Aurinkotuulen avulla Marsiin

14.05.2015 - Lukuaika 3 minuuttia
- Luonto ja maailma Mediat ja teknologia
Pekka Janhunen - FT, tutkimuspäällikkö, sähköpurjeen keksijä - Ilmatieteen laitos

Näköpiirissä on tekniikkaa, jonka avulla miehitetyt lennot Marsiin voisivat olla huomattavasti halvempia kuin aiemmin ajateltiin. Edestakaisin liikennöivät alukset mahdollistaisivat ihmisen jatkuvan läsnäolon Marsissa.

Nykytekniikalla avaruusaluksia ei voi tankata matkan varrella. Alukset tarvitsevat liikkumiseen rakettimoottoria, joka kuluttaa aluksen mukanaan kuljettamaa polttoainevarastoa. Kun säiliö on tyhjä, aluksen kulkuun ei voi enää vaikuttaa.

Pitkien matkojen avaruustehtävät ovat kalliita toteuttaa, koska ne vaativat suuren ja painavan polttoainemäärän laukaisemista Maasta. Havainnollinen esimerkki on amerikkalaisten miehitetty kuulento. Matkaan tarvittiin valtava kantoraketti, vaikka Kuusta palasi Maahan melko kevyt laskeutumisalus miehistöineen ja kivinäytteineen. Melkein kaikki raketin laajan järjestelmän osat olivat kertakäyttöisiä ja hylättiin matkan eri vaiheissa painon keventämiseksi. Pahinta on, että ajoaineen määrä kasvaa eksponentiaalisesti.

Edestakainen Mars-matka kestää noin kaksi vuotta.

Tankkaushaasteiden takia esimerkiksi edestakainen miehitetty lento Marsiin olisi kallis toteuttaa. Teknisesti se olisi mahdollista. Tämä on ajanut jotkut pohtimaan radikaaleja ja eettisesti kyseenalaisia keinoja, kuten yksisuuntaisia lentoja, joilta ei ole mahdollista palata.
 
Suomessa keksitty sähköinen aurinkotuulipurje tarjoaa uudenlaisen, polttoaineettoman tavan liikkumiseen aurinkokunnassa. Aurinkotuuli on auringosta peräisin oleva hiukkasvirtaus, joka aiheuttaa esimerkiksi revontulia. Se on myös luonnon tarjoama ilmainen työntövoiman lähde. Aurinkopurjeen hyödyntäminen keventäisi avaruuslentoja monella tapaa.

Aurinkotuuli on hyvin heikko, joten purjeen pinta-alan täytyy olla suuri. Sähköpurje koostuukin jopa 20 kilometrin pituisista, ohuista, sähköisesti varatuista metallilieoista. Niitä ympäröivä sähkökenttä toimii purjeena. Sähköpurjeen tehokkuus perustuu siihen, että aurinkotuulelle luodaan aineeton, sähkökentästä koostuva este. Este ei paina mitään, vaan ainoastaan sähkökentän lähteenä toimivat lieat painavat jonkin verran.

Sähköpurjeen käytännön maksimikoko näyttää olevan noin yhden newtonin työntövoima. Tällöin sähköpurjeella voitaisiin liikutella muutaman tonnin massoja taivaankappaleelta toiselle säädyllisessä ajassa.

Yhden sähköpurjeen työntövoima on liian pieni, että sitä voisi käyttää kymmenien tonnien painoisen miehitetyn aluksen työntämiseen. Sähköpurjeilla voitaisiin kuitenkin kuljettaa etukäteen polttoainetta sopiville kiertoradoille, joita miehitetty alus voisi käyttää välitankkauksiin. Paluulennolla tarvittavaa ajoainetta ei tarvitsisi kuljettaa mukana. Tällöin esimerkiksi nelihenkisen miehistön edestakainen matka Marsiin ei olisikaan enää kustannuksiltaan hirmuinen.

Sini Merikallio, Ilmatieteen laitos.Sini Merikallio, Ilmatieteen laitos.

Vielä enemmän kustannuksissa säästetään, jos välitankkausten polttoaine saadaan muualta aurinkokunnasta. Monien asteroidien pinta-aines sisältää vettä jäänä tai kidevetenä, jonka vapauttaminen vaatii vain hieman lämmitystä. Vesi voidaan hajottaa samaksi rakettipolttoaineeksi, jota miehitetyllä Mars-lennolla on jo kaavailtu käytettävän. Tällöin maasta täytyisi laukaista ainoastaan miehistö, ruoka ja tarvikkeet.

Ongelmaksi jää veden siirtäminen asteroidilta raketin matkan varrelle. Asteroidilta vapautetun veden kuljetus voitaisiin hoitaa sähköpurjeen avulla. Maasta pitäisi nostaa vain laitteistot, jotka vapauttavat vettä asteroidilta ja tekevät siitä polttoainetta. Laitteistot eivät myöskään olisi kertakäyttöisiä toisin kuin nykyään.
 
Koska matka Marsiin tapahtuu enimmäkseen Maan magneettikentän ulkopuolella, aluksen seinämien on oltava riittävän massiiviset suojatakseen miehistöä avaruussäteilyltä. Vesi on hyvä säteilysuojamateriaali, jota käytetään mm. ydinvoimaloiden polttoainealtaissa. Asteroidilta tuotua vettä voitaisiin hyödyntää myös säteilysuojana ja tankata alukseen avaruudessa ensimmäisen polttoainetankkauksen yhteydessä.

Asteroideilta voisi vapauttaa vettä, josta tehtäisiin rakettipolttoainetta.

Marsiin laskeutumisessa käytetään normaalisti kertakäyttöistä lämpökilpeä. Suurehkon miehistöaluksen lämpökilpi painaa paljon ja sen testaaminen etukäteen on hankalaa. Jos kuitenkin matkan varrella on saatavilla rakettipolttoainetta, laskeutuminen voitaisiin suorittaa lähes pelkästään rakettimoottorilla jarruttamalla. Tällöin lämpökilpeäkään ei tarvitsisi kuljettaa mukana.
 
Yllä kuvatuilla ratkaisuilla voitaisiin mahdollistaa jatkuva edestakainen miehitetty liikenne Maan ja Marsin välillä ja pysyvä läsnäolo punaisella planeetalla. Edestakaisen Mars-matkan kesto on noin kaksi vuotta. Noin vuoden mittaisia avaruusoleskeluja on jo ollut useita. Kunhan toiminta olisi vakiintunut, Maasta laukaistaisiin lähinnä vain uusia miehitettyjä kapseleita sekä elintarvikkeita ja muita varusteita.

Toiminta muistuttaisi kustannuksiltaan ja laukaisumääriltään nykyistä Kansainvälisen avaruusaseman (ISS) ylläpitoa. Pelkän Maan kiertämisen sijaan miehistöt kävisivät Marsissa asti. Miehitettyjä lentoja voitaisiin tehdä myös Kuuhun, lähiasteroideille, Marsin kuihin sekä Venuksen kiertoradalle.

Lisätietoja julkaisusta.

 
 

Pekka Janhunen

FT, tutkimuspäällikkö, sähköpurjeen keksijä - Ilmatieteen laitos
 

Kommentit

Uutistamo

Kirjaudu tai luo tunnus Uutistamoon
Twitter- tai Facebook-tunnuksillasi

Facebook Twitter

Uutistamo ei lähetä viestejä Facebookiin tai Twitteriin puolestasi.