Venus Express saapuu perille huomenna

Venus Express saapuu perille tiistaina keskipäivällä.
10 Huhtikuu 2006

Euroopan avaruusjärjestön Venus Express -luotain laukaistiin matkaan 9. marraskuuta Kazakstanin arolta Baikonurin kosmodromista. Nyt viisi kuukautta ja 400 miljoonaa kilometriä myöhemmin saapuu se perille pilvien peittämän naapuriplaneettamme luokse. Luotain asettuu Venusta kiertävälle radalle huomenna tiistaina, 11. huhtikuuta.

Venus Expressillä on nyt edessään kriittisimmät hetket sitten laukaisun. Venuksen radalle asettuminen vaatii luotaimelta ja Saksan Darmstadtissa sijaitsevalta Euroopan avaruusoperaatiokeskuksessa ESOCissa sijaitsevalta lennonjohdolta useita monimutkaisia toimia, joiden jälkeen luotain voi siirtyä planeettojenväliseltä siirtoradalta kiertämään Venusta. Yksinkertaisesti sanottuna luotain ohjataan ensin Venuksen radan sisäpuolelle kohtaan, jossa Venuksen painovoimakenttä pystyy nappaamaan luotaimen vangikseen, kunhan luotaimen moottorit hidastavat juuri oikeaan aikaan sopivasti luotaimen nopeutta Venuksen suhteen. Tarkkaan ajoitettujen toimien jälkeen Venus Expressin pitäisi kiertää Venusta hyvin soikealla kiertoradalla. Juuri nyt luotain on täsmälleen oikealla radalla lähestymässä Venusta.

Valmistautuminen saapumiseen (jota kutsutaan avaruusslangissa nimellä VOI, Venus Orbit Injection, eli Venuksen kiertoradalle asettuminen) aloitettiin jo huhtikuun 4. päivänä ja siihen liittyvät toimet ovat ohitse vasta 13. huhtikuuta. Näiden päivien väliin jäävä aika on jaettu kolmeen osaan, joista ensimmäisen tarkoituksena on valmistella luotain saapumiseen. Sen tietokoneet esimerkiksi ohjelmoidaan siten, että ne eivät aseta luotainta heti varotilaan, vaikka luotaimen asentoparametrit poikkeaisivat aiotuista. Normaalissa toiminnassa luotaimen tietokoneisiin sisäänrakennettu itsesuojeluvaisto suojaa luotainta epänormaaleissa tilanteissa ja tekee sen normaalin toiminnan palauttamisen helpommaksi, mutta varsin epätavallisen radalleasettumismanöveerin aikana turvatilaan asettuminen saattaa itse asiassa vaarantaa luotaimen turvallisuuden ja Venusta kiertämään pääsemisen.

VOI:n toisessa vaiheessa luotaimen päämoottori syttyy noin 50 minuuttia pitkään polttoon nyt tiistaina 11.4. aamulla kello 10.17 Suomen aikaa. Tämä on kaikkein tärkein vaihe, koska sen ansiosta luotain asettuu kiertämään Venusta. Radalleasettuminen tapahtuu automaattisesti tietokoneiden ohjauksessa; käskyt luotaimeen lähetettiin viime lauantaina ja niissä on mukana toimintaohjeita myös erilaisia epänormaaleja tilanteita varten. Jos esimerkiksi päämoottori sammuu liian aikaisin tai ei syty lainkaan, luotain käynnistää automaattisesti kaikki ohjausrakettimoottorinsa nopeutta hidastamaan. Silloin lopullinen rata ei ole suunniteltu, mutta luotain jäänee kiertämään Venusta. Moni muukin asia voi mennä pieleen ja suuri osa lennonjohdon toimista viime aikoina onkin ollut näiden tilanteiden kartoittamista ja simulointia.

Kolmannessa ja viimeisessä vaiheessa luotain palautetaan normaalitilaan ja sen yhteydenpito lennonjohdon kanssa palautetaan tavalliseksi. Radalle asettumisen aikaan luotain ei voi käyttää kahta suurtehoantenniaan, koska aluksen asentoa joudutaan kääntämään, joten sinä aikana yhteydenpito hoidetaan heikompitehoisen, mutta joka puolelle signaaliaan lähettävän antennin kautta. Luotain ei ota vastaan käskyjä Maasta radalle asettumisen aikana, mutta maa-asema voi kuunnella signaalia ja päätellä tapahtumia koko ajan - pientä taukoa lukuun ottamatta, jolloin luotain on Venuksen takana. Yhteydenpito luotaimen kanssa ennen radalleasettumista tapahtuu Madridin luona sijaitsevan Nasan luotainyhteysverkoston 70-metrisen antennin kautta.

Tiistain tärkeät toimet

Venus Express engine firing
Päämoottorin kriittinen poltto kestää 50 minuuttia.

