Erilaisten planeettakunnan syntyteorioiden testaamisen kannalta (miten planeetat syntyvät tähteä ympäröivästä kertymäkiekosta) olisi tärkeä tietää tiettyjen melko harvinaisten alkuaineiden kuten neonin ja muiden jalokaasujen tarkat pitoisuudet erityisesti ulkoplaneetoilla. Nämä tiedot voidaan saada vain mittaamalla tarkasti aurinkokuntamme jättiläisplaneettojen ilmakehien koostumus paikan päällä. Toistaiseksi mittaus on tehty Jupiterin ilmakehälle Galileo-luotaimella vuonna 1995. Galileo-alus pudotti Jupiterin ilmakehään 340-kiloisen laskeutujaluotaimen, jonka paksu lämpökilpi oli suunniteltu kestämään valtava 48 km/s tulonopeus jättiläisplaneetan ilmakehään.
 |
| Galileon laskeutumisosa Nasan puhdastilassa. Lähde: Wikipedia |
Muillekin jättiläisplaneetoille
pitäisi siis lähettää ilmakehäluotaimia. Sähköpurje sopii tehtävään
erinomaisesti. Maan pakoradalle laukaisemisen jälkeen sähköpurje kiihdyttää
luotaimen radalle, joka vie sen kohti haluttua jättiläisplaneettaa. Hyvissä
ajoin ennen saapumista planeetan lähelle sähköpurje heitetään pois, jotta
ehditään tehdä tarvittavat ratakorjaukset pienillä ohjausraketeilla. Sitten
luotaimesta erotetaan varsinainen laskeutuja. Laskeutuja osuu planeetan
ilmakehään vinossa kulmassa emäaluksen kiitäessä vähän planeetan ohi.
Laskeutujassa on Galileo-tyyppinen paksu lämpökilpi. Laskeutuja jarruuntuu
ilmakehän yläosassa ja leijuu sitten laskuvarjon varassa alaspäin. Melko pian
ilmakehän paine murskaa sen, mutta sitä ennen se on ehtinyt lähettää
mittaustuloksensa etääntyvälle emäalukselle. Tiedot välivarastoidaan emäaluksen
muistiin, mistä ne lähetetään Maahan myöhemmin.
Taulukossa on matka-aika ja
laskeutujan iskeytymisnopeus ilmakehään erikokoisille hyötykuormille
(laskeutujan ja emäaluksen yhteismassa), kun käytetään yhden newtonin
perussähköpurjetta. Todellisuudessa massat ovat jonkin verran taulukossa
annettuja pienempiä mm. aurinkotuulen epävarmuudesta johtuvan
suunnittelumarginaalin takia.
 |
| Aurinkokunnan jättiläisplaneetat odottavat sähköpurjehtijaa. Planeettojen koot ovat oikeassa skaalassa toisin kuin välimatkat. Kuva: Wikipedia |
Hyötykuorma
|
Matka-aika
|
Iskeytymisnopeus
|
|
Jupiter
|
500 kg
|
1.0 v
|
53 km/s
|
1000 kg
|
1.6 v
|
49 km/s
|
|
1500 kg
|
2.5 v
|
47 km/s
|
|
Saturnus
|
500 kg
|
1.7 v
|
37 km/s
|
1000 kg
|
2.8 v
|
30 km/s
|
|
1500 kg
|
4.6 v
|
27 km/s
|
|
Uranus
|
500 kg
|
3.1 v
|
36 km/s
|
1000 kg
|
5.3 v
|
25 km/s
|
|
1500 kg
|
9.6 v
|
20 km/s
|
|
Neptunus
|
500 kg
|
4.6 v
|
38 km/s
|
1000 kg
|
8.0 v
|
28 km/s
|
|
1500 kg
|
14.9 v
|
23 km/s
|
Hyötykuorman kasvattaminen pidentää tietenkin matka-aikaa. Toisaalta hyötykuorma on suoraan verrannollinen sähköpurjeen työntövoimaan. Siis esimerkiksi pienemmällä 0.5 N sähköpurjeella voitaisiin heittää puolen tonnin hyötykuorma Jupiteriin 1.6 vuodessa. Taulukon suurinkaan iskeytymisnopeus 53 km/s ei ole niin suuri, etteikö sen kestävää lämpökilpeä pystyttäisi rakentamaan Galileo-luotaimen oppien mukaan.
