Rankkoja laskeutumisia

A full-scale model of ESA’s Huygens
Helikopterista pudotettu Huygens on kunnossa.
12 Joulukuu 2001

Kuvittele, että heittäisit parhaan kamerasi ulos auton ikkunasta. Voit olla varma siitä että se ei tämän jälkeen toimii kunnolla. Eurooppalaiset avaruustutkimusryhmät valmistautuvat kuitenkin sinkoamaan kameroita ja muita huippuelektronisia laitteita muiden maailmoiden pinnoille ja toivovat, että ne pystyvät tämän jälkeen paitsi toimimaan, niin myös tekemään kiinnostavia tieteellisiä havaintoja. Seuraavan tusinan vuoden aikana ainakin kahdeksan eurooppalaista laskeutujaa tulee lentämään kaukaisille taivaankappaleille ympäri aurinkokuntaa. Niiden mukana matkaa toisiin maailmoihin myös monia suomalaisvalmisteisia laitteita.

Viisi luotaimista laskeutuu Marsiin. Ne törmäävät planeetan pintaan 70-100 km/h:n vauhdilla, mutta niiden suojana on ilmatyynyjen tapaiset suojat. Samoin aurinkokunnan sisäosissa, epämiellyttävän lähellä Aurinkoa, laskeutuminen Merkuriukseen tapahtuu ilmatyynyjen suojaamana sadan kilometrin tuntinopeudella.

Aurinkokunnan ulko-osissa nopeudet eivät ole yhtä huimia, mutta riskit ovat suurempia. Saturnuksen kylmään kuuhun Titaniin laskeutuva luotain iskeytyy laskuvarjomatkan päätteeksi kuun pinnalle noin 20 km:n tuntinopeudella. Komeetta Wirtasen ytimelle laskeutuvan aluksen ongelma ei ole niinkään kova laskeutuminen, vaan komeetan äärimmäisen heikko painovoima. Sen johdosta laskeutuja saattaa kimmota pois komeetan pinnalta takaisin avaruuteen jolloin se on mennyttä. Lisäksi pinnan poraaminen on erittäin vaikeaa vastapainon puuttuessa. Siksipä suunnitelmissa on ampua komeettaan harppuuna ja kelata laskeutuja sen avulla pinnalle.

"Nämä ovat todellisia tutkimusmatkoja tuntemattomaan" sanoo Jean-Pierre Lebreton ESAn avaruustiedeosastolta. "Esimerkiksi Titanissa emme voi edes olla varmoja laskeutuuko Huygens kiinteälle pinnalle vai putoaako se hiilivedyistä muodostuneeseen mereen. Siksi meidän täytyi suunnitella Huygensin instrumentit siten, että ne toimivat kummassakin tapauksessa."

Samalla kun suuri armada eurooppalaisia ja muita laskeutujia on lähdössä muille planeetoille, käytetään niiden tekniikkaa myös yhä useammin oman planeettamme tutkimiseen: monet avaruuslaitteet ovat jo löytäneet sovelluksia vaativissa maanpäälisissä olosuhteissa, kuten Antarktiksella ja valtamerten pohjassa.

Huygens matkalla Titaniin

Cassini /Huygens
Eksoottinen maisema Titanin pinnalta; vastalaskeutunut Huygens etualalla.

Suurin eurooppalaisista laskeutujista on Saturnuksen kuuhun Titaniin lähetetty luotain nimeltään Huygens. Se nimettiin vuonna 1655 Titanin löytäneen hollantilaisen tähtitieteilijän Christiaan Huygensin mukaan.

Huygens -laskeutuja aloitti matkansa kohti rengasplaneettaa vuonna 1997 NASAn Cassini-luotaimen mukana. Laskeutuja irroittautuu Cassinista joulupäivän aikoihin vuonna 2004 - siis noin kolmen vuoden kuluttua - ja paiskautuu meteorin tavoin Titanin paksuun kaasukehään 20 000 kilometrin tuntinopeudella tammikuun 14. päivänä 2004. Lämpökilpi suojaa laskeutujaa ja ilmakehän kitka jarruttaa sen nopeuden 1400 kilometriin tunnissa. Lämpökilven irroittamisen jälkeen avautuvat laskuvarjot, joiden varassa 200-kiloinen Huygens laskeutuu Titanin pinnalle.

