Sähköpurje komeasti esillä EU:n tutkimus- ja innovaatiolehdessä

 

Tämä kuva on EU:n jutussa pienenpienenä, joten tässä isompi versio: Pekka Janhunen sähköpurjeen tiimikokouksessa Pisassa 2012. Kuva: Sini Merikallio

EU:n Horizon-lehdessä käsitellään sähköpurjetta ja sen mahdollisuuksia aurinkokuntamatkailuun jutussa "Crossing the solar system on a 400 square km solar sail". Sähköpurjeen toimintaperiaatteen ja mikrometeoriittihaasteen lisäksi jutussa käsitellään ESTCube-1 satelliitin tulevaa liekatestiä.

ESAIL-projektin lopetuskokous Pisassa

Ryhmäkuva kokoukseen osallistuneista Pisan yliopistossa kehiteltävän miehittämättömän lentokoneen prototyypin kanssa.

ESAIL-nimisen EU-projektimme lopetuskokous Pisassa Italiassa 21-22.10.2013

Kolmivuotinen sähköpurjetta kehittänyt EU-hankkeemme alkoi joulukuussa 2010 ja päättyy 30.11.2013. Hankkeen kokonais-EU-rahoitus oli 1.73 miljoonaa ja siihen osallistui yhdeksän laitosta tai yritystä viidestä maasta. Mukana olivat Ilmatieteen laitos, Helsingin yliopiston Elektroniikan tutkimuslaboratorio ja Jyväskylän yliopiston kiihdytinlaboratio, Tarton yliopisto Virosta, Uppsalan yliopiston Ångström Space Technology Centre ja Nanospace AB Ruotsista, DLR:n Bremenin osasto Saksasta, Pisan yliopisto ja Alta-firma Italiasta.

Emil Vinterhav ja Pekka keskustelemassa. Kuva: Sini Merikallio

Hankkeessa saatiin paljon aikaan. Tuotettiin pisimmillään 1 km pituinen pätkä sähköpurjeliekaa sekä useita vähän lyhyempiä liekoja joilla suoritettiin erilaisia kokeita. Sähköpurjeen pääliekojen kärkiin tulevan ns. etäyksikön prototyyppi rakennettiin ja testattiin onnistuneesti. Apuliean valmistusmenetelmää tutkittiin ja lyhyt prototyyppi tehtiin. Hankkeen kunnianhimoiset tavoitteet saavutettiin annetun budjetin ja ajan sisällä ja osittain alkuperäiset tavoitteet ylitettiin.

Kristoffer Palmer, Petri Toivanen ja Jouni Envall mietteliäinä. Kuva: Sini Merikallio

Hankkeen viimeinen partnereiden tapaaminen pidettiin 21-22.10.2013 Pisan yliopiston tiloissa. Kävimme läpi mitä projektissa oli saatu aikaan, puhuimme muutamista vielä työn alla olevista asioista ja keskustelimme mahdollisista tulevista hankkeista. Katsoimme vanhaa kuvaa jonka Tor-Arne Grönland oli tehnyt vuonna 2010 ja jossa oli hahmoteltu sähköpurjeen teknologiakehityksen tulevaisuutta. Totesimme että yllättävänkin tarkasti oli silloinen suunnitelma toteutunut.

Lisää kuvia lisätään tähän postaukseen myöhemmin, mutta tässä yksi Ihmeiden aukiolta - Pekka ja ruotsalaiset (Tor-Arne Grönland, Emil Vinterhav ja Kristoffer Palmer).
Kuva: Sini Merikallio

Pisa on mukava pienehkö kaupunki, siellä on paljon historiallisia paikkoja ja kaduilla ei ole kovin paljon liikennettä. Siellä on kuuluisa kalteva torni joka on "Ihmeiden aukiolla". Ihmeiden aukio on noin 400 metriä pitkä nurmikenttä jossa on tornin lisäksi kaksi suurta valkea marmorista kirkkoa. Aukiota reunustaa kahdelta suunnalta leveä ja korkea muuri, jollainen on aikoinaan ympäröinyt kaupunkia kaikilta puolilta.