 |
| Tässä kuvassa myös välimatkat ovat oikeassa skaalassa - ne kasvavat liikuttaessa aurinkokunnassa ulospäin. Huomaa kuitenkin, etteivät koot ja välimatkat kuitenkaan ole oikeissa suhteissa toisiinsa! Lähde: Wikimedia |
Kustannusten säästämiseksi
voitaisiin rakentaa monta samanlaista luotainta sähköpurjeineen, jotka
lähetettäisiin kaikille jättiläisplaneetoille. Saman tien kannattaisi lähettää
viideskin luotain Saturnuksen Titan-kuuta varten. Tämäntyyppisissä projekteissa
hyötykuorman suunnittelu- ja kehityskulut ovat suurin menoerä, joten useampien
luotainkopioiden rakentaminen on taloudellisesti järkevää. Operointikulut eivät
ole myöskään suuret. Jos sähköpurje toimii automaattisesti, matka-aikana ei
tarvita juurikaan seurantaa. Luotaimen tieteellinen mittausvaihe ilmakehässä on
lyhyt ja tietojen siirtäminen emäaluksesta Maahan on rutiinitoimenpide.
Perinteisellä menetelmällä
luotaimet pitäisi toteuttaa keräämällä nopeutta useista sisäplaneettojen
lähiohituksista. Sähköpurjeen etuina ovat lyhyempi matka-aika, pienempi
laukaisumassa ja joka vuosi toistuva laukaisumahdollisuus. Lisäksi perinteinen
menetelmä vaatii Venuksen lähiohituksia, joten alus pitää suunnitella sietämään
paitsi ulkoavaruuden kylmyyttä, myös Maan rataa lämpimämpiä olosuhteita.
Sähköpurjetta käytettäessä lämpösuunnittelu on helpompi tehdä, koska alus ei
koskaan mene Maata lähemmäksi Aurinkoa.
 |
| "Aika on rahaa!" Lähde: Wikipedia |
Sähköpurje ja lämpökilpi tukevat
toisiaan sievästi tässä tehtävässä. Sähköpurje pystyy heittämään luotaimen
nopeasti perille, vaikkei saakaan luotainta pysähtymään. Pysäyttämisen hoitaa
kuitenkin lämpökilpi, eikä kilven tarvitse olla juurikaan paksumpi kuin
perinteisellä nopeudella lennettäessä, koska jättiläisplaneetan vahvan
vetovoiman takia luotain iskeytyy ilmakehään joka tapauksessa vauhdikkaasti.
Tieteen kannalta pitäisi mitata
kaikki tai melkein kaikki jättiläisplaneetat. Kaikkien jättiläisplaneettojen
tutkiminen perinteisellä menetelmällä olisi kuitenkin niin kalliista, että
siihen ei varmastikaan ryhdytä paitsi jos avaruusjärjestön tiedeohjelman
rahoitus kasvaa merkittävästi. Toisaalta jos mitataan vain yhden
jättiläisplaneetan ilmakehää, tieteellinen anti jää pienemmäksi ja identtisten
alusten rakentamisesta seuraava säästö jää saamatta. Sähköpurjetta käyttämällä
kaikkien tai useimpien ulkoplaneettojen ilmakehien koostumusmittaus olisi sen
sijaan realistinen tavoite nykyiselläkin tiedeohjelman rahoituksella. Tulos
kertoisi mitkä nykyisistä planeettakuntien syntymalleista ovat kenties
havaintojen kanssa sopusoinnussa ja mitkä eivät. Hyvä planeettakuntien
syntyteoria puolestaan auttaisi meitä arvioimaan teoreettista tietä mm.
mahdollisten elämälle suotuisten aurinkokuntien esiintymistiheyttä
maailmankaikkeudessa.
Pekka Janhunen
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti