Otaniemen opiskelijaryhmä ammattitutkijoiden painottomuuslennolla

Kotipaikkanaan Boedeaux'n lentokenttää Ranskassa pitävä Airbus A300 Zero-G on maailman suurin painottomuuslentoja tekevä lentokone. Se on kuin suuri siivillä varustettu laboratorio, joka nousee taivaalle simuloimaan hetkeksi avaruuden olosuhteita: lentämällä erityistä paraabelirataa pitkin sen sisälle saadaan aikaan lyhyeksi hetkeksi painoton tila, jolloin tutkivat voivat tehdä mitä erilaisimpia painottomuutta vaativia kokeitaan.

Euroopan avaruusjärjestö järjestää vuosittain pari tutkimuskampanjaa, jolloin tutkijoita ympäri Euroopan kutsutaan tekemän kokeitaan koneella. Tarkan seulan läpäisseet tutkimusryhmät pääsevät asentamaan laitteitaan koneen valkoiselle pehmustetulle lattialle ja lentävät viikon päivät koneen kyydissä miltei avaruudellisissa olosuhteissa. Lisäksi kerran vuodessa ESA kutsuu erityisellä kilpailulla mukaan opiskelijaryhmiä, joista parhaat pyydetään mukaan myös ammattilaislennolle.

Suomalaiset ovat menestyneet viime aikoina varsin hyvin ESAn opiskelijakilpailuissa, sillä viime vuonna mukana oli yksi ryhmä ja kaksi vuotta sitten peräti kaksi ryhmää. Tämän vuoden kilpailu on juuri käynnissä ja mukana mittelössä on tiettävästi kolme suomalaisryhmää.

Viime vuonna lentänyt Otaniemen teekkariryhmä pääsi myös mukaan ammattilaislennolle, joka päättyi viikko sitten. "Reissu meni oikein hyvin ja oli hienoa päästä taas leijumaan painottomuudessa", huokaili ryhmän vetäjä Tero Tuohioja Ranskasta palattuaan.

Poltetaan levyjä

Pekka Halmeen, Lauri Kangasahon, Tero Tuohiojan ja Mikko Viitasen kehittämä koejärjestely on yksinkertainen, mutta hyvin kiinnostava: poltetaan kannettavalla tietokoneella CD-levyjä painottomuuden aikana ja tutkitaan miten painottomuus vaikuttaa lopputulokseen.

"CD-levyn sisältämä metalli on hopean, indiumin, telluriumin ja antimonin sekoitusta, jota CD-aseman lasersäde kuumentaa kirjoitettaessa", selittää Tero ja jatkaa levyn metallista alapintaa esitelleen: "metalliseos muuttuu laserin kuumentamana nopeasti nestemäiseksi, ja etenkin painottomuudessa jähmettyessään siitä tule huokoista, vaahtomaista metallia. Metalliin siis pääsee sekaan kaasukuplia, jotka saavat todennäköisesti aikaan kirjoitusvirheitä levyihin."

Lauri soittaa tietokoneelta kohinaa ja Pekka selittää: "Tällainen kohina kertoo tavallista dataa paremmin polttamisen onnistumisesta, koska yksittäisistä biteistä koostuvaa satunnaista kohinaa eivät CD-soitinten korjausohjelmat kykene korjaamaan." Kohinaa voidaan polttaa levylle niin äänimuodossa kuin tiedostoinakin, joskin nyt teekkarit polttivat vain ääntä.

"Koska painottomuus kestää vain noin 20 sekuntia kerrallaan, on meillä poltto-ohjelman lisäksi lokiohjelma, joka kirjaa ylös milloin painottomuus alkoi ja milloin se päättyi, joten jälkikäteen voimme nähdä siitä tarkasti mikä osa tiedosta on poltettu missäkin lennon vaiheessa", kertoo Mikko edelleen.

Tällä kertaa kaikkein tyytyväisin oli kuitenkin Tero, sillä hän pääsi lentämään kahtena päivänä, kun muut mahtuivat kyytiin vain yhden kerran. "Saimme hyviä tuloksia ja koe meni meidän osaltamme hienosti, sillä saimme poltettua enemmän levyjä kuin viimekerralla, yhteensä 12 levyä", Tero tiivistää tapahtumia.

Olennaisin eroavaisuus edelliseen lentoon oli se, että nyt teekkareilla oli mukana myös CD-asemien toimintaa ja virheenkorjausta varten tehtyjä testisignaaleita, jotka paljastavat ainakin periaatteessa aikaisempia kohinoita paremmin lopputuloksen laadun. "Emme ole ennättäneet vielä tekemään tarkkoja analyysejä, mutta alustavien havaintojemme mukaan CD-asemien oma virheenkorjaus toimii tarpeeksi hyvin estäen datavirheiden syntymisen."

Tämä on hyvä uutinen avaruuslentäjille, joille tietojen polttaminen CD:lle on tervetullut helpotus. Nykyisin tiedot joka talletetaan tietokoneen kovalevylle tai lähetetään Maahan radioitse, vaikka CD-levyjen käyttäminen olisi kätevämpää. Tekniikkaa ei kuitenkaan ole tunnettu riittävästi, jotta kallisarvoisia tietoja olisi uskallettu niille tallettaa.

Ammattilaislento

Siinä missä opiskelijalennoilla tutkimusta tehdään hauskanpidon säestyksellä ja lentojen antama innostus on olennainen osa koko toimintaa, oli ammattilaislennolla vakavampi henki. "Oli hienoa nähdä oikeaa avaruustutkimusta, sillä suuri osa kokeista oli samanlaisia, mitä tehdään avaruuslennoilla", toteaa Tero ja huomauttaa, että mukana oli jopa astronautteja.

