Avaruus Maan päällä

Jokainen avaruuslento on pitkän koulutuksen ja määrätietoisen harjoittelun huipentuma, ja jos kaikki menee suunnitellulla tavalla, ei lennossa ole juuri mitään yllättävää. Suurin ero simulaattoreihin verrattuna on kuitenkin se, että lennon aikana kaikki tapahtuu oikeasti: ikkunoiden toisella puolella on oikeasti tyhjiö, alapuolella viilettää oikea maapallo, painottomuus kestää koko ajan, eikä tilannetta voi ottaa uudelleen, jos eteen tulee kiperä paikka.

Koska painottomuus on olennainen osa avaruuslentoa, on se myös eräs ensimmäisistä uusille astronauteille opetettavista asioista. Teoreettisesti painottomuus on suhteellisen helppo ymmärtää vapaaksi putoamisliikkeeksi, sillä painovoima vaikuttaa aurinkokunnassa kaikkialla, eikä sitä pääse minnekään pakoon. Siksi painottomuus, tai tarkkaan sanottuna mikropainovoima, tulee kappaleen vapaasta putoamisesta alaspäin – tosin kiertoradalla oleva avaruusalus putoaa koko ajan ikään kuin Maan ohitse, koska aluksen suuri nopeus sysää sitä koko ajan sivuun.

Maan pinnalla ei tällaista pysyvää painottomuutta voi saada aikaan, sillä vapaa putoamisliike päättyy lopulta varsin kovakouraiseen äkkipysäykseen. Laitteita voidaan testata erityisillä pudotustorneilla, joissa koelaitteet sisältävä kapseli pudotetaan alaspäin ilmasta tyhjäksi pumpatussa hissikuilussa ja muutaman sekunnin kestävän putoamisen aikana voidaan tehdä mittauksia. Laitteita voidaan myös ampua korkealle pienellä raketilla, jolloin saadaan aikaan jopa kymmenisen minuuttia mikropainovoimaa. Ihmisille ne eivät kuitenkaan sovi, koska lennon päättää aina kova jysäys Maan pinnalle.

Lentokoneella avaruuteen

Ihmiselle paras ja ainoa tapa kokea painottomuus ilman varsinaista lentoa avaruuteen on matkia lentokoneella vapaata heittoliikettä. Lentokone voidaan ohjata vähäksi aikaa vapaan heittoliikkeen paraabelin muotoiselle lentoradalle, jolloin koneen nokan osoittaessa noin 47° yläviistoon, vedetään moottoreiden työntövoima niin pieneksi, että se kumoaa vain koneen ilmanvastuksen aiheuttaman hidastumisen. Siitä alkaen aina hetkeen, jolloin lentäjät suoristavat jälleen koneen lentoradan, vallitsee koneen sisällä mikropainovoima. Sitä kestää vajaat puoli minuuttia kerrallaan.

"Ensimmäinen kokemukseni painottomuudesta tällaisella lennolla oli kerrassaan euforinen, se tuntui erittäin mukavalta", kertoi Christer Fuglesang taannoin astronauttiuransa alkuaikoja muistellessaan. "Monet koneessa tulivat pahoinvointisiksi, koska kone lentää vuoristoratamaisesti ylös ja alas, mutta itse nautin vapauden tunteesta alusta alkaen."

Euroopan avaruusjärjestön käyttämä ranskalainen Airbus A300 Zero-G on maailman suurin painottomuuslentokone ja sitä käytetään avaruuslentäjien koulutuksen ohella pääasiassa tieteellisten tutkimusten tekemiseen. Yhdysvalloissa NASA käyttää Boeing 707:stä kehitettyä KC-135 -konetta (joka on saanut myös epävirallisen nimen "Vomit Comet", ”Oksennuskomeetta”) ja Venäjällä vastaavaa tehtävää hoitaa Iljushin IL-76 MDK.