Tarkkaan ottaen Venus Express aloittaa kääntymisen oikeaan asentoon moottorin polttoa varten 11.4. klo 9.03 Suomen aikaa. Rakettimoottori osoittaa polton aikana menosuuntaan, siis eteenpäin, joten toimiessaan se hidastaa luotaimen lentonopeutta. Poltto alkaa klo 10.17, kun ensin ohjausrakettimoottori syttyvät. Hidastuvuuden ansiosta päämoottorin polttoaine asettuu tasaisesti putkiinsa, ja parin minuutin jälkeen päämoottori syttyy pitkään polttoonsa. Moottori sammuu 50 minuutin kuluttua, klo 11.07 Suomen aikaa.

Ennen radalleasettumismanöveeriä Venus Expressin nopeus on noin 29 000 kilometriä tunnissa Venuksen suhteen, mutta sen jälkeen vauhtia on 15% vähemmän. Luotain asettuu Venuksen ympärille hyvin soikealle radalle, jonka kiertoaika on yhdeksän vuorokautta. Radan Venusta lähin piste on 400 kilometrin korkeudessa planeetan pinnasta.

50-minuuttisen polton aikana luotain joutuu hetkeksi Venuksen taakse. Okkultaatioksi kutsuttu vaihe alkaa klo 10.45 Suomen aikaa ja kestää kymmenen minuuttia. Polttoa on siten jäljellä enää kuutisen minuuttia, kun luotain tulee esiin Venuksen takaa. Ensimmäiset viestit esiin tulemisen jälkeen antavat jo hyvän varmuuden siitä miten radalleasettuminen on onnistunut.

Päämoottorin polton jälkeen Venus Express kääntää aurinkopaneelista jälleen kohti Aurinkoa ja pienemmän kahdesta suurtehoantennistaan kohti Maata. Jos kaikki sujuu suunnitellulla tavalla, saa ESAn Madridin luona sijaitseva Cebreros -maa-asema yhteyden luotaimeen klo 12.13 Suomen aikaa. Seuraavien muutaman tunnin aikana Venus Express lähettää tiedot toiminnastaan, tilastaan ja lentoradastaan lennonjohtoon, joten lopullinen laskelma luotaimen kiertoradasta saataneen valmiiksi noin klo 13.30 Suomen aikaa.

Hivuttautuminen kohti lopullista kiertorataa

Venus Express over atmospheric storms  at Venus's  North pole
Venus Expressin keskeinen virranjakolaitteisto on Patrian valmistama.

Saapumisen jälkeen Venus Expressin kiertorata on hyvin soikea, eikä se sovellu hyvin tieteellisiin tutkimukseen. Radan Venusta lähin piste on hieman alle 400 kilometriä planeetan pinnasta ja kaukaisin piste kurottuu jopa 350 000 kilometrin päähän.

Jotta luotain pääsisi lopulliselle kiertoradalleen, täytyy sen tehdä seitsemän suurta ratamuutosta, joista kahdessa käytetään avuksi myös voimakasta päämoottoria. Suunnitelman mukaan luotain saavuttaa lopullisen radan toukokuun 7. päivänä kierrettyään Venuksen 16 kertaa. Lopullinen rata on Venuksen napa-alueiden kautta kulkeva soikea rata, jonka kiertoaika on 24 tuntia, lähin piste 250 kilometriä planeetan pinnan yläpuolella ja kaukaisin piste 66 000 kilometrin päässä.

Venus Expressin tutkimuslaitteiden säätäminen ja kalibrointi alkaa kuitenkin jo ennen lopulliselle radalle pääsemistä 22. huhtikuuta, mistä alkaen sen instrumentit käynnistetään yksitellen päälle. Toukokuun 13. päivästä alkaen niitä käytetään myös samanaikaisesti, kuten lopulta tullaan tekemään. Rutiininomaiset tieteelliset havainnot aloitettaneen kesäkuun 4. päivänä.

Ainutlaatuisia havaintomahdollisuuksia

The solar wind interacts with Venus' environment
Luotain tutkii mm. avaruudessa Venuksen luona olevia hiukkasia ASPERA-laitteistolla, jonka tekemisessä on Ilmatieteen laitos ollut mukana.

Väliaikainen kiertorata Venuksen ympärillä tarjoaa jo monia kiinnostavia mahdollisuuksia havainnoille. Tutkijat haluaisivat ottaa kuvia ja tehdä mittauksia koko ajan, mutta havaintoja ei aloiteta ennen kuin 30 tuntia radalle asettumisen jälkeen, ja sen jälkeenkin vain jos luotain on hallinnassa eikä siinä ole vikoja. Näin ollen ensimmäiset mahdollisuudet tieteellisten havaintojen tekemiseen on aikaisintaan keskiviikkona illalla.

