Suomalaisryhmä mukana ESAn painottomuuslennolla

Euroopan avaruusjärjestö on organisoinut jo neljänä vuotena opiskelijaryhmille tarkoitetun painottomuuslentokampanjan, jonka aikana suuresta hakijamäärästä parissa vaiheessa karsitut opiskelijaryhmät tekevät omia tieteellisiä kokeitaan erityisessä tutkimuslentokoneessa. Lentämällä lentokoneella tarkasti paraabelin muotoista lentorataa voidaan koneeseen saada aikaan noin 22 sekunnin ajaksi kerrallaan lähes painoton olotila. Tyypillisen lennon aikana paraabeleita tehdään 31 kappaletta lähes peräjälkeen, jolloin kokonaisaika painottomuudelle on noin 11,5 minuuttia.

Tämän vuoden kampanjassa, järjestyksessään siis viidennessä, on mukana kaikkiaan 30 ryhmää eri ESAn jäsenmaista, sekä lisäksi myös puolalaisryhmä. Lennoilla tehtävien kokeiden tutkimusalat vaihtelevat suuresti opiskelijasatelliitin aurinkopaneelin avausmekanismin toiminnan testaamisesta elvytyksen harjoittelemiseen painottomuudessa.

Suomalaisryhmän idea CD-levyjen polttamisesta on eräs yksinkertaisimmista, mutta samalla mielenkiintoisimmista, sillä tällä haavaa astronauttien avaruudessa keräämiä tietoja tuodaan Maahan fyysisesti lähinnä kovalevyillä. CD-levyjen polttamista on pidetty liian epävarmana, mutta jos se toimisi hyvin, sillä olisi paljon käyttöä avaruuslennoilla. Näin ollen suomalaisryhmän tuloksia odotellaan kiinnostuneina. "Se on hyvin kiinnostava koe", toteaa opiskelijoiden painottomuuslentokampanjan alullepanija, astronautti Wubbo Ockels, mutta toteaa perään, että kaikki mukana olevat kokeet ovat kiinnostavia. "Saimme jälleen valtavasti hakemuksia ja hyviä ehdotuksia, joten tänne pääsivät vain parhaat", jatkaa Ockels. "Valitsemme näistä vielä kaksi parasta, jotka otamme mukaan ensi keväällä järjestettävälle ammattitukijoiden lennolle - ja sieltä puolestaan osa kokeista saattaa päästä avaruusasemalla tehtäviksi."

Tiedettä ja temppuilua

ESAn erityisen nuorten motivointiin ja avaruustietoisuuden parantamiseen erikoistuneen toimiston johtaja Ockels kertoo, ettei lennoillta tehtävien kokeiden tieteellinen arvo ei ole ensisijaista, vaan tärkeintä on tarjota opiskelijoille avaruudellista pohdittavaa ja näyttää heille millaista tutkimusta avaruudessa voidaan tehdä. "Tieteellisyys toki on hyvä lisäarvo, ja minusta on erittäin rohkaisevaa huomata, kuinka joka kerta mukana on muutamia oikein kiinnostavia kokeita", sanoo Ockels ja huomauttaa: "Osa kokeista on jopa sellaisia, ettei kukaan ole tullut niitä aikaisemmin ajatelleiksi eikä niitä olla tehty koskaan aikaisemmin painottomuudessa."

"En usko, että kukaan lennolle mukaan päässyt unohtaa sitä kokemusta koskaan, ja vaikka he eivät jatkaisikaan työtään avaruusalalla, on heillä parempi käsitys siitä, millaista tutkimusta avaruuslennoilla tehdään", Ockels kiteyttää opiskelijalentojen luonteen. "Osa näistä opiskelijoista tulee varmasti suuntautumaan avaruusalalle ja tekemään kenties suuriakin keksintöjä."

Otaniemen nelikko ja 29 muuta ryhmää

Tämänvuotinen opiskelijalentokampanja alkoi Bordeaux'ssa 28. elokuuta, jolloin puolet 30. ryhmästä saapui paikalle koelaitteitaan virittämään. Lukuisten hienosäätöjen ja turvatarkastusten jälkeen laitteet asennettiin pulteilla kiinni painottomuuskoneen lattiaan perjantaina 30.8. Osa ryhmistä joutui tekemään jopa pieniä muutoksia ja korjauksia laitteisiinsa viikonlopun aikana, ennen kuin maanantaina 2.9. kaikki koneessa olleet koelaittet käytiin läpi ja hyväksyttiin lennolle.