Lentokoneen sisällä koettava mikropainovoima vastaa hyvin lähelle olotilaa avaruudessa. Vaikka painottomuus kestää vain puolisen minuuttia kerrallaan, voi koneessa harjoitella liikkumista, avaruuspukujen pukemista ja työskentelyä avaruudessa. Tärkeintä on tottua hallitsemaan lihaksiaan, sillä painottomuudessa tarvittavat lihasvoimat ovat hyvin pieniä – pieni töytäisy sormella riittää sinkoamaan astronautin avaruusaseman toiselle puolelle. Yhtä tärkeää on oppia liikkumaan kolmiulotteisesti ja hahmottamaan asentonsa sekä sijaintinsa vapaasti ilmassa lentäessä. Maan pinnan ja aina alaspäin osoittavan painovoiman vallitessa se on helppoa, mutta avaruudessa aistit antavat aluksi ristiriitaisia tietoja aivoille, mikä laukaisee yleensä avaruussairauden.

Avaruussairaus on merisairauden kaltainen tila, missä ihminen menee sekaisin ja haluaa oksentaa. Painottomuuslentojen avulla alttiutta pahoinvointiin voidaan pienentää olennaisesti ja siksi vain pienelle osalle astronauteista tästä tulee ongelma. Silloinkin pahoinvointia voidaan hoitaa tehokkaasti erityisillä harjoituksilla ja lääkkeillä.

Iso ja syvä uimahalli

Jokainen sukeltaja tietää myös miltä painottomuus tuntuu. Veden alla kokemus on hyvin lähellä avaruuden painottomuutta, vaikka veden vastus, päällä olevat happilaitteet ja tasapainoaistin alitajuisesti havaitsema painovoiman suunta tekevät tunteesta hieman arkisemman. Sukeltaminen on kuitenkin paras tapa harjoitella avaruuskävelyitä ja työskentelyä avaruuspuvussa.

Kaikissa astronauttikoulutuskeskuksissa on siksi syvä vesiallas, jonka pohjalla on luonnollisen kokoisia ja näköisiä avaruuslaitteiden mallikappaleita. Samaan tapaan kuin kaikki avaruuskävelijät, ovat myös Discoveryn tämänkertaisen lennon työmiehet Fuglesang ja Robert Curbeam käyneet läpi tehtäviänsä monen monta kertaa altaissa. Sukeltajien avustamina he harjoitelleet liikkumista avaruusaseman ulkopuolella ja kaikkia avaruuskävelyjen aikana tehtäviä toimia.

Vesitankeissa tehtävät avaruuskävelyharjoitukset auttavat myös totuttautumaan avaruuspukuun, mikä on monessa mielessä hankala ja epämukava työvaate. "Olennaisimpia hankaluuksia ovat käsien rajoittuneet liikeradat ja puvun sisällä oleva ilmanpaine, jota vastaan joutuu koko ajan käyttämään voimaa", selittää Fuglesang ja jatkaa. "Olet siis kuin ilmapallon sisällä ja kun koukistat vaikkapa kättäsi, joudut käden liikuttamisen lisäksi kääntämään puvun käsiosaa taipumaan samalla kun ilmanpaine pyrkii pitämän sitä suorassa. Myös hansikkaat ovat tästä syystä hankalat, kun työkaluun tarttuessa joudut siitä kiinni pitämisen lisäksi pakottamaan avaruuspuvun sormia kääntymään."

"Aluksi minusta tuntui kuin olisin ollut solariumin sisällä, missä on paljon pieniä tuulettimia, jotka pitävät ääntä", muistelee Fuglesang, mutta kertoo tunteen menneen pian ohitse. "Vähitellen näihin puvusta tuleviin ääniin ei kiinnitä huomiota, vaan on helppo keskittyä vain kuulokkeista kuuluvaan keskusteluun ja työhön."

Astronauttien suomalainen kouluttaja

Kenties lähimmäksi astronautteja ja heidän työtään päässyt pohjoismaalainen Fuglesangia lukuun ottamatta on suomalainen Kimmo Nieminen, joka toimii astronauttien kouluttajana Nasan avaruuskävelyharjoittelukeskuksessa Houstonissa. Laitoksesta käytetään nimeä NBL, Neutral Buoyancy Laboratory, eli suomeksi "neutraalikelluvuuslaboratorio". Ilmalla täytetty avaruuspuku pyrkii nousemaan veden pinnalle, joten se pitää saada painojen avulla tilaan, missä painot vetävät sitä alaspäin yhtä suurella voimalla kuin se pyrkii kohoamaan pinnalle. Siitä sana neutraalikelluvuus.

