Painottomia kaloja Airbusissa

"Zero-g" Airbus
"Zero-g" Airbus
6 Toukokuu 2001

Joukko oululaisia yliopisto-opiskelijoita osallistui viime lokakuussa Ranskassa ESAn painottomuuslennolle. Sitä lähemmäksi avaruudellista tunnetta pääsee vain avaruudessa.

Euroopan avaruusjärjestö ESA suorittaa parhaillaan samanlaisia painottomuuslentoja erikoisella Airbusilla Bordeaux’issa. Nyt on käynnissä todellinen tutkimusohjelma, jossa erilaisten eurooppalaisten tutkijaryhmien koelaitteita hyökytetään avaruutta matkivissa olosuhteissa, mutta lisäksi konetta käytetään astronauttikoulutukseen ja mm. opiskelijoiden innostamiseen. Kerran vuodessa ESA kutsuu jäsenmaiden opiskelijoita suunnittelemaan erilaisia koejärjestelyjä, joista 30 parasta ryhmää valitaan mukaan.

Edellisen kerran opiskelijaprojektin lentoja tehtiin viime lokakuussa, jolloin mukana oli kaksi suomalaista ryhmää: yksi Tampereen teknisestä korkeakoulusta ja toinen Oulun yliopistosta. Kaikkiaan lennoille osallistui 120 nuorta opiskelijaa ympäri Eurooppaa. Melkein kaikki heistä saivat kokea yhteensä vajaan viidentoista minuutin ajan olotilan, mistä useimmat voivat vain uneksia: lähes täydellisen painottomuuden. Sen aikana testattiin koelaitteita, mutta myös tehtiin vapaavalintaisia voltteja ja kuperkeikkoja, harjoitettiin katossa kävelyä ja koetettiin sopeutua lyhyeen painottomuuteen.

Järjeän luokan vuoristoratamenoa

Laura leijuu!

Lentokone ei ole mikään erikoiskone, vaan tavallinen Airbus. Airbus-yhtiön ja ESA:n väreihin maalattua konetta operoi ranskalainen Novespace-yhtiö, ja vaikka kyseessä onkin periaatteessa samanlainan Airbus A300, jolla Kar-Air aikanaan lennätti suomalaisia etelän aurinkoon, on se maailman suurin painottomuuslentokone. NASA:n KC-135 (lisänimeltään "Vomit Comet", "Oksennuskomeetta") ja Venäjän Ilyushin IL-76 MDK ovat olennaisesti pienempiä. Novespacen A300 on alamallia B2 ja valmistusnumeroltaan No.3, joka rakennettin aikanaan A300-sarjan testikoneeksi. Muutaman mutkan kautta se päätyi avaruussimulointikoneeksi korvaamaan tehtävässä aikaisemmin käytetyn, jo legendaariseksi muodostuneen Ranskan avaruushallinnon CNES:in Caravellen.

Lennot tehdään erityisesti sitä varten varatussa ilmatilassa Biskajanlahden yllä 6-8 km korkeudessa. Itse 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 lähes puoli minuuttia.

Käytännössä lento tapahtuu siten, että kone aloittaa ylösvedon ("pull-up"-liikeen) normaalista vaakalennosta noin 6 km korkeudesta, jolloin se koukkaa itsensä ylöspäin aina 47 asteen kulmaan asti. Tämän vaiheen aikana matkustajat kokevat 1,8 g:n kiihtyvyyden, eli puristuvat pannukakuiksi koneen lattiaa vasten. Siksi suurin osa matkustajista makaa lattialla paikallaan, jotta kiihtyvyys ei haittaisi, joskin tuhansia kertoja lentäneet Novespacen ammattitaitoiset turvamiehet taas kuljeksivat ympäriinsä kuin mitään poikkeavaa ei tapahtuisi.

Kun kone saavuttaa halutun korkeuden, ohjataan se tarkasti painottomuuden antavalle paraboliradalle. Moottorit säädetään lähes tyhjäkäynnille siten, että niiden puhku voittaa vain koneen oman ilmanvastuksen. Kone aloittaa vapaan pudotuksen Maan kiertoradalla! Ero esimeriksi satelliittien lentämiseen on kuitenkin selvä, sillä satelliitit putoavat radoillaan jatkuvasti kohti Maata, mutta Maa "kaartuu" koko ajan pois niiden alta. Lentokoneen rata on puolestaan samankaltainen, paitsi että se tulisi osumaan Maahan vain muutaman minuutin putoamisen jalkeen. Siksi vain noin 25 sekunnin vapaan pudotuksen jälkeen pilotit oikaisevat koneen vaakalentoon. Tämän "pull-out" -vaiheen aikana matkustajat huomaavat taas Äiti Maan tukevan painovoiman ja oikaisun aiheuttaman kiihtyvyyden yhteisvaikutuksen: hetkeä aikaisemmin painottomuudessa leijuneet matkustajat makaavat taas lattialla 1,8 g:n suuruisessa kiihtyvyydessä.

Ja sitten taas mennään uudelleen! Painottomuusjaksoja lennetään kaiken kaikkiaan 31 kappaletta jokaisella lennolla. "Joka kerralla koneen on pysyttävä enintään viiden metrin etäisyydellä ihanteellisesta radasta, jotta täydellinen painottomuus pysyisi yllä", kertoo koneen kapteeni ja jatkaa: "Siksi pyrimme välttämään turbulensseja ja käymme aina 8,5 kilometrin korkeudella asti, jossa pyörteisyyttä on vähemmän".

Ei mikään superkone

The Airbus A300 Zero-g
The Airbus A300 Zero-g

Kone lentää lähes rakennekestävyytensä rajoilla, sillä kiihtyvyys vaihtelee lennon aikana välillä 0g – 1,8g, kun Airbusin sallitut rajat ovat –0,5g – 2,5g. Siitä huolimatta koneeseen ei ole tehty yhtään rakennevahvistuksia, mikä kertoo painottomuuslentojen rasittavuuden sijaan enemmänkin lentoturvallisuuden nykytilasta: lähes kaikki liikennelentokoneet voisivat teoriassa lentää tällaisia lentoja. Itse asiassa tällainen meno olisi hyvää viihdettä pitkillä mannertenvälisillä lennoilla…

Vaikka Airbusin rakenteisiin ei ole kajottu, on sen sisustaa muutettu kuitenkin radikaalisti. Penkit on poistettu 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.

Koneen ohjaamossa häärii kolme lentäjää, sillä etenkin paraabeliradalla kiitäminen on tarkkuustyötä: kapteenin vastuulla on ylös-alas-suunta, perämies sompaa konetta sivuttaissuunnassa ja lentoinsinööri säätää kaasua. Vaikka kone onkin jokseenkin tavallinen matkustajasuihkari, ei kuka tahansa lentokapteeni pääse avaruusjetin ohjaimiin, vaan miehistön jäsenet ovat kaikki kokeneita koelentäjiä.

Yhden lennon tekeminen maksaa noin 600 000 mk, mutta vaikka lompakostasi löytyisi moinen pikkuraha, et voi vuokrata konetta esimerkiksi firman pikkujouluihin hupilennättäjäksi. Nollapainovoima-Airbus lentää ainoastaan 'testilentoja' Ranskan ilmailuhallinnon ankarien säädösten alaisuudessa, joten jokaisella lennolla pitää olla tieteellinen tai tekninen peruste. Sen sijaan itänaapurien Iljushinin kyyti on ostettavissa rahallakin: sillä pääsee painottomuuden tunnelmaan noin 5000 dollarin hintaan.

Oululaisten kalakokeet

Oululaiset lataavat akkujaan ja koejärjestelyt odottavat taustalla laatikoissa.

Lokakuussa 2000 opiskelijoiden koelentokampanja järjestettiin kolmannen kerran, ja ensimmäistä kertaa joukkoon valittiin myös suomalaisiakin opiskelijoita. Oulun yliopistosta mukaan pääsi kuusi henkeä, sillä he olivat tehneet kaksi koetta: toisessa tutkittiin kalojen parvikäyttäytymistä ja toisessa nesteiden dynamiikkaa. Ryhmään kuuluivat Jari Pakarinen (luonnontieteet), Jarmo Korteniemi (planetologia), Mari Lehtonen (eläinfysiologia), Jonna Häkkilä (fysiikka), Jussi Kupari (eläinfysiologia) ja Laura Pakarinen (audiovisuaalinen mediakulttuuri, Rovaniemi).

Kaloja oli mukana kaksitoista, joista vain kuusi sai kokea painottomuuden. Loput olivat varamiehistössä Maan pinnalla. Kalat laitettiin kymmenen litran akvaarioon sijoitettuun sisältä symmetrisesti valaistuun alumiinilaatikkoon, joka ruuvattiin kiinni koneeseen. Kalojen käyttäytymistä kuvattiin koko lennon ajan videokameralla myöhempää analysointia varten.

Toisessa koelaitteistossa liikuteltiin pientä "nesteklönttiä" ilmavirran avulla. Näin tutkittiin viskositeetin ("paksuuden") vaikutusta nesteen liikkeisiin.