Lukuisat turvatarkastukset ja tiukat kriteerit materiaalien, pehmusteiden ja suojalaitteiden kanssa tuntuvat helposti liitoittelulta, mutta myöhemmin lennon aikana oli helppo muomata kuinka erilainen ympäristö painottomuus on ja kuinka se tuo mukanaan monia yllättäviä piirteitä. Jos jokin osa pääsee painottomuudessa irralleen, se lähtee leijailemaan vapaasti ja saattaa painottomuuden loppuessa pudota jonkun päähän. Tai joku saattaa pudota koelaitteen kulmaan, jolloin on todella hyvä, että kulmassa on pehmuste. Kaikki laitteet on lisäksi moninkertaisesti varmistettuja, jotta niiden nesteet, sähkö ja kaasut eivät vahingossakaan saisi aikaan vahinkoa - ei painottomuuden, normaalipainovoiman tai kaksinkertaisen painovoiman aikaan. Koska laitteet ovat lisäksi lentokoneen kyydissä, pitää ottaa huomioon vielä hätätilanne, niin epätodennäköistä kuin esimerkiksi maahansyöksyminen onkin.

Suomalaisten koelaite oli turvatarkastusten ja lennon aikana käytön suhteen hyvin yksinkertainen, turvallinen ja huoleton. Kyseessä oli kannettava tietokone (periaatteessa avaruusasemalla käytettävien koneiden kaltainen IBM ThinkPad), jossa oli kaksi kirjoittavaa CD-asemaa. Kone oli kiinnitettynä tukevaan pohjalevyyn, jossa oli myös kotelo lennon aikana käytettäviä CD-levyjä varten. Koska konetta käytettiin polttamisen aikaan akulla, ei turvakatkaisimella varustettua erityistä sähkösysteemiä tarvinnut tehdä, vaan olennaisinta oli vain tukeva pohja ja hyvät kiinnikkeet tietokoneelle. Ensimmäisissä turvatarkastuksissa levyyn määrättiin reunoihin muhkeat pehmusteet ja viimeisessä koneessa tehdyssä tarkastuksessa enää pohdittiin mitä tapahtuisi jos CD-kotelo aukeaisi painottomuudessa ja levyt pääsisivät siitä irti; se kuitenkin katsottiin niin epätodennäköiseksi, ettei kotelolle tarvinnut enää tehdä mitään.

Koska systeemi oli hyvin yksinkertainen, eivät otaniemeläiset viettäneet paljoakaan aikaa sen valmistelussa. Myös lennon aikana homma sujui joutuisasti lähinnä levyjä vaihdellen sekä muutamaa näppäintä painaen; lopun aikaa teekkareilla oli aikaa nauttia painottomuudesta. Pekka Halme, Lauri Kangasaho, Tero Tuohioja ja Mikko Viitanen ylistävätkin kuin yhdestä suusta painottomuuskokemustaan: "Uskomaton tunne kun nousee noin vain ilmaan ja leijuu siinä."

Ryhmä sai kahden lennon aikana poltettua yhteensä 7 levyä, joista kolme sisälsi ääntä, kaksi ääntä tiedostomuodossa ja kaksi levyä pelkkiä sekalaisia tiedostoja. "Äänitiedostot kertovat pelkkää dataa paremmin polttamisen onnistumisesta, joten käytimme sitä enemmän polttamisessa", kertoo Tero ja soittaa koneeltaan malliksi kohinaa. "Yksittäisistä satunnaisista biteistä koostuvaa kohinaa eivät cd-asemien korjausohjelmat pysty korjaamaan, joten vertaamalla alkuperäisiä ja painottomuudessa tehtyjä kopioita toisiinsa saamme parhaiten tietoa polttamisen onnistumisesta."

Otaniemen astronautit kertovat tarkemmin matkastaan ja sen tuloksista ensi torstaina 12.9.2002 kl0 9.00 TKK:n Sähkö- ja tietoliikennetekniikan osastolla (Otakaari 5 A, seminaarihuone E208B) pidettävässä tiedotustilaisuudessa, jonne pyydetään ilmoittautumaan tiistaihin 10.9. mennessä: jari.kirsila@hut.fi, p. 09 - 451 2410. Tilaisuus on nähtävissä myös suorana verkkolähetyksenä osoitteessa www.sahko.hut.fi/tiedetorstai sekä myöhemmin samasta osoitteesta tallennettuna versiona.

