Avaruudessa voi tehdä matkaa ilmaiseksi, kun käyttää kulkuvälineenä painovoimaa. Reittien kartoitus on alkanut.

Perinteistä avaruusmatkaa suunnitellaan näin: Tehdään tarkat laskelmat siitä, miten ja millä polttoaineen kulutuksella päästään irti Maan vetovoimasta. Lasketaan, kuinka ja miten paljon jarruttaen kannattaa lähestyä kohteen painovoimakenttää. Koko ajan otetaan huomioon vain yhden taivaankappaleen ja aluksen välinen suhde - kuin ne olisivat kaksin avaruudessa. Menetelmä toimii, mutta energiaa ja polttoainetta törsääntyy.

Edullisempikin vaihtoehto on. Avaruudessa voi ottaa ilmaisia kyytejä matkojen päähän. Täytyy vain tuntea reitit. Avaruustutkijat ja matemaatikot ovat nyt alkaneet kartoittaa tätä planeettojen välistä kuljetusverkkoa, kertoi Virginian teknisen yliopiston apulaisprofessori Shane Ross Britannian tiedepäivillä viime syksynä.

Taivaankappaleiden painovoimakentät kilpailevat keskenään. Niiden vaikutuksesta syntyy sinne tänne ikään kuin avaruuden metrotunneleita. Niissä painovoima kiidättää aluksen Auringon ympäri tai kuljettaa sen planeetan tai kuun kiertoradalle. Pysäkkeinä ja risteysasemina tunneleiden päissä toimivat niin sanonut Lagrangen pisteet. Näissä pisteissä kahden taivaankappaleen vetovoima on täsmälleen yhtä suuri.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

- Ajattelen mielelläni, että nämä käytävät ovat kuin merivirtoja. Paitsi että ne ovat gravitaatiovirtoja, Ross sanoo. Niiden viemänä pystyy matkustamaan melkein mihin tahansa aurinkokunnassa tai jopa sen ulkopuolelle.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Kuun ja Maan välille saisi lähtöportin

Ilmiötä on jo käytetty hyväksi. Aurinkotuulta tutkinut Nasan Genesis-luotain teki matkaa painovoimavirroissa surffaamalla ja kulutti siksi hyvin vähän polttoainetta. Sitä oli pienen luotaimen painosta vain neljä prosenttia. Perinteisellä propulsiotekniikalla liikkuvassa aluksessa polttoainetta on alkumatkasta usein lähes puolet painosta.

Säästäminen ei ole pelkkää nuukuutta tai ekologista ajattelua. Se on välttämätöntä, jos haluamme päästä ulommas avaruuteen. Mukaan mahtuvan polttoaineen määrä rajoittaa sitä, kuinka pitkälle pelkällä moottorivoimalla voi pyrkiä. Aurinkokunnan laidalle täytyy mennä muulla konstilla.

Maan lähiavaruuden painovoimaväylät tunnetaan nyt hyvin, esimerkiksi reitti Maasta Kuun kiertoradalle. Kuun ja Maan välisiltä Lagrangen pisteiltä pääsee vaikkapa Maan ja Auringon väliselle pisteelle. Ross haaveilee, että tällaiseen Maan ja Kuun voimien tasapainokohtaan voitaisiin perustaa avaruusasema lähtöportiksi kauemmas suuntautuville painovoimamatkoille.

Liian hidasta miehitetyille lennoille

Kokonaan ilman moottoria tai muuta aluksen omaa voimanlähdettä avaruusmatkailu ei käytännössä onnistu, koska siitä tulee äärimmäisen hidasta. Painovoimakyydillä matkat eivät nimittäin taitu suorinta tietä. Kuun kiertoradalle tähdätty satelliitti joutuu ottamaan vauhtia monta kertaa Maan ympäri, ennen kuin sopivalle kohdalle sattuva Kuu kiskaisee sen omalle kiertoradalleen. Kuviksi mallinnettuina painovoimametron väylät ovat kuin spagettia, joka kietoutuu planeettojen ympärille ja kiemurtelee niiden välissä.

Moottorilla voi loikata väylältä toiselle, korjata kurssia tai antaa alukselle oikealla hetkellä ratkaisevaa lisävauhtia. Jos vain passiivisesti odottaa kuljetuksen tuloa kohdalle, matka Maasta Marsiin kestää tuhansia vuosia.
Joka tapauksessa painovoimamatkailu on verkkaista. Siksi se soveltuu huonosti miehitettyihin avaruuslentoihin, joissa matka-aika pyritään saamaan mahdollisimman lyhyeksi. Havaintoluotaimien kuljetteluun menetelmä on kuitenkin omiaan. Se sopisi Rossin mielestä ihanteellisesti esimerkiksi Jupiterin tai Saturnuksen ja niiden lukuisien kuiden tutkimiseen. Painovoimatunneleita pitkin luotainten on helppo hypätä yhden kuun kiertoradalta toiselle.

Asteroidi voi saapua tunnelia pitkin

Meteoriitit ja asteroidit voivat nekin matkustaa painovoimatunneleissa. Ross tutkii parhaillaan sitä mahdollisuutta, että planeettojen välinen kuljetusjärjestelmä voisi paiskata meteoriitin päin maapalloa. Jupiterissa on käynyt näin, ja on joitakin todisteita siitä, että Maahan 65 miljoonaa vuotta sitten törmännyt meteoriitti saattoi tulla painovoimatunnelia pitkin. Tämän törmäyksen seuraus ilmeisesti oli, että dinosaurukset hävisivät maapallolta.

Ross arveleekin, että olisi järkevää sijoittaa Maahan johtaville reiteille vartioon teleskooppeja. Jos lähestyvät asteroidit havaitaan ajoissa, ne voidaan käydä tönäisemässä toiselle reitille tai ohjata vaikka Maata kiertävälle radalle. - Saisimme toisen kuun, Ross ehdottaa.

Kartoitus vaatii nykyaikaista laskentavoimaa

Painovoimamatkailun voimanlähde, gravitaatio, on tunnettu Isaac Newtonin ajoista saakka. Vaativaksi väylien kartoittamisen tekee se, että painovoiman lähteitä on useita eivätkä ne pysy paikoillaan. Taivaankappaleet ja niiden painovoimakentät liikkuvat - ennustettavasti mutta monimutkaisesti suhteessa toisiinsa. Ross vertaa painovoimaväyliä nurmikonkastelulaitteiden vesisuihkuihin, jotka pyöriessään ajoittain risteävät toistensa kanssa.

Avaruuden metrokartan laatiminen on tullut mahdolliseksi, kun käyttöön on saatu lisää matemaattisia menetelmiä ja tietokoneiden laskentavoimaa.

Julkaistu Tiede -lehdessä 1/2010

Sisältö jatkuu mainoksen alla