Sini löysi kuuliaisen juttukaverin Pisan eläinlääketieteellisestä museosta. Kuva: Pekka Janhunen

Lähtöpäivän aamuna kävin Sinin mukana myös eläinlääketieteen museossa. Museo on eläinlääketieteen laitoksen sisällä ja sinne pääsystä pitää sopia erikseen. Siellä on noin 30 vitriiniä joiden läpikäymiseen meni noin tunti, ensimmäisessä oli komeasti kokonainen dromedaarin suolisto. Elimet on konservoitu koulun omalla menetelmällä.  Mukana oli hieman myös paleontologista materiaalia tai ainakin hevosen evoluutiohistoriaa.

Pekka Janhunen

Harras tunnelma kokoushuoneessa. Kuva: Sini Merikallio

Aurinkotuulitestimission suunnittelua

Sähköpurjekolumni 14.11.2011

Suunnittelemme sähköpurjeen aurinkotuulitestimissiota. Kuudenkymmenen kilogramman painoinen 60x60x71 cm kokoinen satelliitti laukaistaan esimerkiksi Arianen tai Souyzin oheishyötykuormana GTO-radalle, josta radan lakipiste nostetaan Hall-moottorilla puoleen Kuun etäisyyteen eli aurinkotuuleen. Satelliitista avataan neljä kilometrin mittaista ohutta liekaa. Liekojen päissä on parin gramman painoinen massa, johon keskipakoisvoima tarttuu avaamisen alussa suoristaen liean. Etäyksiköitä tai apuliekoja ei käytetä, koska testimission lieat ovat riittävän "lyhyitä" ja keveitä, jotta systeemi pysyy dynaamisesti vakaana ilman niitä. Vakauskriteeri on että jos yksi lieoista poistetaan, jäljelläolevan systeemin (satelliitti ja kolme liekaa) massakeskipisteen täytyy pysyä reilusti satelliitin seinämien sisäpuolella. Koska lieka pyrkii asettumaan säteittäisesti massakeskipisteestä poispäin, tällöin lieat pysyvät ojennuksessa eivätkä törmää toisiinsa tai hankaa satelliitin kuorta vasten, vaikka osa niistä katkeaisi.

Altan Hall-moottori testiajossa. Kuva: Sini Merikallio

Käytämme radan kohottamiseen Hall-moottoria. Jos käytettäisiin kemiallista rakettia, pitäisi todistaa laukaisufirmalle että raketti ei syty vahingossa ja tuhoa miljardien arvoista päähyötykuormaa. Hall-moottorissa vaaraa ei ole koska ajoaineena on jalokaasu ksenon.

Haemme rahoitusta testimission rakentamiseen EU:lta. Kustannusarvio on kaksi miljoonaa ilman laukaisua. Satelliitin rakentaa pääosin italialainen Alta-firma ja lento on samalla Altan Hall-moottorin lentotesti. Varmuuden vuoksi Hall-moottoreita on mukana kaksi, ja jos kumpikaan ei toimisi, pahin mitä tapahtuu on että jäämme GTO-radalle. Voimme sielläkin avata lieat, varata ne ja todeta että näemme kärkimassat kameroilla. Toki emme silloin pääse mittaamaan sähköpurje-efektiä oikeassa plasmaympäristössä eli aurinkotuulessa, mutta seuraavaa kertaa varten tiedämme että kaikki muu jo toimii. Käytännössä vaara molempien moottoreiden täydellisestä pettämisestä on melko teoreettinen.

Pekka Janhunen ja Petri Toivanen tutustumassa Altan Hall-moottoreiden
testaukseen Pisassa, Italiassa. Kuva: Sini Merikallio

Lopuksi vähän Rossin reaktorista. Lokakuun lopulla Andrea Rossi myi ensimmäisen 1 MW fuusioreaktorin amerikkalaiselle asiakkaalle, joka ei halua N:llä alkavaa nimeään julkisuuteen. Reaktorin käyttöönottotestissä paikalla olleiden toimittajien mukaan testimittaukset suoritti asiakasorganisaation palkkaama ryhmä. Muutkin yhteisöasiakkaat voivat nyt ostaa rekkakonttiin rakennettuja reaktoreita. Hinta on 2 miljoonaa, toimitusaika 3 kuukautta, latausväli puoli vuotta, takuu 2 vuotta ja suunniteltu toiminta-aika 20 vuotta. Toimiakseen laite vaatii sähkötehon joka on kuudesosa tuotetusta 1 MW lämpötehosta. Vaihtoehtoisesti laitteen voinee myös konfiguroida toimimaan ilman sähkötehoa, jos tyytyy pienempään lämpötehoon. Asiakas saa testata tuotteen ja kauppa peruuntuu jos ja vain jos testi ei mene läpi. Pienempiäkin kokoonpanoja Rossi saattaa suostua myymään, ei kuitenkaan alle 100 kW tehoisia. Halvimmillaan voisi siis päästä toteamaan nikkelifuusion toimimisen parinsadan tuhannen euron sijoituksella, ilman riskiä että tulee huijatuksi. Laitetta ei saa jälleenmyydä eikä avata, joten sen toimintaperiaatetta ei voi tutkia.

