentoja aiemmin matkalla.

Ohilentoja ei tietenkään tehty vain radan muuttamiseksi, vaan ennen kaikkea ohitettavan planeetan tutkimiseksi. Samalla kun kamerat kävivät ja mittalaitteet surisivat, taivaanmekaniikka huolehti lentoradan muuttumisesta ihan itsekseen.

Nyt maapallon ohilentoja käytetään myös luotaimen kameroiden ja mittalaitteiden testaamiseen ja kalibrointiin.

Juno otti tämän kauniin kuvasarjan Maasta lokakuussa 2013.

Maa saa vierailijan

Ensimmäinen luotain, joka käytti maapalloa gravitaatiolinkousetappina, oli Galileo. Jupiteria kohti lokakuussa 1989 lähetetty luotain pihisti vauhtia Maan lisäksi Venukselta ja toisen kerran maapallolta voidakseen kivuta ylöspäin Aurinkokunnassa. Jupiteria kiertämään se saapui joulukuussa 1995, ja sitä ennen se teki kaksi Maan ohilentoa, ensin joulukuussa 1990 960 kilometrin päästä sekä kaksi vuotta myöhemmin vain 305 km:n etäisyydeltä meistä.

Seuraava suurempi Maan luota matkallaan koukannut luotain oli Saturnusta tutkimaan lähetetty Cassini-Huygens. Se teki ensin kaksi Venuksen ohitusta (huhtikuussa 1998 ja kesäkuussa 1999), kunnes tuli Maan luokse elokuussa 1999. Se teki ohituksensa 1171 km:n päästä.

Kohti komeetta Tšurjumov–Gerasimenkoa lentänyt ESAn Rosetta teki peräti kolme Maan ohilentoa. Maaliskuussa 2005 se oli lähimmillään 1950 km:n etäisyydellä, marraskuussa 2007 hieman kauempana 5700 kilometrin ja kaksi vuotta myöhemmin 2481 kilometrin päässä meistä.

Myös Merkuriukseen lentänyt Nasan MESSENGER käytti Maata hyväkseen elokuussa 2005, kun se teki ohilennon 2348 kilometrin päästä. Siinä missä MESSENGER käytti Maata nopeutensa hidastamiseen, Jupiteria parhaillaan kiertävä Juno kiihdytti vauhtiaan Maan avulla lokakuussa 2013. Junon rata kulki vain 559 kilometrin päässä maapallon pinnasta.

Lisäksi useampi muukin luotain on tehnyt maapallon ohilentoja matkatessaan kohti komeettoja ja asteroideja. Tuorein itse lähettämämme avaruudesta tullut vierailija oli OSIRIS-Rex syyskuussa 2017 matkallaan kohti Bennu-asteroidia.

BepiColombo on nähnyt Maan ja Kuun jo maaliskuun alusta alkaen jopa pienellä ”selfiekamerallaan”.

Bepin voi nähdä taivaalla (periaatteessa)

Nyt maanantaina 6.4. illalla BepiColombo on vielä puolentoista miljoonan kilometrin päässä Maasta. Se tulee lähemmäksi koko ajan vähän yli 30 kilometrin sekuntinopeudella ja tulee menettämään tästä noin 5 km/s ohituksen aikana. Manöveerin tarkoituksena on radan muuttaminen ja nopeuden hidastaminen.

Kartta ohilennon näkyvyydestä

Valmistautuminen tähän ohitukseen alkoi jo helmikuussa, kun luotaimen ohjausrakettimoottoreilla tehtiin pieni hienosäätö rataan. Sen seurauksena BepiColombo olisi 10.4. klo 4:24:58 UTC (eli noin 7.25 Suomen kesäaikaa) lähimmillään Maata, jolloin etäisyys luotaimen ja Maan keskipisteen välillä olisi 19 064 km. Luotaimen etäisyys Maan pinnasta olisi siis 12 693 km. 

Maaliskuussa oli tarkoitus tehdä kolme pikku korjausta rataan, mutta ne eivät olleet tarpeen, koska rata oli alle prosentin tarkkuudella se mikä sen pitikin olla. Tarkistusten jälkeen myös viime lauantaille (4.4.) suunniteltu ratamuutos jätettiin tekemättä.

Luotaimen rata kulkee idästä länteen siten, että radan lähin kohta on Atlantin eteläosan päällä. Lähimmillään ollessaan luotain on periaatteessa harrastajakaukoputkella tai jopa kiikarilla havaittavissa, koska sen kirkkaus on 8 mag. 

Suomesta luotaimen näkeminen ei onnistu, koska paitsi että luotain on huomattavasti himmeämpi (noin 9,2 mag), on sen rata liian etelässä ja valoisa aamutaivaskin tekisi katsomisen mahdottomaksi. Täysikuusta ei siis ole meille lisähaittaa.

Jos luet tätä esimerkiksi Kapkaupungissa, niin silloin kannattaa herätä aikaisin aamulla ja sanoa heippa Bepille. Havaintopaikan mukaan lasketun sijaintikartan voi tehdä täällä: https://bepicolombo.iaps.inaf.it

Lisätietoja ohilennosta on ESA:n sivuilla:
– https://www.cosmos.esa.int/web/bepicolombo-flyby/earth-flyby
– https://www.cosmos.esa.int/web/bepicolombo-flyby/ground-based-observations

Juttu on julkaistu ensin Ursan blogina. Blogissa on myös enemmän kuvia.

Matka Merkuriukseen alkoi – ei vielä raketilla, vaan Antonovilla.

Ti, 04/24/2018 - 11:12 Jari Mäkinen
Bepiä kuljettava Antonov lähtee matkaan

Seuraava suuri tutkimusmatka Aurinkokunnassa on alkamassa monien viivytysten jälkeen. Euroopan avaruusjärjestön Merkuriusta kohden syksyllä lähetettävä BepiColombo lähti nyt maanantaina kohti laukaisupaikkaansa suurella rahtikoneella.

BepiColombo Euroopan avaruusjärjestön kunnianhimoinen luotain, joka tulee tutkimaan Merkuriusta, Aurinkokuntamme sisintä planeettaa.

Olosuhteet Merkuriuksen luona ovat hyvin haastavat, joten luotaimen kehittelyssä oli monia hankaluuksia – sellaisia, jotka selätettiin jo kehittelyn aikana, mutta myös sellaisia, jotka tulivat luotaimen rakennuksen ja testaamisen aikana esiin. Niinpä luotain on valmistunut vuosia myöhässä alkuperäisistä suunnitelmista.

Suurin ongelma on lämpö: paitsi että Aurinko porottaa kuumana, hohtaa Merkuriuksen pinta lämpöään, joten parhaimmillaan tai pahimmillaan kaksi luotaimen kylkeä on kerrallaan suuren lämpörasituksen kohteena. Luotaimen pintalämpötila on tyypillisesti noin 350° C.

Niinpä helpotus on nyt suuri, kun Bepi on nyt saatu valmiiksi, se on läpäissyt kaikki testit ja on saapunut Kouroun avaruuskeskukseen. Se laukaistaan sieltä matkaan Ariane 5 -kantoraketilla lokakuussa.

 

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.
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