Genesis (luotain)
Wikipedia
NASA:n Genesis-avaruusluotaimen tieteellisessä tehtävässä oli kyse aurinkotuulinäytteistä.
Apollo 11, 12, 14, 15 ja 16 lennoilla Kuun pinnalla kerättiin aurinkotuulta 0,5 neliömetrin kokoisille alumiinifolioille. Keruuaika oli ensin vain 77 minuuttia (Apollo 11-lento) ja lopulta 45 tuntia (Apollo 16-lento). Maassa tehdyssä kemiallisessa analyysissä löytyi folioilta mm. seuraavia isotooppeja: Helium-3, Helium-4, Neon-20, Neon-21, Neon-22 ja Argon-36. Genesis keräsi näytteet aurinkotuulesta.
Alun perin Genesis-mission nimi oli maallisempi, Suess-Urey. Professorit Suess ja Urey olivat geokemistejä ja mm. Kuu-ohjelman tiedemiehiä. Mission nimi muutettiin helpommaksi, mutta amerikkalaisesti poikkeuksellisesti ei-pakanalliseksi erisnimeksi. Monet NASAn avaruuslentojen nimet on otettu antiikin Kreikasta.
[muokkaa] Avaruusalus ja sen lentorata
636 kg painava Genesis-luotain laukaistiin 8.8.2001 Floridasta Delta II-kantoraketilla. Se saavutti Maa-Aurinko-linjalla olevan Lagrangen L1-pisteen marraskuussa 2001. Se keräsi siellä, 1,5 miljoonaa km Maasta Aurinkoon päin, viidelle isolle ”aurinkopaneelimaisesti avautuvalle” piilevylle ja nk. aurinkokonsentraattoriin aurinkotuulen atomeja ja molekyylejä parin vuoden (850 vrk) ajan.
Näiden keräyslaitteiden lisäksi luotaimessa oli ioneja monitoroivat instrumentit. Ne erottivat hitaan (nopeus 300 km/s) ja nopean aurinkotuulen (1200km/s) sekä massasuihkut Auringon koronasta (700 km/s). Nämä Los Alamosin kansallisen laboratorion instrumentit olivat samanlaisia kuin mitä lentää ESA:n Ulysses-luotaimella, ts. 1970-luvun tekniikkaa. Kutakin aurinkotuulityyppiä varten voidaan kääntää esiin omanlaisensa keräyspaneli.
Kukin keräyspaneli on noin neliömetrin kokoinen. Sen pinta koostuu 55 kappaleesta kooltaan 10 cm x 10 cm tiiliä. Tiilien materiaaleina ovat puhdas pii, kulta, safiiri, timantit, jotka ovat puhtaita materiaaleja (ts. koostuu vain yhdestä alkuaineesta) eivätkä pilaa näytteitä. Materiaalivalintoihin on puhtauden lisäksi vaikuttanut se, miten kerääntyneet aineet saadaan pois keräysmateriaalista ja miten näytteen ”haihtuminen” keräysmateriaalista estetään avaruudessa, kun materiaali kuumenee 200 Celsius-asteeseen.
Erikoisin laite luotaimessa on konsentraattori, joka kerää aurinkotuulen happea. Siinä puolipallomainen 6500 V jännitteinen peili kiihdyttää happi-ionit kohti 5 x 5 cm kokoista kohdetta (jonka, materiaaleina ovat timatti, piikarbidi, pii), johon happi kerätään.
Luotain voi kerätä 10-20 mikrogrammaa aurinkotuulta. Se vastaa muutamaa keittosuolahippua. Mission hinta on: avaruusluotain 164 miljoonaa dollaria, laukaisu 50 miljoonaa dollaria, operointi ja näytteiden analysointi 50 miljoonaa dollaria. Yhteensä missio maksaa 264 miljoonaa dollaria. Jos tuotoksena pidettäisiin kerättyä massaa, kustannus olisi 26000 miljardia dollaria per kg. Tällainen kilohinta ei ole relevantti. Kerättyä aurinkotuulta ei ole saatu Maahan sitten vuoden 1972, kun viimeiset Apollo-ohjelman Kuu-näytteet tuotiin. Vihoviimeiset Kuun kivinäytteet on tuotu maahan 1976 silloiseen Neuvostoliittoon. NASA:n kaavaillussa Moonrise-projektissa aiotaan hakea näyte Kuun toiselta puolelta.
