Avaruusteleskoopin aurinkopaneelit

The Hubble space telescope
Avaruusteleskooppi Hubble ja sen vanhat aurinkopaneelit.
8 Maaliskuu 2002

Hubblen suurenmoiset tieteelliset löydöt ja uskomattovat kuvat ovat vaatineet sähköä ja viime viikkoon asti avaruusteleskooppi on saanut sähkönsä eurooppalaisista aurinkopaneeleista. Hubble on ESAn ja Nasan yhteisprojekti, ja sen kaksien aikaisempien aurinkopaneeleiden suunnittelu ja valmistus olivat tekninen saavutus Euroopan avaruusjärjestölle sekä Euroopan teollisuudelle. Viimeisimpien paneelien oltua avaruudessa kahdeksan vuoden ajan, vaihdettiin ne viime viikolla uusiin tehokkaampiin aurinkopaneeleihin.

Avaruussukkula Hubble on ollut kuluneen viikon ajan huoltamassa ja parantamassa avaruusteleskooppi Hubblea. Korjaukset tehtiin sukkulan rahtiruumassa avaruudessa, mutta niitä valmisteltiin ja seurattiin pikkutarkasti Nasan Goddardin avaruuslentokeskuksessa. Aurinkopaneelien vaihdosta vastaava eurooppalaisten ja amerikkalaisten tiedemiesten ja insinöörien ryhmä on käynyt viime viikkojen aikana vaihto-operaation läpi moneen kertaan, ja oli valmiina auttamaan koko varsinaisen vaihtamisen ajan.

Ryhmän johtajana toimiva Ton Linssen Euroopan avaruustekniikan tutkimuskeskuksen ESTECin tiedeosastolta kertoo: "Uudet aurinkopaneelit ovat taas yksi yhteinen askel pitkäaikaisessa kansainvälisessä yhteistyössä ESAn ja Nasan välillä. ESA valmisti kahdet edelliset paneelit, ja tähän kolmanteen paneelipariin ESA ja Euroopan avaruusteollisuus suunnitteli, kehitti ja testasi paneeleita kohti Aurinkoa jatkuvasti suuntaavan mekanismin. Lisäksi ESA osallistui uusien aurinkopaneeleiden testaamiseen lokakuussa 2000. ESTECin valtavassa avaruussimulaattorissa jäljiteltiin kiertoradalla jatkuvien auringonnousujen ja -laskujen paneeleihin kohdistamia suuria lämpötilamuutoksia ja näin voitiin mitata kaikkein pienimmätkin lämpötilanmuutosten aiheuttamat liikkeet paneeleissa. Laitoksemme on ainoa maailmassa missä tämä testi voitiin suorittaa."

Ton Linssen toivottaa Hubblen paneelien vaihdon tervetulleeksi. "Uudet paneelit ovat paljon paremmat kuin edellinen pari. Ne ovat jäykät, pienemmät ja tuottavat enemmän tehoa Hubblen uusille instrumenteille. Tämä on aivan luonnollista, sillä uusien ja vanhojen [ensimmäisten] paneelien välillä on kulunut aikaa 20 vuotta ja tekninen kehitys on mennyt hurjasti eteenpäin sinä aikana. Lisäksi pitää muistaa, että alkuperäisiä paneeleja laukaistaessa ei sukkulan lastiruumassa ollut tilaa näin suurille ja painaville paneeleille." Uudet paneelit on taitettu kokoon ja ne painavat kaksi kertaa enenmmän kuin vanhat paneelit.

Tyylikäs ratkaisu vaikeaan tekniseen ongelmaan

A Grazing Encounter Between Two Spiral Galaxies
Hubblen kuvasatoa: galaksit NGC 2207 ja IC 2163 törmäävät.

Ensimmäisten aurinkopaneelien piti täyttää muutamia erittäin tiukkoja vaatimuksia. "Niiden täytyi olla erittäin keveät, mutta samalla pinta-alaltaan suuret, jotta niillä saatiin tuotettua vaadittu määrä energiaa", sanoo ESAn Hubble-projketin tekninen johtaja Michael Eiden ESTECistä ja jatkaa: "Niiden piti myös mahtua erittäin pieneen tilaan, jotta ne voitiin laukaista kiinnitettyinä teleskooppiin sukkulan rahtitilassa."

