CryoSat ja jäinen tehtävä
Suurta eurooppalaista ympäristötutkimussatelliittia Envisatia ei olla ehditty vielä edes laukaista, kun ESA on tilannut jo sille seuraajan. CryoSat lähetetään polaariselle polaariradalle huhtikuussa 2004 ja sen tehtävänä on mitata jäätiköiden paksuutta sekä napamerien jääpeitettä vähintään kolmen vuoden ajan. Helmikuun 8. päivänä allekirjoitettu noin 70 miljoonan euron sopimus solmittiin Astrium -yhtiön kanssa ja käsittää useita eurooppalaisia alihankkijoita.
Kaikki merkit viittaavat siihen, että ilmasto lämpenee. Kuten kansainvälinen ilmastonmuutoksia käsittelevä paneeli totesi viimeisimmässä (2001) raportissaan, nousi Maan pintalämpötila maailmanlaajuisesti 0,6 astetta 1900-luvulla. Vuosi 1998 oli lämpimin yksittäinen vuosi sitten vuoden 1861, jolloin lämpötilan jatkuva mittaaminen alkoi. Ympäristötiedot kertovat myös, että 1900-luku oli lämpimin koko viimeisen vuosituhannen aikana. Samaan aikaan kahden ilmakehässä vaikuttavan kasvihuonekaasun, hiilidioksidin ja metaanin, määrä ilmakehässä kasvoi 30 ja 150 prosenttia ihmisen toiminnan seurauksena.
Nykyaikaisten ilmakehämallien avulla on vain osittain mahdollista ennustaa miten nämä muutokset vaikuttavat ilmastoon. Arvioiden mukaan globaali lämpötila nousee 1,4 - 5,8 celsiusastetta seuraavan sadan vuoden aikana. Tämä aiheuttaa napajäätiköiden sulamista, minkä seurauksena merenpinta voi nousta jopa metrin.
Napajäätiköt ilmaston ohjaajina
Napajäätiköt ovat olennainen osa maapallonlaajuista ilmastoa. Vaikka ne ovatkin tuhansien kilometrien päässä asutuilta alueilta, on niillä pysyvä vaikutus ilmastoon Euroopassa, Aasiassa sekä Amerikoissa.
Napajää heijastaa suuren määrän Auringon Maan pinnalle säteilemää valoa. Sekä absorboitunut että heijastunut säteily ovat tasapainossa ilmaston kanssa. Kun napajäätikkö sulaa, vähemmän auringonvaloa heijastuu takaisin, minkä seurauksena napa-alueet lämpenevät. Lämpenemisen seurauksena jäätiköt sulavat lisää, joka taas osaltaan vähentää heijastuskapasiteettia. Seurauksena on itse itseään kiihdyttävä lämpenemisprosessi.
Avoin meri säteilee öisin noin 90 wattia neliömetrin alueelta. Ulossäteilyn määrää vähentävät lumipeitteiset jäälautat, jotka ajelehtivat napa-alueiden merillä. Näin ne osaltaan toimivat säteilyä vähentävinä lämpöpeittoina ja niillä on merkittävä osa maapallon lämpötasapainon säätälijöinä. Säteilyä vähentävä ilmiö pienenee, jos jää ohenee tai jäätikköjen määrä pienenee.
Merivirroilla on voimakas vaikutus ilmastoon. Ne toimivat lämpöpumppuina jakaen meriin varastoitunutta energiaa ympäri maapalloa. Paras tunnettu esimerkki on Golf-virta: se kuljettaa lämmintä vettä trooppisilta vesiltä poikittain Atlannin yli Pohjois-Eurooppaan ja ylläpitää Englannin leutoa ilmastoa sekä mahdollistaa Skandinavian sulat satamat. Ilman Golf-virtaa ilmasto-olosuhteet Suomessa olisivat huomattavasti hyisemmät. Jäätiköiden sulaminen vapauttaa suuria määriä makeaa vettä, joka voi puolestaan sotkea tai jopa muuttaa näitä merivirtoja. Seurauksena voi olla täysin arvaamattomia ilmastonmuutoksia.
Envisatista CryoSatiin
Maaliskuun ensimmäisen päivän ensimmäisinä tunteina Euroopan aikaa matkaan laukaistava Envisat on suuri ja kunnianhimoinen ympäristötutkimussatelliitti, jossa on kymmenen erilaista instrumenttia: ne kuvaavat ja mittaavat hyvin monia erilaisia asioita merenpinnan lämpötilasta Maan pinnan liikkeiden kautta ilmakehän kolmiulotteiseen otsonipitoisuuteen.
Envisatia ollaan suunniteltu ja rakennettu yli kymmenen vuoden ajan. Vaikka se on muuttunut vuosien varrella jonkin verran, on sen perussuunnitelma tehty jo kauan sitten. Siten sen suunnittelussa ei ole voitu ottaa huomioon aivan uusimpia avoimia kysymyksiä, minkä lisäksi sen laukaisuun tiivistyy suuri odotus - jos se ei pääse radalleen tai ei toimi siellä kunnolla, voi vuosikymmenen työ olla hukassa. Lennon onnistumisen eteen on toki tehty kaikki mahdollinen, mutta silti pieni pelko on olemassa.