[muokkaa] Paluu
Genesisin paluu Maahan alkoi huhtikuussa 2004. Siirtolentoja varten luotaimessa oli 142 kg ajoainetta. Luotain matkaa sillä kolme miljoonaa km; sen polttoaineen kulutus on täten alle 0,01 litraa satasella vaikka vauhtia on miltei 40000 km/h. Yksinkertaisena laitteena luotain tuottaa vain 254 W sähköä.
Paluukapselin halkaisija on 1,5 metriä ja pituus 0,8 m. Se painaa 205 kg. Se jarruuntuu laskuvarjojen varassa, koska puolipehmeäkin lasku maan- tai merenpintaan rikkoisi piilevyt. Sen hidastusvarjon halkaisija on 2 metriä ja liitovarjon koko 10 metriä x 3 metriä.
Luotain ”läpäisi ilmakehän reunan” 125 km korkeudessa halkaisijaltaan 33 km alueella – tämänlainen tähtäys osataan ydinasevaltiossa hyvin. Kapseli jarruuntuu ballistisesti 2 kahden minuutin ajan 11 km/s nopeudesta.
33 km korkeudessa kapselin jarruvarjo avataan. Se jarruttaa 6 minuutin ajan. Kapselin lämpökilven pintalämpötila nousee 2500 asteeseen ja ablaatio syö sen massasta 6 %. Kapselin suurin hidastuvuus on 30 g:tä. Nopeus laskee alisooniseksi ja lämpökilpi jäähtyy nopeasti. Siis näin piti käydä.
Liitovarjo (parafoil) avautuu 6 km korkeudessa. Kapseli laskeutuu 10 minuutissa kolmen kilometrin korkeuteen, jossa Eurocopter Astar 350-B2-helikopteri sieppaa kapselin ilmassa. Ilmassa on kaksi helikopteria, jotka lentävät peräkkäin. Jos toinen on liian korkealla sieppausta varten, toinen on sopivammassa asemassa sen jäljessä. Koptereilla on aikaa tehdä viitisen sieppausyritystä. Sieppausta ei Genesis-kapselin kohdalla ollut tekemässä Yhdysvaltain Ilmavoimat vaan Hollywoodin stunt-lentäjät. Siksi helikopterikin on eurooppalainen.
Jarruvarjo ei avautunut. Heti tulee mieleen, että lukituksia ja kansia avaava pyrotekniikka toimii varmasti ja vika on ollut jossain mekanismissa. Oliko jokin osa jumissa? Painekuormien vaikutusta jarruvarjon ulostuloon voisi myös epäillä syypääksi. Jos alus tulee oikeassa asennossa ilmakehään, tämän kuorman pitäisi olla hyvin tunnettu. Voiko jarruvarjo paakkuntua kahden vuoden aikana tyhjiössä mytyksi joka ei aukea kovassakaan virtauksessa? Pyrotekniikka ei toiminut. Se oli kahdennettu, joten nyt epäiltiin, että pyrot laukasevat paristot olivat menettäneet varauksensa. Tämäkään ei olut syy eikä edes asennusvirhe. Pyrotekniikan laukaiseva osa oli suunniteltu väärin.
Kapseli osui maan pintaan 190 mph eli 300km/h nopeudella. Putoamisen loppuvaiheesta on video: Genesis . Helikopterista, joka haki kapselin törmäyspaikalta, kapseli vietiin Yhdysvaltain armeijan koealueen puhdastilaan. Ko. tukikohta on erikoistunut mm. biologisiin aseisiin, joka selittää sen hyvän varustelutason. Sieltä kapseli vietiin NASA:n Johnson Space Centeriin, Houstoniin. JSC:ssä on oma erityisen hyvä laboratorio näytteiden tutkimiseen. USA on YK:n vuoden 1966 ulkoavaruussopimuksen allekirjoittajamaa ja sitä kautta velvollinen Maa-planeetan suojeluun ulkoavaruuden mahdollisilta, esim. biologisilta, uhilta. NASA ja USA:n kansallinen tutkimusneuvosto ovat arvioineet Genesis-paluukapselin olevan turvallinen Maahan tuomista varten. Nyt kuitenkin uskotaan, että aurinkotuulinäytteitä voi erottaa maallisesta materiasta.
Genesis on NASA:n JPL-keskuksen johtama missio. Lockheed Martin Space Systems rakensi avaruusluotaimen ja johtaa sen lentoa. Los Alamos National Laboratory ja NASA'n Johnson Space Center rakensi luotaimen tiedelaitteet.