Niemisen tie NASAan kulki sukeltamisen ja öljyteollisuuden kautta. Hän työskenteli sukellusrobotteja valmistavassa yrityksessä, ja käydessään Yhdysvalloissa kouluttautumassa uuden sukellusrobotin tietokonesysteemeihin hänet vietiin käymään alihankkijayhtiön avaruuslaitteita tekevässä osastossa. "Nähtävästi tein vaikutuksen, sillä sieltä pyydettiin minua pian töihin heille, eikä asiaa täytynyt miettiä kahta kertaa." Houstoniin Nieminen muutti vuonna 1997.

Nyt Nieminen on yksi avaruuskävelyharjoituksissa astronautteja auttavista ja heille sukelluskokemuksellaan työtapoja kehittävistä henkilöistä. Syvänmerensukellus ja työt öljynporauslautoilla ovat oikeastaan hyvin lähellä avaruusaseman rakentamista. "Suunnittelemme avaruuskävelyitä, testaamme pukujen toimivuutta ja harjoitusten aikana eräs tärkeimmistä tehtävistäni on valvoa avaruuspuvun toimintaa", selittää myös avaruuteen lentämisestä haaveileva Nieminen.

Virtuaalitodellisuus

Avaruusaluksilla lentämistä harjoitellaan simulaattoreissa, jotka ovat parhaimmillaan kuin oikeita, vain Maan päällä toimimaan tuomittuja avaruusaluksia. Näistä kehittyneimpiä ovat avaruussukkulan simulaattorit, joilla voidaan jäljitellä hyvin todenmukaisesti kaikkia sukkulan lentovaiheita lentoonvalmistelusta kiertoradalla lentämiseen, ilmakehään saapumiseen ja laskeutumiseen.

Kenties todenmukaisin on lentosimulaattorin kaltainen MBCS (Motion-Based Crew Station), missä todenmukainen lentotunne luodaan ikkunoiden ulkopuolella olevan maiseman ja sisällä kuuluvien äänien lisäksi liikeaistimuksia simulaattoria kääntelemällä ja kallistelemalla. Kuuden vapausasteen lisäksi koko simulaattori voidaan kallistaa 90° takakenoon, jotta myös sukkulan pystyasennosta tapahtuvaa laukaisua voidaan jäljitellä. Tätä käytetään pääasiassa sukkulan komentajien ja lentäjien kouluttamiseen, eikä siinä ole tilaa koko miehistölle kerrallaan.

Toisessa simulaattorissa (FBCS, Fixed-Base Crew Station) on sen sijaan tilaa kaikille, ja vaikka tämä simulaattori ei voi liikkua, kykenee se simuloimaan sukkulan lentoa kaikilta muita osin: maisemat ikkunoiden takana muuttuvat lentotilanteen mukaan, piilossa olevat kaiuttimet tuottavat sukkulamaisia ääniä ja kaikki laitteet toimivat toki kuin sukkulassa ikään. Astronautit voivat harjoitella FBCS:n avulla navigointia, telakointeja, rahtiruumassa sijaitsevan robottikäsivarren käyttöä ja yleisesti ottaen pitkän lennon vaatimaa sopeutumista, sillä miehistöt pakkautuvat aina silloin tällöin simulaattoriin jopa pariksi viikoksi matkimaan tulevaa lentoaan. Sen vuoksi simulaattoriin tulee vesi, sen laatikot voidaan täyttää ruoalla ja sen toilettikin toimii. Ja jotta tunnelma olisi täydellinen, mennään simulaattoriin sisälle samanlaisesta luukusta kuin oikeaan sukkulaan.

Astronautit harjoittelevat myös yhteistoimintaa lennonjohdon kanssa. Simulaattorit voidaan kytkeä yhteen viereisessä rakennuksessa sijaitsevan lennonjohtoon samaan tapaan kuin lennon aikana. Käytännössä sukkulamiehistö ja lennonjohto ovat jatkuvassa yhteydessä toisiinsa aluksen ollessa lennolla, joten näiden yhteistoiminnan harjoittelu on tärkeää.

