SMART-1 – kuuseikkailu alkaa

SMART-1 scanning the Moon's surface
5 Elokuu 2003

ESA INFO 14-2003. Euroopan planeettojenvälinen tutkimus saa jatkoa, kun Mars-luotaimen onnistuneen lähettämisen jälkeen laukaisuvuorossa on ESAn ensimmäinen luotain Kuuhun. SMART-1 -kuuluotain on ensimmäinen uusia teknologioita testaavien avaruusalusten sarjassa, mutta vaikka uuden planeettaluotaintekniikan koetteleminen on sen tärkein tavoite, tekee se myös paljon tieteellistä tutkimusta.

Nimi SMART tulee sanoista Small Missions for Advanced Research in Technology, eli kyseessä on pienikokoinen, uutta teknologiantutkimusta edustava avaruuslento. Tämän ESAn uuden lento-ohjelman tarkoituksena on testata avaruudessa tärkeiden teknisten ratkaisuiden toimintaa ennen kuin niitä käytetään suuremmissa ja kalliimmissa avaruusaluksissa. SMART-1:n päähuomio on lennossa Merkuriukseen. Kun ESAn BepiColombo -niminen luotain lähtee aikanaan matkalle kohti aurinkokunnan sisäosia, tulee se käyttämään SMART-1:n testaamaa ionimoottoria, omatoimista suunnistuslaitteistoa ja edistyksellisen pienikokoisia havaintolaitteita.

SMART-1 kuljetettiin heinäkuun 15. päivänä Kouroun laukaisuasemalle Ranskan Guyanaan. Sen jälkeen luotainta on testattu ja valmisteltu laukaisuun, joka tapahtuu Ariane 5 -kantoraketilla nykyisen suunnitelman mukaisesti illalla 28. elokuuta paikallista aikaa, eli yöllä 29. elokuuta Suomen aikaa.

Sen sijaan, että SMART-1 lentäisi suoraan 400 000 kilometrin matkan Maasta Kuuhun, se kulkee omalaatuista jatkuvasti laajenevaa ellipsirataa pitkin. Luotain käyttää päätyöntövoimanlähteenaan - ensimmäistä kertaa eurooppalaisen avaruuslentämisen historiassa - uudenlaista ionirakettia, jonka lisäksi SMART-1 hyödyntää matkallaan Maan ja Kuun painovoimakenttien raja-alueita, joilla molemmat taivaankappaleet vetävät luotainta lähes yhtä voimakkaasti puoleensa. Aurinkopaneeleista sähköä saavan ionimoottorin työntövoima puhaltaa luotainta koko ajan korkeammalle soikealle radalle Maan ympärillä, kunnes Kuun vetovoima nappaa aluksen lopulta kiertämään Kuuta.

SMART-1 ei laskeudu Kuuhun, vaan se tekee havaintoja kiertoradalta. Kun alus saavuttaa kohteensa joulukuussa 2004, se asettuu kiertoradalle Kuun ympärille ja tekee mittauksia ainakin kuuden kuukauden ajan. Tarpeen vaatiessa havaintoaikaa voidaan venyttää vuoden mittaiseksi. Kiertoradaltaan luotain pystyy kartoittamaan laitteillaan koko Kuun pinnan ja tekemään havaintoja pinnan mineralogisesta koostumuksesta sekä mahdollisesta pinnan alla olevasta vedestä. Nämä tiedot auttavat tiedemiehiä ymmärtämään Maan ja Kuun omalaatuista kaksoisplaneettajärjestelmää sekä Maan kaltaisia planeettoja. SMART-1:n havainnot auttavat myös suunnittelemaan ihmisen pitkäkestoista oleskelua Kuussa.