Kuva vuodelta 2013.

Myynnissä on siis suuria ja ilmeisesti toimivia energiantuotantolaitteita, joiden toimintaperiaatetta tiede ei tunne.

Kokoustamista ja Coriolisvoimia

Sähköpurjekolumni 9.5.2011

Helmikuussa meillä oli sähköpurjetta rakentavan EU-hankkeen kokous Tartossa. Tartossa päätettiin valita jatkuvasti jännitettyihin apuliekoihin perustuva rakenne. Verrattuna aiempaan suunnitelmaan, jossa apulieat olivat keskipakoisvoiman vaikutuksesta ulospäin kaarella, jännitettyjen apuliekojen malli on kevyempi. Se tuottaa myös vähemmän liekojen värähtelyjä siinä tapauksessa että päälieka jostain syystä katkeaa ja sen päät joudutaan irroittamaan. Vaikka pääliean katkeamisen todennäköisyys mikrometeoroidien takia onkin ennusteiden mukaan pieni (ja sitä voidaan tarvittaessa pienentää mielivaltaisen paljon lisää rakentamalla lieat useammasta kuin neljästä langasta), pyrimme silti siihen että pääliean katkeaminen ei aiheuttaisi mission menetystä.

Tarton kokouksen miehitys.

Tartossa päätettiin myös että liekojen päihin tulevat etäyksiköt suunnitellaan termisesti toimimaan etäisyysvälillä 0.9-4 AU auringosta. Tämä mahdollistaa itse asiassa lähes kaikki tärkeät sähköpurjesovellukset paitsi Merkuriuksen. Tietysti myös Venus jää pois, mutta Venus on niin helposti saavutettavissa raketeilla että sähköpurjeesta ei olisi juuri hyötyä muutenkaan. Merkuriukseen menemiseksi etäyksiköt pitää suunnitella uudestaan kuumia olosuhteita varten.

Huhtikuussa pidettiin projektikokous Bremenissä Saksassa. Bremenin kokoukseen aiheena oli joidenkin vielä avoinna olleiden etäyksikön teknisten vaatimusten kiinnittäminen, jolloin etäyksikön varsinainen suunnittelu pääsee alkamaan. Itse asiassa ryhmät olivat jo alkaneet suunnitella monia etäyksikön alijärjestelmiä. Kun suunnitelmat oli käyty läpi, kokonaismassa osoittautui olevan alle puoli kilogrammaa, mikä on yksi teknisistä tavoitteista.

Sähköpurjeella voi tietokonemallin avulla
liikkua oikeassa aurinkotuulessa.

Yksi uusi, joskaan ei täysin odottamaton, ongelma sähköpurjeessa on alkuvuoden aikana huomattu. Se on Petri Toivasen löytämä ratadynamiikan efekti, jossa sähköpurjeen pyörimisnopeus muuttuu hitaasti Coriolis-voiman takia, kun purje kiertää aurinkoa vinossa asennossa. Pyöriminen kiihtyy, jos liikutaan ulospäin auringosta ja hidastuu, jos luovitaan aurinkoa kohti. Olimme varautuneet tämäntapaisten vaikutusten olemassaoloon eli siihen että meillä on oltava keinoja tarvittaessa muuttaa liekojen pyörimisnopeutta. Voimme käyttää pyörimisnopeuden muuttamiseen etäyksiköiden FEEP-moottoreita tai pieniä käännettäviä aurinkopurje-eviä. Periaatteessa on myös mahdollista kumota kyseinen Coriolis-efekti "luonnonmenetelmällä" eli suoraan sähköpurjevoiman avulla käyttäen hyväksi aurinkotuulen suunnan pieniä luonnollisia vaihteluita. Emme kuitenkaan vielä tiedä, miten aurinkotuulen hetkellinen suunta voitaisiin lennon aikana luotettavasti mitata. Ensimmäinen testimissio pitänee rakennetaa niin että luonnonmenetelmää voidaan kokeilla, mutta siitä ei olla riippuvaisia.

