Aurinkoa ja vettä

Sähköpurjekolumni 17.1.2008

Aurinko, vesi ja ravinteet ovat elämän perusedellytykset. Missä vain on niitä kolmea, elämä rönsyilee, jos yksikin puuttuu, on autiota.  Aurinkoa ja vettä käytetään myös tämän artikkelissa "Sähköpurje, aurinkovoimasatelliitit ja energiantuotanto", joka julkaistiin alunperin Arkhimedes-lehdessä viime kesänä.

Sähköpurjeilla voitaisiin hakea asteroideilta vettä, josta tehtäisiin kiertoradalla rakettipolttoainetta (vetyä ja happea). Jos jäisiä asteroideja on lähellä Maata, rahtaus kannattaisi perinteisemmälläkin tekniikalla. Joka tapauksessa näin vältyttäisiin laukaisemasta polttoainetta Maasta, mikä halventaisi avaruustoimintaa. Tätä infrastuktuuria voisi käyttää moneen tarkoitukseen, mutta erityisesti aurinkovoimasatelliittien rakentamiseen. Aurinkovoimasatelliitit ovat nykyisellään noin sata kertaa liian kalliita, näin saataisiin hinnasta pois parhaimmillaan kaksi kolmasosaa. Alennusprosentti ei siis vielä riitä, lisäksi pitää halventaa kiertoradalle nousemista. Yksityiset laukaisufirmat uskovat että nykyinen 5000 euron kilohinta halpenee tekijällä kymmenen jos palvelut tilataan heiltä ja volyymi on riittävän iso. Näiden parannusten jälkeen satelliittisähkö olisi siis enää kolme kertaa kalliimpaa kuin sähkö nykyisin.

Aurinkovoimasatelliitti ei kärsi pilvisestä säästä! Kuva: Wikipedia

Fissio, fuusio, maanpäällinen aurinkovoima ja aurinkovoimasatelliitti. Siinä ovat tulevaisuuden energiavaihtoehdot. Aurinkovoimasatelliitin pääkustannus on laukaisu, mutta kun laite on radallaan, se on kuin voimaverkkoinsinöörin unelma: tasainen teho yöt ja päivät, vuoden ympäri.

Jos kisa käydään aurinkovoiman versioiden välillä, pohjoinen Suomi tulee olemaan se maa jossa satellittisähkö voisi olla ensimmäisenä kilpailukykyistä. Suomen kannattaisi havahtua aurinkovoimasatelliitteihin myös siksi että niitä on toistaiseksi kaavailtu vain geostationaariselle radalle. Pohjoisten alueiden kannalta hyviä, nykyisten paikannussatelliittien tyyppisiä ratoja ei ole suunnitelmissa näkynyt, joten asia odottaa tekijäänsä.

Pekka Janhunen

Pitkäkantoisempia aurinkotuuliennusteita

Sähköpurjekolumni 23.11.2007

Paitsi liikkumiseen aurinkokunnassa, sähköpurjetta voisi käyttää myös paikoillaan pysyttelemiseen esimerkiksi Maan ja Auringon välillä. Nykyisin aurinkotuulta mitataan Maan ja Auringon väliseen Lagrangen L1 -pisteeseen sijoitetuilla satelliiteilla (SOHO ja ACE). Järjestely toimii, mutta aurinkotuulelta (nopeus keskimäärin 450 km/s) kestää vain noin tunti kulkea Lagrangen L1-pisteestä Maahan. Tämä tarkoittaa sitä että L1-pisteeseen sijoitetulla satelliitilla avaruussäätä voidaan ennustaa maksimissaan vain 1 tunti eteenpäin, mikä on monia sovelluksia ajatellen hieman lyhyt varoitusaika. Sähköpurjeen antaman jatkuvan työntövoiman avulla aurinkotuulta monitoroiva satelliitti voisi kuitenkin pysytellä myös muualla kuin Lagrangen pisteessä, esimerkiksi kahden tunnin varoitusajan päässä Maasta. Alus kiertää silloin Aurinkoa radalla jonka kiertoaika on säädetty samaksi kuin Maan kiertoaika, mutta Auringosta mitattu etäisyys on pienempi kuin Maan. Eräs käytännön yksityiskohta on että koska aktiivisen sähköpurjeen korkea jännite häiritsisi aurinkotuulen mittausta, propulsiota ja aurinkotuulimittausta pitää vuorotella esimerkiksi viiden minuutin syklissä. Tämä ei ole ongelma, sillä sähköpurjeen langat menettävät varauksensa jo noin puolessa minuutissa elektronitykin poiskytkemisen jälkeen. Jos jostain syystä haluttaisiin ehdottomasti päästä jatkuvaan mittaukseen, mittauspää voitaisiin asettaa 100-200 m pituisen eristävän liean päähän jolloin sähköpurjeen jännite ei sitä enää häiritsisi, mutta avaruussääsovelluksiin viiden minuutin taukoja sisältävä mittaussarja käy yhtä hyvin.

Kahden kappaleen systeemin Lagrangen pisteet (vihreät pisteet). Keltaisella merkitty suurempi kappale voi olla esimerkiksi Aurinko, sinisellä merkitty pienempi Maa. Lähde: Wikipedia.

