Tämä, jos mikä, on korkean tason liftaamista: Euroopan avaruusjärjestö ottaa pari pientä satelliittia asteroidiluotaimensa kyytiin ja tarjoaa niille huiman kyydin ulkoavaruuteen.

Pikkusatelliitit tässä tapauksessa ovat nykyisin usein opiskelijaryhmien, tutkimuslaitosten tai pienten yhtiöiden lähettämiä Cubesat-tyyppisiä satelliitteja, jotka koostuvat 10 cm kanttiinsa olevista kuutioista. Yksi kuutio sinällään voi toimia jo kuin suurempi satelliitti, mutta usein niistä muodostetaan kahden tai kolmen kuution kokoisia kokonaisuuksia. 

Esimerkiksi tämän vuoden lopussa laukaistava Suomen ensimmäinen satelliitti, Aalto-1, on kolmen kuution cubesat. Viron ensimmäinen satelliitti, EstCube-1 oli puolestaan yksi kuutio.

ESAn luotainkyytiin pääsevät cubesatit valitaan kilpailun perusteella ja kaikki halukkaat tutkimusryhmät sekä yhtiöt ESAn jäsenmaista voivat osallistua kisaan. Valitut laitteet pääsevät Asteroid Impact Mission -luotaimen mukaan; tämä AIM-lyhenteellä tunnettu luotain on tarkoitus lähettää matkaan lokakuussa 2020 ja sen tehtävänä on tutkia kaksoisasteroidia sekä iskeytyä lopulta asteroidin pintaan.

Turkulainen, Agrai-sovelluksen tehnyt työryhmä voitti eilen Barcelonassa Mobile World Congress 2015 -tapahtuman yhteydessä järjestetyn Euroopan avaruusjärjestön sovelluskilpailun. Avaruustekniikkaa ja satelliittien keräämiä tietoja hyödyntävien sovellusten ESA App Camp -kilpailun kansallinen kilpailu pidettiin tammikuun lopussa myös Suomessa, ja sieltä paikan loppukilpailussa saivat Otso Rasimus, Matti Määttänen, Aarni Koskela ja Henrik Skogström. 

Ja nyt nelikko voitti Barcelonassa kilpailun toisen kategorian, SAP Challengen. Palkinnoksi työryhmä saa paitsi mainetta ja kunniaa, niin myös 5000 euroa rahaa ja matkan kilpailua sponsoroineen SAP-yhtiön toukokuussa Floridassa, Orlandossa, pidettäville Sapphire-messuille.

Agrai-sovelluksen avulla maanviljelijät voivat optimoida peltojensa lannoittamista ja sadonkorjuuta. Sovellus käyttää hyväkseen kaukokartoitussatelliittien keräämiä tarkkoja tietoja maaperästä ja siitä, miten esimerkiksi lannoitusta on kustannustehokasta säätää hyvinkin tarkasti yksittäisillä pelloilla.

Esimerkiksi lannoittamisen tarpeen suunnittelua tutkijaan parhaillaan monissa eri hankkeissa ja sitä on testattu useissa kokeissa, mutta tekniikan saaminen arkiseen käyttöön helpon sovelluksen avulla olisi merkittävä askel eteenpäin. 

Agrain valttina on se, että se antaa maanviljelijöille tietoja laaja-alaisesti mm. säätilasta, kasvukauden edistymisestä ja arvioidusta sadonkorjuuajankohdasta. Sovellus antaa maanviljelijälle tietoa kasvukauden edistymisestä ja sadon oletetusta valmistumisajankohdasta. Näin viljelijä voi pyrkiä esimerkiksi lannoitus- ja sadonkorjuuajankohtien optimointiin. 

Suomen osakilpailun tuomaristo piti ehdotusta pitkälle mietittynä ja selkeänä, ja kommentit saivat jatkoa Barcelonassa. Sovelluksessa nähdään kaupallista potentiaalia, sillä se tarjoaa käyttäjälleen mahdollisuuden saada suurempi sato ja siten myös taloudellisesti parempi tulos. Sovelluksen arvioitiin tarjoavan myös runsaasti mahdollisuuksia jatkokehittelyyn Internet of Things -ajattelun (esineiden internet) mukaisesti.

Turkulaiset käyvätkin nyt keskusteluja SAP:n ja ESAn yrityshautomojen kanssa sovelluksen jatkokehittämisestä. 