Lentoja varten molemmat kokeet oli suuniteltava ja rakennettava itse. Kovat turvamääräykset ja vaativat koeolosuhteet, kuten vaihtelevat g-voimat, toivat haasteita laitteiden valmistukseen ja testaukseen. Lisäksi ryhmän jäsenten tuli todistaa oma kestävyytensä, sillä mukaan pääsi vain yksityislentäjän lupakirjatan vaatiman lääkärintodistuksen hankkimisen ja Keskussotilassairaala Tilkassa tehdyn alipainekammiotestin jälkeen. Kammiossa simuloitiin normaalin ilmakehän paineen pieneneminen 8 km korkeudella vallitsevaan paineeseen asti, mistä ryhmän jäsenet selvisivät hyvin nieleskelyllä ja korvien paukkumisella.

Pull-up!

5..4..3..2..1..Painottomuus!

Painoton lento alkaa normaalin lennon tavoin, mutta vain noin 15 minuutin lennon jälkeen eroa reittilentoon alkoi tulla. Sen sijaan että matkustamomiehistö alkaisi kärrätä juomaa ja ruokaa matkustajille, alkoivat matkustajat nyt hyysätä koelatteidensa parissa. Systeemit kytkettiin päälle ja kamerat kiinnitettiin paikoilleen. Jokainen varmisti itselleen hyvän ja pitävän asennon lattialla ja seinillä olevia köysiä apuna käyttäen. Ja pian kapteenin ääni kaiuttimista laski numeroita: "30... 15... 5... 3... 2... 1... Pull-up" – moottorit ulisivat ja kone kääntyi jyrkkään nousuun!

Väki painautuu lattiaa vasten ja turvaselostuksen aikana tarkkaavaisesti kuunnelleet muistivat, että 1,8 g:n aikana on parasta pitää pää paikallaan, jotta tasapainoelimet eivät menisi sekaisin. Sitten kaikki painon tunne häviää lähes leikaten, moottoreiden ääni hiljenee ja vain epämääräiset piippaukset kaikuvat matkustamossa. Hetkeä aikaisemmin lattialla maanneet ihmiset kohoavat ilmaan ja painottomuus valtaa matkustamon. Matkustajat kiljuvat ihastuksesta, leijuvat ilmassa hymyillen ja nauttivat uudesta olotilasta täysin siemauksin - tai etsivät heti esiin oksennuspussia, kun tilanteesta hermostuneet mahat aikovat työntää sisuksiaan ulos. Noin kolmasosa mukana olleista voi varotoimista huolimatta pahoin jossain lennon vaiheessa, ja enemmän tai vähemmän kaikilla oli muuten vain hutera olo jossain vaiheessa.

Ensimmäisten parabolien aikana painottomuuteen tottumattomien ihmisten liikkeet ovat holtittomia ja voimankäyttö on liiallista. Pieni töytäisy sinkoaa kattoon, joskin tottuneen turvamiehet seuraavat tilannetta tarkkoina ja vetävät pahaa-aavistamattomat matkalaiset turvaan, sillä pian palaava painovoima tekee pahaa jälkeä, jos olet sen alkaessa koneen katossa!

Vapaata leijumista varten koneessa on erillinen verkoilla eristetty alue, jossa saa kokeilla kuperkeikkojen ja muiden akrobaattisten liikkeiden tekemistä. Lyhyen totuttelun jälkeen lihakset osaavat pian säätää voimansa ja liikkeiden hallinta käy helpommin. Ainoa ongelma totuttelussa oli kuitenkin yhden painottomuusjakson lyhyt kesto. 25 sekuntia kuluu nopeasti, eikä sen loppuessa laskeutumiset aina ole mallikkaita; pehmusteet katossa, seinissä ja lattiassa ovat todella hyödyksi!

Kalat Äimän käkinä

Oululaisten koekaniinit, pienet kalat, olivat vähintäänkin yhtä ihmeissään uudesta ympäristöstä kuin ihmisetkin. Kalojen reagointi painovoiman vaihteluihin oli selkeää, vaikka ryhmä varautuikin siihen, etteivät kalat reagoisi mitenkään gravitaation muutoksiin. 1,8 g:n aikana kalat alkoivat hivuttautua ylöspäin, joten ne liikuttelivat pyrstöjään huomattavasti tiheämmin, kun ne koettivat uida alemmas pohjaa kohden. Nollapainovoimassa kalojen käyttäytyminen oli yksilöllistä: osa niistä ui ympäri akvaariota äkkinäisiä käännöksiä tehden, osa uiskenteli ylösalaisin ympyrää ja osa pysytteli paikoillaan. Uiminen palautui normaaliksi välittömästi painovoiman normalisoituessa. Lentojen jälkeen kalojen käyttäytymisessä ei havaittu mitään tavallisuudesta poikkeavaa, joten ne olivat selvinneet ainakin ulkoisesti katsottuna hyvin omituisesta matkastaan. Lentojen päätyttyä painottomuuskalat luovutettiin hyvään kotiin: Novespacen sihteerin akvaarioon.

Lisätietoja oululaisten lennosta on tiimin nettisivuilta osoitteessa http://www.student.oulu.fi/~jkorteni/pfc

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