Pekka Janhunen

EU-projektin alkulaukaus

Sähköpurjekolumni 24.1.2011

ESAIL projektin Kick-off kokouksen osallistujat Ilmatieteen laitoksella
sähköpurjealuksen mallin takana.

 EU-projekti käynnistyi joulukuun alussa ja aloituskokous on pidetty. Kevättalven aikana pitää päättää mikä sähköpurjegeometria valitaan. Sain valmiiksi aiempaa yleiskäyttöisemmän dynaamisen simulaattorin, jossa mekaaninen malli määritellään Lua-kielellä ja jonka aikaintegrointirutiinin voi halutessaan säätää hyvin tarkaksi. Erilaisia sähköpurjemalleja onkin pyöritelty koneella ahkerasti lento-ominaisuuksien selvittämiseksi. Päätös rakennettavan sähköpurjeen tyypistä on kauaskantoinen asia jota valmistellaan huolella. Huomion kohteena ovat ainakin vikasietoisuus, suorituskyky, lennon vakaus, toimintalämpötila-alue, säteilynkesto, skaalattavuus, modulaarisuus, vaatimukset hyötykuormalle, toimintakunnon diagnosoitavuus ja hinta.

ESAIL Kick-off kokoonpano.

Liekatiimi sai joulukuussa valmiiksi ensimmäisen kymmenmetrisen liean. Liean tyyppi on muutoin lopullisen kaltainen paitsi että se koostuu vain kahdesta eikä neljästä langasta. Liean tekeminen (lähes tulhat lankaliitosta) oli monen vuorokauden urakka, mutta nyt tammikuussa on valmistumassa uusi liekatehdas, joka on jo riittävän automaattinen niin että kymmenmetrisen liean pitäisi olla rutiinijuttu. Liekatiimi on pian vaiheessa, jossa kone raksuttaa automaattisesti ja sitä tarvitsee vain säätää. Kun siihen päästään, liekaa voidaan tuottaa paljon jolloin esimerkiksi kelautumistestit pääsevät myös täysillä käyntiin.

Tällä tiimillä alkoi sähköpurjeen EU-projekti. Kuva ESAIL Kick-off kokouksesta.

Elektronitykkiprojekti Jyväskylässä ESTCube-1 ja Aalto-1 -satelliitteja varten on edennyt hyvin viime viikkoina. Kyse on noin postimerkin kokoisesta kylmäkatoditykistä. Kylmäkatodiperiaate valittiin koska pienessä satelliitissa ei ole riittävästi tehoa tavalliselle hehkukatodille, varsinkin kun hehkukatodi ei pidä siitä että sitä sammutetaan ja sytytetään usein. Lopullisessa sähköpurjeessa hehkukatodia kyllä voidaan käyttää koska muutaman watin ylimääräinen tehonkulutus ei merkitse mitään. Jyväskylässä on tehty erittäin paljon uraauurtavaa työtä elektronitykin rakentamisessa. Olisi mukava jos työ kantaisi hedelmää myös sillä tavoin että kylmäkatoditykille löytyisi muitakin käyttökohteita.