Vettä, mineraaleja ja varsin väkivaltainen alkuperä

Scenario of the Moon's origin
Scenario of the Moon's origin

“Tiedämme Kuusta on yhä yllättävän vähän”, toteaa Bernard Foing, ESAn SMART-1 -projektin päätiedemies. “Haluamme vielä tietää, kuinka Maa-Kuu –järjestelmä muodostui ja kehittyi, sekä millainen rooli geofysikaalisilla prosesseilla, kuten vulkaanisilla ilmiöillä, mannerlaattojen liikkeellä, kraattereiden muodostumisella ja eroosiolla, oli Kuun muotoutumisessa. Ja luonnollisesti tulevaisuuden kuu- ja planeettatutkimuksen valmisteluissa on tärkeää löytää kiinnostavat luonnonvarakeskittymät sekä sopivat laskeutumispaikat.”

Vaikka kuusi Nasan Apollo–kuulentoa ja kolme miehittämätöntä neuvostoliittolaista avaruusalusta ovat laskeutuneet Kuuhun ja tuoneet sieltä kivinäytteitä, edelleen moni Kuuta koskeva kysymys on vailla vastausta. Kuun kääntöpuoli - se, joka ei koskaan näy Maahan - ja napa-alueet ovat edelleen jokseenkin tutkimattomia. Veden olemassaoloa Kuussa ei myöskään ole milloinkaan vahvistettu, vaikka kaksi luotainta löysi siitä epäsuoria todisteita 1990-luvulla. Emme ole edes varmoja siitä, kuinka Kuu on muodostunut. Uusimman hyväksytyn teorian mukaan 4500 miljoonaa vuotta sitten Marsin kokoinen asteroidi törmäsi Maahan, minkä jälkeen törmäyksen voimasta avaruuteen lentäneet pirstaleet muotoutuivat Kuuksi.

SMART-1 kartoittaa Kuun topografiaa sekä mineraalien pintajakautumaa. Kiinnostavia mineraaleja ovat esimerkiksi pyrokseenit, oliviinit ja maasälvät. Röntgenmittalaite tunnistaa puolestaan Kuun pinnassa olevia kemiallisia avainalkuaineita. Nämä tiedot antavat tutkijoille mahdollisuuden rekonstruoida Kuun geologista evoluutiota ja tutkia jälkiä jättiläisasteroidin törmäyksestä. Jos törmäysteoria on oikea, Kuun tulisi sisältää Maata vähemmän rautaa suhteessa kevyempiin alkuaineisiin, kuten magnesium ja alumiini. SMART-1 voi auttaa merkittävästi Kuun synnyn tutkimista mittaamalla ensimmäistä kertaa kokonaisvaltaisesti kemiallisten alkuaineiden suhteelliset määrät.

Jos Kuussa on vettä, sen täytyy olla jään muodossa paikoissa, jotka aina ovat piilossa Auringolta. Tällaisissa paikoissa lämpötila ei milloinkaan nouse -170ºC yläpuolelle. Näitä pimeitä paikkoja voisi olla pienten kraattereiden pohjissa napa-alueilla. Näihin kraattereihin tähyileminen on ehkä hankalin tehtävä, jonka SMART-1 –tiedemiehet ovat asettaneet itselleen. He aikovat etsiä jäätä infrapunavalon aallonpituudella, mutta se ei ole helppoa, koska Aurinko ei paista lainkaan tutkittavilla alueille. Läheisten kraattereiden reunoilta tulevat auringonsäteet voivat kuitenkin heijastaa valoaan jäähän sen verran, että se voidaan nähdä SMART-1:n havaintolaitteilla.

Uusia teknologioita planeettojen välisille lennoille

Artist's impression of SMART-1 ion engine
Artist's impression of SMART-1 ion engine

Tulevaisuuden avaruuslennot hyötyvät suuresti SMART-1:n avulla testatuista teknologioista. Kiinnostavin näistä on uudenlainen aurinkosähköinen työntövoimalaite. Satelliitin aurinkopaneelit tuottavat sähköä, jonka avulla moottori muuttaa xenon-kaasun atomeja sähköisesti varatuiksi hiukkasiksi, ioneiksi, ja kiihdyttää niitä sähkökentässä suureen nopeuteen. Ionisuihku suunnataan ulos moottorista, jolloin tuloksena on varsin kevyt ja heikko puhallus, mutta sitä voidaan pitää yllä pitkään. Perinteistä kemiallista rakettimoottoria käytetään yleensä vain lyhyen aikaa kerrallaan, jolloin moottorin työntövoima on suuri. Yhden voimakkaan sysäyksen sijaan ionimoottori puhaltaa pitkään ja rauhallisesti. Tätä uutta tekniikkaa on käytetty avaruusaluksen päätyöntövoimalähteenä vain kerran aikaisemmin.

