JWST viimeisessä toimintatestissä

Ensi lokakuun 31 päivänä avaruuteen lähetettävä James Webb avaruusteleskooppi on avattu viimeisen kerran toimintavalmiuteen maanpinnalla. Testi tehtiin Northrop Grumman tehtaalla Kaliforniassa. Jos ja kun testi on läpäisty, avaruusteleskooppi taitellaan jälleen valmiiksi laukaisuasentoon, pakataan kuljetussäiliöön ja se lähteen pariviikkoiselle matkalle laivalla kohti Etelä-Amerikan pohjoisrannalla sijaitsevaa Euroopan avaruusjärjestön laukaisukeskusta Kourouta Ranskan Guianassa.

James Webb avaruusteleskooppi viimeisessä tarkastuksessa. Kuva NASA / Chris Gunn.

Kouroussa avaruusteleskooppi kiinnitetään Ariane 5 kantorakettiin ja laukaisun on suunniteltu tapahtuvaksi lokakuun 31 päivänä tänä vuonna. Ariane 5 on ainoa kantoraketti, jonka lastitila on riittävän laaja kaukoputkelle. Tässä samassa syystä 6,5 metriä halkaisijaltaan oleva pääpeili avataan vasta avaruudessa.

Pääpeili koostuu 18 kuusikulmaisesta osapeilistä, joiden pitää avaruudessa tuottaa yksi, erittäin tarkka kuva. Näin ollen osapeilien suuntaus on ollut erittäin suurta tarkkuutta vaativa tehtävä. Peilit on valmistettu erittäin keveästä berylliumista ja päällystetty kultauksella. Kulta heijastaa infrapunasilla aallonpituuksilla parhaiten. JWST toimiikin infrapunaisen valon usealla eri aallonpituudella.

Havainnot infrapunaisella aallonpituudella vaativat sitä, että niin itse peili kuin kaikki havaintolaitteet ovat kylmempiä kuin vastaanotettava infrapunainen valo. Tästä syystä avaruusteleskoopissa on avattava lämpösuoja, jonka viisi kerrosta lämmöltä eristävää kalvoa estävät itse kaukoputkea lämpenemästä Auringon porottaessa esteettömästi.

Kaukoputkea ei luonnollisestikaan voi koskaan suunnata kohti Aurinkoa, Kuuta tai Maata kohti. Tämän vuoksi se sijoitetaankin noin 1,5 miljoona km etäisyyteen Maan radan ulkopuolelle, jossa se pysyttelee lähes paikoillaan keskipakovoiman vaikutuksesta. Aluetta kutsutaan Lagrangen L2 pisteeksi. Keskipakovoiman aiheuttaa Maan kiertoliike Auringon ympäri, koska maapallon gravitaatio toimii eräänlaisena liekana, jonka päässä avaruusteleskooppi on. Maapallon kiitää avaruudessa nopeammin kuin avaruusteleskooppi omalla Aurinkoa kiertävällä radalla, joten teleskooppi on pakotettu nopeampaan vauhtiin ja tästä syntyy keskipakovoima, joka kumoaa Maan gravitaatiovoiman.

JWST on tullut maksamaan noin 10 miljardia dollaria. Lisäksi se on useita vuosia myöhässä alkuperäisestä aikataulustaan.

Alla olevassa videossa joitakin välähdyksiä JWST:n kokoamisesta.

 

 

Kiina aloitti avaruusaseman kokoamisen Maan kiertoradalle

Kiina laukaisi 29. huhtikuuta ensimmäisen ja suuriman avaruusasemamoduulin Maata kiertävälle radalle. Moduulin tehtävänä on toimia avaruusaseman perustana ja siihen liitetään ensi vuonna kaksi laboratoriomoduulia. Lisäksi aseman telakointi porttiin voidaan liittää asemalle työskentelevien taikonauttien miehistönkuljetusalukset ja kiinalaisten lähteiden mukaan myös muiden maiden miehistöalukset, jos niillä on telakointiin sopiva liitoskappale.

Pitkä marssi 5B laukaisualustalla. Kuva Wikimedia Commons.

