torstai 26. marraskuuta 2015

Aurinkopurjeella voi matkustaa myös kohti Aurinkoa

Usein kuulee kysyttävän, voiko aurinkotuulen avulla matkustaa tuulta vastaan, kohti Aurinkoa? Ensimmäisenä ajatuksena helposti on, ettei se ole mahdollista, mutta Sini kävi YLE:n "Luulot pois" sarjassa kertomassa asian todellisen laidan:

http://areena.yle.fi/1-3170377

tiistai 24. marraskuuta 2015

Sähköpurjekolumni 36

Onko nimi enne: Phobos

Sähköpurjekolumni 24.11.2015

Phobos-kuu

(Kyseisen Avaruusluotaimen numeron teemana oli Marsin valloituksen historia.)

Hiljattain ilmestyi tutkimus jossa todettiin että Marsin matalalla kiertävässä 20-kilometrisessä Phobos-kuussa näkyy vuorovesivoiman aiheuttamia halkeamia.  Tutkimuksessa ennustettiin että koska kuun rata alenee 2 cm vuodessa, vuorovesivoima kasvaa ja kuu hajoaa todennäköisesti 30-50 miljoonassa vuodessa.

Phobosta hajottamaan pyrkivät vuorovesivoimat ovat heikkoja, mutta toisaalta kappalekin on hauras.  Arvelisin että kuun hajoaminen on vähän kuin maanjäristys: tiedetään että tapahtuma tulee joskus, mutta täsmällistä aikataulua ja seurauksia on vaikea ennustaa. Jos hajoamisessa vapautuu kiviä, soraa ja pölyä, ne jäävät kiertämään planeettaa, jolloin ne saattaisivat uhata avaruustoimintaa Marsissa. Riski sille että kappaleita putoaisi suoraan Marsin pinnalle lienee pieni, koska siihen tarvittaisiin 500 m/s nopeuden muutos. Nykyisellä radan alenemisvauhdilla 2 cm vuodessa Phoboksen materia putoaa planeetan pinnalle parinsadan miljoonan vuoden kuluttua.

Onko Phoboksen mahdollinen hajoaminen asia joka pitäisi ottaa huomioon miehitetyn Mars-toiminnan suunnittelussa?  Todennäköisyys hajoamiselle lähivuosisatoina on pieni, ja vaikka se tapahtuisikin, siitä voitaisiin hyvinkin selvitä säikähdyksellä. Pinnalle ei varmaankaan suoraan tipahtaisi mitään, ja vaikka kiertoradalle pahimmassa tapauksessa syntyisikin jonkinlainen sorarengas, sen ja planeetan väliin jäisi tilaa niin että avaruusliikenne Marsiin olisi edelleen mahdollista. Rengas olisi kuitenkin pitkäaikainen harmi, joten saatettaisiin jossitella miksei hajoamista estetty esimerkiksi Phoboksen ympärille asennetulla teräsverkolla silloin kun kappale oli vielä ehjä.

Jos Phoboksella tai Deimoksella sattuisi olemaan kaivettavissa olevaa vettä (jäätä, kidevettä tai kemiallisesti sitoutunutta vetyä) riittävän lähellä pintaa, niitä voisi käyttää miehitetyn Mars-liikenteen tarvitseman kryogeenisen rakettipolttoaineen valmistukseen ilman että vettä tarvitsee kaivaa ja tuoda kauempaa asteroidivyöhykkeeltä. Oli Marsin kuilla vettä tai ei, kaivostoimintamielessä ne ovat joka tapauksessa merkittäviä potentiaalisia raaka-ainelähteitä. Niiden aurinkokunnan pienkappaleiden joukossa joiden keskietäisyys auringosta on enintään 1.9 au on nimittäin vain yksi Phoboksen ja Deimoksen kokoinen kappale, eli kiviasteroidi Eros. Pienkappaleilta voidaan nostaa ainetta lähes ilmaiseksi verrattuna Kuuhun ja Marsiin, Maasta ja Venuksesta puhumattakaan. Phobos, Deimos ja Eros ovat siis sisäaurinkokunnan suurimmat helposti hyödynnettävät kivisen raaka-aineen esiintymät. Pinnalta nostamisen jälkeen tapahtuva kuorman kuljettaminen esimerkiksi ulos Marsin kiertoradalta on pienempi ongelma, koska se voidaan tehdä ajoaineettomasti sähköpurjeella.

