Jo Merkurius on kova paikka
Auringon kova polte on ongelma jo aurinkokunnan sisimmän planeetan Merkuriuksen luona ja sinne lentäviä luotaimia on jouduttu varustamaan erityisesti Auringon lämmitystä vastaan. Auringosta tuleva lämpövuo on Merkuriuksen etäisyydellä yli kymmenen kertaa suurempi kuin Maan etäisyydellä. Sen vuoksi Merkuriusta kiertävän luotaimen Auringon puoleinen kylki kärventyy noin 360 asteen kuumuudessa.
Eikä varjopuolella ole välttämättä paljoa viileämpää, sillä Merkuriuksen pinta hohtaa lämpöään avaruuteen myös voimakkaasti. Auringon säteilemä energia neliömetrille on noin 15 kilowattia. Lämpöhallinta onkin ollut eräs suurimmista ongelmista BepiColombo-nimisen luotaimen tekemisessä. Kyseessä on Euroopan avauusjärjestön vuonna 2015 laukaistava luotain Merkuriukseen ja sen kanssa tekee työtä mm. suomalainen Harri Laakso.
“Bepin tekeminen osoittautui työn kuluessa paljon vaativammaksi kuin alun perin oletettiin. Merkurius on hyvin vaativa ympäristö, emmekä ole koskaan aikaisemmin Euroopassa tehneet sellaiset vaatimukset täyttävää avaruuslaitetta.”
“Bepi tulee kiertämään Merkuriusta radalla, joka vie sen hyvin lähelle planeetan pintaa, ja silloin planeetan pinnasta hohkaa alukseen yksi kolmasosa Auringon lämpövuosta lisää", kertoo Laakso.
"Lisähaitta on se, että nämä kaksi lämpövuota tulevat eri suunnista; luotain halutaan pitää koko ajan sellaisessa asennossa, että sen tutkimuslaitteet osoittavat suoraan alaspäin kohti Merkuriuksen pintaa, jolloin lopulta vain yksi luotaimen kuudesta ulkopinnasta voidaan pitää koko ajan varjon puolella. Sinne asennetaan lämmönsäteilin, mihin lämpöä johdetaan erityisillä lämpöputkilla kaikkialta aluksen sisältä, jolloin lopulta voimme pitää mittalaitteet, elektroniikan ja luotaimen sisuskalut jotakuinkin huoneenlämmössä, maksimissaan 40°C:n lämpötilassa. Tämän suunnittelu on ollut haastavaa.”
“Vielä olennaisempi viivytys tuli aurinkopaneeleista. Aioimme käyttää aluksi luotaimessa uudenlaisia yhdistepuolijohdeaurinkokennoja, mutta niiden lämmönkestävyys osoittautui luvattua huonommaksi. Emme voineetkaan käyttää niitä, joten jouduimme suunnittelemaan aurinkopaneelit uusiksi ja se vaikutti moneen muuhunkin asiaan.”
Siinä missä luotaimen runko voidaan suojata hyvin erilaisilla keraamisilla materiaaleilla tai muunlaisilla eristeillä, on aurinkopaneelien tehtävänä osoittaa Aurinkoon. Silloin ne kuumenevat, ja vaikka voimakkaan Auringon paisteen ansiosta paneelit voivat olla pienet ja käytännössä niiden pinta voi olla suurelta osin peilimäinen, silti ne joutuvat suuren lämpörasituksen kohteeksi.
Voimakas Auringon säteily myös heikentää nopeasti paneelien hyötysuhdetta, joten paneelien pitää olla hieman suuremmat kuin teoreettisesti niiden tulisi olla. BepiColombossa käytetään nyt perinteisiä Galliumarsenidi-kennoja, jotka on erikoispinnoittamisen lisäksi käännetty vinoon V-asentoon, eli ne eivät osoita suoraan kohti Aurinkoa.
Paneeleita ja muita BepiColombossa käytettäviä tekniikoita on testattu erilaisissa koepenkeissä koko projektin ajan, mutta vuoden 2011 lopussa ESTECissä alkanut testikampanja oli ensimmäinen, missä koko luotain lopullisessa muodossaan altistettiin todellisille avaruuden olosuhteille. Siksi ESTECin suuri avaruussimulaattori piti virittää uudelleen vastaamaan Merkuriuksen olosuhteita: simulaattorin “Aurinko” muutettiin tehokkaammaksi, jolloin tyhjökammion seinien jäähdytystä piti puolestaan tehostaa. Sekin vaati omat temppunsa...
Vaikka rahaa on palanut ja aikaa on mennyt suunniteltua enemmän, on tästä kaikesta hyötyä vastaisuudessa. ESA on suunnittelemassa luotainta, joka menisi tutkimaan Aurinkoa hyvin läheltä, ja silloin BepiColombon testatut tekniikat ja niiden kanssa kerätyt kokemukset tulevat tarpeeseen.
Luotain Auringon lähelle
ESA ja NASA ovat suunnitelleet jo pitkään yhdessä ja erikseen myös luotaimia, jotka lentäisivät mahdollisesti vain kolmen Auringon säteen päähän Auringosta ja tekisivät siellä mittauksia.
Lopulta vuoden 2012 alussa projekti nytkähti eteenpäin ja Solar Orbiter -niminen ESAn tekemä luotain on tarkoitus laukaista tammikuussa 2017 Nasan rahoittamalla raketilla matkalle kohti Aurinkoa. Luotaimen tehtävänä on mitata heliosfääriä ja aurinkotuulta sekä luonnollisesti kuvata Aurinkoa hyvin läheltä, paljon Merkuriuksen rataa lähempää.
Suunnitelman mukaan luotain uskaltautuu vain 30 Auringon halkaisijan päähän siitä, noin 0,28 AU:n etäisyydelle.
Seitsenvuotiseksi kaavaillun lennon päätteeksi se todennäköisesti ohjataan vieläkin lähemmäksi ja syöstään lopulta Aurinkoon. Se siis pysyttelisi aluksi "turvallisen" matkan päässä, mutta kokisi lopulta ISONin kohtalon: Aurinko höyrystäisi sen.
Tällaisen luotaimen tekeminen on hyvin vaikeaa, sillä lämpötila Auringon lähellä on korkea, yhteydenpito alukseen vaikeaa ja valoa aurinkopanee- leille jopa liikaa. Suunnitelmissa aluksen alla onkin paksu lämpösuoja ja aurinkopaneelit ovat käytännössä peilipintaisia. BepiColombon kanssa kohdatut hankaluudet koituvat nyt hyödyksi, sillä samaa tekniikkaa voidaan käyttää vielä parannettuna aurinkoluotaimessa.
Piirustuspöydällä muotoutuu vieläkin hurjempia aurinkoluotaimia, tosin tässä vaiheessa vasta ideatasolla. Eräs suunnitelma muistuttaa Tähtien sodasta tutun Darth Vaderin kypärää, sillä luotaimen tulee kestää erittäin korkeaa lämpötilaa ja sen on oltava muutenkin erinomaisen tukevaa tekoa.
Luotain tekisi itsemurhalennon Aurinkoon eli se olisi kuin Solar Orbiter, mutta lähestyisi ensin Aurinkoa vain noin neljän säteen etäisyydelle ja siitä sen annettaisiin sitten laskeutua yhä lähemmäs aurinkokuntamme keskustan tulisyöveriä. Sen viimeiset tiedot tulisivat olemaan erityisen kiinnostavia – ne vastaisivat tilannetta, missä ISON oli eilen illalla.