 

Kantoraketti ja siihen liitetty avaruusaseman ensimmäinen 22,5 tonnia painava moduuli laukaistiin kello 11.23 paikallista aikaa (kello 3.23.15 UTC) Wenchanin avaruuskeskuksesta Hainanin maakunnasta. Kantoraketti oli Pitkä marssi 5B ja se vei moduulin 200 × 400 km korkeuteen siirtoradalle. Siirtoradan korkeimmassa kohdassa avaruusaseman omilla rakettimoottoreilla rata muutettiin pyöreäksi 400 km korkeuteen.  Näillä samoilla rakettimoottoreilla joudutaan aika ajoin avaruusaseman rataa korjaamaan, sillä ilmakehän rippeet vastustavat aseman liikettä ja se vajoaa joitakin kilometrejä kuukaudessa.

Avaruusasema on nimetty Tiangon:ksi (Taivaallinen palatsi) tulee olemaan hyvin massiivinen, kokonaismassa tulee olemaan yli 70 tonnia siinä vaiheessa, kun siihen on liitetty laboratoriomoduulit. Moduulit liitetään Tianhe (Taivaan harmonia) moduuliin, jolla on pituutta 16,6 metriä ja halkaisija 4,2 metriä. Itse moduulissa on kolme osaa: telakointiportit, elossapitojärjestelmä ja ohjausyksikkö resurssiosa (mitä se sitten pitääkään sisällään). Tulevien miehistöjen toiminnat keskittyvät juuri tähän osaan avaruusasemaa ja siellä tehdään myös tieteellisiä kokeita. Avaruusasema on suunniteltu olevan valmis ensivuoden lopulla ja sen toiminta-ajaksi on kaavailtu 15 vuotta.

Laboratoriomoduulien laukaisut on suunniteltu tapahtuvan touko-kesäkuussa 2022 ja elo-syyskuussa 2022.

Muutaman kuukauden kuluessa Kiina laukaisee kaksi miehitettyä lentoa avaruusasemalle. Miehistöjen tehtävänä on valmistella avaruusasema valmiiksi siten, että ensi vuonna siihen voidaan telakoida laboratoriomoduulit. Yhteen miehistöön kuuluu kolme taikonauttia ja he voivat työskennellä asemalla kuukausia. Kolmen taikonautin miehistön lisäksi asemalla voi työskennellä toinen, myös kolmen taikonautin miehistö, tosin lyhytaikaisesti esimerkiksi miehistöjen vaihdon yhteydessä.

Avaruusasemalle toimitaan sen valmistumisen jälkeen miehitetyn lennon yhteydessä optinen teleskooppi. Se lennätetään asemalle ennakkotietojen mukaan vuonna 2024. Kaukoputken pääpeilin halkaisija on noin 2 m ja kuvakenttä on erittäin laaja (noin 300× Hubblen kuvakentän halkaisija). Kaukoputki on varustettu 2,6 Gpx kameralla (vertaa kännykkäkameroihin, jotka ovat 8 – 64 Mpx).

Kiina on tarjonnut myös ulkomaisille tutkimuslaitoksille mahdollisuutta suorittaa kokeitaan avaruusasemalla. Tarjoukseen onkin tartuttu ja tässä vaiheessa on kaikkiaan 17 koetta sovittu tehtäväksi avaruusasemalla. Kiina itse aikoo tehdä asemalla materiaalitukimusta, elävien organismien mutaatiotutkimusta ja lääkkeiden kehittelyä.

Ongelmia kantoraketin paluussa

Kantoraketin suuri ydinosa on kuitenkin edelleen Maata kiertävällä radalla ja ilmeisesti pyörii hallitsemattomasti. Sen korkeus putoaa nopeasti mutta sen ilmakehään syöksymisajankohtaa ei pysytyttä tarkasti laskemaan liian monien asiaan vaikuttavien tekijöiden vuoiksi. Tätä kirjoitettaessa raketin lentokorkeus oli 232 km mutta vuorokaudessa se putoaa useita kymmeniä kilometrejä ja vielä kiihtyvästi.

Oletettavasti ilmakehään saapuminen tapahtuisi 10. päivän tietämillä mutta aikahaarukka on vielä liian suuri, jotta sen putoamispaikka pystyttäisiin ennakoimaan. Kantoraketin kevyemmät ja pienimmät osat tuhoutuvat varmasti ilmakehässä, mutta erityisesti moottorissa on titaanista valmistettuja massiivisia rakenteita, jotka päätyvät maanpinnalle tai mereen. Sen kiertorata on noin 41 asteen kulmassa maapallon ekvaattoritasoon nähden, joten kantoraketin osat voivat päätyä mihin tahansa 41° ja -41° leveyspiirin väliin. Jos massiiviset osat putoavat asutulle seudulle, niin ne voivat aiheuttaa pahaakin tuhoa.

