Avaruuskeksinnöstä tuli totta: Suomalaisella sähköpurjeella avaruuteen

Sähköpurje koostuu 50-100 johtavasta langasta, ja aluksen työntövoiman tuottavat Auringosta lähtevät hiukkaset. Kuva Antigravite / Alexandre Szames.

Paras tapa liikuttaa avaruusalusta pitkiä matkoja olisi hyödyntää aurinkotuulta eli Auringosta lähtöisin olevaa hiukkasvirtaa. Tällaisella aurinkopurjeella kulkevan aluksen ei tarvitsisi kiihdyttääkseen kuljettaa mukanaan mitään ajoainetta, ellei se pyri tähtienväliseen avaruuteen aurinkotuulen ulottumattomiin.

Ilmatieteen laitoksen tutkimuspäällikön Pekka Janhusen vuonna 2006 keksimä sähköpurje tuottaa avaruusalukselle työntövoimaa aurinkotuulesta tehokkaammin kuin perinteiset aurinkopurjeet.

Menetelmä perustuu pitkiin ja ohuisiin sähköisesti varattuihin metalliliekoihin, jotka vuorovaikuttavat aurinkotuulen virtauksen kanssa.

Sähköpurje on herättänyt suurta kiinnostusta avaruuspiireissä, mutta tähän mennessä on ollut epäselvää, pystytäänkö sen tärkeimpiä osia eli pitkiä ja ohuita metalliliekoja tuottamaan.

Hiljattain Helsingin yliopiston fysiikan laitoksen elektroniikan tutkimuslaboratorio onnistui tuottamaan kilometrin pituisen sähköpurjeliean ultraäänihitsauksella. Nyt tuotettu kilometrin lieka osoittaa, että menetelmä toimii ja että pitkien sähköpurjeliekojen valmistus on mahdollista.

Sähköinen aurinkotuulipurje eli sähköpurje koostuu pitkistä ja ohuista sähköä johtavista alumiinilangoista valmistetuista lieoista. Täysikokoisessa purjeessa liekoja voi olla jopa sata kappaletta, joista jokaisen pituus on 20 kilometriä.

Aluksen elektronitykki ampuu pois elektroneja ja luo siten liekoihin positiivisen varauksen. Varattujen liekojen sähkökenttä ulottuu noin 100 metriä ympäröivään aurinkotuuliplasmaan.

Aurinkotuulen varatut hiukkaset törmäävät tähän kenttään, jolloin syntyy vuorovaikutus, joka työntää avaruusalusta eteenpäin.

Yksittäinen metallilanka ei kuitenkaan kelpaa sähköpurjelieaksi, koska avaruuden mikrometeoroidit katkaisisivat sen nopeasti.

Lieka täytyy valmistaa useasta langasta liittämällä niitä yhteen noin senttimetrin välein.

Silloin mikrometeoroidit saavat katkoa yksittäisiä lankoja ilman, että koko lieka katkeaa.

Neljä vuotta sitten ultraäänihitsauksen asiantuntijat pitivät ohuiden lankojen yhteenliittämistä mahdottomana.

Nyt tuotettu kilometrin pituinen lieka kuitenkin osoittaa, että menetelmä toimii ja että pitkien sähköpurjeliekojen tuotanto on mahdollista. Lieka sisältää noin 90 000 ultraäänihitsausta.

Teoreettisesti ennustettua sähköpurjevoimaa ei ole vielä koskaan kokeellisesti mitattu. Liekatehtaan tuotteet pääsevät kuitenkin pian tositoimiin avaruudessa.

Ensimmäisenä sähköpurjetta testaa virolainen piensatelliitti ESTCube-1, joka laukaistaan huhtikuussa. ESTCube-1 avaa avaruudessa 15 metrin pituisen liean ja mittaa siihen kohdistuvan sähköpurjevoiman.

Seuraavana vuorossa on Aalto-yliopiston piensatelliitti Aalto-1, joka laukaistaan 2014 ja joka avaa sadan metrin pituisen liean.

Suomi sai uuden avaruusstrategian

Suomen avaruustoiminnan kansallinen strategia linjaa julkisesti rahoitetun toiminnan tavoitteita aloilla, joilla Suomi on mukana. Näitä ovat avaruustiede, satelliittikaukokartoitus, satelliittipaikannus ja satelliittitietoliikenne sekä avaruusteollisuus.

Työ- ja elinkeinoministeriön asettama avaruusasian neuvottelukunta julkaisi maaliskuun alussa strategian vuosille 2013-2020. Kymmenes avaruusstrategia tavoittelee Suomen nostamista maailman huipputasolle valituilla aloilla seitsemässä vuodessa. Tällaisia kärkihankkeita ovat muun muassa arktisten alueiden vaatimuksiin vastaavat avaruussovellukset.

Satelliittien keräämästä datasta on hyötyä arktisen sekä Itämeren alueen ympäristön ja luonnonvarojen seurannassa sekä ilmastonmuutoksen tutkimuksessa.

Suomalaisia yrityksiä on myös mukana suunnittelemassa ja valmistamassa satelliittien laitteita, rakenteita ja ohjelmistoja. Suunnittelun ja valmistuksen liikevaihto oli vuonna 2011 noin 13 miljoonaa euroa.

Suurempi joukko yrityksiä valmistaa esimerkiksi paikannuslaitteita ja soveltaa avaruustekniikkaa paikannuksen, tietoliikenteen ja kaukokartoituksen palveluliiketoiminnassa. Tällaisten yritysten vuosittaiseksi liikevaihdoksi on 2000-luvulla arvioitu noin 240 miljoonaa euroa.

Avaruusalan sovellukset näkyvät yhä enemmän tavallisten ihmisten arjessa, esimerkiksi auton tai kännykän satelliittipaikannuksessa.

Suomessa on myös paikannusalan yrityksiä, joista monet toimivat vain kansallisesti tai Euroopassa. Useat kuitenkin valmistautuvat myös Kiinan Compass- ja Euroopan Galileo-paikannussatelliittien toiminnan alkamisen vaikutuksiin päätelaitemarkkinoilla.

Muu paikkaan perustuva liiketoiminta pohjautuu satelliittikaukokartoituksen suurten datamassojen jalostamiseen palveluiksi kotimaassa ja vientimarkkinoille paikannus-, kaukokartoitus- ja paikkatietoaloilla.