maanantai 2. marraskuuta 2015

Les Johnsonin sähköpurje-esitelmä NASA NIAC 2015 -symposiumissa

NASA Marshall Space Flight Centerin Advanced Concepts Teamin johtaja Les Johnson piti esitelmän (kelaa videota jonka ensimmäinen esiintyjä on Ben Yoo ensin kohtaan 1:15) NIAC:n rahoittamasta sähköpurjetutkimuksesta MSFC:ssä 28.10.2015. Esitelmässä kerrotaan mm. sähköpurjeen perusteista ja historiasta, sähköpurjeen eduista suhteessa fotonipurjeeseen sekä MSFC:n suunnittelemasta sähköpurje-efektin mittauksesta plasmakammiossa.

01:22:28, "...I'm a solar sailor, I have a sail flying in a couple of years, and it pains me to say that in theory it looks like this works better than the solar sail..."

torstai 22. lokakuuta 2015

Tapaus KIC 8462852

Onko tapauksessa KIC 8462852 kyse siitä että näkölinjalla on toinen aurinkokunta?

Uutisissa on viime aikoina esiintynyt tähti KIC 8462852, joka on yksi Kepler-avaruussteleskoopin neljän vuoden ajan seuraamasta noin 150000 tähdestä. Tämä tähti on noin 1400 valovuoden päässä ja se on spektrin perusteella tavallinen, jonkin verran Aurinkoa isompi ja kuumempi pääsarjan tähti.

Tähden KIC 8462852 valokäyrä on erikoinen, koska siinä näkyy epäsäännöllisin välein oudon muotoisia himmentymisiä. Normaalisti tähtien himmentymiset johtuvat tähdenpilkuista tai tähteä kiertävistä planeetoista, ja Keplerin päätehtävä onkin juuri eksoplaneettojen etsintä. Tähden KIC 8462852 himmentymiset ovat kuitenkin erilaisia kuin planeettojen aiheuttamat, koska niissä on terävä minimi, jota ympäröi hitaampi himmentyminen. Lisäksi eventit ovat usein ajallisesti epäsymmetrisiä ja toistuvat epäsäännöllisin välein. Aiheesta julkaistiin hiljattain tutkimus.

Tässä kuvassa näkyy KIC-tähden valokäyrä ja sen himmentymät. Ylinnä neljä vuotta Keplerin mittausdataa. Alarivillä on iimeisin, keltaisella korostettu, aikajakso (helmikuulta huhtikuulle 2013) kolmella eri skaalalla.  Kuvasta nähdään himmentymien epäsymmetrinen muoto.
Tämän on tutkimuksen kuvasta tuunannut Sky & Telescope

Himmenemiset tai ainakin jotkin niistä ovat niin nopeita että pimennyksen aiheuttavan kohteen pitäisi liikkua noin 50 km/s sivusuunnassa ja olla itse tähteä laajempi. Näin nopea liike ei voi olla planeetan rataliikettä, paitsi jos rata on noin 0.5 au:n päässä tähdestä. Mutta siinä tapauksessa tapahtumien pitäisi toistua säännölisesti useita kertoja vuodessa, mitä ei havaita.

On kuitenkin olemassa sellainen mahdollisuus että pimennyksiä aiheuttavat kohteet ovat pölyrenkaita jotka kuuluvat johonkin toiseen aurinkokuntaan, joka sattuu kulkemaan näkölinjan poikki noin 50 km/s poikittaisella nopeudella, mikä on yleinen interstellaarinen nopeus. Jos tuon toisen aurinkokunnan tähti on punainen tai ruskea kääpiö, se voi olla liian himmeä jotta sitä voisi havaita maksimissaan 1400 valovuoden etäisyydeltä. Jos toisen aurinkokunnan ulko-osien "Kuiperin vyöhykkeessä" on pölyrenkaita, ne voisivat selittää himmenemiset.

Tämä malli ennustaa että tulevina vuosina pitäisi näkyä uusia pimennyksiä jotka ovat likimain symmetrisiä jo nähtyjen kanssa. Uudet himmentymiset tapahtuisivat kun KIC 8462852 liikkuu meistä katsoen ulos niistä pölyrenkaista joiden sisään näimme sen aiemmin uivan.