Peruskurssi painottomuuslennoista

"Painottomuuslennon periaate on se, että pyrimme matkimaan lentokoneella vapaata putoamisliiketta", selittää astronautti Ockels ja selventää: "kun ilmaan yläviistoon heitetty kivi lentää vapaasti ilmassa, on se itse asiassa painoton, ja vasta silloin kun se osuu maan pintaan, saa se jälleen painon". Asiaa on helppo matkia laittamalla tyhjän muovipullon sisään pieniä karamellejä ja heittämällä pullon korkealle ilmaan: karkit leijuvat painottomina pullon sisällä ilmalennon aikana. "Nyt me vain lennämme lentokoneella samankaltaista paraabelirataa pitkin, jolloin koneen sisälle saadaan aikaan noin 20 sekuntia kestävä painoton tila. Sinä aikana voidaan tehdä kokeita ja totutella painottomuuteen, sillä se tuntuu täysin samalta kuin avaruudessa, paitsi että se kestää vain 20 sekuntia. Tämä on ainoa tapa matkia painottomuutta maan pinnalla."

"Tuo 20 sekunnin painottomuus on siis oikeaa painottomuutta, mutta se ei aina tunnu siltä pääasiassa psykologisista syistä", jatkaa Ockels tarinaansa, jonka hän on selvästi kertonut monta kertaa aikaisemminkin. "Kun lentokone tekee kummallisen liikkeen, matkustaja on helposti jännittynyt, mikä haittaa painottomuuden tuntemusta. Olemme siksi valmentaneet matkustajiamme lentoa varten ja tehneet jopa tähän liittyviä kokeita, joissa joukko opiskelijoita oli ennen lentoa uima-altaassa harjoittelemassa rentoa olemista - olemaan tietoisia painottomuuden herkkyydestä ja tasaisuudesta." Jotta matkustajat osaisivat olla tarpeeksi rentoutuneita työlennollaan ja tietäisivät miltä painottomuus tuntuu jo ennen kokeiden tekemistä, tehdään kampanjan alussa yleensä totuttautumislento, jonka aikana kone suorittää viisi paraabelia. Tutkimusten mukaan ensimmäisen lennon jälkeen pahoinvoivien määrä putoaa radikaalisti.

Käytännössä lento tapahtuu siten, että kone aloittaa ns. ylösvedon normaalista vaakalennosta noin 6 km korkeudessa, jolloin pilotit ohjaavat koneen aina 47 asteen kulmaan asti - nokka nousee lähes kohti taivasta. Tämän vaiheen aikana matkustajat kokevat 1.8 g kiihtyvyyden, eli lähes kaksinkertaisen normaalipainovoiman. Siksi suurin osa matkustajista makaa lattialla paikallaan, jotta olo olisi helpompi. Kun kone saavuttaa vajaan 8 kilometrin korkeuden, ohjataan se viiden metrin tarkkuudella painottomuuden antavalle paraboliradalle. Pienen välivaiheen aikana kiihtyvyys heilahtelee hieman, kunnes se putoaa mikropainovoimaksi.

Ulkopuolelta katsottuna manööveri on yksinkertaisesti paraabelin muotoinen lento, eli kone lähtee lentämään jyrkästi ylöspäin ja vetää moottorit vähän ajan kuluttua lähes tyhjäkäynnille, jolloin kone alkaa lentää vapaassa heittoliikkeessä ilman halki. Koneen lento vastaa siis jokseenkin sitä, kun autolla ajaa nopeasti pienen nyppylän yli, jolloin mahassa muljahtaa. Lentokoneella muljahdus kestää vain tuon noin 22 sekuntia, minkä jälkeen lentäjät kääntävät koneen taas kohti vaakalentoa, jolloin pystykiihtyvyys nousee jälleen lähes kaksikertaiseen painovoimakiihtyvyyteen. Paraabeleja lennetään kaiken kaikkiaan 31 kappaletta jokaisella lennolla.

Tavallinen Airbus?

Maailmassa on vain kourallinen painottomuuslentoihin tarkoitettuja lentokoneita, joista eurooppalainen astronauttikoulutukseen ja avaruuskokeisiin käytettävä Airbus A300 Zero-G on teknisesti edistynein sekä kooltaan suurin. Kone on Ranskan avaruushallinnon CNESin perustaman yhtiön Novespacen nimissä, ja se on sijoitettu Bordeaux'iin Ranskan länsirannalle, koska rannan tuntumassa on varattu suuri ilma-alue koelennoille ja muille tämäntyylisille erikoislennoille.

Painottomuuslentokone on alkuperäisen A300-sarjan kolmas lentokone ja peräisin vuodelta 1971. Konetta on huollettu hyvin ja pidetään yllä tavanomaista tarkemmin, mutta rakenteellisesti siihen ei olla tehty minkäänlaisia muutoksia painottomuuslentoja varten. Lentojen aikana kiihtyvyys vaihtelee välillä 0g – 1,8g, kun taas Airbusin sallitut rajat ovat –0,5g – 2,5g. Samaan tapaan jokainen liikenteessä oleva matkustajalentokone kykenisi suoriutumaan lennoista ilman muutoksia. Ainoa koneeseen tehty modifikaatio on moottoritilaan lisätty parilitrainen öljysäiliö, joka parantaa moottorin voitelua painottomuuden aikana; painovoima vaikuttaa öljyjärjestelmän toimintaan, joten lisäsäiliön avulla öljynpaine pysyy tasaisena toistuvien paraabelienkin aikana.

 

Vaikka Airbusin rakenteisiin ei ole kajottu, on sen sisustaa muutettu kuitenkin radikaalisti. Penkit on poitsettu kokonaan matkustamon keskiosasta ja tilalle on rakennettu pehmustettu tila. Se sopiikin hyvin ympäri seiniä lentäville hulluille tiedemiehille. Tilaan on myös lisätty kiinnitysnaruja, joissa avuttomat tieteentekijät voivat yrittää roikkua painottomuuden aikana kokeidensa kimpussa häärätessään. Lattiassa on lisäksi kiinnityspisteitä tieteellisiä laitteita varten sekä sähköpistokkeita.

Lentojen aikana koneen ohjaamossa häärii kolme lentäjää, sillä paraabeliradalla ratsastaminen on tarkkuustyötä: kapteenin vastuulla on ylös-alas-suunta, perämies sompaa konetta sivuttaissuunnassa ja lentoinsinööri säätää kaasua. Aerodynamiikan kielellä koneen pintavoimat pyritään paraabelien aikana pitämään nollassa, joten painottomuuden aikana lentäjät eivät päästä konetta suinkaan lentämään vapaasti vapaapudotusrataa pitkin, vaan ohjaavat sitä tarkasti ennakkosuunnitelman mukaan: sivusuunnassa kone pidetään suorassa, pystysuunnassa koneen asento ilmavirran suhteen vaihtelee +7 asteesta -4 asteeseen ja horisontin suhteen nollasta asteesta 47 asteeseen, ja moottoreiden tehoa säädetään koko ajan vastaamaan ilmanvastuksen aiheuttamaa vastusta.

Vaikka kone siis onkin jokseenkin tavallinen suihkari, on sen lento sen verran vaativaa puuhaa, etti kuka tahansa lentokapteeni pääse avaruusjetin ohjaimiin. Miehistön jäsenet ovat kaikki kokeneita koelentäjiä, jotka Novespace virallisesti palkkaa Ranskan valtion ylläpitämästä ilmavoimien alaisudessa olevasta koelentokeskuksesta.

Yhden lennon tekeminen maksaa noin 600 000 mk, mutta konetta ei voi vuokrata esimerkiksi firman pikkujouluihin hupilennättäjäksi. Nollapainovoima-Airbus lentää käytännössä ainoastaan 'testilentoja' Ranskan ilmailuhallituksen ankarien säädösten alaisuudessa, joten jokaisella lennolla pitää olla tieteellinen tai tekninen peruste. Eli kyytiä ei voi ostaa, vaikka olisi rahaa olisi kuinka.

Aikaisemmat suomalaiset painottomuuslentäjät

Kaksi suomalaisryhmää on aikaisemmin päässyt painottomuuskoneen kyytiin, molemmat vuonna 2000. Tuolloin opiskelijakampanjaan osallistui ryhmät Tampereen teknillisestä korkeakoulusta ja toinen Oulun Yliopistosta.

Oululaiset veivät mukanaan painottomuuslennolle kaksi koetta, yhdessä liikuteltiin pientä "nesteklönttiä" ilmavirran avulla ja tutkittiin näin viskositeetin vaikutusta nesteen liikkeisiin, ja toisena oli pieni akvaario, jossa tutkittiin kalojen parvikäyttäytymistä. Tamperelaiset puolestaan sulattivat painottomuudessa metallia, jonka hyytymistä ilman painottomuutta ja sen vallitessa verrattiin toisiinsa.

Seuraava opiskelijakampanja järjestetään ensi vuonna. Hakuohjeet ja aikatulu ovat ESAn opiskelijaprojektisivuilla osoitteessa http://www.estec.esa.nl/outreach/parabollic/index.html.