Pekka Janhunen

Tarvittavia tekniikoita

Sähköpurjekolumni 10.6.2010

Sähköpurjeen EU-hakemuksen neuvottelut ovat käynnissä ja projekti alkanee joskus syksyllä. Projektin tavoitteena on rakentaa prototyypit sähköpurjeen avainkomponenteista ja siinä on mukana 5 Euroopan maata ja 9 partneria. Avainkomponentteja ovat itse lieka (tavoitteena tuottaa vähintään 1 km), liekarulla kelautuvuustesteineen ja ns. etäyksikkö jollainen sijoitetaan jokaisen liean kärkeen. Liekojen kärjet yhdistetään toisiinsa muovisilla apulieoilla, mikä stabiloi rakenteen mekaanisesti niin että sähköpurjeen lennon aikana liekarullia ei tarvitse kelailla edestakaisin liekojen pituuksien hienosäätämiseksi vaan selvitään ilman liikkuvia osia. Kukin etäyksikkö sisältää rullan josta siihen kuuluva apulieka avataan sekä pienen moottorin. Näiden moottorien avulla käynnistetään liekasysteemin pyöriminen avaamisen yhteydessä ja niiden avulla voidaan myös hidastaa tai nopeuttaa liekojen pyörimistä myöhemmin, mikäli tarve vaatii. Moottori voi olla joko kylmäkaasumoottori (pieni paineistettu kaasusäiliö jonka vieressä on venttiili ja suutin) tai ns. FEEP-ionimoottori. Sekä kylmäkaasu- että FEEP-moottorien prototyypit rakennetaan tässä EU-projektissa. Näillä moottoreilla voi olla käyttöä muuallakin kuin sähköpurjeessa, esimerkiksi satelliitin asennonsäätömoottorina tai piensatelliitin päämoottorina.

FEEP periaatekuva. Lähde: Alta

Liekojen päihin tulevat, 0.3-0.5 kg painavat etäyksiköt ovat vähän kuin nanosatelliitteja itsekin, tosin toiminnoiltaan riisuttuja.

Sähköpurjeen suunnittelijan pitää tavalla tai toisella estää pyörivien liekojen osuminen toisiinsa, vaikka aurinkotuuli vaihtelee ja tönii liekoja hieman eri tavalla. Liekojen kärkiä yhdistävät ja keskipakoisvoiman kaarelle painavat apulieat ovat yksi mahdollinen ratkaisu. Toinen mahdollisuus saattaisi olla asentaa kuhunkin etäyksikköön pieni, käännettävä aurinkopurje (valopurje). Valopurjeliuskan lapakulmaa säätämällä jokaista liekaa voitaisiin "lentää" niin että se pyörii halutulla nopeudella eikä törmää naapureihinsa. Vastaavalla periaatteella toimivia, heliogyroiksi kutsuttuja valopurjeita on tutkittu laskennallisesti, mutta ei lennätetty.

Heliogyron havainnepiirros. Lähde: NASA 1967

Erilaisten toimintahäiriöiden simulointi tulee olemaan välttämätöntä ja mielenkiintoista. Tavoite on että sähköpurje voisi toipua yksittäisen etäyksikön hajoamisesta tai liean katkeamisesta.

Pekka Janhunen

EU rahoittamaan sähköpurjetta

Sähköpurjekolumni 7.4.2010

Sähköpurjeliekaa on tuotettu nyt yhteensä neljä metriä, mikä on uusi ennätys ja lähestyy ESTCube-1 -satelliittiin tarvittavaa kymmentä metriä. Liekatehtaan seuraavan ja taas entistä automaattisemman version suunnittelu on aloitettu ja valmistumisen tavoite on kesäkuu.

ESTCube-1 -satelliitin kehitystyö on täydessä vauhdissa. Haastavin osa on elektronitykki, joka rakennetaan Jyväskylän kiihdytinlaboratoriossa. Alunperin kaavailtu perinteinen hehkukatodiratkaisu jäi testeissä varsin kauas valmistajan ilmoittamista suoritusarvoista. Tämän takia tykkiä on nyt lähdetty kehittämään uudentyyppisen, nanografiittiin erustuvan kylmäkatodin ympärille. Jos yritys onnistuu, tuloksena on tehokas, pitkäikäinen ja muodoltaan litteä elektronitykki joka täyttää ESTCube-1:n vaatimukset. Elektronitykin tekeminen niin pieneen satelliittiin kuin ESTCube-1:een on vaikeampaa kuin oikeaan sähköpurjemissioon, koska vain kilon painoisessa ESTCube-1:ssä ei ole käytettävissä edes niitä muutamaa wattia tehoa jotka tarvittaisiin markkinoiden pienimmän katodin hehkuttamiseen.

Jos tämän uudentyyppisen elektronitykin rakentaminen ei onnistu, vaihtoehtona on yrittää kasvattaa satelliitin akusta saatavaa hetkellistä tehoa niin että perinteistä hehkukatoditykkiä voisi kaikesta huolimatta ajaa lyhyitä jaksoja kerrallaan. Jos tämäkään ei onnistu, viimeinen vaihtoehto on jättää elektronitykki kokonaan pois hyötykuormasta. Siinä tapauksessa ESTCube-1:n liekaa ajettaisiin pelkästään negatiivisella jännitteellä eli plasmajarrumoodissa.

