Space X laukaisee ensimmäisen Crew Dragon -aluksen avaruusasemalle

Lauantaina 2. maaliskuuta avaruusaluksia kehittelevä Space X -yhtiö tekee ensimmäisen laukaisunsa, jolla Crew Dragon-alus viedään avaruuteen ja joka telakoituu automaattisesti Kansainväliselle avaruusasemalle. Miehistöä aluksessa ei ole, mutta sen sijaan siellä on tarvikkeita ja tutkimuslaitteita avaruusaseman miehistön tarpeisiin.

Falcon 9 -kantoraketti ja sen huipulla Crew Dragon -avaruusalus. Kuva Space X.

Laukaisu tapahtuu maaliskuun 2. päivänä kello 9.49 Suomen aikaa Kennedyn avaruuskeskuksesta, Floridasta. Laukaisualusta on legendaarinen 39A, jolla mm. Apollo lennot ja sen jälkeen sukkula lennot lähtivät lennoilleen. Laukaisualusta on Space X -yhtiön käytettävissä ja siltä on nyttemmin laukaistu useita Flacon 9 ja Falcon 9 Heavy kantoraketteja. Luonnollisestikaan laukaisualusta ei ole alkuperäisessä muodossaan, vaan se on kokenut monia päivityksiä ja muodonmuutoksia aina sen mukaan mitä uudet laukaisut ovat tarvinneet.

Crew Dragon -aluksen laukaisu on nimetty Demo-1:ksi sen vuoksi, että se on laatuaan ensimmäinen, joka päätyy ensin kiertoradalle ja lopulta telakoituu automaattisesti Kansainväliseen avaruusasemaan. Ensilennolla on aina omat riskinsä, mutta silti Space X -yhtiö haluaa lennosta olevan muutakin hyötyä kuin vain onnistuneen lennon tuoman varmuuden laitteistojen toiminnasta. Tästä syystä aluksessa on mukana rahtia avaruusalukselle vietäväksi.

Flacon 9 -kantoraketin laukaisu. Kuva Space X.

Jos laukaisu tapahtuu aikataulun mukaisesti, telakointi tapahtuisi suunnitelmien mukaan sunnuntaina. Laukaisuikkuna on avoinna tiistaihin 5. maaliskuuta asti, joten tehtävän onnistumiselle on hyvät mahdollisuudet, vaikka lauantain sääennuste ei aivan ideaalisia olosuhteita laukaisulle lupailekaan.

Jos suunnitelma toteutuu ennakoidun aikataulun mukaan, Crew Dragon -alus irrottautuu avaruusasemalta maaliskuun 8. päivänä. Irrottautumisensa jälkeen se tekee noin 15 minuutin mittaisen jarrutuspolton ja aloittaa laskeutumisen ilmakehään. Vapaan pudotuksen jälkeen laskuvarjot avautuvat ja alus molskahtaa lopulta Atlanttiin, josta se poimitaan talteen. Alus on suunniteltu laskeutumaan myös maanpinnalle, sillä siinä on riittävän tehokkaat rakettimoottorit ja laskutelineet. Näillä varusteilla aluksen uudelleen lennot voivat toteutua mereen laskeutunutta alusta nopeammin, johtuen vähemmästä huoltotarpeesta.

Kantoraketin ensimmäinen vaihe, suunnitelmien mukaan, laskeutuu noin 10 minuutin kuluttua laukaisusta uudelleen käytettäväksi myöhemmillä lennoilla. Space X -yhtiö on kehitellyt kiihdytinrakettien hallittua laskeutumista onnistuneesti jo aikaisemmilla lennoilla.

Space X -yhtiö, johtajanaan ja omistajanaan Elon Musk, on tehnyt NASAn kanssa kantorakettien ja miehitettyjen lentojen tarvitsemaa Crew Dragon-avaruusalusta jo useamman vuoden. Nasa joutui lopettamaan sukkulalennot vuonna 2011 ja sen jälkeen astronautit ovat lentäneen avaruusasemalle venäläisellä Soyuz-kalustolla. Jos lauantain lento onnistuu, NASAlla on jälleen käytössää miehitettyihin lentoihin soveltuvat kantoraketit ja avaruusalukset. Ensimmäinen miehitetty lento voisi tässä tapauksessa toteutua jo kesäkuussa tänä vuonna.

Crew Dragon alus on todellakin avaruusalus, sillä miehistö voi ohjata sitä tarpeen vaatiessa käsin. Telakointi ja irrottautuminen tehdään normaalisti automaattiohjauksessa, mutta sekin voidaan hoitaa käsin, jos tilanne niin vaatii. Miehistön turvallisuuteen on kiinnitetty hyvin suuri huomio alusta kehiteltäessä. Laukaisun aikana Crew Dragon -alus on varustettu hätäpelastautumisen mahdollistavalla järjestelmällä, jolla miehistö selviytyy hengissä kaikenlaisista laukaisun aikaisista kantoraketin vioista, epäonnistumisesta tai jopa räjähdyksestä.

