Unelma polttoaineetta kulkevasta avaruusaluksesta alkaa vähin erin muuttua todeksi. Ensimmäinen Auringon säteilyä hyödyntävä alus, Cosmos 1, lähetetään Maata kiertävälle radalle ensi vuoden alussa.

TEKSTI:Leena Tähtinen

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Unelma polttoaineetta kulkevasta avaruusaluksesta alkaa
vähin erin muuttua todeksi. Ensimmäinen Auringon säteilyä
hyödyntävä alus, Cosmos 1, lähetetään Maata kiertävälle
radalle ensi vuoden alussa.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Julkaistu Tiede-lehdessä

8/2002



  ihme, että avaruusalus, joka avaa purjeensa ja seilaa ilmaiseksi planeetalta toiselle - tulevaisuudessa jopa toisiin tähtiin - kiehtoo tutkijoita. On kiehtonut jo kauan.

Idean avaruuden purjealuksesta esitti ensimmäisenä venäläinen fysiikan opettaja ja avaruustutkimuksen pioneeri Konstantin Tsiolkovski 1921 - lähes neljäkymmentä vuotta ennen avaruusaikakauden alkua! Hän arveli, että Auringon säteilyn paine sopisi rakettien voimanlähteeksi.

Venäjällä otetaan myös ensimmäinen askel kohti halpaa avaruusmatkailua. Cosmos 1 näet rakennetaan ja laukaistaan Babakinin avaruuskeskuksessa. Itse hanke on kuitenkin yhdysvaltalainen.

Rouva Sagan käynnisti projektin

Cosmos 1 -hankkeen pani alulle Ann Druyan, tunnetun yhdysvaltalaisen tähtitieteilijän ja tiedekirjailijan Carl Saganin leski. Hän innosti mukaan miehensä perustaman Planetary Societyn ja tieteellisiä tutkimuksia tukevan ja niistä kertovan Cosmos Studion. Avaruuspurjehtijan rakentaminen taas lankesi kuin luonnostaan Babakinin avaruuskeskukselle. Babakin on pitkään ollut Planetary Societyn yhteistyökumppani.

Täysin yksityisin varoin luotu Cosmos 1 on todellisiin avaruusaluksiin verrattuna vaatimaton testialus: se painaa vain 100 kiloa. Purjekin, joka on valmistettu alumiinilla päällystetystä mylarista, on pieni, vain 600 neliömetriä; tähtien välisille lennoille lasketaan tarvittavan neliökilometrien kokoinen purje.

Cosmos 1:n tavoitteena on lentää vähintään niin kauan, että tutkijat ehtivät mitata, miten Auringon säteilyn paine vaikuttaa aluksen nopeuteen. - Tähän riittää muutama päivä, mutta toivomme tietysti, että Cosmos pysyy radallaan viikkoja, jopa kuukausia, sanoo hankkeen johtaja Louis Friedman.

Toistaiseksi alus on läpäissyt kaikki testit, jotka voidaan tehdä Maassa. Vuoden vaihduttua on edessä lento Maata kiertävälle radalle 800 kilometrin korkeuteen. Peukut pystyyn!

Säteily työntää tai jarruttaa menoa

Aurinkopurje on periaatteessa ohut peili, joka heijastaa Auringon säteilyä. Tästä heijastuksesta syntyy työntövoima, joka kuljettaa alusta. Mitä suurempi peili, sitä lujempaa mennään.

Pelkkä työntö ei kuitenkaan riitä. Avaruudessa matkustelu edellyttää nopeuden ja suunnan muutoksia. Päästäkseen Maan radalta esimerkiksi Marsiin aluksen on kyettävä nostamaan nopeuttaan kuusi kilometriä sekunnissa.

Tavallisessa avaruusaluksessa nopeutta ja suuntaa muutetaan käyttämällä moottoreita. Aurinkopurjehtijaa sen sijaan ohjataan kallistelemalla peiliä niin, että siitä heijastuva säteily työntää alusta joko entistä lujempaan vauhtiin tai jarruttaa sen menoa.

Hitaahkosti mutta halvalla

Auringon säteilyssä riittää energiaa, mutta säteily heikkenee nopeasti levitessään avaruuteen. Siksi aurinkopurjeiden on oltava valtavan kokoisia. Silti työntövoima on vaatimaton, mutta sen etuna on jatkuvuus. Aluksen nopeus kasvaa joka ainoa sekunti, joka ainoa päivä, sillä säteilyn paine kiihdyttää alusta tauotta.

Marsiin pääsisi purjehtimalla ehkä 400 päivässä. Perinteisillä aluksilla matkaan kuluu vain vajaa vuosi. Aurinkopurjehtija ei kuitenkaan tarvitse polttoainetta, mikä on valtava etu. Purjealus pystyy ottamaan enemmän lastia ja matkaamaan pidempään kuin perinteiset avaruusalukset.

Miksei vapaa kyyti ole kelvannut aikaisemmin? Vastaus löytyy tekniikasta: ei ole helppoa rakentaa jättiläismäistä ja kevyttä purjetta, joka pysyisi jäykkänä.

Leena Tähtinen on tähtitieteen dosentti, vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja. Tällä palstalla hän taustoittaa tähtitieteen uutistapahtumia.

