 |
| Taiteilijan näkemys avaruudessa olevasta Kepler-observatoriosta. Kuva Nasa/Kepler. |
Avaruusprojekteista saadaan silloin tällöin järkyttäviä
uutisia. Ehkä kuuluisin tämän sarjan viesti avaruudesta oli 1970-luvun
alkupuolella, kun Nasan lennon valvonta vastaanotti viestin: "Houston, meillä
on ongelma" ("Houston, we have a problem!"). Nämä legendaariset sanat lausui
Apollo 13 lennolla komentajana toiminut James Lowell huhtikuun 14. päivänä 1970.
Sanat on toistettu sittemmin lukemattomia kertoja mitä
moninaisimmissa ja vakavuudeltaan erilaisissa tilanteissa. Itse Apollo-lentoja
tarkasti ja mahdollisimman reaaliaikaisesti seuranneena nämä sanat merkitsevät
minulle aina vakavaa ongelmaa – niin vakavaa, että en missään oloissa haluaisi
niitä kuulla.
Toinen, vakavuudeltaan lähes yhtäläinen viesti avaruudesta
tulleena on "reaktiopyörä on vaurioitunut". Usein kuitenkin kyseessä on "vain"
miehittämättömän avaruusluotaimen tai observatorion laiterikko, jollaisia
tapahtuu väistämättä laitteiden ikääntyessä avaruuden olosuhteissa
suhteellisesti hyvin nopeasti. Tilanne ei aina ole yhtä turvallinen,
sillä kaikissa miehitetyissä avaruusasemissa on reaktiopyörät. Tällöin niiden
vaurioituminen vaatii aina korjaustoimia.
Reaktiopyörät – siis monikossa, sillä niitä tarvitaan
yleensä ainakin kolme samaan aikaan toimivaa – ovat hyvin tärkeitä ja
toistaiseksi lähes korvaamattomia laitteita asennonsäädössä. Vaikka ne eivät
ole ainoita keinoja avaruusaluksen asentovakauden säilyttämisessä, ne ovat
usein tehokkain menetelmä.
Periaatteessa reaktiopyörä on vain vauhtipyörä, jonka pyöriessään
pyrkii pitämään suuntansa vakaana ulkopuolisten voimien vaikuttaessa siihen. Suuntavakaus
on seurausta gyrovoimaksi nimetystä reaktiosta mille tahansa häiriövoimalle.
Esimerkiksi polkupyörällä ajaminen olisi mahdotonta ilman renkaiden synnyttämiä
gyrovoimia. Jokainen voi etsiä gyrovoiman selityksen vanhasta fysiikan
koulukirjastaan tai netistä, jos sen syntytapa on jo unohtunut. Maapallon
prekessio on myös seurausta gyrovoimasta.
Kolmeulotteisessa avaruudessa kappaleen suuntavakauden
säilyminen on vaikea asia hallittavaksi. Periaatteessa pienikin voima, momentti
tai gravitaatiohäiriö saa aikaan asennon muuttumisen. Asennon muutos ei kuitenkaan
vaimene kuten maanpinnalla kitkan ja voimakkaan gravitaation vaikutuksesta,
vaan jatkuu ja jatkuu kunnes se on muuttunut pyörimisliikkeeksi. Olipa siis
kyseessä mikä tahansa avaruuteen lähetettävä laite, niin sen asennon säätöön
pitää kiinnittää erityisen suuri huomio.
Tavallisesti avaruusluotainta itseään voidaan käyttää
reaktiopyöränä saattamalla se pyörimään jonkin akselinsa ympäri. Maata
kiertävien satelliittien ja etenkin miehitettyjen avaruusalusten kohdalla tämä
ei kuitenkaan aina ole mahdollista. Tällöin ne varustetaan aktiivisella asennon
säädöllä, hyvin usein reaktiopyörillä; tavallisesti niitä on kuusi, kaksi
jokaiselle kolmelle akselille. Käytössä niitä yleensä on vain kolme, toisten
ollessa varalla.
Tähänastinen kuulostaa varsin yksinkertaiselta, ja osittain
se sitä onkin. Mutta aina on jossakin se "mutta", niin tässäkin: käytössä
reaktiopyörän pyörimisvauhti pyrkii kasvamaan ja lopulta se on kiihtynyt niin
nopeaksi, että pyörän vauhtia on hidastettava hukkaamalla pyörimismomentti
tavalla tai toisella jonnekin aivan muualle. Tämä prosessi kuormittaa
laitteistoa merkittävästi.
Mielikuva avaruudessa pyörivästä vauhtipyörästä on turhankin
yksinkertaistettu. Todellisuudessa reaktiopyörät ovat erittäin monimutkaisia
elektronisia laitteita sen vauhtipyörän lisäksi. Niinpä laitteiston
vaurioituminen avaruuden olosuhteissa on väistämätöntä mitä pitempään se on
toiminnassa. Mekaaninen pyöriminen vaatii aina pyörimisakselin laakeroinnin.
Pienikin kuluminen tai vaurio laakereissa lisää kitkaa ja aiheuttaa näin
toimintaherkkyyden muutoksen. Lisäkitka kuumentaa laakeria ja lopulta se
vaurioituu jopa mekaanisesti.
Laakerit eivät ole ainoa vikamahdollisuus. Reaktiopyörän elektroniikka
itsessään vanhenee ja kosminen hiukkassäteily ja nopeat protonit kuormittavat
laitteistoa ja lopulta elektroniikka pettää jossakin kohtaa. Tästä syystä
avaruuslaitteet varustetaan varaosilla riittävän toiminta-ajan takaamiseksi.
Tuorein uutinen reaktiopyörän vikaantumista saatiin parisen
viikkoa sitten. Joutsenen ja Lyyran tähdistöjen rajalla sijaitsevaa
tähtijoukkoa tarkkaileva Kepler-avaruusobservatorion toinen reaktiopyörä on vaurioitunut.
Ensimmäinen vaurioitui viime kesänä. Kepleriin on asennettu kaikkiaan neljä
reaktiopyörää, joten jäljellä on vain kaksi toimivaa laitetta. Tämä tarkoittaa
sitä, että Keplerin asennonsäätö ei enää toimi tehtävän vaatimalla riittävällä
tarkkuudella.
Kepler ei kuitenkaan joudu välittömään pyörimisliikkeeseen,
sillä kahden reaktiopyörän, tähtiseurantalaitteiden (Star Tracker) ja
ohjausrakettien avulla se kyllä saadaan pysymään kutakuinkin suunnassaan. Lisäksi insinöörit voivat keksiä muita keinoja
observatorion vakauttamiseen, mahdollisesti jopa alkuperäisen tehtävän jatkamiseen,
joten olkaamme toiveikkaita.
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti