Uutiset

Budjettimatkailua aurinkokunnassa

Aurinkotuulella seilaaminen puolen hiuksen paksuisten lankojen avulla lähes 200 000 kilometrin tuntivauhdilla kuulostaa lähinnä tieteiskirjallisuudelta, mutta Pekka Janhunen on toista mieltä. Hänen keksimänsä sähköpurje saattaa mullistaa aurinkokuntamme sisäisen avaruusmatkailun jo reilussa vuosikymmenessä.

Aurinkoamme kiertää vähintäänkin satojatuhansia asteroideja, kivisiä ja jäisiä lohkareita. Nämä planeettoja pienemmät kappaleet sisältävät arvokkaita metalleja, jotka odottavat vain hakijaansa. Ja tietenkin vettä, josta voidaan valmistaa rakettipolttoainetta. Välitankkaus Marsin kiertoradalla helpottaisi kummasti avaruusmatkailua.

Suomea luulisi kiinnostavan aurinkovoimasatelliitti. Täällä pimeässä ja kylmässä maassa olisi poikaa, jos avaruudesta saataisiin saasteetonta sähköenergiaa 24 tuntia päivässä viikon jokaisena päivänä. Läpi vuoden.

Jonain päivänä kaikki tämä voi olla todellisuutta. Eikä se päivä ole välttämättä edes kovin kaukana, mikäli uskomme hämeenlinnalaista tutkijaa Pekka Janhusta.

Aurinkotuulella seilaaminen puolen hiuksen paksuisten lankojen avulla lähes 200 000 kilometrin tuntivauhdilla kuulostaa lähinnä tieteiskirjallisuudelta, mutta Janhunen on toista mieltä.

Hänen keksimänsä sähköpurje saattaa mullistaa aurinkokuntamme sisäisen avaruusmatkailun jo reilussa vuosikymmenessä.

Avaruuden valloitus ei ole kuitenkaan mikään itseisarvo. Loppujen lopuksi kysymys on siitä, millaisen tulevaisuuden haluamme itsellemme tämän oman ainutkertaisen pallomme pinnalla.

Budjettimatkailua aurinkokunnassa
Pekka Janhunen pitää kädessään valkoista kuutiota, kooltaan kymmenen senttiä kanttiinsa. Ei uskoisi, että se on avaruussatelliitti. Tai oikeammin kolmiuloitteinen mallinnos satelliitista.

Kuutio kuvaa Tarton yliopiston kehittämää nanosatelliittia, ESTCube-1:tä, joka on Viron ensimmäinen oma satelliittiprojekti. Laukaisu avaruuteen tapahtuu ensi vuoden lopulla.

Virolaissatelliitin laukaisun yhteydessä kokeillaan ensimmäistä kertaa käytännössä, toimiiko Janhusen keksinnön, sähköisen aurinkotuulipurjeen eli sähköpurjeen, toimintaperiaate.

Tähän asti kaikki on ollut teoriaa, mutta Janhusen vuonna 2006 Kumpulan avaruuskeskuksessa tekemän keksinnön tulevaisuus näyttää lupaavalta. EU päätti joulukuussa, että sähköpurjeen kehittämistä tuetaan 1,7 miljoonalla eurolla vuosina 2011-2013. Projektissa on mukana yhdeksän tutkimuslaitosta viidestä Euroopan maasta.

Viime marraskuussa Ilmatieteen laitoksella tutkimuspäällikkönä toimivan Janhusen sähköpurje voitti laatuinnovaatiopalkinnon potentiaalisten innovaatioiden sarjassa. Palkinnon jakoi presidentti Tarja Halonen.

Janhusen mukaan kysymys ei ole äkillisestä kiinnostuksen kasvusta, vaan johdonmukainen jatke neljän vuoden uutteralle työlle. Teoriasta ollaan siirtymässä nyt käytäntöön.

Vaan mikä tämä sähköpurje oikein on? Sen avulla kun pitäisi pystyä liikkumaan avaruudessa nopeasti ja edullisesti ilman polttoainetta.

Voima aurinkotuulesta
Maallikolle on vaikea hahmottaa sähköpurjeen toimintaa, mutta yritetään. ”Tavallinen” aurinkopurje käyttää hyväkseen Auringon säteilypainetta, ja purje on tehty kiinteästä materiaalista. Sähköpurje puolestaan käyttää hyväkseen aurinkotuulta, joka on noin 5 000 kertaa heikompi kuin Auringon säteilypaine.

Tästä johtuen sähköpurje on tavattoman suuri. Täysikokoisen purjeen halkaisija on 40 kilometriä. Se koostuu hyvin ohuista, 25-50 mikrometrin paksuisista metallisista langoista, joita on 50-100 kappaletta. Purjeeseen tarvitaan tätä liekaa 2 000 kilometriä.

Kun kelalla oleva sähköpurjelanka avataan avaruudessa ja kytketään satelliitissa olevaan pieneen, muutaman sadan watin tehoiseen aurinkopaneelilla toimivaan elektronitykkiin, sen sähkövaraus luo ison purjepinta-alan, joka vastaanottaa aurinkotuulesta tarvittavan työntövoiman. Menetelmällä voidaan avaruudessa jopa luovia, kuten merellisessäkin purjehduksessa.