Siksi aurinkokennot kiinnitettiin joustavalle materiaalille, joka voitiin avata ja sulkea rullaverhon tapaan rullaamalla sitä keskusrummun ympärille. Ensimmäisen taipuisan aurinkopaneeliparin havaittiin olevan herkkä lämpötilan muutoksille, joita ilmenee aina kuin Hubble siirtyy radallaan Maan varjoon ja sieltä pois. Tämä vaikutti heikentävästi Hubblen tarkkaan suuntaukseen yksityiskohtaisia havaintoja tehtäessä. Toiseen paneelipariin, joka asennettiin joulukuussa 1993, asennettiin nerokas lämpöliikehdintää hillitsevä ratkaisu: paneelien runkorakenne eristettiin lämpöeroilta ja aurinkokennojen kiinnitystapaa muutettiin.

Ensimmäisten kahden paneelisarjan joustavuus aiheutti myös hieman ihmetystä, sillä ne näyttivät joistain kuvakulmista katsottuna aivan lepattavilta purjeilta. "Jotkut ihmiset olivat yllättyneitä siitä miltä paneelit näyttivät," kertoo Eiden. "He olettivat niiden olevat täydellisen tasaiset, mutta todellisuudessa niiden hieman kaareva muoto kertoo paneelien äärimmäisestä keveydestä. Teknisestä näkökulmasta katsottuna ne ovat tyylikäs ratkaisu vaikeaan tekniseen ongelmaan."

Ei haasteita ilman ongelmia

SM3A: Servicing Tasks performed using the RMS
Korjauksen aikana avaruusteleskooppi on kiinni sukkulan rahtiruumassa.

Vaikka Hubblen 'sähkövoimalan' tekeminen onnistui lopulta hyvin, oli paneeleilla silti vielä pieniä yllätyksiä varastossa tiimin varalle. Viimekertaisen Hubblen huoltolennon (SM3A) aikana 1999 ryhmä löysi jotain jota ei oltu osattu odottaa. "Kun astronautit olivat nukkumassa, olimme me puolestamme valveilla ja suunnittelimme tulevia tapahtumia suunnitteluvuorossa", muistelee Eiden ja jatkaa: "Etsimme paneeleista mahdollisia mikrometeoriittien aiheuttamia vaurioita, kun suureksi yllätykseksemme näimme niin sanotun saranatapin törröttävään esille paneelin yhdeltä laidalta. Myöhemmin löysimme muutaman muunkin esiin työntyneen tapin."

Saranatapit ovat 2,4-metrisiä pianoteräksestä tehtyjä lankoja, jotka pitävät aurinkokennon pienet yksittäiset segmentit kiinni toisissaan. Ryhmä uskoi tappien liikkuvan edestakaisin lämpötilaerojen seurauksena, sillä lämpötilat vaihtelevat +60 °C:n ja -85 °C:n välillä 45 000 kertaa aurinkopaneeliparin elinaikana. "Aluksi olimme huolestuneita löydöstämme, sillä pelkäsimme, että aurinkokennon levyt voivat irrota toisistaan mikäli saranat irtovat kokonaan. Tulimme lopulta siihen tulokseen, että kiinteät aurinkokennolevyt estäisivät tämän tapahtumisen. Oletus todettiinkin oikeaksi myöhemmin tehdyillä kokeilla, ja siksi uudet aurinkopaneelit ovat nyt kiinteitä levyjä."

Iloisia ilmeitä lennonjohdossa

Hubble gets revitalised in new servicing mission
Simulaatiokuva Hubblesta uusine aurinkopaneeleineen.