Loppukilpailuun Barcelonassa osallistui kuusi työryhmää, ja niiden taso oli hyvin korkea. Pääpalkinnon voitti Bristolin yliopiston opiskelijoiden Code Green -ryhmä Iso-Britanniasta. Muut osallistujat olivat Alankomaista, Italiasta, Saksasta ja Portugalista.

Viimeinen eurooppalainen ATV-rahtialus irroittautui Kansainväliseltä avaruusasemalta lauantaina ja se ohjataan syöksymään ilmakehään tänään sunnuntaina. Alus tuhoutuu turvallisesti Tyynen valtameren päällä illalla noin klo 20.12 Suomen aikaa.

Samalla päättyy yli kymmemen vuotta kestänyt jakso Euroopan avaruusjärjestön historiassa. Ensimmäinen viidesta Automatic Transfer Vehicle -rahtialuksesta lähetettiin avaruusasemalle maaliskuussa 2008, ja aluksen suunnittelu ja rakentaminen aloitettiin jo vuosia aikaisemmin. 

Kuten nimi “automaattinen siirtoalus” antaa ymmärtää, on kyseessä miehittämätön avaruusalus. Tämän pitkälti autonomisen aluksen ohjauskeskus sijatsee Toulousessa, Ranskassa.

Ensimmäinen aluksen, nimeltään Jules Verne, jälkeen on asemalla vieraillut neljä muuta alusta. Viimeisin, Georges Lemaître, laukaistiin matkaan viime heinäkuun lopussa, ja sen lennosta muodostui pitkä ja tapahtumarikas.

ATV sinällään on ollut suurin käytössä ollut avaruusalus sen jälkeen kun Yhdysvaltain avaruussukkula jäi eläkkeelle. Ja viimeinen ATV oli raskain näistä avaruusrahtareista: yli 20 tonnia painaneessa aluksessa oli mukana 6617 kg ruokaa, varusteita ja tarvikkeita avaruusaseman miehistölle. Kyseessä oli myös raskain Ariane 5 -kantoraketin koskaan avaruuteen lähettämä kuorma.

Asemalla tuolloin ollut saksalainen ESAn astronautti Alexander Gerst ja kosmonautti Alexander Skvortsov valvoivat aluksen telakoitumista ISS-asemaan 12. elokuuta ja alkoivat tyhjentää sitä heti saapumisen jälkeen. Seuraavan puolen vuoden aikana miehistöt ovat korvanneet ATV:n mukanaan tuoman rahdin roskilla ja käytöstä poistetuilla tavaroilla, jotka palavat ilmakehässä ATN:n mukana. Näin ATV auttaa myös avaruusaseman jätehuollossa, koska avaruuteen ei asemalta heitetä mitään.

Samoin rahtialus vei tankeissaan asemalle polttoainetta, happea, ilmaa ja vettä, jotka on siirretty aseman tankkeihin.

ATV:n tehtävänä on ollut myös muuttaa avaruusaseman rataa. Se on tehnyt niin suunniteltuja ratakorkeuden nostamisia kuin myös pikaisia ratakorjauksia esim. silloin kun jokin avaruusromukappale on tullut turvarajan sisäpuolelle. Näin tapahtui kaksi kertaa viime lokakuussa.

Nyt tammikuussa ATV myös myös hidasti avaruusaseman ratanopeutta  ja laski asemaa siten hieman alemmalle kiertoradalle – tämä on erittäin harvinaista, koska asemaa nostetaan yleensä ylemmäksi, koska matalammalla radalla hyvin ohuen ilman vastus on suurempi ja siten aseman nopeus hidastuu siellä enemmän. Tällä kertaa syynä oli kuitenkin se, että asemalle tullut Dragon-rahtialus oli niin täyteen lastattu, että se ei olisi kyennyt nousemaan alkuperäiselle radalle. Myös aivan ensimmäinen ATV teki saman tempun vuonna 2008.

Maahanpalua aikaistettiin

Koska kyseessä on viimeinen ATV ja tämän kokoisten alusten syöksyt ilmakehään ovatharvinaisia, oli tarkoituksena alun perin tutkia aluksen tuhoutumista tarkasti ja ohjata alus siksi uudenlaiseen, hyvin loivalle radalle alaspäin. Näin ESAn ja Nasan tutkijaryhmät olisivat voineet havaita lähelta lentokoneista tarkasti sitä miten alus tuhoutuu ilmakehän kitkakuumennuksessa.

Alus olisi ollut avaruusasemasta irtaantumisensa jälkeen 13 vuorokautta yksin avaruudessa valmistautumassa uudenlaiseen maahanpaluuseen.