 

Marskopteri teki neljännen lentonsa

NASAn Ingenuity kopteri teki eilen (30.4.2021) neljännen lentonsa noin 5 metrin korkeudessa kello 12.33. paikallista Marsin aikaa. Tällä kertaa matkaa kertyi 133 metriä yhteen suuntaan ja lentoaika oli 117 sekuntia. Paluun jälkeen laskeutuminen tapahtui, kuten aikaisemmillakin lennoilla, Wright Brothers Field nimeä kantavalle ja hieman tasaisemmalle ”lentokentälle”. 

Ingenuityn itsen kuvaama kopterin varjo Marsin pinnalla. Kuva NASA/JPL.

Lennon aikana kopteri otti runsaasti kuvia, osa värillisiä ja osa mustavalkoisia. Osa kuvista on streokuvapareja, joilla pyritään kartoittamaan maaston korkeuseroja. Lisäksi lennon kuvista etsitään alueita, jolle laskeutuminen ja lentoonlähtö olisi mahdollista seuraavilla lennoilla.

Neljäs lento oli aikataulutettu torstaiksi (20.4.2021). Se kuitenkin jouduttiin siirtämään, koska kopteri ei suostunut siirtymään lentotilaan. Lentotilaan siirtyminen mm. merkitsee sitä, että sen roottorin lavat käännetään siten, että ne kehittävät nostovoiman. Ingenuity:lla oli samanlaisia ongelmia myös ennen ensimmäistä lentoa. NASAn insinöörien mukaan on noin 15 % mahdollisuus että ”vahtikoira” ohjelma keskeyttää lentotilaan siirtymisen liian hitaan toiminnan vuoksi.

Marskopterin seuraava, viides lento onkin sitten aivan jotain uutta. Lennolla kokeillaan kopterin kykyä kartoittaa maastoa, jolla se ei aikaisemmin lentänyt ja laskeutuminen tulee tapahtumaan aivan uuteen paikaan. Tässä on tietysti melkoinen riski, sillä jos sopivaa, riittävän tasaista maastoa ei löydy, niin laskeutuminen voi olla vaarallinen ja epäonnistua. Jos kopteri kaatuu epäonnistuneen laskeutumispaikan seurauksena, NASAlla ei ole mitään mahdollisuutta nostaa Ingenuity:a jälleen jaloilleen. Riskin pienentämiseksi, NASA käyttää nyt neljännellä lennolla otettuja kuvia maaston kartoittamiseen.

Kuvia hyödynnetään myös siten, että niiden avulla etsitään sopivaa kohtaa, jos Perseverance voisi ottaa ensimmäisen näytteen kapseloitavaksi. Lupaava paikka onkin löytynyt ja nyt marskulkijaa on jo siirretty sitä kohti noin 10 metriä. Tällä alueella (Ø 2 km) Perseverance tuleekin toimimaan seuraavien parin sadan solin ajan.

Ingenuityn lentojen määrä ei tässä vaiheessa ole rajoitettu. Lentoja tehdään sitä mukaa kuin tarvetta on ja niin pitkään kuin laitteisto pysyy lentokunnossa. Kopteri on tehty mahdollisimman kevyeksi, joten sen elektroniikan suojauksetkin ovat hyvin kevyet ja näin ollen esimerkiksi öiden kylmyys tai vaikkapa kosminen hiukkasäteily voivat vaurioittaa herkkää laitteistoa. Jos ja kun näin epäilemättä tapahtuu jossakin vaiheessa, lennot päättyvät viimeistään silloin.

Maapallolta katsoen Mars on joutumassa Auringon läheisyyteen ja taakse syyskuussa. Tämä tarkoittaa myös vaikeutunutta yhteyden pitoa vähintään parin kuukauden ajan. Tälle ajalle NASA suunnittelee Preseverancen tehtäviä, joita se voi suorittaa lähes itsenäisesti. Ingenuityn lentotoiminta päättyy viimeistään elokuun loppuun mennessä.