Laskuvarjojen varassa tapahtuvan hitaan laskeutumisen aikana tutkimuslaitteet analysoivat Titanin mystistä, usvaista ja tiheää kaasukehää sekä sen kemiallista koostumusta. Lisäksi laitteet havainnoivat säätä ja lähettävät kuvia pilvistä ja kuun pinnasta koko laskeutumisen ajan. Tärkein mittalaite putoamisen aikana on kaasukehän pystyrakennetta tutkiva HASI (Huygens Atmospheric Structure Instrument), jonka painemittausjärjestelmän on suunnitellut ja valmistanut Ilmatieteen laitos.

Huygensin viimein laskeutuessa kuun pinnalle tai molskahtaessa metaaniseen mereen, se aloittaa työnsä erityisesti pintatutkimuksiin suunnitellun instrumenttisarjan avulla. Lisäksi jo laskeutumisen aikana toimineet laitteet jatkavat mittauksia. Mutta lämpötila on –180 C, eikä paristoissa riitä virta loputtomiin; kaukana Auringosta, Titanin paksun pilviverhon peitossa, ei aurinkopaneelista olisikaan hyötyä, joten Huygensin virta loppuu noin puolessa tunnissa. Tosin sitä ennen herkät elektroniset instrumentit voivat jo hyytyä kylmyyden vuoksi. Huygenin seikkailu on ohi parissa tunnissa, mutta sitä ennen se on antanut tiedemiehille uusia vihjeitä olosuhteista, jotka vallitsivat Maassa kauan aikaa sitten, ennen elämän alkua.

Beagle 2 seilaa Marsiin

Beagle 2 lander
Beagle 2 avautuu Marsin pinnalla kuin kukkanen.

Ensimmäinen eurooppalainen kohteensa saavuttava laskeutuja tulee olemaan Beagle 2, joka laskeutuu Marsiin joulukuussa 2003. Tämä englantilaisten johtama projekti on nimetty Charles Darvinin kuuluisalla matkallaan käyttämän purjealuksen, Beagle 2:n mukaan. Avaruusajan Beaglen tehtävänä on erityisesti metsästää elämän kemiallisia jälkiä Marsin pinnalta, mutta lisäksi se raportoi punaplaneetan säästä ja maaperästä.

Beagle 2 matkustaa Marsiin toukokuun lopussa tai kesäkuun alussa vuonna 2003 laukaistavan ESAn Mars Express-luotaimen mukana. Kuten Huygens-laskeutujalla, on myös Beaglen suojana lämpökilpi Marsin kaasukehään saapumisen aikana, ja loppumatkaa hidastaa laskuvarjo. Marsin kaasukehä on kuitenkin paljon harvempi kuin Titanin, joten osittain siksi Beaglen laskeutumispaikaksi on valittu varsin matalalla sijaitseva tasankoalue, Isidis Planitia. Näin laskuvarjo ehtii hidastamaan laskeutumista mahdollisimman paljon. Tästä huolimatta laskeutumisnopeus on noin 100 km/h, minkä vuoksi pintaan iskeytymisen aikana alusta suojaavat ilmatyynyt ovat välttämättömät.

Laskeutumisen jälkeen 30-kiloinen Beagle 2 avaa aurinkopaneelinsa, joilla se lataa akkunsa päivittäin. Laskeutujan pitäisi toimia Marsin pinnalla vähintään kuuden kuukauden ajan, mutta voi olla, että se kestää kokonaisen Marsin vuoden ajan (1,8 Maan vuotta).

Suurin osa Beaglen instrumenteista on asennettu robottikäsivarteen, minkä ansiosta niitä on helppo suunnata halutulla tavalla. Robottikäsivarren instrumenttien lisäksi laskeutujassa on pinnan alle kaivautumaan kykenevä matomainen robotti, joka kykenee keräämään pinnanalaisia näytteitä jopa kolmen metrin päässä laskeutujasta. Näytteenkeruun jälkeen matorobotti kelataan takaisin laskeutujaan, jossa sen keräämät näytteet analysoidaan.