Itse asiassa lennoilla oli mukana koko viime syksyllä avaruusasemalla käynyt Odissea-lennon miehistö, kun lennon eurooppalaisastronautti Frank De Winne toi kollegansa Sergei Zaletinin ja Juri Lonchakovin mukanaan Bordeaux'iin. He toimivat belgialaisen Leuvenin yliopiston sydän- ja verisuonitutkimuksen koekaniineina. Kyseinen tutkimus alkoi jo kolmikon avaruuslennon aikaan ja on jatkunut myös Maan päällä erilaisilla kokeilla.

Mukana oli myös toinen ESAn astronautti, hollantilainen Andre Kuipers, joka toimi puolestaan Tukholman Karoliinisen instituutin tutkimuksen koevälineenä: tutkimuksessa koitetaan saada lisätietoa hengityselimistön toiminnasta painottomuudessa ja sitä jatketaan aikanaan kansainvälisellä avaruusasemalla, minne Kuipers tulee lentämään viikon ajaksi vuoden kuluttua. Tutkimuksen tuloksena on jo nyt saatu kehitettyä sairaalakäyttöön sopivan tutkimuslaitteen koekappale ja se saadaan toivottavasti pian aktiiviseen käyttöön. Kyseinen laite oli mukana tammikuisella Columbia-sukkulan lennolla, mutta menetettiin sen traagisessa onnettomuudessa.

Kaikkein kokenein painottomuuslentäjä (kun avaruudessa olleita astronautteja ei oteta lukuun) oli varmaankin tanssija Kitsou Dubois, joka on osallistunut kaikkiaan kahteentoista painottomuuslentokampanjaan vuoden 1990 jälkeen. Hänen avullaan brittiläisen Imperial Collegen tutkijat mittaavat miten ihminen ohjaa omia liikkeitään. Aivot lähettävät käskyjä liikkeistä lihaksille, ja painottomuudessa näitä signaaleja voidaan tutkia normaaliympäristöämme tarkemmin ja paremmin. Tutkijat käyttävät tanssijoita mielellään kokeissaan, koska he pystyvät hallitsemaan liikkeitään ja lihaksiaan tavallisia ihmisiä paremmin.

Kaikkiaan lennolla oli mukana 12 tutkimusryhmää, joista suomalaisten lisäksi yksi muu oli päässyt mukaan syksyn opiskelijalennolta. Regensburgin yliopiston ryhmä tutki yksinkertaista, mutta silti kovin hankalaa pähkinäpusseihin liittyvää ongelmaa: miksi suuret pähkinät ovat aina päällimmäisinä ja pienet vajonneet pussin pohjalle. Luonnollisestikin kyse on laajemmasta asiasta kuin vain pähkinöistä, sillä ilmiö on tuttu muualtakin ja se pohdituttaa fyysikkoja. Onko painovoimalla jotain tekemistä kummallisen ilmiön kanssa?

Painottomuuslentojen periaate

Painottomuuslennoilla käytettävä Airbus on periaatteessa normaali liikennelentokone, jonka sisustaan on tehty vain muutoksia. Sen keskiosan istuimet on poistettu ja seinät sekä lattia siltä kohdalta päällystetty pehmusteilla. Lisäksi lattiatasossa on sähköpistokkeita ja kiinnikkeitä tutkimuslaitteille. Ainoa rakenteellinen lentokoneeseen tehty muutos on moottoreissa, joiden voitelusysteemiä on muutettu siten, että öljy kiertää myös painottomuuden aikana ilman ongelmia.

Käytännössä lento tapahtuu siten, että kone lentää Bordeaux'sta Atlantin päälle alueelle, jota käytetään yleensä koelentoihin ja muihin omituisiin lentoihin. Alue on syrjässä normaaleilta lentoreiteiltä ja tyhjän meren päällä, joten siellä tehtävät kummalliset lentoradat eivät haittaa muita. Kone aloittaa painottomuuslennon aluksi ns. ylösvedon normaalista vaakalennosta noin 6 km korkeudessa, jolloin pilotit ohjaavat koneen aina 47 asteen kulmaan asti - nokka nousee lähes kohti taivasta. Tämän vaiheen aikana matkustajat kokevat 1,8 g:n kiihtyvyyden, eli lähes kaksinkertaisen normaalipainovoiman. Siksi suurin osa matkustajista makaa lattialla paikallaan, jotta olo olisi helpompi. Kun kone saavuttaa vajaan 8 kilometrin korkeuden, ohjataan se viiden metrin tarkkuudella painottomuuden antavalle paraboliradalle. Pienen välivaiheen aikana kiihtyvyys heilahtelee hieman, kunnes se putoaa mikropainovoimaksi.

Ulkopuolelta katsottuna manöveeri on yksinkertaisesti paraabelin muotoinen lento, eli kone lähtee lentämään jyrkästi ylöspäin ja vetää moottorit vähän ajan kuluttua lähes tyhjäkäynnille, jolloin kone alkaa lentää vapaassa heittoliikkeessä ilman halki. Koneen lento vastaa siis jokseenkin sitä, kun autolla ajaa nopeasti pienen nyppylän yli, jolloin mahassa muljahtaa. Lentokoneella muljahdus kestää vain tuon noin 22 sekuntia, minkä jälkeen lentäjät kääntävät koneen taas kohti vaakalentoa, jolloin pystykiihtyvyys nousee jälleen lähes kaksikertaiseen painovoimakiihtyvyyteen. Paraabeleja tehdään yhden lennon aikana normaalisti 31 kappaletta, mistä tulee yhteensä noin 12 minuuttia painottomuutta yhtä lentopäivää kohden.

Seuraava ESAn painottomuuslentokampanja on syksyllä, jolloin ovat jälleen vuorossa opiskelijaryhmät. Toivottavasti mukana on silloin myös suomalaisia.