Sähköpurjeen EU-hakemus meni läpi parhailla pisteillä. Kuva: Wikipedia

Sähköpurjeen rahoitukseen on tulossa ratkaiseva parannus, koska saimme tiedon että EU-hakemuksemme on menossa läpi, ja vieläpä koko hakuosion parhailla pisteillä. Pölyä nielemään jäävät kaikki muut eurooppalaiset avaruusluotainten ja niiden tarvitseman teknologian kehityshankkeet mm. ionimoottorit. Konsortiossamme on 5 maata ja 9 partneria. Kolmivuotisen EU-projektimme tavoitteena on rakentaa sähköpurjeen avainkomponenteista (liekatehdas, liekarullat jne.) prototyypit, jotka sopivat aurinkotuulitestimissioon ja skaalautuvat myös täysikokoiseen 1 N sähköpurjealukseen.

Sähkö- ja aurinkopurjeille on tulossa oma istunto European Planetary Science Congress (EPSC) -kokoukseen, joka pidetään 19-25. syyskuuta Roomassa.

Pekka Janhunen

Rahoitusta kalastamassa

Sähköpurjekolumni 13.1.2010, tätä tekstiä ei ole julkaistu aiemmin

Marraskuu ja osin lokakuukin meni EU-hakemusta tehdessä. Hakemusten teko on vähän kuin kalastusta, jotkut saavat kalaa usein, toiset harvoin tai ei ollenkaan. Ohjeita ja neuvoja riittää, niiden toimivuus on toki käyttäjän vastuulla. Hakemus on tutkijan pyytö johon hän toivoo arvioijan tarttuvan. Kun hakemus on heitetty, onkijamme ei näe mitä syötin ympärillä tapahtuu. Jos koukkua katsomaan tullut arvioijakala ei ymmärrä jonkin yksityiskohdan houkuttelevuutta, ei hän ole tilaisuudessa kysymään selityksiä, vaan sylkäisee hakemuksen suustaan. Sen takia tekstin pitää olla kaunis, täydellinen ja yksityiskohtainen. Mutta jos se on iso ja kuolleen oloinen, evaluaattori kyllästyy etäältä eikä yritä nielaisua...

Kalastajia riittää rahoitusmeren rannoilla! Photo by Flickr/hijukal

Aika kaukana hakemushomma siis on tieteen tarkoituksesta eli siitä että saadaan tosiasioista uutta tietoa, vaikka hyvällä tutkimusaiheella rahan saaminen on keskimäärin helpompaa kuin huonolla.

Sähköpurje on periaatteessa tekniikkaa eikä tiedettä. Mutta tekniikka perustuu aina luonnonilmiöihin, ja luontoa ei voi pakottaa, sitä voi vain tutkia. Esimerkiksi atomipommi on varsin ihmeellinen laite ja ison insinöörityön tulos. Mutta jos luonnonlait olisivat vähän toisenlaiset, pommi saattaisi olla mahdoton eikä silloin mikään määrä insinöörityötä voisi saada sitä toimimaan. Ei autokaan kiihdy siksi että kuljettaja tahtoo painaa kaasua, vaan siksi että hiilivetymolekyyleillä on luontainen taipumus reagoida hapen kanssa eksotermisessä reaktiossa. Tässä mielessä sähköpurjekaan ei ole ihmisen aikaansaannos, vaan luonnon. Aurinkotuulen olemassaolo ja klassisen fysiikan lait (sähköoppi ja mekaniikka) mahdollistavat sähköpurjeen lennon, vaikka ihmistä toki tarvitaan laitteen rakentamisessa.

Mekaniikasta puheen ollen, olen viime aikoina ohjelmoinut sähköpurjeen avausmekaniikan simulaattoria, kun löysin hyvän reseptin siihen miten jäykän kappaleen liikeyhtälöt kannattaa ohjelmoida. Numeerinen avausmekanismin simulointi on tärkeä, koska asian kokeellinen todentaminen vaatisi pitkäaikaisen painottomuuden jollaista Maan päällä ei voi saada aikaan. Onneksi yksiulotteisten sähköpurjeliekojen mallinnus on helpompaa kuin kaksiulotteisten kalvojen, joita perinteinen säteilypaineeseen perustuva aurinkopurje tarvitsisi.

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