Mammuttisatelliiteilla on monia hyvin puolia, mutta niillä on siis myös omat haittansa, joten ESA on päättänyt lähettää Envisatin jälkeen avaruuteen yhden suuren satelliitin sijaan useita pienempiä avaruusaluksia. CryoSat on ensimmäinen tämän vuonna 1998 aloitetun "Elävä planeetta" -lento-ohjelman satelliitti. Ohjelma sisältää ns. Core-lentoja, jotka rakentuvat monimutkaisista ja innovatiivisista maantarkkailusatelliiteista (hinnat 350 miljoonaa euroa), sekä edullisemmista Opportunity-missioista, jotka käyttävät jo hyväksi havaittuja ja toimivia tekniikoita. Tuttua tekniikkaa käyttämällä saadaan nopeasti vastauksia polttaviin kysymyksiin.
CryoSat tulee olemaan ensimmäinen ohjelman Opportunity-lento. ESA pyysi jäsenmaidensa tutkijoilta heinäkuussa 1998 ehdotuksia lentoa varten, jolloin Lontoon University College ja muutamat muut tutkimuslaitokset ehdottivat satelliittirakentajayhtiö Astriumin kanssa CryoSatia. Huhtikuussa 1999 ESA valitsi Cryosatin 27 ehdotetun projektin joukosta.
Nimensä mukaisesti CryoSat tutkii jäätiköitä. Suuri osa nykyaikaisten ilmastomallien epävarmuuksista johtuu siitä, ettemme tiedä tarpeeksi napajäätiköiden tilasta sekä niiden muutoksista. Tutkijat arvelevat merijään vetäytyneen 10 - 15 prosenttia vuodesta 1950 ja pohjoisten napa-alueiden jäätikön paksuuden reportoidaan vähentyneen 40 prosenttia viimeisten muutaman vuosikymmenen aikana. Nämä väittämät ovat kuitenkin erittäin epävarmoja laajoja merijääalueita koskevien paksuustietojen puuttuessa.
Korkeustutka mittaa jään paksuutta
CryoSat tulee kiertämään maata 720 kilometrin polaariradalta. Radaltaan se mittaa tutkansa avulla napajäätikön ja merijään paksuutta ja kiertoa. Tähän päivään mennessä käytössä olleet ja tulevat tutkasatelliitit, kuten eurooppailaiset ERS-1 ja -2 kuin myös Envisat, ovat sisältäneet vain yhden antennin, jolla saadaan tietoa suurista tasaisista jääkentistä. Cryosatissa sen sijaan on kaksi antennia.
Kaksoistutkansa avulla CryoSat voi havaita pintaa erittäin tarkasti - ja lisäksi stereona. Kahden tutkan yhteiskäyttötekniikkaa kutsutaan tutkainterferometriaksi, jonka avulla voidaan saavuttaa jopa 1-3 cm:n keskimääräinen tarkkuus. Tämän ansiosta Cryosat voi kerätä tietoa jäiden epätasaisuuksista jäämerellä sekä jäätiköistä että jääkerroksista, joissa on jyrkkiä seinämiä.
Näitä erittäin tarkkoja havaintoja varten satelliitin ratakorkeus on tiedettävä jatkuvasti. Määritelläkseen korkeutensa muutamien senttimetrien tarkkuudella, CryoSat käyttää CNESin, Ranskan kansallinen avaruusjärjestön, kehittämää DORIS-järjestelmää, joka on käytössä myös Envisatissa. Sen toiminta perustuu siihen, että Maa-asemat lähettävät signaalia, joka vastaanotetaan ja käsitellään satelliitissa. Tiedoista lasketaan satelliitin korkeus, joka lähetetään takasin maa-asemalle.
CryoSat sisältää myös laserheijastimen, joka heijastaa takaisin siihen suunnattua valoa. Maa-asema lähettää lasersäteen CryoSatiin ja vastaanottaa takaisin heijastuneen säteen. Signaalin matkaan käyttämästä ajasta voidaan laskea satelliitin etäisyys ja siten sen korkeus Maan pinnasta.
CryoSatin tutka toimii kaikissa olosuhteissa päivänvalosta tai pilvisyydestä riippumatta. Tämän ansiosta se sopii erinomaisesti suurien napajäätiköiden tutkimiseen, jotka nousevat 4000 metrin korkeuteen merenpinnasta ja ovat usein pilvipeiton alla. CryoSatilla hankituista tiedoista voidaan havaita jääkenttien muutoksia ja mitata muutosten nopeuksia.
Tiukka budjetti
Astrium on CryoSatin päähankkija ja on vastuussa noin 30 firman yhteistoiminnasta. Astrium itse tuottaa satelliittin rungon ja vastaa laitteistojen intergoinnista alustaan. Lisäksi Astrium on vastuussa ESAlle koko satelliitin toiminnasta.
Astriumin insinöörit joutuvat kolmoishaasteen eteen CryoSat-projektissa, koska he joutuvat laittamaan samaan pakettiin normaalisti avaruuslaitteissa olennaisen luotettavuuden lisäksi lyhyen valmistusajan sekä huokean hinnan. Jotta nämä tavoitteet saavutettaisiin, kehitti Astrium uuddenlaisen huippuyksinkertaisen satelliitimallin, joka sopii eiryisesti pieniin tutkimuslentoihin. Lisäksi satelliitin valmistuksessa turvaudutaan mahdollisimman paljon valmiisiin ja koeteltuihin komponetteihin.