Sukkulan astronautit vaihtoivat Hubbleen uudet paneelit viime viikon sunnuntaina. Kun viesti avaruudesta kertoi uusien paneelien toimivan odotetulla tavalla, olivat ilmeet mitä iloisimpia korjausta seuranneessa ryhmässä. "Tiesin sen! Kaikki sujuu hyvin!" iloitsi ESAn aurinkopaneelispesialisti Lothar Gerlach sukkulasta tulleita TV-kuvia tutkittuaan. Vielä hetkeä aikaisemmin hän oli tosin vielä ihastellut vanhoja paneeleita ja laskenut niistä leikkiä: "Katsokaa näitä kaunokaisia! Voisimme jättää ne oikeastaan vaihtamatta…"

Vanhojen aurinkopaneelien kasaan vetäminen oli yksi vaihto-operaation totuuden hetkistä. Ton Linssen selittää: "Olimme erittäin jännittyneitä, koska emme tienneet miten yli kahdeksan vuotta avaruudessa oli vaikuttanut sulkumekanismiin tai mahdollisesti muuttanut kennostoa tai eristeitä" Epäilyt systeemin timivuudesta osoittautuivat kuitenkin aiheettomiksi, sillä sulkumekanismi toimi moitteettomasti, ja paneelit voitiin vaihtaa ongelmitta.

Linssen sanoo: "Täytyy myöntää että olen onnellinen mies tänä aamuna. Aurinkopaneelit ylittivät viiden vuoden suunnitellun elinikänsä. Ne ovat toimineet moitteettomasti yli 8 vuotta ja ovat jopa ylittäneet määritellyt tehovaatimukset noin 10%."

Paneelit eivät jouda romukoppaan

Space Shuttle Columbia lifts off on Mar. 1, 2002
Columbia nousi avaruuteen maaliskuun ensimmäisenä päivänä.

Kun ensimmäinen paneelipari tuotiin maahan vuonna 1993, olivat ESAn tiedemiehet ja insinöörit olivat innokkaita käymään niihin käsiksi. Vuosikaupalla 600 kilometrin korkeudessa vallitsevissa rankoissa olosuhteissa olleet paneelit olivat kiinnostavaa tutkittavaa. Tutkijat löysivätkin niistä yli 80 000 erikokoista törmäysjälkeä. "On hienoa, että paneelit ovat toimineet niin loistavasti kaikkien noiden törmäysten jälkeen", sanoi Lothar Gerlach ja kehitti kysymystä eteenpäin: "Mutta mistä nämä kaikki törmäykset ovat peräisin? Osa on aurinkokunnan alkuaikojen jääneiden, mikrometeoriittien törmäyksiä ja osa taas avaruusaluksista irronneita maalinkappaleita ja muun avaruusromun aikaansaannoksia." Ensimmäisten paneelien tutkimukset osoittivat niiden saaneen päivittäin jopa tuhat pienen kappaleen (0,001 mm) osumaa.

Heti kun avaruussukkula Columbia laskeutuu takaisin Maahan nyt tiistaina, nostetaan Lothar Gerlach sukkulan lastiruumaan. Siellä hän voi ottaa näytteitä paneeleista tuoreeltaan, ennen kuin ilmakehä 'saastuttaa' ne. Sitten paneelit lähetetään takaisin Eurooppaan, missä ne joutuvat tarkkoihin tutkimuksiin - niin tieteellisiin kuin teknisiinkin. Näin ollen ESAn aurinkopaneelit tuottavat vielä vuosien ajan tuloksia, ei siis sähköä eikä tähtitieteellisiä kuvia, vaan uutta tietoa materiaalien kestävyyden ja avaruusromun tutkimuksen aloilla.

ESAn aurinkopaneeliprojektin johtaja:
Ton Linssen
ESA, ESTEC, Hollanti
Puh: +31-71-565-3477 (12.03.02 saakka +1 301 286 6467)
Sähköposti: antonius.linssen@esa.int

Projektin tiedotusvastaava:
Lars Lindberg Christensen
Hubble European Space Agency Information Centre, Garching, Germany
Puh: +49-89-3200-6306 (12.03.02 saakka +1 301 286 6467)
Känny (ympäri vuorokauden): +49-173-38-72-621
Sähköposti: lars@eso.org

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.