Normaalisti erittäin luotettavasti toimineen aluksen yksi neljästä virtapiiristä kuitenkin rikkoontui viime viikolla, jolloin alus siirtyi automaattisesti varotilaan. ATV pystyy ja on suunniteltu toimimaan siten, että yhden piirin vika ei vaikuta sen lentoon – itse asiassa se voisi toimia normaalisti vain kahdella – mutta kuten avaruustoiminnassa aina, vika johtaa aina turvatoimien korostamiseen. 

Siksi ATVn lennonjohtajat eivät halunneet ottaa riskiä toisen virtapiirin rikkoontumisesta suunnitellun pitkän yksinlennon aikana, joten he päättivät tuoda aluksen turvallisesti alas “perinteistä” nopeaa maahanpaluurataa pitkin.

Näin ollen alus on avaruudessa 30 tuntia eilen tapahtuneen lähdön jälkeen ja syöksyy maahan tänään illalla noin klo 20 Suomen aikaa.

Tapahtumista saadaan kuitenkin (ainakin toivottavasti) hyviä tietoja, koska aluksessa on mukana kaksi laitteistoa, jotka mittaavat lämpötilaa ja monia muita tietoja aluksesta maahanpaluun aikana ja lähettävät tietoja tutkijoille. Mukana on myös laitteisto, joka kuvaa tapahtumia paluun aikana ja pystyy periaatteessa näyttämään miltä aluksen mukana matkustaminen tuntuisi.

Viro otti eilen tärkeän askeleen kohti täysjäsenyyttä Euroopan avaruusjärjestössä, kun ESAn pääkonttorissa Pariisissa allekirjoitettiin liittymissopimus. Sen mukaisesti Virosta on tulossa ESAn 21. jäsenmaa.

Virallisesti Viron ja ESAn välinen yhteistyö alkoi 20. kesäkuuta 2007 Tallinnassa pidetyssä tilaisuudessa, jonka perusteella Viro ja ESA sopivat virallisesti 10. marraskuuta 2009 sopimuksen siitä, että Virosta tuli ESAn ns. yhteistyömaa. Tämä tarkoitti sitä, että virolaiset saattoivat tulla esimerkiksi harjoittelemaan ESAn avaruuskeskuksiin.

Virolla on pitkä historia avaruustutkimuksessa, ennen kaikkea astrofysiikan alalla, ja virolaiset ovatkin osallistuneet viime vuosina moniin ESAn tieteellisiin ja teknologisiin ohjelmiin. Viro on myös aktiivisesti mukana ESA-jäsenyyteen tähtäävien maiden yhteisessä ns. PECS-ohjelmassa (Plan for European Cooperating States), jonka puitteissa on yhteistyötä mm. avaruustutkimuksen, Maan havainnoinnin, materiaalitutkimuksen, biologian ja avaruustekniikan aloilla.

Viro on myös avaruusmaa: sen ensimmäinen satelliitti, Tarton yliopiston opiskelijoiden satelliittiohjelman puitteissa tehty ESTCube-1 laukaistiin avaruuteen toukokuussa 2013 eurooppalaisella Vega-kantoraketilla.

Nyt solmittu sopimus ei vielä liitä virallisesti Viroa ESAan, vaan näin käy vasta myöhemmin tänä vuonna, kun Viron hallitus hyväksyy puolestaan liittymismaksun maksamisen ja sen on talletettu Ranskan hallituksen haltuun. 

Tilaisuudessa ESAn pääkonttorissa olivat paikalla ESAn pääjohtaja Jean-Jacques Dordain ja Viron ulkomaankaupasta ja yritystoiminnasta vastaava talous- ja viestintäministeri Anne Sulling, jotka allekirjoittivat sopimuksen, sekä Viron avaruuskomitean puheenjohtaja sekä kansanedustaja Ene Ergma ja Sven Jürgenson, Viron suurlähettiläs Ranskassa.

Tietoja jäätiköiden arvioitua nopeammasta tai hitaammasta sulamisesta tai kasvamisesta saadaan nykyisin usein. Suuret epävarmuudet liittyvät usein siihen, ettei jäätiköistä ole tarpeeksi havaintoja riittävän pitkältä ajalta.

Paras tapa saada tarkkaa ja ajantasaista tietoa on havaita jäätiköitä avaruudesta. Euroopan avaruusjärjestön Sentinel 1A- ja CryoSat -satelliitit ovat tässä erinomaisia apuvälineitä. Tuorein niillä saatu ja julkaistu merkittävä havainto koskee Huippuvuorilla olevaa Austfonnan jäätikköä.

