SMART-1 matkalla kohti Kuuta

ESAn SMART-1 -luotain oli yksi kolmesta Ariane-lennon numero 162 satelliitista. Ariane 5:n perusversio laukaistiin avaruuteen Kouroun avaruuskeskuksesta Ranskan Guianasta kello 2.14 Suomen aikaa.  

42 minuuttia lentoonlähdöstä kaikki kolme satelliittia oli irroitettu raketista siirtoradalle kohti geostationaarista kiertorataa maapallon ympärillä. Siirtoradan korkein piste oli 36 016 kilometrin päässä Maasta ja matalin 742 kilometrin etäisyydellä, rata oli kallellaan päiväntasaajan suhteen seitsemän astetta; rataa käytetään satelliittien viemiseen geostationaariradalle, joka on ympyränmuotoinen rata noin 36000 kilometrin korkeudessa. Siinä missä kaksi muuta satelliittia ohjataan siirtoradalta geostationaariradalle, pysyy SMART-1 toistaiseksi siirtoradalla ja aloittaa siltä oman matkansa kymmenen kertaa kauemmaksi.

"Eurooppa voi olla ylpeä", totesi ESAn pääjohtaja Jean-Jacques Dordain laukaisun jälkeen ESAn lennonvalvontakeskuksessa ESOC:issa, Saksan Darmstadtissa. "Olemme matkalla kohti Kuuta, mutta tämä on vasta alkua, sillä valmistaudumme samalla kurottamaan paljon kauemmaksi."

"Tiede ja tekniikka kulkevat käsi kädessä tällä jännittävällä lennolla kohti Kuuta. Maalla ja Kuulla on yli neljä miljardia vuotta yhteistä historiaa takanaan, joten Kuun tutkiminen ja sen parempi ymmärtäminen attaa tutkijoita niin Euroopassa kuin muuallakin maapallolla ymmärtämään paremmin omaa planeettaamme ja auttaa meitä kenties suojelemaan sitä paremmin", sanoi ESAn tiedeohjelman päällikkö David Southwood laukaisukeskuksessa Kouroussa, seurattuaan siellä Arianen matkaa tummalle taivaalle.

Avaruusalus on avannut aurinkopaneelinsa ja sen systeemejä tarkistetaan parhaillaan. Tarkistukset jatkuvat lokakuun 4. päivään saakka ja niiden aikana myös SMART-1:n uudenlainen ionimoottori käynnistetään. Eräs ensimmäisistä päälle kytkettävistä instrumenteista on suomalaisvalmisteinen SPEDE, jonka tehtävänä on tutkia moottorin toimintaa sekä avaruuden sähköisesti varattuja hiukkasia. "Vaikka kaikki on toki testattu jo ennalta, on aina jännittävää nähdä kuinka laite toimii siellä avaruudessa", kertoo Antti Mälkki, SPEDE-instrumentin tieteellinen johtaja Ilmatieteen laitokselta: "totuuden hetki koittaa noin puolitoista vuorokautta laukaisun jälkeen, kun SPEDEen kytketään virta päälle."

Jo tarkistusten aikana 30. syyskuuta SMART-1:n kiertorataa aletaan nostaa nopeasti ionimoottorin avulla, koska nykyisellä radallaan luotain kulkee jatkuvasti Maata ympäröivien säteilyvyöhykkeiden läpi. Ne heikentävät aurinkopaneelien tehoa ja saattavat aiheuttaa häiriöitä luotaimen laitteisiin, joten on edullista päästä nopeasti korkeammalle kiertoradalle.

Moottoria käytetään aluksi yhtä kyytiä lähes 80 vuorokauden ajan - moottori sammutetaan hetkeksi, kun luotain on Maan varjossa - minkä ansiosta kiertoradan matalin piste nousee noin 750 kilometristä 20 000 kilometriin, missä säteilyvyöhyke ei enää haittaa.

Tämän jälkeen SMART-1 sytyttää moottoriaan uudelleen muutamiksi päiviksi kerrallaan, jotta kiertorata nousisi edelleen aina lähelle Kuun kiertoradan korkeutta. Noin 200 000 kilometrin päässä Maasta Kuun vetovoima alkaa vaikuttaa luotaimeen, jolloin Kuu vetää sitä puoleensa aina ohi kulkiessaan. SMART-1 tekee lopulta joulukuussa 2004, tammikuussa 2005 ja helmikuussa 2005 erityisiä painovoimakenttämanöveerejä, joiden seurauksena Kuu nappaa luotaimen ympärilleen maaliskuussa 2005.