Koska väliaikaisella radalla luotain etääntyy lopullista rataa kauemmaksi Venuksesta, pystyvät luotaimen kamerat kuvaamaan vain silloin koko Venuksen kerralla. Myöhemmin koko Venus ei mahdu enää kameroihin, vaan tuloksena on vain lähikuvia, jotka luonnollisesti ovat myös kiinnostavia. Näistä kuvista voidaan rakentaa laajempia kuvia, mutta kokonaiset, laajat kuvat ovat osassa tutkimuksista parempia. Väliaikaisella radalla otettavat kuvat ovat myös pääasiassa Venuksen eteläisestä pallonpuolesta, jota ei ole tutkittu tarkasti aikaisemmilla luotainlennoilla.

Ennen lopulliselle radalle asettumista Venus Express pystyy muun muassa kuvaamaan pitkiä sarjoja Venuksen kaasukehän pyörimisestä ja sarjat voivat olla pituudeltaan jopa Venuksen ylimpien pilvikerrosten pyörimisaikaa pitempiä. Muun muassa pilvien kummallisen 'superrotaation' tutkiminen on yksi lennon päätavoitteista.

Myös suomalaisittain kiinnostava, avaruudessa olevia varattuja hiukkasia ja energeettisiä atomeja mittaava ASPERA-mittalaite voi tehdä erittäin kiinnostavia havaintoja väliaikaisella radallaan, koska luotaimen etäisyys muuttuu hyvin paljon. Kun luotain on ratansa kaukaisimmassa osassa, ei Venus vaikuta juuri lainkaan mittauksiin; Auringosta jatkuvasti poispäin virtaavien hiukkasten vuo on siellä tasainen. Venuksella ei ole magneettikenttää, joten aurinkotuuli puhaltaa mennessään myös planeetan kaasukehän ulko-osia, joten aurinkotuulen ja hiukkasten mittaaminen eri etäisyyksillä Venuksesta on kiinnostavaa.

Ilmatieteen laitos on osallistunut ASPERAn tekemiseen ja on mukana sen mittaustulosten tutkinnassa.

...ja lisää kiinnostavia tietoja on tulossa!

Venus Express looks through the 'infrared windows'
Venuksen mystisin osa on sen paksu ilmakehä.

Venus Express on suunniteltu toimimaan kahden Venuksen päivän ajan. Koska Venus pyörii akselinsa ympäri erittäin hitaasti, kestää kaksi päivää 486 Maan vuorokautta. Jos luotain toimii tämän ajan jälkeen hyvin, voidaan sen lentoa jatkaa ainakin kaksinkertaiseksi.

Vaikka Venusta on tutkittu avaruuslentojen aikana luotaimin eniten Marsin ja Kuun jälkeen, on se edelleen hyvin arvoituksellinen planeetta. Paitsi että planeetta pyörii hyvin hitaasti eikä sillä ole magneettikenttää, peittää sitä paksu kaasukehä ja sen pinnalla on päässyt valloilleen äärimmäinen kasvihuoneilmiö. Venus Expressin tieteelliset tutkimuslaitteet on räätälöity aikaisempien luotainlentojen perusteella sellaisiksi, että Venuksen salaisuuksia voitaisiin selvittää yhä paremmin.

Mukana on kaikkiaan kymmenen mittalaitetta. Luotaimen silminä ovat kuvantavat spektrometrit, spektrikuvaajat ja tehokas kameralaitteisto. Valon eri aallonpituusalueilla mittauksia tekevät spektrometrit ovat PFS-fourierspektrometri ja ultravioletin ja infrapunaisen aallonpituusalueella toimiva SpicaV/SOIR-spektrometri. Spektrikuvantaja on nimeltään VIRTIS, ja se on viritetty toimimaan ultravioletin ja lähi-infrapunan lisäksi näkyvän valon alueella. VMC-kameralaitteisto pystyy erottamaan pilvipinnasta jopa 200 metrin yksityiskohtia.

Kamerat ja spektrometrit on rakennettu siten, että ne voivat käyttää ensimmäistä kertaa hyväkseen Venuksen kaasukehän ns. infrapunaikkunoita. Ne ovat kapeita infrapunaisen alueelle osuvia aallonpituuskaistoja, joiden avulla voidaan tutkia alempia pilvikerroksia ja myös kuvata jopa planeetan normaalisti vain tutkalla havaittavaa pintaa.

Lisäksi Venus Express tutkii avaruudessa olevia hiukkasia ja atomeja mainitun ASPERA-mittalaitteen avulla ja mittaa magneettikenttää magnetometrillään. Luotaimen ja Maan välistä radiosignaalia voidaan käyttää myös Venuksen kaasukehän tutkimiseen.

Lisätietoa:

ESA Media Relations Division
Tel: +33 (0) 1 53 69 71 55
Fax: +33 (0) 1 53 69 76 90

Don McCoy, ESA Venus Express -luotaimen projektijohtaja
Sähköposti: Don.McCoy @ esa.int

Håkan Svedhem, ESA Venus Express -lennon päätutkija
Sähköposti: Hakan.Svedhem @ esa.int

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