Austfonna on Huippuvuorten Koillismaalla oleva ns. lakijäätikkö, eli vuoristoisen saaren ylänköaluetta peittävä kupera jäätikkö. Havaintojen mukaan sen paksuus on pienentynyt 50 metriä sitten vuoden 2012 – eli vain kahden vuoden aikana se on menettänyt kuudenneksen paksuudestaan.

Viimeisen kahden vuosikymmenen aikana Austfonnan jääpeite on pienentynyt olennaisesti ja jään ohemenista tapahtuu jo noin 50 kilometrin päässä jään reunasta. Aivan jäätikön laki on edelleen jokseenkin ennallaan, mutta jo 10 kilometrin päässä huipulta jäässä on jo havaittu muutoksia.

Havaintojen mukaan jäätikön virtaama on 25 kertaa aiempaa nopeampi, sillä se on kasvanut 150 metristä vuodessa 3,8 kilometriin. Siis puoli metriä tunnissa.

Leedsin yliopistossa olevan Iso-Britannian Polaarialueen havainnointi- ja mallinnuskeskuksen tutkijoiden tekemä, Geophysical Research Letters -sarjassa julkaistu tutkimus käytti hyväkseen kahdeksalla satelliitilla kerättyjä tietoja (mukana Sentinel-1A ja CryoSat), jotka yhdistettiin alueen paikalliseen ilmastomalliin.

“Nämä tulokset ovat selvä esimerkki siitä kuinka nopeasti lakijäätiköt voivat muuttua ja osoittavat hyvin sen, miten hankalaa on ennustaa jäätiköiden sulamisen vaikutusta merenpinnan tasoon tulevaisuudessa”, sanoo julkaistun tutkimuksen vetäjä Mal McMillan.

“Uudet satelliitit, kuten Sentinel-1A ja CryoSat, ovat tärkeitä työkaluja, koska voimme tarkkailla niillä järjestelmällisesti jäätiköitä ja jääalueita. Näin voimme myös ymmärtää paremmin näiden kaukaisten napa-alueiden toimintaa.”

Cluster on englanninkielisen nimensä mukaisesti neljän pienen satelliitin parvi, jonka Euroopan avaruusjärjestö laukaisi vuonna 2000 tutkimaan Maan magnetosfääriä. 

Ne ovat siis mitanneet ja tunnustelleet liki 15 vuoden ajan Maata avaruudessa Auringon hiukkassäteilyltä suojaavaa magneettista kuplaa ja keränneet samalla paljon kiinnostavaa tietoa niin lähiavarudestamme kuin myös siitä, miten Aurinko vaikuttaa elämäämme täällä maapallolla.

Alun perin Clusterien toivottiin toimivan vain kahden vuoden ajan, mutta koska nelikko on toiminut erinomaisesti, on niiden lentoa pidennetty koko ajan. Ensin vuoteen 2005, sitten vuoteen 2009, sitten vuoteen 2012 ja nyt rahoitus on turvattu vuoden 2016 loppuun saakka. Vaikka satelliitit toimisivat hyvin, koituu kustannuksia lennonjohdosta, yhteydenpidosta sekä tieteellisten mittaustietojen keräämisestä, jakamisesta ja arkistoinnista. Mutta nämä kustannukset ovat varsin pieniä verrattuna siihen, kuinka kiinnostavia tietoja satelliiteilla saadaan.

Nyt, kun Clusterien toiminta ja käyttäytyminen tunnetaan hyvin, ja ne ovat toimineet jo hyvin pitkään, uskalletaan niillä tehdä myös temppuja, joihin ei aiemmin ole rohjettu.

Normaalisti neljä identtistä satelliittia ovat olleet hyvin soikeilla kiertoradoillaan Maan ympärillä toisistaan 600 - 20 000 kilometrin etäisyydellä toisistaan, mutta nyt tammikuussa satelliitit numero 3 ja 4 (nimiltään Samba ja Tango) ohjattiin vain kuuden kilometrin päähän toisistaan. Avaruuden mittakaavassa tämä on hyvin lähekkäin.

Tempun tarkoituksena on mitata paremmin Maan edessä olevan shokkirintaman aivan ulointa osaa, missä Auringosta virtaavien hiukkasten vuo, aurinkotuuli, alkaa hidastua ja kääntyä kohti maapalloa.

