kuuasema

Marsin ja Kuun luolat tarjoavat suojaa astronauteille

La, 06/09/2018 - 22:17 Jarmo Korteniemi
Kuva: Jesse Richmond

Kuusta ja Marsista on löydetty monia jättimäisiä laavan muovaamia tunneleita. Salaperäisten luolastojen on uumoiltu olevan käteviä suojapaikkoja astronauteille joskus tulevaisuudessa. Millaisia nuo laavatunnelit todella ovat, ja toisivatko ne satunnaiselle avaruusmatkailijalle oikeata turvaa?

Olet hämärässä. Päivänvalo kajastaa kaukana yläpuolellasi olevasta pyöreästä aukosta. Jalkojesi alla on yllättävän tasainen kivipohja. Siellä täällä lojuu katosta pudonnut lohkare. Edessäsi olevassa seinässä on jättimäisiä valumia, joista osa tuntuu rosoisilta, toiset sileiltä, paikoin jopa hieman aaltoilevan lasin kaltaisilta. Seinä jatkuu sekä oikealle että vasemmalle upoten lopulta pimeyteen. Ylhäällä seinä kaartuu katoksi, ja jossain kohdassa valumat muuttuvat rosoisemmaksi. Ikään kuin katosta roikkuisi lukemattomia lepakoita, odottaen yön tuloa. Jos näkisit tarkemmin, huomaisit katon olevan tuhansien tippukivimäisten "laavapuikkojen" peitossa.

Kaikki, mitä näet, on syntynyt samoihin aikoihin kun naapuriplaneetalla oli vasta yksisoluista elämää. Jos sitäkään. Vain valoa tuova aukko on poikkeus, se syntyi asteroiditörmäyksessä muutama miljoona vuotta sitten.

Tervetuloa marsilaiseen laavatunneliin.

Jos, tai siis kun ihmiset joskus ryhtyvät asuttamaan Kuuta tai Marsia, on tukikohdan paikkavalinta tärkeää. Aivan yhtä tärkeää kuin resurssien löytäminenkin.

Pinnalla on vaarallista oleilla voimakkaan ultraviolettisäteilyn, kosmisten säteiden ja mikrometeoriittien vuoksi. Marsinkaan kaasukehä ei paljoa suojaa tarjoa - tiheys kun vastaa omaa ilmakehäämme jossain yli 30 km korkeudella. Pinnalla on myös joka paikkaan tarttuvaa pölyä, joka saattaa pahimmillaan olla jopa myrkyllistä. Lämpötilakin vaihtelee siellä ikävästi. Pitkään moisissa oloissa asustelevat joutuvat etsimään turvallisemman asuinpaikan.

Ratkaisun saattavat tarjota luolat. Laavatunneleita löytyy kummaltakin pallolta, ja paksu kivikatto on hyvä suoja taivaalta tulevia uhkia vastaan.

Missä ja millaisia?

Laavatunnelit sijaitsevat tietystikin vulkaanisilla alueilla.

Kuussa alueet näkyvät paljain silminkin tummina tasankoina eli "merinä". Nuo alunperin jättimäiset törmäysaltaat peittyivät laavalla muutamia miljardeja vuosia sitten.

Etenkin tasankojen reunamilta löytyy useita keskiosia kohti kiemurtelevia uurteita. Niistä osa on syntynyt avoimina laavakanavina, toiset taas laavatunneleina, joiden katot ovat romahtaneet pitkältä matkalta.

Uurteen päättyessä virran jatkoa voi usein seurata pienempien romahdusten avulla. Luotainkuvissa ne näkyvät pyöreinä "kattoikkunoina", eli tummina ja näennäisesti pohjattomilta vaikuttavina reikinä pinnassa. Joskus ne piirtävät pinnalle romahdusten jonoja.

Marsista kattoikkunoita on löydetty lähes yksinomaan Tharsiksen jättimäisten tulivuorten lähettyviltä. Toisinaan kattoikkunat voivat mennä uudelleen tukkoon pinnalta putoavan hiekan ja pölyn vaikutuksesta.

Kuun (ylin) ja Marsin laavatunneleiden kattoikkunoita. (NASA/LRO/HiRISE)

Yksikään laskeutuja ei ole käynyt lähelläkään tunnettuja kattoikkunoiden paikkoja, saati sitten hypännyt tunneliin sisälle. Voimme siis vain arvailla miltä luolassa näyttäisi. Todennäköisesti näkymä olisi jotakuinkin samanlainen kuin Maan laavatunneleissa.

Vain yksi asia Maan tunneleissa on varmasti erikoista - virtaava tai ainakin nestemäinen vesi, jota tihkuu kiven läpi. Moista ei edes Marsissa voisi esiintyä, mutta jäätä saattaisi sekä sieltä että Kuunkin luolista ehkä löytyä. Käsittämättömän hyvällä tuurilla Marsin laavatunneleissa voisi myös olla myös merkkejä eliöistä, jotka ovat paenneet pinnan vaikeammiksi käyneitä olosuhteita.