Ionimoottorin paras puoli on sen polttoaineenkulutus, sillä ne käyttävät huomattavasti vähemmän rakettipolttoainetta kuin kemialliset raketit, Näin luotaimen paino voi olla laukaisuhetkellä paljon pienempi, jolloin tieteellisiä tutkimuslaitteita ja muuta hyötykuormaa saadaan enemmän mukaan. Pienemmän polttoaineenkulutuksen ansiosta planeettalennot voivat kestää myös vuosien ajan. Ionien kevyt puhallus mahdollistaa lisäksi hyvin tarkan avaruusaluksen lentoasennon säädön, mikä on tärkeää suurta tarkkuutta ja suuntausta vaativilla planeettalennoilla. ESAn tulevaisuuden lennot luottavat ionimoottoreihin.

SMART-1 testaa myös uutta miniatyyritekniikkaa, joka säästää tilaa ja massaa: avaruudessa havaintolaitteiden pienempi massa mahdollistaa useamman tutkimuslaitteen mukaanottamisen ja näin ollen enemmän tieteellistä tutkimusta. SMART-1:n hyötykuorma koostuu tusinasta teknologisesta ja tieteellisestä tutkimuksesta, jotka tehdään seitsemällä, yhteensä vain 19 kg painavalla havaintolaitteella. Esimerkiksi röntgeninstrumentti D-CIXS on 15 senttimetrin levyinen kuutio, joka painaa alle 5 kiloa. Ultrakompakti elektroninen kamera, AMIE, painaa saman verran kuin tavallinen harrastelijakamera.

Kuulennon aikana testataan myös uusia navigointi- ja tiedonvälitystekniikoita. OBAN-niminen koe on ensimmäinen askel kohti tulevaisuuden ’itsenäistä’ avaruusalusta. Se perustuu AMIE-kameralla otettuihin kuviin sekä luotaimen tähtietsinten käyttämiseen, joita edistyksellinen tietokoneohjelma käyttää luotaimen sijainnin, asennon ja lentosuunnan määrittämiseen. Tietojen perusteella SMART-1 kykenee päättämään tulevasta reitistään annettujen perustietojen mukaan ilman lennonjohdon jatkuvaa hoivaamista. Jos kaikki sujuu hyvin, ottaa SMART-1 yhteyttä Maahan vain pari kertaa viikossa.

Tiedonsiirrossa ja yhteydenpidossa kaukana lentävien luotainten kanssa on insinööreillä vielä paljon opittavaa. SMART-1:n avulla he kokeilevat aikaisempaa lyhyempien radioaaltojen ja lasersäteen käyttöä. Lyhyempiaaltoisen radiolinkin käyttäminen tekee suuremman tietonsiirtonopeuden käyttämisen mahdolliseksi, ja laservalo nostaa nopeutta vieläkin suuremmaksi: ESA käyttää laseria jo tiedonsiirtoon Maata kiertävien tiedonvälityssatelliittien ja Teneriffalla, Kanarian saarilla sijaitsevan optisen maa-aseman välillä, mutta kapean laserin suuntaaminen kaukana ja nopeasti lentävään luotaimeen tekee yhteyden muodostamisesta vaikeaa. Insinöörit toivovat, että AMIE-kamera onnistuisi nappaamaan Teneriffalta lähetetyn lasersäteen.

Lisätietoja:

Tekes, avaruusyksikkö
avaruusyksikön päällikkö Esa Panula-Ontto, puh. 050 5577 853

ESAn tiedotusosaston lehdistötoimisto, Pariisi
Puh: +33 (0)15369 7155
Faksi: +33 (0)15369 7690

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