“Tieteellinen päämäärämme on saada satelliitit vain muutaman kilometrin päähän toisistaan, jotta voimme tehdä mittauksia hyvin pienessä mittakaavassa”, kertoo Detlef Sieg, Euroopan avaruusjärjestön avaruusoperaatiokeskuksessa ESOC:issa, Darmstadtissa, työskentelevä lentodynamiikka-asiantuntija.

Kun esimerkiksi toinen satelliiteista on jo rintaman ulkopuolella vapaassa aurinkotuulessa ja toinen on edelleen rintaman alueella, voidaan rintaman uloimman osan sijainti määrittää hyvin tarkasti. Tiedämme jo, että sijainti muuttuu koko ajan Auringon aktiivisuuden mukaan, mutta mittauksilla saadaan tietoa rintaman rakenteesta sekä toivottavasti myös siitä, miten rintama elää.

Satelliittien saaminen lähituntumaan vaati tarkkaa etukäteissuunnittelua ja laskemista, sekä rakettimoottorien polttoja siten, että kaksi satelliittia saatiin käytännössä samalle kiertoradalle vain hieman peräkkäin. Näin ne eivät törmää toisiinsa, vaikka ovatkin lähekkäin.

Koska satelliitit eivät ole yhteydessä toisiinsa ja koska niiden sijaintia avaruudessa ei tiedetä kuin parin sadan metrin tarkkuudella, niiden ratamuutokset täytyy tehdä huolella.

“Jokaisella kierroksellaan Maan ympärillä ne ovat kaksi kertaa vain noin kolmen sekunnin lentoajan päässä toisistaan. Juuri tuolloin ne ovat rinnakkain ja toinen satelliitti ohittaa toisen.”

Samba ja Tango saatiin ohjattua onnistuneesti turvallisen lähelle toisiaan 7. tammikuuta ja ne pysyvät näillä paikoillaan ainakin maaliskuun puoliväliin saakka. Kaksi muuta saatelliittia (Rumba ja Salsa) ovat noin 5000 kilometrin päässä ja tekevät siellä omia mittauksiaan.

“Joka kerta kun muutamme muodostelmaamme, pitää sitä suunnitella hyvin”, selittää Clusterin operaatiojohtaja Bruno Sousa.

“Se teettää työtä ja vaatii koordinaatiota niin täällä Darmstadtissa kuin myös tutkimuslaitteiden ohjauskeskuksessa Iso-Britanniassa sekä jokaisen tutkimuslaitteen tutkijaryhmässä.”

“Me myös koitamme koko ajan säästää satelliiteissa olevaa polttoainetta. Samalla varmistamme sen, että törmäyksen riski on mahdollisimman pieni, mutta tämä tulee olennaiseksi asiaksi vasta kun satelliittien välinen etäisyys on vain 1-2 kilometriä.”

Se, että kaksi satelliittia on hyvin lähellä toisiaan, tuo mukanaan myös muutoksia yhteydenpidossa. 

Satelliitit ovat nyt niin lähellä toisiaan, että ne osuvat maa-aseman antennin näkökenttään samanaikaisesti. Siksi satelliittien täytyy käyttää eri aallonpituutta radioliikenteessään. Käytännössä kuitenkin vain yhteen satelliittiin ollaan yhteydessä kerrallaan.

Vuosi 2014 ei ollut erityisen hyvä sarvikuonoille. Virallisten lukujen mukaan laiton metsästys kaatoi viime vuonna vieläkin enemmän sarvikuonoja kuin vuonna 2013, jolloin 1004 eläintä tapettiin.

Kolme opiskelijaa Iso-Britanniasta, Cranfieldin yliopistosta keksi ajatuksen käyttää avaruuskaukoputkien kuvantamistekniikaa hyväksi metsästäjien paljastamissa. 

Satelliittien sijaan uudenlaiset kameralaitteet asennettaisiin mehittämättömiin lentokoneisiin, jotka voisivat partioida riistanvartijoiden kanssa alueilla, missä sarvikuonoja metsästetään salaa.

“Ehdotuksemme voisi olla avuksi paitsi villieläinten suojelussa, niin myös etsintä- ja pelastustoimissa”, toteaa Idriss Sisaid. 

Hän sekä opiskelijatoverinsa Enrique Garcia Bourne ja Edward Anastassacos voittivat ideallaan vuoden 2014 Space Solutions University (S2UN) -kilpailun, jonka järjestäjänä toimii ESAn teknologiansiirtotoimisto.