Telakointia harjoitellaan lisäksi omassa erityisessä planetaarion kaltaiseen rakennukseen tehdyssä simulaattorissa ja sukkulan robottikäsivarresta on myös täysikokoinen, Maan painovoimassa toimiva versio, jolla liikutellaan oikean kokoisia ja näköisiä kappaleita matkivia kaasupalloja, jotka liikkuvat robotin päässä lähes kuin oikeat esineet liikkuisivat avaruudessa.

Tietotekniikan ja virtuaalitodellisuuslaitteiden kehittyminen on tuonut eri asteisen simuloinnin osaksi kaikkia avaruuslennon tapahtumia. Jopa avaruuskävelyitä voidaan nyt harjoitella virtuaalikypärän ja avaruuspuvun käsineiden kaltaisten virtuaalihansikkaiden kanssa. Lennolle nimittämisensä jälkeen astronautti viettää noin 300 tuntia erilaisissa simulaattoriharjoituksissa.

Todellisuutta ei kuitenkaan voita mikään

Varsinasta lentämistä astronautit pääsevät harjoittelemaan runsaasti matkoillaan Houstonista eri puolille maailmaa. Matkat Yhdysvalloissa tehdään yleensä kaksipaikkaisilla T-38 -suihkukoneilla, joita astronautit lentävät itse. Sukkulan laskeutumista harjoitellaan lisäksi liikelentokoneella, joka on muutettu käyttäytymään haluttaessa sukkulan tapaan. Liitokoneena Maahan palaava sukkula lähestyy lentokenttäänsä ja laskeutuu sille hyvin suurella nopeudella ja jyrkässä kulmassa, ja laskeutuessa sen pitää suorittaa erityisiä jarrutusliikkeitä juuri ennen renkaiden osumista kiitorataan. Sukkulapilotit lentävät harjoituslentoja noin 600 laskeutumisen verran, mihin aikaa kuluu päälle 100 tuntia.

Erilaiset simulaattorit ja avaruudelliset kokemukset ovat olennaisessa osassa lennon tapahtumien harjoittelussa, mutta vielä tärkeämpiä ne ovat sellaisten tapahtumien jäljittelemisessä, joita lennolla ei toivota tapahtuvan. Jos lennon aikana tulee hätätilanne, auttaa hyvä harjoittelu selviytymään siitä paremmin, ja mikä tärkeintä, se saattaa säästää aluksen miehistön tuholta.

Silti parastakaan simulaattori ei vedä vertoja oikealle avaruuslennolle. "Kaiken harjoittelun jälkeen odotan lennolla paria asiaa", sanoi Christer Fuglesang enne lähtöään. "Ensiksikin odotan sitä, kun sukkulan apuraketit syttyvät, koska silloin lento todella alkaa ja alat nousta ylöspäin. Sitten noin kahdeksan ja puoli minuuttia myöhemmin koittavaa pysyvää painottomuutta, kun moottorit sammuvat ja olet avaruudessa. Ja sitten avaruuskävelyitä: kun ensimmäistä kertaa menet ylös ilmalukosta, etkä näekään ympärillä allasta vaan oikean avaruuden, sen mustuuden ja avaruusaseman. Se on varmasti hieman pelottavaa aluksi, mutta hyvin, hyvin kiinnostava hetki!"

Niinpä Christer Fuglesang, vaikka onkin Euroopan kenties koulutetuin astronautti, on päässyt "oikeiden" astronauttien joukkoon vasta nyt. Jo pelkästään nousu avaruuteen tärisevän sukkulan sisällä on kokemus, mitä ei yksinkertaisesti voida luoda keinotekoisesti. Ja kun astronautti tietää miltä avaruudessa oikeasti tuntuu, tekee se hänen valmentautumisestaan seuraavaa lentoa varten paljon helpomman – muisto todellisuudesta tekee keinotodellisuudestakin autenttisemman.