Liekaa on olemassa tällä hetkellä 20 metriä. Sitä tehdään Ilmatieteen laitoksen naapurissa Helsingin yliopiston fysiikan laitoksella.

– Ensi syksynä on tavoite, että liekaa pystytään tekemään jo satoja metrejä. EU-projektin virallinen tavoite on ,että vuoteen 2013 mennessä on valmiina yksi kilometri, mutta itse arvioin valmista liekaa olevan viisi kilometriä, Janhunen sanoo.

Nyt liekaa tekee yksi tehdas, mutta tavoitteena on 4-5 tehdasta. Tosin ”tehdas” tarkoittaa tässä yhteydessä pientä laitetta, joka mahtuu hyvin A4-paperiarkin päälle.

– Haasteena on pitää laatu tasaisena.

Koska tositoimiin?
Virolaissatelliitin matkassa avaruuteen lähtee ensi vuonna vain yksi kymmenmetrinen lieka. Sen avulla todennetaan kokeellisesti ensimmäistä kertaa, että sähköpurjeen perusidea toimii.

Toisen kerran asiaa varmistetaan vuotta myöhemmin, kun suomalaisen Aalto-yliopiston Aalto-1-satelliitti laukaistaan avaruuteen.

Janhunen spekuloi, että ensimmäinen ”oikea” sähköpurje voitaisiin nähdä avaruudessa aikaisintaan vuonna 2015. Siinä metallista liekaa olisi ehkä joitain kymmeniä kilometrejä.

Kaupallisia sovelluksia ja isoja hyötykuormia saadaan hänen mukaansa – rahoituksesta riippuen – odottaa vielä ehkä kymmenisen vuotta.

Sitten mennäänkin aika haipakkaa. 200 kilon hyötykuormalla sähköpurjealuksen loppunopeus voi olla 50 kilometriä sekunnissa eli 180 000 kilometriä tunnissa. Pluton ohilento voisi tapahtua alle viidessä vuodessa.

Moneen tarkoitukseen
Hämeenlinnalainen Pekka Janhunen on vakuuttunut, että hänen keksinnöllään olisi useita sovellutuskohteita. Yksi olisi suurten aurinkovoimasatelliittien rakentaminen edullisesti.

Aurinkovoimasatelliitti on yksi tulevaisuuden tapa tuottaa kaupallista sähköenergiaa. Avaruudessa radallaan kiertävä satelliitti lähettää suurilla aurinkopaneeleilla keräämäänsä energian maahan mikroaalloilla noin kymmenen kilometrin kokoiseen antennikenttään.

Menetelmä olisi nykyisellään varsin kallis, mutta sähköpurje voisi laskea kustannuksia, jos sen avulla voitaisiin tuottaa aurinkokunnan asteroideilla jäästä nestemäistä vetyä ja happea eli rakettipolttoainetta. Lisäksi satelliittien yksinkertaisempia rakenneosia voitaisiin tehdä asteroideissa.

Toinen sovellutuskohde olisi helpottaa miehitettyä Mars-lentoa, jos sellaista joskus halutaan. Sähköpurje voisi tehdä polttoainetta avaruudessa, jolloin sitä ei tarvitse olla aluksen laukaisuhetkellä paluumatkaa varten.

– Alus voidaan tankata Marsin kiertoradalla.

Kolmas purjeen käyttötarkoitus voisi olla platinaryhmän metallien tuominen robottivoimin maahan asteroideilta. Maan omat platinavarat ovat suurelta osin painuneet ytimeen, eikä niitä pystytä hyödyntämään.

– Ei halvempaa tavaraa kannata avaruudesta maahan tuoda.
Platina on tärkeä raaka-aine erilaisten katalysaattorien valmistamisessa. Esimerkiksi polttokennot ovat tällaisia. Ne ovat kalliita, mutta hyötysuhteeltaan ja ympäristöystävällisyydeltään huomattavasti polttomoottoreita parempia autojen voimanlähteenä.

– Nämä ovat pitkän tähtäimen tavoitteita, jotka vaikuttavat ihmisten jokapäiväiseen elämään tulevaisuudessa, siis eräänlaista tulevaisuuden ympäristötekniikkaa, Janhunen summaa.

Ikään kuin sivutuotteena sähköpurjeella voidaan torjua avaruusromua. Purjeella jarrutetaan ilmakehään palaavaa satelliittia, jottei se jää romuna maata kiertämään.

Jos joskus kävisi niin, että planeettaamme uhkaisi asteroidin törmäys, voisi sähköpurje olla avuksi siinäkin.

– Jos törmäävä asteroidi havaitaan riittävän ajoissa, ja jos se ei ole liian suuri, se voidaan poikkeuttaa radaltaan. 150-metrinen asteroidi voidaan poikkeuttaa yhden newtonin perussähköpurjeella seitsemässä vuodessa sivuun Maan reitiltä. Tuon kokoisen asteroidin törmäys tuhoaisi suunnilleen Etelä-Suomen kokoisen alueen, ja törmäysalue pystyttäisiin ennustamaan etukäteen, Janhunen selittää. (HäSa)