Onko tämä skenaario tilastollisesti todennäköinen? Lasketaan sellaisen sylinterin tilavuus jonka pituus on tähden etäisyys 1400 valovuotta ja säde tyypillinen Kuiperin vyöhykkeen etäisyys 40 au:ta. Tulos on 0.0017 kuutiovalovuotta. Tämä on se tilavuus johon pölyrenkaallisen vieraan aurinkokunnan pitää osua jotta se aiheuttaisi pimennykset. Tähtitiheys lähiympäristössämme on noin 0.004 tähteä kuutiovalovuodessa, ja suurin osa tähdistä on juuri tarkoitukseemme sopivia kääpiötähtiä jotka eivät näy kauas. Kun luvut kertoo keskenään, saa tuloksen jonka mukaan pimennyksen todennäköisyys on noin seitsemän miljoonasosaa. Toisaalta Kepler-teleskooppi seurasi jatkuvasti noin 150000 tähteä. Kertomalla luvut saa niiden tähtien lukumäärän odotusarvon Keplerin aineistossa, joissa pitäisi näkyä toisen aurinkokunnan aiheuttama pimentyminen. Tämä luku on noin yksi, mikä kuulostaa lupaavalta. Lasku pätee sillä oletuksella että pölyrenkaat ovat yleisiä aurinkokuntien Kuiperin vyöhykkeillä.

Onkohan tässä selitys oudoille pimentymisille?

Englanninkielinen versio tästä on julkaistu Cosmology.com-sivustolla.

keskiviikko 16. syyskuuta 2015

Sähköpurjekolumni 35

(Kyseisen Avaruusluotain-lehden numeron teemana oli teknologia avaruusscifin taustalla.)

Kalpana 1 -habitaatti (nss.org).
Aurinkokuntaan olisi mahdollista rakentaa siirtokuntia asteroidien raaka-aineista. Ajatus on vanha ja esimerkiksi 1970-luvulla Gerard O'Neill tutki asiaa opiskelijoidensa kanssa.  Tullakseen toimeen avaruudessa ihminen tarvitsee paineistuksen, säteilysuojan ja keinopainovoiman.  Sopiva rakenne on noin kymmenen kilometrin halkaisijainen ja saman pituinen pyörivä sylinteri.  Sylinterin kymmenen metriä paksu hiilikuituseinä kestää paineistuksen ja keskipakoisvoiman ja on Maan ilmakehän veroinen säteilysuoja.  Normaalipainovoimaista pinta-alaa on sylinterin sisäpinnalla 300 neliökilometriä ja sylinterin massa on 6 miljardia tonnia eli vähän kevyempi kuin Rosettan tutkima Churyumov-Gerasimenko -komeetta.

Kalpana 1 sisältä.

Jos kymmenesosa asteroidivyöhykkeen painavimmasta kappaleesta eli kääpiöplaneetta Ceresistä hyödynnettäisiin raaja-aineena, se riittäisi 15 miljoonaan avaruuskaupunkiin, joiden kokonaispinta-ala olisi 5 miljardia neliökilometriä, eli 30 maapalloa jos valtameret jätetään pois.  Kuiperin vyöhykkeellä olisi käytettävissä raaka-ainetta vielä satoja kertoja asteroidivyöhykettä enemmän, ja Oortin pilvessä karkeiden arvioiden mukaan vähintään satoja tuhansia kertoja enemmän. Siis jopa miljoonia kertoja enemmän pinta-alaa kuin Maassa, ja tuo pelkästään omassa aurinkokunnassamme.



Pluton typpijäätiköissä olisi raaka-ainetta suureen määrään hengitysilmaa (cbsnews.com).
Miten on mahdollista että aurinkokunnan pienkappaleista voisi rakentaa noin paljon enemmän pinta-alaa kuin kokonainen planeetta tarjoaa? Planeetta on massamielessä erittäin tehoton tapa tuottaa elintilaa, koska suurin osa massasta on piilossa planeetan sisällä ja sen ainoa tehtävä on tuottaa painovoimakenttä. Jos rakennetaan pyöriviä sylintereitä joissa painovoima tuotetaan keskipakoisvoimalla, massaa tarvitaan noin miljoona kertaa vähemmän, eli koko maapallon massan sijaan tarvitaan vain maan ilmakehän verran ainetta.