ESO:n La Sillassa sijaitseva uusi teleskooppi aloittaa asteroidikartoituksen

eso2107fi — Organisaatiotiedote

Osana maailmanlaajuista pyrkimystä Maan läheisten kohteiden kartoittamiseksi ja tunnistamiseksi Euroopan avaruusjärjestön Test-Bed Telescope 2 (TBT2) on nyt aloittanut toimintansa. TBT2 on ESO:n La Sillan observatoriossa Chilessä sijaitseva kokeilevan teknologian hanke. Pohjoisen pallonpuoliskon kumppaniteleskoopin rinnalla toimiva TBT2 havaitsee asteroideja, jotka voivat aiheuttaa törmäysriskin Maapallon kanssa. TBT2:n avulla testataan laitteistoja ja ohjelmistoja tulevaa kaukoputkien verkostoa varten.

Euroopan avaruusjärjestön Test-Bed Telescope 2: n avoin kupoli erottuu muiden teleskooppiensa kanssa ESO:n La Sillan observatoriossa Chilessä. Test-Bed Telescope 2 liittyy kumppaninsa Test-Bed Telescope 1:n kanssa, joka sijaitsee ESAn avaruusasemalla Cebrerosissa Espanjassa ja kartoittaa taivasta maapallon lähellä saapuvien asteroidien löytämiseksi. Projekti toimii ESA:n suunnitellun Flyeye-teleskooppiverkon teknologian esittelynä. ESO:n 0,5 m ja Tanskan 0,5 m teleskooppien kupolit näkyvät taustalla. Kuva ESO.

 

”Voidaksemme laskea Aurinkokunnassa olevien mahdollisesti vaarallisten kohteiden aiheuttaman törmäysriskin, tarvitsemme ensin näiden kohteiden kartoitusta. TBT-hanke on tärkeä askel siihen suuntaan", ESO:n Chilessä sijaitsevan La Silla -observatorion laitosjohtaja Ivo Saviane kertoi.

Euroopan eteläisen observatorion (ESO) ja Euroopan avaruusjärjestön (ESA) välinen yhteistyöhanke, ”on kokeiluhanke, jolla osoitetaan valmiudet havaita ja seurata Maan läheisiä kohteita samanlaisten kaukoputkien järjestelmällä”, projektia johtava ESA:n optisen teknologian osaston päällikkö Clemens Heese sanoi.

ESO:n La Sillan ja TBT1:n 56-senttinen teleskooppi on samanlainen kuin teleskooppi, joka sijaitsee ESA:n syvän avaruuden tutkimuksen maa-asemalla Cebrerosissa Espanjassa. Järjestelmä toimii esiasteena suunnitellulle ”Flyeye” -teleskooppien verkostolle, joka on erillinen hanke, jota ESA kehittää taivaalla nopeasti liikkuvien kohteiden tutkimiseksi. Tämä tuleva verkosto tulee olemaan täysin robottimainen. Ohjelmisto suorittaa havaintojen reaaliaikaisen aikataulutuksen ja päivän päätteeksi se ilmoittaa havaituista kohteista sijainnit ja muut tiedot. TBT-hanke on suunniteltu osoittamaan, että ohjelmisto ja laitteisto toimivat odotetulla tavalla.

”TBT2:n havaintojen aloittaminen La Sillalla mahdollistaa havainnointijärjestelmän toiminnan käynnistämisen suunnitellussa kahden teleskoopin konfiguraatiossa saavuttaen lopulta hankkeen tavoitteet”, Heese sanoi.

Vaikka vakavasti haitalliset asteroidien vaikutukset maapallolla ovat erittäin harvinaisia, ne eivät ole mahdottomia. Sekä suuret, että pienet asteroidit ovat pommittaneet Maata miljardien vuosien aikana. Vuoden 2013 Tšeljabinskin meteoriitti nosti entisestään yleisön tietoisuutta Maan läheisten kohteiden aiheuttamasta uhasta. Tapahtuma aiheutti noin 1 600 loukkaantumista, mikä johtui enimmäkseen lentävistä kappaleista ja lasinsirpaleista.

Suuremmat kappaleet tekevät enemmän vahinkoa, mutta ovat onneksi helpommin löydettävissä ja tunnettujen suurten asteroidien kiertoradat tunnetaan jo perusteellisesti. On kuitenkin arvioitu, että on olemassa suuri määrä pienempiä, vielä löytämättömiä asteroideja, joista emme ole tietoisia, ja jotka voisivat aiheuttaa vakavaa vahinkoa, jos ne osuisivat asutulle alueelle.