Lisää Cosmos 1 -hankkeesta ja aurinkopurjeista


www.planetary.org/solarsail/index2.html

Turussa etsitään matkareittejä

Aurinkopurjehtijoiden matkavauhti olisi sitä kovempi, mitä lähemmäksi Aurinkoa ne voisivat lentää. Purjeeseen kohdistuva työntö olisi Auringon lähellä suurimmillaan, mutta purjeiden lämmönsietokyky voi asettaa rajoituksia.

  on hiljattain valmistettu uusi hiilikuitumateriaali, joka kestää yli vartin jopa 3 000 asteen lämpöä, kertoo Vjatsˇeslav Koblik, joka Turun yliopistossa väitöstyökseen etsii sopivia reittejä Auringon lähellä liikkuvalle aurinkopurjehtijalle.

- Esimerkiksi Plutoon purjehditaan nopeimmin koukkaamalla Auringon kautta. Perille päästään toki suoraan Maastakin, mutta jos käväistään ensin lähellä Aurinkoa, alus kiihtyy nopeasti, Koblik selittää.

Ideoita jo 81 vuotta

- 1921 venäläinen avaruustutkimuksen pioneeri Konstantin Tsiolkovski ehdotti, että Auringon säteilyn painetta käyttettäisiin avaruusalusten voimanlähteenä.


- 1924 venäläinen Fridrik Tsander ja Tsiolkovski luonnostelivat avaruusaluksen, jota kiidättää suuriin, ohuisiin peileihin osuva säteily.


- 1958 Amerikkalainen Richard Garwin lanseerasi aurinkopurjehdus-sanan


  Nasa ryhtyi rahoittamaan aurinkopurjetutkimusta.


- 1974 Merkuriukseen matkannut Mariner 10 käytti hetken aurinkopaneeleitaan aurinkopurjeena. Työntö käänsi satelliittia.


- 1993 aurinkopurjetta kokeiltiin ensimmäistä kertaa avaruudessa. Venäläiset pakkasivat 20-metrisen Znamja 2 -aurinkopurjeen Progress M-15 -alukseen. Kun Auringon valo heijastui purjeesta, siitä muodostui 5-7- kilometrinen kirkas läiskä. Valo näkyi kaikkialla Euroopassa.


- Parhaillaan aurinkopurjehdusta tutkitaan mm. Venäjällä, Yhdysvalloissa, Kanadassa, Britanniassa, Saksassa ja Euroopan avaruusjärjestössä Esassa.


- 2003 ensimmäinen aurinkopurjealus, Cosmos 1, tekee neitsytmatkansa.


- 2004 Esa suunnittelee testaavansa aurinkopurjetta yhdessä Saksan avaruusjärjestön kanssa.


- 2005 yksityinen yhdysvaltalainen Team Encounter -hanke aikoo lähettää matkaan ensimmäisen aurinkokunnasta poistuvan aurinkopurjehtijan. Lastissa dna-näytteinä hiuksia ja kynnenpalasia.


- Ennen vuotta 2010 Nasa lähettää avaruuteen aurinkopurjealuksen, joka jättää aurinkokunnan 2018.

Risto Varteva


 

Näin valo tuuppaa vauhtia

Kiihdytys auringonvalolla kysyy kärsivällisyyttä.

Kun valo heijastuu kiiltävästä pinnasta, pinta saa tönäisyn - niin pienen, ettei sitä havaita arkielämässä. Maapallolla Auringon säteilyn voimakkuus on noin 1 400 wattia neliömetriä kohti. Siitä tulee neliölle noin 0,01 newtonin tuhannesosan töytäys, mikä vastaa gramman tuhannesosan painoa.

Aurinkopurjeen toiminta perustuu siihen, että pienestäkin voimasta on hyötyä, jos se vaikuttaa samaan suuntaan kauan. Vauhtia lisättäessä aluksen pitääkin lentää poispäin Auringosta, "myötätuuleen". Voima on sitä suurempi, mitä lähempänä Aurinkoa ollaan. Esimerkiksi Jupiterin liepeillä aurinkopurje saa vain 1/50 siitä työnnöstä minkä se saa Venuksen luona.

Ensi vuonna Maata kiertävän Cosmos 1:n purjeen ala on 600 neliömetriä, joten siihen vaikuttaa suurimmillaan noin kuusi newtonin tuhannesosaa. Aluksen massa on sata kiloa. Purje antaa parhaimmillaan kiihtyvyyden 0,06 mm/s2.

Todellisessa aurinkopurjehduksessa on päästävä parempaan tulokseen. Jos kiihtyvyys on 1 mm/s2 menosuuntaan, nopeus kasvaa vuorokaudessa lähes 100 m/s. Se jo tuntuu, sillä jos nopeuden muutokseksi saadaan kuukausien ja vuosien aikana 10-20 km/s, alus jaksaa lentää mille planeetalle tahansa, jopa pois aurinkokunnasta.

Cosmos 1:n purje on 0,005 millin paksuista mylarkalvoa. Pinnassa on ohut alumiinikalvo, joka heijastaa hyvin valoa. Sen sijaan Auringosta suurella nopeudella sinkoutuvat aurinkotuulen hiukkaset livahtavat kalvon läpi, joten ne eivät anna alukselle lisäpotkua.

Sisältö jatkuu mainoksen alla