Minna Palmroth: Laatuinnovaatio avaruusfysiikan perustutkimuksesta

3.12.2010

Minna Palmroth on Helsingin yliopiston laskennallisen avaruusfysiikan professori.

Pari viikkoa sitten työkaveri tuli kysymään neuvoa, että miten pitäisi pukeutua, kun vastaanottaa palkintoa tasavallan presidentiltä juhlavassa gaalassa. Melkoinen aloitus tutkijan tavalliselle työpäivälle! No mistä oli kysymys? Työyhteisömme jäsen, Ilmatieteen laitoksen tutkija Pekka Janhunen oli voittanut Laatuinnovaatio -palkinnon keksinnöllään sähköpurjeella, ja hankkeen projekti-insinööri Sini Merikallio mietti pukeutumista (miehillähän ei pukeutumisongelmia ole, gaaloissakaan).

Sähköpurje on Janhusen keksintö, joka tulee onnistuessaan mullistamaan avaruudessa liikkumisen. Purjeella pöräyttäisi esimerkiksi Pluton radalle muutamassa vuodessa, kun nykyisillä keinoilla etappiin tuhraantuu aikaa kymmenen vuotta. Olemme herkutelleet ajatuksella, että suomalaisten pitäisi lähettää luotain ottamaan Voyageria kiinni, ja antaa vehkeelle nimeksi 'Lasse' - kunnioittaen Virénin maailmanennätystä Münchenin olympialaisissa. Lassehan voitti siitä huolimatta, että antoi muille tasoitusta kaatumalla kesken kisan. Historiallisia suomalaishetkiä olisivat molemmat! 'Missä olit silloin kun Lasse sai Voyagerin kiinni?', kyselisivät suomalaiset; tai 'suomalaiskeksinnöllä kauimmaksi maailmankaikkeuteen', revittelisivät iltapäivälehdet. Kaljakuppiloissa hurrattaisiin Lassen loppukiriä suurelta valkokankaalta, ja yhdysvaltalaisille virnuiltaisiin.

Sähköpurje on periaatteeltaan varsin yksinkertainen; jopa niin yksinkertainen, että sen perusmekanismi Coulombin vuorovaikutus opetetaan lähes ensimmäiseksi sähkömagnetiikan opinnoissa. Otetaan ohut lanka, joka varataan positiiviseksi, jolloin aurinkotuulen positiivisesti varautuneet protonit hylkivät lankaa ja antavat sille pienen tönäisyn. Laitetaan näitä lankoja kimppu luotaimen perään, pannaan luotain pyörimään niin että langat pysyvät suorana keskipakoisvoiman vaikutuksesta. Ja annetaan aurinkotuulen viedä! Purjehditaan, ohjaillaan luotainta muuttamalla lankojen pyörimistasoa aurinkotuulen protonivuohon nähden.

Siihen se yksinkertaisuus loppuukin, tietävät kaikki kalastusta tai neulontaa harrastavat avaruusfyysikot. Siimojen pitää olla pitkiä, ne sotkeentuvat helposti, ja aurinkotuulen protinivuo on kaikkea muuta kuin tasaisesti puhaltava leuto henkäys. Auringosta irtoaa jatkuvasti valtavia kaasupilviä, jotka rytistävät Maan lähiavaruutta, aiheuttavat ongelmia kaasuputkissa, voimajohdoissa ja satelliittien lähetyksissä; ja tuottavat hienoja revontulia! Siispä tarvitaan paljon tutkimusta ja jatkokehittelyä, ennen kuin Lasse voidaan päästää Voyager-jahtiin. Aiheen ympärillä pyörii jo useita tutkijoita ja kokonainen tutkimusohjelma.