Keksintö käyttää hyväkseen ESAn patentoimaa tekniikkaa, joka kehitettiin korjaamaan optiikan kuvaisvirheitä. Sen avulla esimerkiksi yksinkertaisten linssien muodostama hieman pallomainen kuva voidaan lukea tasomaissella kuvakennolla ja korjata oikeaksi. Tämä auttaa tekemään kuvista teräviä ja tarkkoja ilman monimutkaista optiikkaa korjaavaa laitteistoa.

“Kyseessä oleva ESAn patentti numero 561 auttaa meitä tuottamaan korkealaatuisia, vääristymättömiä laajakulmakuvia”, selittää Enrique ja jatkaa: “Kun tällainen laitteisto asennetaan miehittämättömään lentolaitteeseen, voimme kattaa suuremman alueen ja tehdä sen tarkemmin kuin olisi mahdollista perinteisillä kameroilla ja lentolaitteilla”.

Keksintö tekee havainnoinnista paljon aiempaa edullisempaa, ja näin voidaan kartoittaa nopeasti laajoja alueita. Siten metsänvartijat voisivat paikantaa helposti missä salametsästäjät ovat vaanimassa esimerkiksi sarvikuonoja tai elefantteja.

Havainnonteon edullisuus on tärkeää salametsästäjiä etsiville eläinsuojelujärjestöille ja pienimäärärahaisille metsänvartijoille. Toimiva valvonta vaatii jatkuvaa havainnontekoa sekä laajojen alueiden seurantaa, missä lentolaitteet kameroineen voisivat olla suuri apu.

Hätätilanteissa jokainen sekunti on kallis. Siksi nopeasti ilmaan saatavat ja tehokkaasti laajalta alueelta kuvia keräävät lentolaitteet voivat olla suureksi avuksi myös pelastusjoukoille. Heillä voisi olla näin ajantasaista tietoa heti käytettävissään.

Opiskelijat pohtivat parhaillaan tapoja kehittää ajatustaan eteenpäin ja muuttaa se toimivaksi liiketoiminnaksi – mahdollisesti jonkun ESAn yrityshautomon kanssa.

“Toivomme, että ideamme saa siivet mahdollisimman pian!”

Otsikkokuvassa on eläimiä Virungan kansallispuistossa Kongossa (Kuva: ESA)

Eurooppalainen kantoraketti Ariane on jo 35 vuotta vanha. Kun sen ensimmäinen lento nousi ilmaan jouluaattona vuonna 1979 ja sujui ilman ongelmia, pääsi monilta helpotuksen huokaus: viimeinkin se onnistui!

Arianen edeltäjän, umpikujaan päättyneen yhteiseurooppalaisen Europa-raketin tie oli kivinen ja mutkainen. Sitä kehittänyt European Launcher Development Organisation ELDO (Eurooppalainen kantorakettikehitysorganisaatio) ei saanut rakettiaan toimimaan, mutta se loi pohjan eurooppalaiselle yhteistyölle ja oli toinen Euroopan avaruusjärjestön edeltäjäorganisaatioista. Sen kokemukset auttoivat myös Arianen nousemaan siivilleen ja kehittämään ainutlaatuisen tähän saakka kestäneen yhteistyökuvion kansallisten, kansainvälisten ja paikallisten avaruusalalla toimivien yhtiöiden ja organisaatioiden välille.

Ajatus omasta eurooppalaisesta satelliittilaukaisijasta virisi heti avaruusajan alussa, kun Iso-Britannia ja Ranska olivat kehittämässä omia rakettejaan ja huomasivat sen olevan kovin kallista. Oli selvää, että etenkin siviilikäyttöön tarkoitetuissa raketeissa yhteistyö oli paras vaihtoehto, ja tämä ajatus johti vuonna 1964 kuuden maan yhteistyöjärjestö ELDOn perustamiseen. Sen tehtävänä oli kehittää Europa-nimimen kantoraketti, joka koostuisi brittiläisestä Blue Streak -raketista otetusta ensimmäisestä vaiheesta, ranskalaisesta Coraliesta toisena vaiheena ja kolmantena olevasta saksalaistekoisesta Astris-vaiheesta.

Vuosi sitten avaruuteen laukaistu ESAn Gaia-teleskoopi on laite, joka kartoittaa taivasta huiman tarkasti. Tarkoituksena on muun muassa koota Linnunradasta ainutlaatuinen kolmiulotteinen kartta, mutta lisäksi Gaia havaitsee paljon muuta, kuten muita tähtiä kiertäviä planeettoja , ruskeita kääpiöitä, oman galaksimme ulkopuolella olevia kohteita sekä lähellä, aurinkokunnassa olevia pienkappaleita.