Juuri tähän TBT ja tuleva Flyyeye-teleskooppien verkosto liittyvät. Kun verkosto on täysin toiminnassa, se tarkkailee yötaivasta ja seuraa nopeasti liikkuvia kohteita, mikä on merkittävä edistysaskel Euroopan kyvyssä havaita mahdollisesti vaarallisia Maan läheisiä kohteita.

TBT on osa organisaatioiden välistä jatkuvaa pyrkimystä saada kokonaisvaltainen kuva näistä kohteista ja niiden mahdollisista riskeistä. Hanke perustuu ESO:n aikaisempiin hankkeisiin maapallon suojelemiseksi mahdollisesti vaarallisilta Maan läheisiltä kohteilta. Sekä ESO että ESA toimivat Yhdistyneiden kansakuntien hyväksymässä kansainvälisessä asteroidivaroitusverkostossa, ja ESO:n kaukoputket ovat tehneet tässä paljon havaintoja. Esimerkiksi ESO:n New Technology Telescope-kaukoputkea La Sillalla on käytetty pienten Maan läheisten asteroidien havaintoihin tukien eurooppalaista NEOShield-2-hanketta.

ESO:n ja ESA:n jatkuva organisaatioiden välinen yhteistyö on erityisen merkittävää Maan läheisiä kohteita tutkittaessa. Vaikka TBT on ensimmäinen kaukoputkihanke, joka toteutuu näiden kahden organisaation yhteistyösopimuksen nojalla, ESO on auttanut ESA:a jäljittämään mahdollisesti vaarallisia kohteita vuodesta 2014, käyttämällä Paranalin observatorion Very Large Telescope-kaukoputkea hyvin himmeiden kohteiden havainnoinnissa. Molemmat toiminnat yhdessä ovat merkittävä harppaus eteenpäin maailmanlaajuisessa asteroidien etsinnässä ja kartoituksessa, ja ne ovat jo osoittautuneet hyödyllisiksi sulkemalla pois Maan ja asteroidien potentiaalisten törmäysten mahdollisuuksia.

TBT2:n asennus ja ensimmäiset havainnot ESO:n La Sillan observatoriossa tehtiin tiukkojen terveys- ja turvallisuusvaatimusten mukaisesti. ESO:n observatoriot keskeyttivät toimintansa väliaikaisesti viime vuonna COVID-19-pandemian vuoksi, mutta ovat sittemmin käynnistäneet uudelleen tiedeoperointeja tiukkojen rajoituksien avulla, joilla varmistetaan kaikkien turvallisuus.

 

Ingenuity lensi kolmannen kerran sunnuntaina

NASAn Ingenuity helikopteri lensi sunnuntaina kolmannen lentonsa. Tällä kertaa se ulottui jo 50 metrin etäisyyteen ja lentonopeus oli parhaimmillaan 2 m/s kun toisella lennolla se oli vain 0,5 m/s. Lähipäivinä suoritettavat neljäs ja viides lento ovat sitten aivan omaa luokkaansa, sillä helikopterilla otetaan aikaisempia suurempia riskejä. 

Ingenuityn lento kesti piteempään ja etäämmälle kuin aikaisemmilla lennoilla. Kuva NASA/JPL.

Tutkijat suunnittelevat lentoa, jonka etäisyys on 300 metriä tai jopa 600 metriä. Nämä pitkän etäisyyden lennoissa on ongelma se, että laskeutumispaikan maastoa ei ole voitu kartoittaa ennakolta. Jos huonosti käy, niin helikopteri laskeutuessaan osuu osittain korean kiveen ja kellahtaa nurin. Se on sitten lentojen ehdoton loppu, sillä kevytrakenteisessa laitteessa ei ole mitään työkaluja asennon korjaamiseen Marsin pinnalla.

Suurempien riskien ottaminen on mahdollista, koska tärkein tieto Marsin ilmakehässä lentämisestä on jo saatu: lentäminen on mahdollista! Olisiko se mahdollista myös kiinteäsiipisellä lennokilla, onkin jo toinen juttu. Tosin lennokille voisi olla vaikea löytää riittävän tasaista ja esteetöntä kiitorataa Marsista, vaikka ei se ehkä aivan mahdotonta ole. Ilmeisesti molemmilla lentolaitetyypeillä olisi omat etunsa ja rajoitteensa, joten tehtävästä riippuen valinta näiden kahden laitetyypin välillä riippuu itse tehtävästä.