Sähköpurjeinnovaation syntyminen on perustutkimuksen kannalta suorastaan kutkuttava. Ensin osastollamme pähkäiltiin Euroopan avaruusjärjestön (ESA) tilauksesta magneettista propulsiota. Siis että laitettaisiin luotaimeen magneetti, jolloin sen ympärille syntyisi pieni magnetosfääri; samantapainen kuin mikä kotiplaneettammekin ympärillä on. Magnetosfääri vastustaa sekin aurinkotuulen suoraa puhaltamista Maan pinnalle, ja pelastaa siinä sivussa Maan asukkaat monelta pahalta. Luotaimessa se aiheuttaisi niin ikään pienen töytäisyn. Asiaa selviteltiin, ja tultiin siihen lopputulokseen, että tönäisy ei ole tarpeeksi suuri. Projektista ei siis jäänyt käteen mitään, paitsi Janhuselle idea sähköisestä propulsiosta. Patenttihakemus meni läpi, ja kohta ideaa testataan Viron ensimmäisessä satelliittihankkeessa (Est-Cube), joka on lähes kokonaan innokkaiden opiskelijoiden varassa.

Aiheen kutkuttavuus on siinä, että magnetosfäärifysiikkaa on aina pidetty leimallisesti perustutkimuksena. Mutta niin vain siitäkin syntyi innovaatio, joka voi sekoittaa pakan monessa suhteessa. Ensinnäkin keksintöä voidaan soveltaa ns. plasmajarrussa, jolla tuotaisiin palveluksensa päättäneitä satelliitteja alas kiertoradalta. Lähiavaruus alkaa olla jo niin roskainen, että siivousta aletaan pian edellyttää. Tulevaisuudessa nanosatelliittiprojekti saattaa tilata Suomesta härveliinsä kiinnitettävän "de-orbiting devicen"; toisin sanoen edistää Suomen huipputeknologian vientiä. Villeimmissä ideoissa ollaan visioitu asteroidien kaivostoimintaa, joka voisi tulla sähköpurjeen avulla kannattavaksi. Platinaryhmän metallien harvinaiset esiintymät kun ovat luultavasti peräisin juuri asteroiditörmäyksistä. Vaikka tämä olisi mahdotontakin, keksinnön aivoja virkistävää voimaa ei voi kieltää.

Sähköpurje on loistava esimerkki siitä, miten välittömän taloudellisen hyödyn näkökulmasta turhalta kuulostavalta tieteenalalta löytyy inspiraatiota ja innovaatioita. Toinen esimerkki löytyy Luigi Galvanin kuuluisista kokeista, jotka osaltaan johtivat sähkön keksimiseen. Mitä, jos Luigille olisi sanottu, että tuolle sammakonreisien tökkimiselle ei ole teknologista tilausta, koittaisit sinäkin nyt vain tehostaa nykyaikaisia voimansiirtojärjestelmiä hevosrattaissa. Tai kääntäen; mitä jos James Clerk Maxwell ja kumppanit olisivat patentoineet sähkön? Ainakin perikunta kiittäisi, rahahuolia tuskin olisi. Tiede on nähtävä sijoituksena tulevaisuuteen: osa tutkimuksista johtaa käytännöllisiin keksintöihin, osa taas ei, mutta riski tästä on otettava, tai yhteiskunta ei kehity. Jopa pieleen menneet projektit on nähtävä osana edistystä, jos samalla tapahtuu oppimista. Tehokkuusajattelua saa ja pitääkin olla, mutta samalla on huolehdittava rennosta ja inspiroivasta ilmapiiristä, jossa innovaatioita useimmin tapahtuu. Koskaan ei tiedä, mistä lopulta on tulevaisuudessa hyötyä!

Seuraa sähköpurjeuutisia osoitteessa http://www.electric-sailing.fi

Akatemian blogeissa tiedeyhteisöä edustavat vierailevat bloggaajat kirjoittavat tiede- ja tutkimusmaailman ajankohtaisista kuulumisista, tutkijantyön arjesta ja tutkimusaiheistaan. Kirjoittajien näkemykset ovat heidän omiaan.

Blogiarkisto

Viimeksi muokattu 30.8.2017
Seuraa meitä:
FacebookSlideshareTwitterYoutube
VAIHDE 029 533 5000
KIRJAAMO 029 533 5049
FAKSI 029 533 5299
   
SÄHKÖPOSTI etunimi.sukunimi@aka.fi
AUKIOLO Arkisin 8.00-16.15
   
HENKILÖHAKU »
YHTEYSTIEDOT, LASKUTUS  JA
REKISTERISELOSTEET»
KYSYMYKSET JA PALAUTE »