Gaian työtä ja sen havaintomaailmaa voi seurata kätevästi älypuhelimille tehdyllä sovelluksella. Barcelonan yliopiston tekemä sovellusohjelma näyttää paitsi kauniita kuvia ja interaktiivisia diagrammeja, niin myös kertoo Gaiasta, sen matkasta havaintopaikalleen ja siitä miten sen tekee työtään.

Sovellus kertoo myös ajantasaista tietoa siitä mitä Gaia on tekemässä ja kuinka paljon tietoa se on kerännyt. Myös kaikki uudet löydöt tulevat näkyviin puhelimeesi.

Sovellus katsoo lisäksi menneeseen: se kertoo Hipparcos-satelliitista, Gaian edeltäjästä, joka keräsi havaintoja 120 000 tähdestä ja muusta taivaalla olevasta kohteesta. Näistä on koottu suuri, tähtitieteilijöiden aktiivisesti käyttämä taivaan kartasto. Gaian havainnoista tullaan tekemään uusi, moninkertaisesti parempi ja laajempi kartasto, jonka ensimmäinen osa on tarkoitus julkistaa kesällä 2016.

Gaia havaitsee arvion mukaan viisi vuotta kestämään suunnitellun havaintorupeamansa aikana noin miljardia kohdetta – tämä vastaa noin petatavua tietoa (miljoona gigatavua). Tiedot käy läpi Gaian eri maissa ja eri tutkimuslaitoksissa oleva tietojenkäsittely ja -analyysiyhteistö, johon kuuluu myös Helsingin yliopiston tähtitieteilijäryhmä. Suomalaisten vastuualueena ovat havainnoista löytyvät aurinkokunnan pienkappaleet, eli uudet asteroidit ja komeetat.

Toistaiseksi ilmainen Gaia-app on saatavissa vain iOS- ja Android-käyttöjärjestelmille. Lähiaikoina sovellukseen ollaan vielä lisäämässä materiaalia. Sovelluksen tekemisen rahoittivat yhdessä Espanjan tieteellistekninen säätiö sekä Espanjan talous- ja kilpailukykyministeriö. Niinpä englannin lisäksi sovelluksen kielet ovat espanja ja katalaani.

Gaia-app on ladattavissa iTunesista ja Google Playsta.

Jäätä ja hajavaloa

Gaia laukaistiin avaruuteen tasan vuosi sitten, 19. joulukuuta 2013, ja se aloitti tieteellisen työnsä 25. heinäkuuta, eli hieman myöhemmin kuin oli tarkoitus. Syynä viivästymiseen oli satelliitin sisällä ollut vesihöyry; normaalisti kaikissa avaruuslaitteissa on sisällä ilmaa, joka laukaisun aikana ja avaruudessa pihisee siitä ulos tätä varten tehtyjä tiehyeitä pitkin. Tähtitieteellisissä havaintolaitteissa, joissa on herkkää optiikkaa, tähän on kiinnitetty erityistä huomiota, koska ilmassa oleva vesihöyry tiivistyy jääksi muun muassa peileihin. Siksi Gaiankin peileissä on sähkövastukset, joilla niitä voidaan lämmittää ja siten jäästä voidaan päästä vähitellen eroon. 

Gaiassa vesihöyryä oli jostain syystä enemmän kuin oletettiin, joten vesihöyryn härmistyminen jääksi peilien päälle oli ongelma. Tämä saatiin hallintaan ajan myötä ja erityisillä kikoilla, joilla satelliitin sisälle jäänyttä ylimääräistä ilmaa puolipakotettiin ulos avaruuteen.

Lisäksi Gaialla oli – ja on edelleen – toinen ongelma: sen optiikkaan pääsee ylimääräistä valoa. Valoa ei tule paljon, ja sen määrä vaihtelee Gaian asennosta ja Auringon suunnasta riippuen. 

Hajavalo ei haittaa havaintojen määrää, mutta vaikuttaa sen tekemien havaintojen laatuun. Kirkkaiden kohteiden tutkimista hajavalo ei haittaa paljoakaan, mutta himmeämpien tähtien kohdalla ero on merkittävä. Eniten tästä kärsivät spektrometriset havainnot, joiden avulla määritetään tähtien liikkumisnopeutta. Mikäli Gaia pystyy jatkamaan havaintojaan suunniteltua pitempään, saadaan silloin enemmän havaintoja erilaisissa hajavalotilanteissa, ja siten tulokset ovat parempia.