Falcon 9 kantoraketin laukaisua voi katsoa suorana osoitteesta https://youtu.be/2ZL0tbOZYhE .

Ilmakehä on laajempi kuin luulitkaan

Olet varmaan joskus pohtinut kysymystä mihin ilmakehä päättyy ja avaruus alkaa. Todellisuudessa ne eivät ole aivan sama asia, sillä ilmakehän tiedetään jatkuvan aina vain ohuempana kauas avaruuteen, revontuliakin on havaittu lähes tuhannen kilometrin korkeudella.

Ilmakehän ohenee ylöspäin noustessa, mutta mihin se päättyy? Kuva NASA Earth Observatory.

FAI Internationale (engl. World Air Sports Federation) on määritellyt avaruuden alarajaksi 100 km (330 000 jalkaa) merenpinnasta perustuen fyysikko Theodore von Kàrmàn’in (1881–1963) tutkimukseen. Hänen mukaansa lentokoneen tulisi lentää ratanopeutta suuremmalla nopeudella, jotta se voisi kehittää siivillänsä tarvittavan aerodynaamisen nostovoiman. Kàmànnin mukaan tämä vastaa noin 52 mailin [1] lentokorkeutta. FAI on ottanut asian varman päälle ja käyttää määritelmässään 62 mailin korkeutta, sillä tarkka raja vaihtelee ilmakehän laajenemisen ja supistumisen myötä mm. Auringon aktiivisuussyklin mukaan.

Koska avaruuden rajalla ei ole mitään kansainvälistä sopimusta, muut organisaatiot voivat käyttää omia määritelmiään. Esimerkiksi NASA pitää avaruuden rajana 50 mailia, noin 80 km, ja myöntää tämän rajan ylittäneille ”Ulkoavaruuden rintamerkin”.

SOHO-luotaimen SWAN-instrumentti mittasi maapallon geokoronan Lagrangen pisteen L1 halo-radalta. Kuva ESA.

Avaruuden raja on siis suhteellisen lähellä maapallon pintaa ja ilmakehä jatkuu siis paljon kauemmaksi. Yksi raja on noin 200 000 km korkeudella, jolloin aurinkotuulen aiheuttama paine tulee suuremmaksi kuin maapallon gravitaatiovoima. Mutta tämäkään korkeus ei vielä taida olla ilmakehän ulkoraja! Euroopan avaruusjärjestön SOHO-luotaimessa oleva SWAN-laitteisto havaitsee vetykaasun aiheuttamaa Lyman alfa -sätelyä Auringosta poispäin. SWAN-laitteistolla on havaittu lukuisia komeettoja mutta myös maapallon ympärillä olevaa vetyä. Se muodostaa maapallolle aurinkotuulen paineesta johtuvan komeettamaisen pyrstön. Tätä kaasupilveä kutsutaan geokoronaksi.

Apollo 16 astronautit saivat kuvaan tallennettua maapallon geokoronan. Kuva NASA.

Geokoronan tiheys maapallon päiväpuolella eksosfäärissä (690 km korkeudella) on aurinkotuulen kompressiovaikutuksesta johtuen noin 70 atomia kuutiosenttimetrissä [2]. Kuun radan etäisyydellä (384 400 km) hiukkastiheys on jo pudonnut 0,2 atomiytimeen kuutiosenttimetrissä, mutta se ei vieläkään ole kaasun raja. SWAN-laitteisto on havainnut geokoronan ulottuvan noin 630 000 km etäisyydell3 maapallosta, eli yli 1,5× Kuun etäisyydelle. Olisiko tämä ilmakehän yläraja, kenties!

Huomautukset

[1] Kàrmàn ei ottanut laskelmissaan huomioon Keplerin voimana tunnettua keskipakoisvoimaa, joka tulee sitä merkittävämmäksi tekijäksi mitä ylempänä ja nopeammin lennetään. Ratanopeudella Keplerin voima on yhtä suuri kuin lentolaitteen massa (ja siivet olisivat tarpeetonta massaa). Ottamalla Keplerin voima huomioon, lentokorkeus voisi olla 57 mailia.

[2] Eksosfäärin tiheys vaihtelee huomattavasti, jopa kertoimella 5 johtuen Auringon säteilyvoimakkuudesta, lähiavaruuden avaruussäästä ja vuoden ajasta.

Nasan LRO kuvasi Kiinan Chang’e 4 -luotaimen

Nasan Lunar Reconnaissance Orbiter, lyhyemmin LRO, on valokuvannut Kiinan Kuuhun laskeutuneen Chang’e 4-luotaimen juuri sieltä missä sen Kiina on ilmoittanut olevan. Kuvassa luotain näkyy kahden pikselin kokoisena, joten yksityiskohtia eikä pientä kulkijaa (Yutu 2) pysty erottamaan.