Beagle 2:n kyydissä on myös suomalaistekoinen, Ilmatieteen laitoksen valmistama ilmanpaineinstrumentti Barobit. Sen avulla voidaan tutkia hyvin monia erilaisia Marsin ilmakehään liittyviä asioita.

NetLander: Neljän laskeutujan verkosto Marsiin

Four NetLanders on Mars
Marsia kiertävät satelliitit keskustelevat NetLanderien kanssa.

Ranskan avaruusjärjestön CNES:in johtaman NetLander-projektin tarkoitus on saada neljä identtistä laskeutujaa Marsin pinnalle elokuussa 2008. Projektiin osallistuvat merkittävällä panoksella myös Belgia, Suomi ja Saksa. Ilmatieteen laitos vastaa laskeutujien hyötykuorman suunnittelusta ja hallinnasta, minkä lisäksi suomalaiset valmistavat olennaisia osia instrumenteista ja rakenteista.

Tiedemiehet ovat jo pitkään haaveilleet saavansa käyttöönsä Marsin pinnalla olevan mittausverkoston, jolla voidaan havainnoida säätietoja ja Marsin järistyksiä. Mars-järistyksiä saattaa olla useita kertoja vuodessa. Samaan tapaan kuin geologit voivat tutkia Maan sisäosia vertaamalla maanjäristysten aiheuttamien järistysaaltojen saapumisaikoja eri seismisillä asemilla, kyettäisiin Marsin metallisen ytimen ja sisäkkäisten kiviaineskerroksien eroja tutkimaan sikäläisten järistysten avulla. Näiden tietojen pohjalta voisimme ymmärtää kumpaakin planeettaa paremmin.

NetLander-laskeutujien laskeutumisessa käytetään samaa tekniikkaa kuin Beagle 2:ssa. Jokainen NetLander-yksikkö painaa 25 kiloa ja niiden odotetaan toimivan pinnalla yhden Marsin vuoden ajan.

Laskeutuja Merkuriukseen

BepiColombo's lander
Eräs luonnos Merkurius-laskeutujaksi.

Merkurius on äärimmäisyyksien planeetta. Aurinko paahtaa sen kraatereiden pommittamaa pintaa niin tulisesti, että lämpötila nousee päiväpuolella satoihin asteisiin. Sen sijaan varjopuolella on jäätävän kylmä, koska planeetalla ei ole lämpöä tasaavaa ilmakehää, eikä se pyöri nopeasti akselinsa ympäri - Merkuriuksen pyöriminen on lukittunut sen kierrokseen Auringon ympäri, joten vuorokausi kestää siellä 176 Maan vuorokautta - 88 vuorokautta kuumuutta ja toiset 88 kylmyyttä.

Koska Merkuriuksella ei ole kaasukehää, ei sinne laskeuduttaessa voi käyttää laskuvarjoa. Varhaiset venäläiset ja yhdysvaltalaiset kuulennot (miehitetyt Apollo-lennot mukaan lukien) käyttivät jarruraketteja laskeutumisessa. Niiden pakokaasut kuitenkin saastuttavat laskeutumisalueen, joten venäläiset kuulaskeutujat käyttivät jo vuonna 1966 tekniikkaa, jossa varsinainen laskeutuja irroitettiin rakettiosasta ennen lasketumista ja ohjattiin laskeutumaan toisaalle ilmatyynyjen pehmustamina.

ESAn BepiColombo -lennon laskeutuja käyttää samaa menetelmää vuonna 2012 Merkuriuksen laskeutuessaan: 120 metrin korkeudella irroittautuu 44 kilon laskeutumisyksikkö rakettiosasta ja putoaa vapaasti pinnalle. Laskeutuja törmää planeetan pinnalle 100 km/h:n nopeudella ilmatyynyjen suojelemana.

Lakseutuminen tehdään napa-alueelle, koska siellä lämpötilat eivät ole niin äärimmäisiä kuin ne ovat päiväntasaajalla. Koska Aurinko paistaa napa-alueilla hyvin matalalta, on todennäköistä, että laskeutuminen tapahtuu varjoisalle alueelle. Siksi BepiColombo saa sähkönsä pääosin akuista, joista riittää virtaa noin viikon ajaksi.

Tieteellisiin laitteisiin kuuluu salamavalolla varustettu kamera sekä lämpötilaa, kemiallista koostumusta ja magnetismia mittaavia instrumentteja. Lisäksi laskeutujassa on muutaman metrin syvyyteen kaivautuva näytteenottolaite sekä pienikokoinen kulkija, joka kykenee mönkimään jonkin matkan päähän laskeutujasta mittauksiaan tekemään. Kiehtoviin havaintoihin voisi kuulua haihtuvien materiaalien löytyminen ikuisesti varjossa olevalta alueelta. On myös mahdollista, että Merkuriuksen napaseuduilla on vesijäätä.

Rosetta ja komeetta Wirtanen

De Rosetta lander
Rosettan laskeutuja on kuin hyönteinen. Komeetan pienen painovoimakentän vuoksi se joutuu hinaamaan itsensä pinnalle pienen harppuunan avulla.

Giotto oli legendaarinen ESA:n luotain, joka tutki Halleyn komeettaa vuonna 1986. Rosetta jatkaa siitä eteenpäin, sillä sen tarkoituksena on tutkia kunnolla komeettoja, näitä aurinkokunnan synnyn alkuajoilta muuttumattomina säilyneitä kappaleita. Samaan tapaan kun Rosettan kivi auttoi meitä ymmärtämään hieroglyfejä, avaa Rosetta -luotain toivottavasti meille aurinkokunnan synnyn arvoitukset.

Kyseessä on pitkä lento, sillä lentäminen komeetta Wirtasen kanssa samalle radalle ja sen tutkiminen kestää kauan: Rosetta laukaistaan matkaan 2003 ja sen odotetaan pääsevän perille 2012, minkä jälkeen se aloittaa vasta varsinaisen työnsä. Itse Rosatta lentää komeetan luona, mutta sen lähettämä laskeutuja kiinnittyy komeetan ytimeen ja tutkailee aitiopaikalta, mitä komeetalle tapahtuu, kun se lähestyy Aurinkoa, ohittaa sen ja etääntyy jälleen ulkoaurinkokuntaan.

Kukaan ei todellisuudessa tiedä miltä komeetta Wirtasen ydin näyttää tai miten iso ja raskas se on. Rosettan onkin tutkittava sitä jonkin aikaa, ennen kuin tutkijat voivat päättää minne 90-kiloinen laskeutuja on parasta sijoittaa. Laskeutumispaikan löydyttyä vaaditaan erittäin tarkkaa navigointia, jotta alus saadaan tuupattua oikealla nopeudella oikeaan suuntaan kohti ytimen pintaa.

Kaikki tämä tapahtuu kaukana Marsin kertoradan ulkopuolella, missä auringonvaloa on vain kymmenesosa siitä, kuinka paljon sitä on Maan etäisyydellä. Tästä huolimatta laskeutuja käyttää aurinkopaneeleita toimiakseen ja ladatakseen akkujaan. Laskeutujan mukana on useita kameroita ja mikroskooppi, joilla tutkitaan komeetan pintaa ja sen kemiallista koostumusta. Niin ikään laskeutuja analysoi komeetan pinnan ja pinnanalaisen materiaalin kestävyyttä, tiheyttä, huokoisuutta ja lämpöominaisuuksia. Kiertoradalla oleva luotain lähettää radioaaltoja laskeutujan suuntaan, jolloin komeetan sisäosista saadaan eräänlainen läpivalaisukuva.

On täysin arvausten varassa kuinka kauan Rosetta kestää komeetan pinnalla. Komeetan lähestyessä ratansa lähintä pistettä Auringosta vuonna 2013, saa luotain periaatteessa enemmän sähkövirtaa aurinkopaneeleistaan, mutta samalla lisääntynyt auringonvalon määrä saa aikaan komeetan pinnalla kaasu- ja pölysuihkuja, joista voi olla vaaraa laskeutujalle. Toivottavasti laskeutuja ehtii kuitenkin ennen mahdollista tuhoaan kuvata purkausten vaikutuksen komeetan muihin pintaosiin sekä analysoida purkautuvia kaasuja.

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