Joka tapauksessa Gaian mittaukset ovat nytkin paljon aiempia parempia, joten vaikka Gaia-lentoon osallistuvat tähtitieteilijät ovat hieman pettyneitä, saavat he käsiinsä päivittäin ainutlaatuista havaintomateriaalia.

ESA on saanut juuri valmiiksi jännittävän, uudenlaisen tieteellisen koelaitteen: pieniä raakaöljysäiliöitä laukaistaan avaruuteen kiinalaisella avaruusaluksella tutkimaan kilometrien syvyydessä Maan pinnan alla olevien öljyvarantojen periaatteita.

Laite, jonka sisällä säiliöt ovat, on päättänyt juuri testaamisensa ESTECissä, ESAn Hollannissa sijaitsevassa teknisessä keskuksessa. Kokeissa laitteistoa lämmitettiin ja viilennettiin vastaamaan avaruuden olosuhteita, sekä täristettiin samalla tavoin kuin kantoraketti ravistaa sitä laukaisun aikaan. Myös paluu Maahan on varsin raju kokemus koelaitteelle, joten sitäkin jäljiteltiin testikampanjan aikana.

Koelaitteistossa on kuusi tukevaa sylinteriä, joiden sisällä on millilitran verran raakaöljyä. Öljy on paineistettu 400-kertaiseen Maan ilmakehän normaalipaineeseen, mikä on itse asiassa eräs suurimmista kostaan avaruuslaitteissa käytetyistä paineista. Sylinterien lisäksi laitteistoon kuuluu mittareita ja elektroniikkaa, sekä liitokset avaruusalukseen.

Alus on kiinalainen mikropainovoimatutkimusalus SJ-10, joka laukaistaan avaruuteen Kiinan Juiquanin avaruuskeskuksesta Gobin autiomaasta vuoden 2015 lopussa. Sen mukana on 19 muuta tutkimuslaitetta, jotka palaavat kaksi viikkoa kestävän avaruuslennon jälkeen takaisin Maahan.

Öljytutkimuslaite on ESAn, Kiinan kansallisen avaruustutkimuskeskuksen sekä ranskalaisen Total- ja kiinalaisen PetroChina -öljy-yhtiöiden yhteistyötä.

Monimutkainen, mutta suoraviivainen ongelma

Koelaitteen nimi on kaikessa karuudessaan “Raakaöljyn Soret-vaikutuskertoin”. Taustalla tutkimuksessa on se, että öljyssä, kuten muissakin sen kaltaisissa nesteissä, kevyet molekyylit ja suuremmat, ja siten raskaammat molekyylit erottautuvat toisistaan lämpötilan mukaan ja diffuusion avulla. Kun lämpötila eri puolilla nestettä on erilainen, järjestäytyvät siis nesteessä olevat molekyylit lämpötilan mukaan. Samalla nesteessä vaikuttaa myös diffuusio, eli molekyylit pyrkivät siirtymään väkevämmästä pitoisuudesta laimeampaan, jolloin lopulta pitoisuus on jotakuinkin sama eri puolilla nestettä; tästä hyvä esimerkkion sokerin sekoittuminen kahviin.

Svetisiläisen kemistin Charles Soretin mukaan nimetty Soret-kerroin on tarkaan ottaen nesteen lämpötilaeroista johtuvaa erottumista kertova luku jaettuna diffuusiota määrittelevällä arvolla.

Paineistetun öljyn tapauksessa tilanne näytekapseleiden sisällä on hieman samanlainen kuin maanalaisissa öljyesiintymissä 7-8 kilometrin syvyydessä.

“Suuren paineen ja lämpötilan yhdistelmä on merkittävä tekijä öljyesiintymissä, sillä raakaöljy kerrostuu esiintymien sisällä lämpötilan mukaan ja näyttää siis toimivan vastoin painovoimaa”, selittää ESAssa koelaitteen tekemistä valvova Antonio Verga.

“Vähitellen, geologisten aikakausien kuluessa, raskaammat aineet siis nousevat ylemmäs ja kevyemmät painuvat alas.”

“Tarkoituksemme on tutkia siis tätä asiaa mikropainovoimassa, koska silloin painovoima ei vaikuta mittauksiimme. Toivomme, että tulosten avulla voidaan parantaa kykyämme löytää lisää öljyä.”