Chang'e 4 on pieni valkoinen piste nuolenkärkien välissä. 
Kuva NASA/GSFC/Arizona State University.

Chang’e 4-luotain laskeutui Von Karman-kraatteriin tammikuun 3. päivän aamuna Suomen aikaa. Kiinan ilmoituksen mukaan luotain on toiminut hyvin ja se on lähettänyt lukuisia kuvia ja mittausdataa Maahan.

Nasan LRO-luotain otti kuvat tammikuun 30. päivänä hyvin etäältä, sillä sen kulkureitti ei ylittänyt laskeutuneen luotaimen sijaintia. Etäisyyttä kuvanottohetkellä oli noin 330 km. Lisää kuvia on odotettavissa siinä vaiheessa, kun LROn rata vie suoraan kuuluotaimen sijainnin yli.

LRO on aikaisemmin kuvannut Kiinan Chang’e 3 luotainta kuunpinnalta. Samoin LRO on ottanut hyvin selkeitä kuvia Apollo-ohjelman laskeutumispaikoilta. Näissä kuvissa näkyy edelleen astronauttien jalanjäljet, laskeutumisosat ja tutkimuslaitteet, jotka jätettiin Kuuhun viitisenkymmentä vuotta sitten. Osa näistä, laserpeilit, ovat edelleen käytössä ja niitä käytetään hyvin usein Kuun etäisyyden määrittämiseen.

Kiinan Chang’e-4 -luotain laskeutui onnistuneesti

Kiinan Kuuhun matkalla ollut Chang’e-4 -luotain on laskeutunut Von Karman -kraatteriin tänä aamuna kello 4.26 Suomen aikaa. Kiinalaislähteiden mukaan laskeutuminen onnistui ja asian vakuudeksi Kiinan avaruushallinto^[1] on julkaissut myös ensimmäisen luotaimen ottaman kuvan.

Kiinan ensimmäinen julkaistu kuva Von Karman -kraatterista. Kuvan otti Kuuhun laskeutunut Change-4 -luotain. Kuva CNSA.

Maailmalla Kiinan onnistunut avaruusoperaatio on otettu innostuneesti vastaan. Laskeutuminen Kuun Maahan näkymättömälle puolelle on laatuaan ensimmäinen. Laskeutunut luotain ja sen mukana Kuuhun laskeutunut kuukulkija tekevät tulevien kuukausien aikana hyvin monia erilaisia havaintoja.

Chang’e-4 -luotaimen matkasta on kerrottu tarkemmin Avaruusmagasiinin artikkelissa http://avaruusmagasiini.blogspot.com/2018/12/kiinalainen-kuuluotain-lahti-matkaan.html

Huomautus

[1] China National Space Administration (CNSA).

Ensimmäiset matalaresoluutioiset kuvat Ultima Thulesta

Nasa julkaisi ensimmäiset matalaresoluutioiset kuvat Ultima Thulesta. Kuvat vahvistavat oletuksen, että kuiperoidi on muodostunut kahdesta kappaleesta. Hieman hämmästyttävää on, että kappaleet ovat lähes pallon muotoisia. Yleensä kymmen–parinkymmenen kilometrin kokoiset kappaleet poikkeavat muodoltaan pallosta merkittävästi. Selitys saattaa olla kappaleiden primitiivisyydessä, ne ovat säilyttäneet noin 4,6 miljardia vuotta sitten syntyessään saaneen muodon.

Ultima Thule matalaresoluutioisessa kuvassa. Vasemmalla alkuperäinen kuva ja oikealla kuvankäsittelyn terävöityksen jälkeen. Kuva (NASA/JHUAPL/SwRI).

Nyt julkaistut kuvat ovat on otettu noin puoli tuntia ennen ohilennon hetkeä. Julkistetut kuvat ovat matalaresoluutioisia versioita, sillä täyden resoluution kuvien lähettäminen Maahan kestää pitkään. Luotain sijaitsee yli kuuden valotunnin etäisyydellä (noin 6,5 miljardia km) ja jotta signaali tulisi ymmärrettävässä muodossa Maahan asti, sen bittimäärä sekunnissa pitää olla hyvin alhainen. Luotaimen lähettimen teho on vain 15 W.

Nasa on nimennyt (485968) 2014 MU69 kuiperoidin osat Ultimaksi (isompi pallukka) ja Thuleksi (pienempi pallukka). Jääkö nimet viralliseen käyttöön jää nähtäväksi, IAU saattaa hylätä ehdotetut nimet. Näin on käynyt melko monta kertaa aikaisemminkin.

New Horizons -luotaimen rata vei sen ensin Pluton ohilenntoon ja sen jälkeen Ultima Thulen ohilentoon. Nasa tekee päätöksen luotaimen toiminnan jatkamisesta ehkä vuonna 2020. Energiaa sen lämpöydinpgeneraattorissa riittää vielä vuosikymmeneksi. Kuva NASA.