Suomen Akatemia päätti syyskuussa tukea vuosien 2008-2011 aikana sähköpurjeen tieteellisten sovellusten tutkimista merkittävällä summalla, mikä antaa meille tukevan selkänojan varsinaisen laiterakennusrahoituksen saamiseksi jostain muualta.  Olemme myös jo saaneet kesäkuussa jätetyn ison EU-hakemuksemme (11 laitosta kuudesta eri maasta jota Ilmatieteen laitos johtaa) evaluaatioraportin, jonka mukaan hakemuksemme arvioitiin niin hyväksi että pääsimme loppusuoralle niiden hakemusten joukkoon jotka mahdollisesti tullaan rahoittamaan. Tätä kirjoitettaessa lopullista päätöstä siitä mitkä hankkeet EU tulee rahoittamaan ei ole vielä saatu (alkuperäisen aikataulun mukaan päätöksen piti saapua lokakuussa). Toivotaan että sanonta "hiljaa hyvä tulee" pitää EU-päätöksenteossa tässä tapauksessa paikkansa.

Pekka Janhunen

Aurinkovoimasatelliiteista energiaratkaisu?

Tämä kolumni on julkaistu Avaruusluotaimessa 2/2007 ja sen taitettu PDF versio on ladattavissa Suomen Avaruustutkimusseuran sivuilta.

Italialaiset ovat saaneet ratalaskunsa valmiiksi ja niiden tulokset sisältävä käsikirjoitus on lähetetty Journal of Spacecraft and Rockets -lehteen. Tutkimuksessa laskettiin optimaalisia matka-aikoja eri kohteille sisäaurinkokunnassa erilaisille sähköpurjekokoonpanoille ja hyötykuormille. Pitkän tähtäimen sovellusten miettimistä on muutenkin jatkettu ja piakkoin aiheesta ilmestyy suomenkielinen artikkeli.

Osallistuin huhtikuussa Bostonissa avaruusalan tulevaisuutta käsittelevään symposiumiin ("Future of space exploration: solutions to earthly problems?"). Aurinkovoimasatelliitit olivat vahvasti esillä, erityisen merkittävänä pidin sitä että kokous alkoi tunnin mittaisella, erinomaisen asiapitoisella videoesityksellä jonka piti Intian presidentti Abdul Kalam. Hän näki aurinkovoimasatelliitit ja niiden tuottaman sähköenergian tärkeänä tekijänä maansa tulevaisuudelle mm. siksi että jos energiaa on riittävästi, merivedestä voitaisiin silloin valmistaa suolatonta juoma- ja käyttövettä. Kun ajatusten takana on 800-miljoonaisen maan presidentti ja entinen maansa avaruusohjelman johtaja, niitä ei radikaalisuudestaan huolimatta kannata sivuuttaa kevyesti.

NASAn Suntower, lähde Wikipedia

Sähköpurjeen tekninen kehitys on viime numeron jälkeen edennyt erityisesti lentosimulaattorin ohjelmoinnin osalta.  Paljon aikaa on kulunut rahoitushakemusten tekoon ja toiminnan justeeraamiseen rahoituspäätösten aikatauluun sopivaksi. ESA ilmaisi kolmisen kuukautta sitten periaatteellisen halunsa rahoittaa hanketta, mutta konkreettisen hakemuksen tasolle ei ole vielä päästy. TEKES teki kielteisen rahoituspäätöksen huhtikuun lopussa, mikä tietysti vaikeuttaa teknisen kehitystyön tekemistä Suomessa. Tällä hetkellä toimitaan periaatteessa nollabudjetilla, koska aiemmat säätiörahat on käytetty. Meitä työllistää erityisesti EU-hakemus jonka jättöpäivä on 19.6. ja jossa on mukana useita maita.

Pekka Janhunen

Sähköpurjeen kuulumisia

Tämä juttu on julkaistu Avaruusluotaimessa 1/2007 ja sen taitettu PDF versio on ladattavissa Suomen Avaruustutkimusseuran sivuilta.

Viime numerossa olleen sähköpurjeuutisen jälkeen on aiheen tiimoilla tapahtunut melko paljon. Elektronitykin suunnittelu on edennyt ja näyttää ainakin massa-arvojen puolesta hyvältä. Kuten muualla tässä numerossa kerrotaan, lankamateriaalien selvitystyössä on löydetty firma joka pystyy toimittamaan tarvittavan ohutta ja yllättävän vahvaa metallilankaa. Työn on tarkoitus jatkua lankaliitosten tutkimuksella: hitsausta tai juottamista joko laserilla tai ultraäänellä, ja sen olisi lopulta tapahduttava automaattisesti ja nopeasti, koska täysikokoisessa sähköpurjeessa on lankaliitoksia jopa yli 100 miljoonaa. Sähköpurjeen "lentosimulaattorin" ohjelmointityö on alkamassa, samoin ratalaskut joissa selvitetään kulkuaikoja, hyötykuormia ja laukaisuikkunoiden ajallisia kestoja erilaisille asteroidi- ym. missioille.  Rahoituksen haku on täydessä käynnissä ja sen tuloksista voi parhaassa tapauksessa olla jotain kerrottavaa ensi numerossa.