Painovoiman hyväksikäyttö perustuu siihen, että SMART-1 ajetaan Maan ja Kuun välisessä avaruudessa alueelle, missä kumpikin taivaankappale vaikuttaa vetovoimallaan lähes yhtä voimakkaasti siihen. Kun luotaimen pientä rakettimoottoria käytetään tuolloin, on sillä hyvin suuri vaikutus ja lopulta siirtyminen Maan kiertoradalta Kuuta kiertämään tapahtuu lähes huomaamatta, ikään kuin painovoimakenttiä huijaamalla. Sen jälkeen kun SAMRT-1 kiertää Kuuta, voidaan sen kiertorataa säätää matalammaksi samaan tapaan kuin Maan ympärillä rataa voitiin nostaa korkeammaksi.

Ionimoottolla Kuuta kiertämään

Matka Kuuta kiertämään kestää noin 18 kuukautta ja sinä aikana luotaimen toimintaa tutkitaan tarkasti. Päävastuun moottorin toiminnan tarkkailusta kantaa suomalaismittalaite SPEDE sekä erityinen moottoria tarkkaileva mittalaite EPDP. Ionimoottori syöksee taakseen sähköisesti varattuja hiukkasia, joten laitteiden avulla halutaan selvittää, vaikuttaako moottorin päästöt luotaimella tehtäviin mittauksiin ympäröivän avaruuden olemuksesta sekä aiheuttaako moottori häiriöitä luotaimen omaan toimintaan.

Ionimoottori käyttää polttoaineenaan pientä määrää xenon-kaasua, jota se kuumentaa niin voimakkaasti, että atomit muuttuvat sähköisesti varatuiksi hiukkasiksi, joita moottori voi kiihdyttää magneettisesti hyvin suureen nopeuteen. Koska moottorin tarvitsema sähkövirta saadaan aurinkopaneeleista, kutsutaan systeemiä aurinkosahköiseksi työntövoimasysteemiksi. Sitä voidaan käyttää tulevaisuuden planeettalennoilla, jolloin luotaimen massa saadaan pienemmäksi ja polttoaineen sijaan kyytiin voidaan ottaa enemmän tieteellisiä tutkimuslaitteita.

Sähkömoottorin lisäksi SMART-1 testaa useita muita erilaisia uusia tekniikoita: avaruuskäytössä uusia Litium-Ioni-paristoja, uuden sukupolven tietoliikennelaitteistoja, automaattista lennonvalvontaa ja autonomista navigointia, joka on ensimmäinen askel kohti itsenäisesti avaruudessa liikkuvia avaruusaluksia. Darmstadtin lennonjohto tulee olemaan yhteydessä luotaimeen huomattavasti harvemmin kuin yleensä vastaaviin luotaimiin ollaan: vain noin 8 tuntia viikossa ja myöhemmin vieläkin vähemmän.

Kuu on tuttu, mutta tuntematon

SMART-1 aloittaa toisen vaiheen lennollaan huhtikuussa 2005, jolloin sen kuusikuukautinen tehtävä Kuun ympärillä alkaa. Se kiertää Kuuta napojen kautta kulkevalla radalla ja kartoittaa Kuun pintaa eri instrumenteillaan. Vaikka 40 vuoden aikana useat eri luotaimet ovat kuvanneet Kuuta ja kuusi miehitettyä lentoa on laskeutunut Kuuhin, on sen pinnalla vielä paljon tuntemattomia alueita ja runsaasti tutkimatonta.

AMIE-niminen mikrokamera kykenee kuvaamaan Kuun pintaa näkyvän valon alueella jopa hyvin heikoissa valaistusolosuhteissa. Se pystyy näkemään jopa ikuisessa varjossa olevien napa-alueiden kraaterien pohjille. Infrapuna-alueella toimiva SIR-spektrometri kartoittaa Kuun pinnan mineraaleja ja pystyy havaitsemaan niin vesijäätä kuin hiilidioksidijäätä, joita saattaa olla kraaterien pohjilla. Röngenspektrometri D-CIXS tekee ensimmäisen koko Kuun kattavan kemiallisen kartan ja sitä säestävä suomalainen aurinkomonitori XSM tutkii Auringon koronaa; tieto on kiinnostavaa aurinkotutkimuksen kannalta, mutta antaa tärkeää kalibrointidataa röntgenhavaintoja varten. Lisäksi XSM toimii luotaimen henkivartijana, sillä se antaa varoituksen mahdollisista aurinkomyrskyistä.

Moottorin toiminnan seuraamisen lisäksi SPEDE mittaa matkalla Kuuhun avaruuden sähköistä olemusta ja Kuuta kiertäessä se antaa toivottavasti ensimmäisiä tietoja Kuun varjopuolella olevista kiinnostavista aurinkotuuli-ilmiöistä; arvioiden mukaan Auringosta poispäin virtaava hiukkasten vuo ikään kuin pyörteilee Kuun takana.

