Genesis (luotain)

Genesis oli NASA:n vuosina 2001–2004 toiminut avaruusluotain, jonka tieteellinen tehtävä oli noutaa näytteitä aurinkotuulesta.

Genesis

Taustaa

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 muun muassa seuraavia isotooppeja: Helium-3, Helium-4, Neon-20, Neon-21, Neon-22 ja Argon-36.

Aikaisemmista näytteenhauista poiketen Genesiksen tehtävä oli kerätä näytteet suoraan aurinkotuulesta. Alun perin Genesis-mission nimi oli maallisempi: Suess-Urey. Professorit Suess ja Urey olivat geokemistejä ja muun muassa Kuu-ohjelman tiedemiehiä. Mission nimi muutettiin helpommaksi, mutta amerikkalaisesti poikkeuksellisesti ei-pakanalliseksi erisnimeksi. Monet NASAn avaruuslentojen nimet on otettu antiikin Kreikasta.

Avaruusalus ja sen lentorata

Genesis on NASA:n JPL-keskuksen johtama missio. Lockheed Martin Space Systems rakensi avaruusluotaimen ja johti sen lentoa. Los Alamos National Laboratory ja NASA'n Johnson Space Center rakensi luotaimen tiedelaitteet.

636 kg painava Genesis-luotain laukaistiin 8. elokuuta 2001 Delta II -kantoraketilla Cape Canaveral Air Force Stationin laukaisukompleksi 17A:sta, Floridasta. 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 (1 200 km/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 keräyspaneeli.

Kukin keräyspaneeli on noin neliömetrin kokoinen. Sen pinta koostuu 55 kappaleesta kooltaan 10×10 cm tiiliä. Tiilien materiaaleina ovat puhdas pii, kulta, safiiri, timantit, jotka ovat puhtaita materiaaleja (ts. koostuu vain yhdestä alkuaineesta) eivätkä siksi 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 °C:n lämpötilaan.

Erikoisin laite luotaimessa on konsentraattori, joka kerää aurinkotuulen happea. Siinä puolipallomainen 6 500 V jännitteinen peili kiihdyttää happi-ionit kohti 5×5 cm kokoista kohdetta, johon happi kerätään. Kohtion materiaaleina oli timantti, piikarbidi ja pii.

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 26 000 miljardia dollaria per kg. Tällainen kilohinta ei kuitenkaan 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, joskin NASA:n kaavaillussa Moonrise-projektissa aiotaan hakea näyte Kuun toiselta puolelta.

Paluu

Genesisin paluu Maahan alkoi huhtikuussa 2004. Siirtolentoja varten luotaimessa oli 142 kg ajoainetta. Yksinkertaisena laitteena luotain tuottaa vain 254 W sähköä.

Paluukapselin halkaisija oli 1,5 metriä ja pituus 0,8 m. Se painoi 205 kg. Se laskeutuisi ilmakehän läpi laskuvarjojen varassa ja siepattaisiin helikopteriin ilmasta, koska puolipehmeäkin lasku maan- tai merenpintaan rikkoisi ohuet piilevyt. Sen hidastusvarjon halkaisija on 2 metriä ja liitovarjon koko 10×3 metriä.

Genesiksen kapselin paluu Maahan ei sujunut suunnitelmien mukaan. Laskuvarjo ei auennut ja osa näytteistä tuhoutui.

Luotain ”läpäisi ilmakehän reunan” 125 km:n korkeudessa halkaisijaltaan 33 km:n alueella. Kapseli jarruuntuu ballistisesti kahden minuutin ajan 11 km/s nopeudesta.

33 km:n korkeudessa kapselin jarruvarjo avataan. Se jarruttaa 6 minuutin ajan. Kapselin lämpökilven pintalämpötila nousee 2 500 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:n 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.

Genesiksen jarruvarjo ei kuitenkaan avautunut. Eräs pyrotekniikan laukaiseva kiihtyvyysanturi oli asennettu väärinpäin.

Kapseli osui maan pintaan 306 km/h nopeudella Dugwayn koealueella Utahissa. Putoamisen loppuvaiheesta on video. Helikopterista, joka haki kapselin törmäyspaikalta, kapseli vietiin Yhdysvaltain armeijan koealueen puhdastilaan. Dugwayn tukikohta on erikoistunut muun muassa biologisiin ja kemiallisiin aseisiin, joka selittää sen hyvän varustelutason. Sieltä kapseli vietiin NASA:n Johnson Space Centeriin, Houstoniin. JSC:ssä on oma erityisen hyvä laboratorio näytteiden tutkimiseen. Luotaimen pahasta vahingoittumisesta huolimatta, suurin osa näytteistä säilyi analysointikelpoisina ja luotain on tuottanut tieteellisesti arvokkaita tuloksia.

USA on YK:n vuoden 1966 ulkoavaruussopimuksen allekirjoittajamaa ja sitä kautta velvollinen Maa-planeetan suojeluun ulkoavaruuden mahdollisilta, esimerkiksi biologisilta, uhilta. NASA ja USA:n kansallinen tutkimusneuvosto olivat arvioineet Genesis-paluukapselin olevan turvallinen Maahan tuomista varten.

Aiheesta muualla

• Genesis (Arkistoitu – Internet Archive) (englanniksi)
• Genesis-projektin sivut (englanniksi)
• Luettelo NASAn aurinkoluotaimista (Arkistoitu – Internet Archive) (englanniksi)