Tekniikan päivät 2014: Suomalaisinnovaatiosta rakennetaan rahtialusta avaruuteen


Avaruus kiehtoo edelleen niin suurta yleisöä kuin tutkijoita. Kolmen päivän aikana Tekniikan päivillä on kaikkiaan kymmenen avaruutta käsittelevää luentoa.

Torstaina 16.1. Espoon Dipolissa käynnistynyt Tekniikan päivät on koko kansan kolmipäiväinen tiedetapahtuma. Vuoden 2014 teemana on ilma, yksi Aristoteleen neljästä peruselementistä. Tekniikan päivien ohjelmassa on yli 100 miniluentoa sekä oheisohjelmaa aikuisista perheen pienimpiin.

Tulevaisuuden avaruusmatkailuun on tarjolla mielenkiintoista suomalaisteknologiaa. Pekka Janhunen kertoo luennollaan ”Aurinkotuulta hyödyntävä sähköpurje” (pe klo 14.00, sali 4A+4B) vuonna 2006 tekemästään keksinnöstä. Sähköpurje on kevyt ja periaatteeltaan yksinkertainen voimalähde pienille avaruusaluksille. Se ei tarvitse lainkaan polttoainetta, sillä työntövoiman synnyttää sähköisesti luotu jättimäinen purjepinta-ala. Aurinkotuulen työntövoima suuntautuu Auringosta poispäin, mutta alus voi myös lähestyä Aurinkoa luovien kuten purjealus vesillä.

Sähköpurje koostuu pitkistä, alle millimetrin kymmenesosan paksuisista metallilangoista eli lieoista, jotka kelataan avaruudessa ulos aluksen reunaan kiinnitetyiltä rullilta. Alus pidetään pyörivässä liikkeessä, jolloin keskipakoisvoima oikaisee jopa kymmenien kilometrien mittaiset lieat säteittäiseksi muodostelmaksi.

Laite saa työntövoimansa Aurinkoa ympäröivän, miljoonien asteen lämpöisen kaasukehän ulospäin suuntautuvasta kaasuvirtauksesta eli aurinkotuulesta. Sähköpurjeen positiivisesti varatut lieat hylkivät aurinkotuulen positiivisesti varautuneita hiukkasia.

”Aluksen teoreettinen huippunopeus on sama kuin aurinkotuulen nopeus, jopa 800 kilometriä sekunnissa”, Pekka Janhunen kertoo.

Todellisilla sovelluksilla jäädään kauas tästä, mutta suunniteltu 50 kilometrin sekuntivauhti, siis 180 000 kilometriä tunnissa, on melkoista kyytiä sekin. Sähköpurje voisi kuljettaa esimerkiksi erilaisia luotaimia avaruutta tutkimaan. Kauimpana maasta oleva laite, juuri aurinkokunnan ulkopuolelle siirtynyt Voyager 1 -luotain, lähetettiin matkaan 35 vuotta sitten. Sähköpurjeen avulla matka olisi taittunut huomattavasti vauhdikkaammin.

Sähköpurjeen kiihtyvyys on hyvin verkkaista, mutta aika tekee tehtävänsä. Janhunen laskee, että kohtuullisella hyötykuormalla lastattu sähköpurjealus voisi kiihtyä yhden vuoden aikana nopeuteen 30 kilometriä sekunnissa.

Plasmajarrulla satelliitit turvallisesti maan pinnalle

Tällä hetkellä sähköpurjeen komponentteja testataan jo tositoimissa. Sähköpurjeen käytännön sovelluksista lähimpänä toteutumista on ns. plasmajarru. Sen avulla loppuun käytetyt satelliitit voitaisiin saadaan laskeutumaan alemmille radoille ja lopulta putoamaan ilmakehään, jossa ne tuhoutuvat. Se olisi ratkaisu avaruusromuongelmaan, jonka suosituimmille kiertoradoille kertyvät hylätyt satelliitit muodostavat.

Yksi Ilmatieteen laitoksen koelieka on juuri nyt maapalloa kiertävän virolaissatelliitin kyydissä. Viron ensimmäistä, reilun kilon painoista EstCube-1-satelliittia ohjelmoidaan parhaillaan plasmajarrukoetta varten.

”Toivomme, että pääsemme tekemään kokeen pian”, Pekka Janhunen kertoo.

Kokeessa satelliitti laitetaan pyörimään. Keskipakovoima suoristaa sähköpurjeen 10 metrin mittaisen liekalangan, ja lanka varataan sähköisesti elektronitykillä.

”Mittaamme, miten suuri voima lankaan kohdistuu, kun lieka on sähköisesti varattu”, Janhunen kertoo.

Seuraavana laukaisua odottaa Aalto-yliopiston opiskelijatyönä valmistunut Aalto-1-satelliitti. Senkin mukana avaruuteen matkaa Ilmatieteen laitoksen koelaitteisto.

”Toistamme kokeen pidemmällä, 100 metrin mittaisella liealla”, Janhunen kertoo.

Advertisements