Laavatunnelit voivat olla hyvinkin suuria, sillä niiden koko riippuu gravitaatiosta. Mitä pienempi painovoima, sen suuremmaksi tunneli voi kasvaa ilman että katto romahtaa omasta painostaan. Kun tunnelin halkaisija Maassa on ehkä kymmeniä metrejä, Marsissa se on reippaasti yli sata. Kuun tunnelit saattavat olla jättimäisiä, jopa lähes kilometrin levyisiä.

Tunnelin kokoa voi arvioida paitsi kattoikkunan halkaisijasta, myös pohjalle syntyvän varjon muodosta.

Asuminen luolassa

Laavatunnelit on jo kauan tiedetty potentiaalisiksi asumuspaikoiksi tuleville miehitetyille Kuu- tai Marskäynneille. Ne voivat toimia myös kätevinä varastoina.

Kaikki alussa luetellut ongelmat ovat tunnelissa historiaa. Kymmenien metrien kivikatto suojaa sekä säältä että säteilyltä. Lämpötila voi tunnelissa olla pakkasen puolella, mutta siedettävämpi kuin kylmimmät ajat pinnalla. Meteoriiteista ei myöskään tarvitse huolehtia, paitsi jos kyse on todella suuresta kivestä, jolta ei muutenkaan voisi helposti suojautua.

Tunnelinpätkän tekeminen kokonaan ilmatiiviiksi lienee vähintäänkin vaivalloista, joten varsinaisen asumuksen täytyisi ainakin aluksi olla erillinen, tunneliin sijoitettava rakennus. Rakenne voi olla kuitenkin kevyempi kuin pinnalla, esimerkiksi vain ilmanpaineella pystyssä pysyvä.

Löytyy tunneleista riskejäkin. Miljardeja vuosia ehjänä pysynyt katto voi yllättäen alkaa rakoilla asutuksen myötä. Riittävä tekijä voi olla rakennustyön tai liikenteen aiheuttama tärinä, tai kosteuden ja lämpötilan muutokset. Sadankin metrin korkeudelta putoilevat irtokivet tekisivät pahaa jälkeä.

Lisäongelmia toisivat myös tunneliin ja sieltä pois pääsy. Kattoikkunan kautta on vaikea ja hyvin vaarallista kulkea. Astronauttien on siksi paikallistettava tunnelin pää tai muu paikka, josta pystyy kävelemään tai mieluiten ajamaan sisään.

Kallion sisässä asuminen taas voi pidemmän päälle aiheuttaa yllättäviä psykologisia haasteita.

Luolan synty

Laavatunnelin syntyprosessi on yksinkertainen. Pinnan alta purkautuu magmaa, joka virtaa laavana alarinteeseen. Etenkin painanteessa virran katto ja reunat jähmettyvät, kuori eristää keskiosan kuuman kiven, ja keskelle syntyy pitkään virtaavan laavan tunneli. Kun purkaus viimein loppuu, tunneli tyhjenee viimeisten pisaroiden liruessa ulos tai jähmettyessä tasaiseksi lattiaksi tunnelin pohjalle.

Muutama vaatimus kuitenkin on. Laavaa täytyy olla riittävästi, sen pitää olla kuumaa ja juoksevaa, ja rinteen on oltava tarpeeksi jyrkkä, jotta laava virtaa loppuun asti tunnelin läpi eikä jämähdä tukkimaan reittiä.

Purkauksen loputtua tunnelit ovat pitkiä kiemurtelevia tyhjiä putkia. Ja nyt, miljardien vuosien kuluttua, ne odottelevat yhä asukkaita.

Lisätietoa, esim. Melville, 1994.

Kirjoittaja on Marsin ja Kuun vulkanismia tutkinut planeettageologi.

Muokattu klo 22.50: Poistettu jutun lopusta jaarittelua muista luolistaö.

Otsikkokuva on Thurstonin laavatunnelista Havaijilta (Jesse Richmond / Flickr)

Muut kuvat: NASA.

3D-tulostus mullistaa avaruuttakin

Euroopan avaruustekniikkakeskuksen ESTECin käytävälle oli ilmestynyt omituinen betonikappale. Erilaisten avaruuslaitteiden ja satelliittimallien, joita avaruuskeskuksen seinillä ja käytäville on aseteltu ihmeteltäväksi, keskellä on nyt möhkäle betonia – siinä aivan Hubblen aurinkopaneelin vieressä.