Kääpiöplaneetta Ceres (nasa.gov).
Raaka-aineiden nostaminen esimerkiksi Cerekseltä (pakonopeus puoli kilometriä sekunnissa) voidaan tehdä esimerkiksi raketilla tai avaruushissillä. Cereksen raaka-aineista rakennetut kaupungit voidaan jättää kiertämään Cerestä, jolloin ne ovat helpon matkan päässä toisistaan, vaikkakin kaukana Maasta ja muiden asteroidien siirtokunnista.

Mitä tarvitaan jotta tähän päästäisiin? Tarvitaan tehokas tapa päästä asteroideille, esimerkiksi sähköpurje. Tarvitaan asteroidien kaivostoimintaa. Tarvitaan osien valmistusta ja laitteiden kokoonpanoa avaruudessa. Tarvitaan robottiluotaimiin sen verran älyä että jokaista liikettä ei tarvitse ohjelmoida etukäteen, koska kommunikaatioviive asteroideille on noin tunti.

Tällä hetkellä tonnin massan toimittaminen maasta asteroidille maksaa noin puoli miljardia. Se on noin kahdeksan kertalukua liikaa jotta avaruuden siirtokunnat löisivät taloudellisesti leiville. Kahdeksan kertalukua on suuri haaste, mutta periaatteellista alarajaa yksikköhinnalle ei ole, kunhan asteroidien kaivostoimintaa käytetään tehokkaasti hyväksi.  Monet arkipäiväiset koneet pystyvät käsittelemään elinaikanaan yllättävän suuren massan verrattuna omaan painoonsa. Esimerkiksi jos kuorma-autolla ajetaan soraa muutaman kymmenen kilometrin päähän, tavaraa siirtyy auton elinaikana kymmeniä tuhansia kertoja enemmän kuin auton oma paino. Jos kaivoksen tuotteista rakennetaan toinen isompi kaivos, massakerroin korottuu toiseen potenssiin. Kymmenen tuhatta potenssiin kaksi onkin jo kahdeksan kertalukua.

keskiviikko 8. heinäkuuta 2015

NASAn toisen vaiheen NIAC rahoitusta sähköpurjeprojektille


NASA on päättänyt antaa NIAC:in toisen vaiheen rahoitusta Nasa Marshall Space Flight Centerin HERTS sähköpurjeprojektille! HERTSin lisäksi kuusi muutakin projektia sai jatkorahoituksen. Puolen miljoonan taalan projektin on määrä kestää kaksi vuotta. Pekka on mukana HERTS-tiimissä suuntaviivoja näyttämässä.

Alkuperäinen uutinen löytyy täältä:
http://www.nasa.gov/press-release/from-satellite-swarms-to-interstellar-submarines-nasa-selects-leading-edge-technology
Popular Science teki aiheesta infovideon:



Aiheesta muualla:

Popular Science:
http://www.popsci.com/nasas-plan-sail-past-out-our-solar-system

Parabolic Arc:
http://www.parabolicarc.com/2015/07/06/nasa-funds-7-niac-phase-ii-proposals/comment-page-1/

Suomeksi Tiedetuubi:
http://www.tiedetuubi.fi/avaruus/nasa-valitsi-suomalaiskeksinnon-jatkokehitetykseen

Puolaksi:
http://kopalniawiedzy.pl/NASA-Innovative-Advanced-Concepts-NIAC,22734

Skynet:
http://www.skynetchronicles.com/2015/07/07/heliopause-electrostatic-rapid-transit-system-herts/

Espanjaksi:
http://es.gizmodo.com/la-nasa-probara-su-propia-nave-con-unas-enormes-velas-s-1716604937
Network World
http://www.networkworld.com/article/2945492/data-center/nasa-s-cool-radical-and-visionary-concepts.html#slide7

Popular Mechanics
http://www.popularmechanics.com/space/a16346/nasa-niac-phase-ii-2015/ 

Next Big Future
http://nextbigfuture.com/2015/07/heliopause-electrostatic-rapid-transit.html

torstai 14. toukokuuta 2015

Aurinkotuulen avulla Marsiin - Uutistamossa juttu EMMIstä

Uutistamossa on julkaistu Pekan kirjoittama juttu EMMIstä:
http://www.uutistamo.fi/aurinkotuulen-avulla-marsiin/


  1. Pekka Janhunen, Sini Merikallio, Mark Paton. EMMI—Electric solar wind sail facilitated Manned Mars Initiative. Acta Astronautica, 2015; 113: 22 DOI: 10.1016/j.actaastro.2015.03.029