Kaikkiaan SMART-1:n keräämät tiedot auttavat meitä ymmärtämään paremmin Kuun syntyä, kehitystä, kemiallista koostumusta ja siellä tapahtuvia geofysikaalisia ilmiöitä. Näistä ei ole iloa vain kuututkijoille, vaan planeettatutkimukselle yleisesti.

Suomalaista ja ruotsalaista osaamista

SMART-1 -luotaimen rakensi ja kehitti Ruotsin avaruusyhtiö Rymdbolaget Euroopan avaruusjärjestön tilauksesta. Luotaimen valmistamiseen on osallistunut noin 30 yhtiötä ja tutkimuslaitosta kaikkiaan 11 Euroopan maasta ja Yhdysvalloista. Pienestä koostaan huolimatta SMART-1 kuljettaa mukanaan 19 kiloa erilaisia tutkimuslaitteita Suomesta, Saksasta, Italiasta, Sveitsistä ja Isosta-Britanniasta. Suomalaisia tutkimuslaitteita ovat SPEDE ja XSM.

XSM (X-ray Solar Monitor) on pienen digitaalikameran kokoinen röntgensäteilyn aallonpituudella toimiva instrumentti. Vain 200-grammaa painava laite ja sen brittiläinen oheislaite D-CIXS tulevat tutkimaan mm. Kuun pintaa, jonka SMART-1 tulee kartoittamaan paitsi näkyvän valon, niin myös röntgensäteilyn alueella. Laitteen on valmistanut suomalainen Metorex International Oy ja sen tekemiseen on osallistunut myös brittiläinen Rutherford Appleton Laboratory. Saatava tieto voi auttaa tutkijoita mm. löytämään vettä ja muita tärkeitä aineita Kuun pinnan alta. XSM mittaa Auringon lähettämää röntgensäteilyä, joka on lähteenä Kuun pinnalta tulevalle röntgensäteilylle. Siten se tuottaa myös Auringon tutkimukselle merkittävää mittausaineistoa.

SPEDE (Spacecraft Potential, Electron and Dust Experiment) tutkii Kuun sijaan avaruusaluksen ympäristöä. Luotaimen ionimoottori vaikuttaa lähiympäristön sähköisiin ominaisuuksiin, joten häiriöiden tutkiminen on tärkeää varsinaisista kohteista tehtävien luotettavien mittaustulosten saamiseksi. SPEDE mittaa siksi aluksen ympäristön sähkömagneettisia ominaisuuksia ja ionimoottorin toimintaa, mutta tekee myös varsinaisia tieteellisiä havaintoja tutkimalla plasman tiheyttä ja pölyvirtausta Maan ja Kuun ympäristössä. Lisäksi laitteen avulla saadaan kiinnostavaa tietoa elektronivirtauksen epävakaisuudesta aurinkotuulessa. SPEDE on Ilmatieteen laitoksen suunnittelema ja yhteistyössä suomalaisen teollisuuden kanssa valmistama.

Luotaimen mikrokamera AMIE (Asteroid-Moon Micro-Imager Experiment) on puolestaan eräs edistyksellisimmistä värikameroista koko maailmassa. Varsinainen kamera, sen optiikka, elektroniikka sekä liitososat luotaimeen painavat yhteensä vain 450 grammaa. Kooltaan tämä Kuun pintaa tutkiva laite on vain tulitikkuaskin luokkaa. Helsigin yliopiston Observatorio tutkii AMIEn avulla Kuun pinnan valonsirontaominaisuuksia, joka auttaa osaltaan ymmärtämään paremmin aurinkokunnan pienkappaleiden ominaisuuksia.

Tekes on rahoittanut SMART-1 –luotaimen havaintolaitteiden tekemistä 2,3 miljoonalla eurolla, josta 2,1 miljoonaa euroa on osoitettu XSM-instrumentille.

Lisätietoja:

ESAn tiedotusosaston lehdistötoimisto, Pariisi
Puh: +33 (0)15369 7155
Faksi: +33 (0)15369 7690

Esa Panula-Ontto, avaruusyksikön päällikkö, Tekes
puh. 050 5577 853
esa.panula-ontto@tekes.fi

Anssi Mälkki, erikoistutkija, Ilmatieteen laitos
puh. 050 337 5624
anssi.malkki@fmi.fi

Juhani Huovelin, dosentti, Helsingin yliopisto
puh. (09) 191 22948, 050 584 1449
juhani.huovelin@helsinki.fi