Kyse ei kuitenkaan ole mistä tahansa palasesta betonia, vaan puolitoista tonnia painava mallikappale mahdollisen kuuaseman rakennusmateriaalista, joka on tehty Kuun pinta-ainetta muistuttavasta seoksesta 3D-tulostusmenetelmällä.

Juuri tästä kappaleesta ja sen tekemiseen käytetystä tekniikasta kerrottiin viime keväänä, kun ESA julkaisi tutkimuksen uudesta tavasta tehdä kuuasema aikaisempaa kätevämmin ja edullisemmin. Ryhmä rakennus- ja avaruusalojen asiantuntijoita, muun muassa tunnettu arkkitehtiyhtiö Foster + Partners, olivat lähestyneen aseman rakentamisen ongelmaa aivan uudesta näkökulmasta: ei mitään esivalmistettuja sylintereitä, jotka laukaistaisiin ensin kiertoradalle, hilattaisiin sieltä Kuun ympärille ja laitettaisiin laskeutumaan sen pinnalle, vaan koko asema voitaisiin tehdä paikan päällä, paikallisista materiaaleista.

Kätevin tapa valmistaa rakennuspalasia on käyttää sovellettua 3D-tulostintekniikkaa. Erikoisprintterin lähettäminen olisi suhteellisen edullista, ja sillä voitaisiin tehdä juuri sellaisia osia, mitä tarvitaan. Kun eri muotoisten, sisäosiltaankin monimuotoisten osien tekeminen olisi mahdollista, voitiin aseman suunnittelussakin ottaa uusia vapauksia.

Tuloksena oli kupolirakenne, joka haudataan Kuun pinnan alle. Sen "tiilet" olisivat lintujen luiden tapaan sisältä osittain onttoja, ohuiden, tarkasti laskettujen ja sijoiteltujen tukiranteiden täyttämää tyhjää tilaa, jolloin kappaleet olisivat lujia sekä kestäviä, mutta myös kevyitä ja niiden tekeminen vaatii vähän ainetta. Paitsi että muoto voitaisiin tehdä aivan millaiseksi halutaan, myös sisältä, olisi materiaalihävikki minimaalinen.

Brittiyhtiö Monolite onnistui valmistamaan juuri halutunlaisia rakennuspalasia D-Shape -tulostimellaan, joka on suunniteltu jopa kuusi metriä halkaisijaltaan olevien maanpäällisten rakennuskappaleiden valmistamiseen. Se tuottaa hiekkamaisesta raaka-aineesta betonia sekoittamalla siihen sidosainetta ja ruiskuttamalla aineen pienempien 3D-tulostinten tapaan kerros kerrokselta haluttuihin kohtiin tietokoneen ohjaamana.

Itse asiassa jättibetoniprintteriä on käytetty rakennusten sijaan toistaiseksi eniten keinotekoisten koralliriuttojen ja taideteosten tulostamiseen.

Kuun tapauksessa betoni olisi kuun pintaregoliittia, mihin lisätään ensin magnesiumoksidia ja tulostettaessa suolaa, mikä muuttaa aineen kivenkovaksi. Laitteella voisi tulostaa yhden kuuaseman periaatteessa viikossa. Huimaa!

Avaruus tuo uutta maanpäälliseenkin 3D-tulostukseen


Samalla kun kolmiulotteinen tulostus leviää Maan päällä, ollaan myös avaruusasemalle lähettämässä 3D-printteriä.

Se, että monien yksittäisten varaosien asemalle rahtaamisen sijaan osia voitaisiin tulostaa muovi- tai metalliseoksista siellä tarpeen mukaan on huima askel eteenpäin. Ongelmana avaruudessa on tosin painottomuus, mutta siihenkin on omat ratkaisunsa. Tulevaisuudessa, kun lennetään kauemmaksi ja kaikkien mahdollisten osien pakkaaminen mukaan on hankalaa, on printteri todella suureksi avuksi.

3D-tulostuksen vääntäminen avaruuskelpoiseksi on kehittänyt tekniikkaa myös maanpäällisessä käytössä paremmaksi. Varsin voimakasta tämä kehitys on ollut Euroopan avaruusjärjestön teknologiaosastolla, missä on kehitetty aivan uusi, mullistava tapa tehdä metallisia, hyvin vaikeita olosuhteita kestäviä 3D-tulosteita. Hanke on osoittautunut niin kiinnostavaksi kaupallisesti, että sen ympärille on kerätty ESAn, Euroopan unionin ja alan teollisuusyritysten yhteinen AMAZE-projekti.

Tätä monessa mielessä vallankumouksellista tekniikkaa esitellään Lontoon Tiedemuseossa nyt lokakuun 15. päivänä ja Tiedetuubissa kerrotaan luonnollisesti heti päivän annista.

Myös muut tiedotusvälineet ovat tervetulleita tilaisuuteen: kutsu sinne on ESAn nettisivuilla.