Hyppää pääsisältöön

Avaruusromu odottaa siivoojaa – "Tilanne vastaa sitä, että käytöstä poistetut rekat jätettäisiin moottoriteiden varsille"

Havainnekuva avaruusromusta maapallon ympärillä
Taiteilijan näkemys avaruusromusta Maan lähiavaruudessa. Havainnekuva avaruusromusta maapallon ympärillä Kuva: ESA/ID&Sense/ONiRiXEL Yle Tiede,Tiedeykkönen

Maapalloa kiertää parhaillaan noin 4500 satelliittia, mutta vain reilu tuhat niistä toimii. Loput ovat hyödytöntä romua. Kiertoradoilla pyörivä romu aiheuttaa vaaraa uusille satelliiteille ja uhkaa avaruusmatkailua. Suomalaistutkijat etsivät romuongelmaan uusia ratkaisuja.

Tutkijat ovat huolissaan avaruuden roskaantumisesta.

– Tällä hetkellä tilanne Maan kiertoradoilla vastaa sitä, että käytöstä poistetut rekat jätettäisiin moottoriteiden varsille, kuvaa avaruusfysiikan professori Minna Palmroth Helsingin yliopistosta.

Kokonaisten satelliittien lisäksi kiertoradoilla lentää satelliiteista ja raketeista irronneita palasia. Euroopan avaruusjärjestön ESA:n arvion mukaan yli 10 senttimetrin kokoisia romukappaleita on noin 29 000 ja tätä pienempiä roskapaloja on yli 166 miljoonaa.

Koska avaruudessa ei ole kitkaa, irronneet palaset voivat jatkaa kulkuaan kiertoradalla alkuperäisen satelliitin kanssa samalla nopeudella – yli seitsemän kilometriä sekunnissa - kymmeniä tai jopa satoja vuosia. Ne ovat vaarallisia törmätessään.

– Gramman kokoisella hiukkasella on sama liikemäärä kuin auton tuulilasiin moottoritiellä osuvalla 300 gramman kokoisella kappaleella. Sellainen jos osuu kansainvälisen avaruusaseman ikkunaan, voi tulla häränsilmä, Palmroth kertoo.

Tarvitaan kestävämpiä satelliitteja

Palmroth johtaa Suomen Akatemian rahoittamaa kestävän avaruustieteen ja -tekniikan huippuyksikköä. Se pyrkii ratkaisemaan avaruusromuongelmaa kahdella tavalla: parantamalla satelliittien kestävyyttä ja kehittämällä teknologiaa, joka tuo avaruusromun alas kustannustehokkaasti ja turvallisesti.

Jos avaruuteen lähetettävät uudet satelliitit olisivat nykyistä pitkäikäisempiä, niitä ei tarvitsisi lähettää jatkuvasti lisää.

Satelliittien haasteena avaruudessa on hiukkassäteily, joka voi olla peräisin auringosta tai lähiavaruudesta. Korkeaenergiset hiukkaset ovat kuin luoteja, jotka satelliitin kriittiseen kohtaan iskeytyessään saattavat mykistää koko laitteen.

– Näin on sattunut monta kertaa. Satelliitti vain yhtäkkiä lakkaa toimimasta tai toimii eri lailla, kun siihen on osunut energeettinen hiukkanen, Palmroth kertoo.

Tämä saattoi olla esimerkiksi syynä siihen, että viime kesänä avaruuteen lähetetty suomalainen Aalto 2 -satelliitti oli toiminnassa vain viikon verran.

hajonnut satelliitti kiertoradalla, avaruusromua
hajonnut satelliitti kiertoradalla, avaruusromua Kuva: ESA/ID&Sense/ONiRiXEL Yle Tiede,Tiedeykkönen

Palmrothin johtama huippuyksikkö tutkii, voitaisiinko säteilyn aiheuttamia haittoja Aalto 2 -satelliitin kaltaisissa pienissä nanosatelliiteissa estää esimerkiksi lisäämällä samanlaisten komponenttien määrää. Tällöin satelliitti voisi jatkaa toimintaansa, vaikka säteily vaurioittaisikin jotain yksikköä.

Tutkijat kehittävät myös keinoja mitata hiukkassäteilyä. Auringosta tulevien vaarallisten hiukkasten määrä vaihtelee ajasta ja paikasta riippuen. Tieto hiukkasten olinpaikasta auttaisi satelliitteja lähettäviä tahoja varautumaan olosuhteisiin.

Plasmajarru vähentämään avaruusromua

Tarvitaan myös keinoja, joilla avaruuteen lähetettävät uudet satelliitit voidaan käyttöajan loputtua tuoda takaisin alas. Yksi mahdollinen menetelmä on Ilmatieteen laitoksen tutkija Pekka Janhusen kehittämä plasmajarru. Sellainen on muun muassa Aalto1-satelliitissa.

Aalto 1 -nanosatelliitti
Aalto1-satelliitissa on plasmajarru. Aalto 1 -nanosatelliitti Kuva: Wikimedia commons Yle Tiede,Tiedeykkönen

Plasmajarrussa on pitkä ja ohut sähköisesti varattu metallilieka, joka roikkuu satelliitista alaspäin maapalloa kohti. Lieka ikään kuin kyntää yläilmakehässä olevaa ionisoitunutta kaasua eli plasmaa. Tämä jarruttaa satelliitin kiertonopeutta.

– Satelliitti alkaa hitaasti pudota matalammalle kiertoradalle ja putoaa lopulta ilmakehään, jossa se palaa poroksi, Janhunen kertoo.

Satelliittien nopeus on sen pudotessa maata kohti yli 7 kilometriä sekunnissa. Törmäys ilmakehään synnyttää valtavan kitkan, mikä saa satelliitin palamaan. Tämä voidaan joskus nähdä maan pinnalla valoilmiönä.

– Ilmamolekyylit suorastaan hajoavat osuessaan satelliittiin. Ilma kuumenee tuhansiin asteisiin ja ionisoituu plasmaksi. Siitä syntyy valoilmiö.

Osa avaruusromusta putoaa maahan

Isot satelliitit ja avaruusalukset eivät pienten satelliittien tavoin pala kokonaan maan ilmakehään tullessaan. Niistä voi pudota osia, esimerkiksi titaanisia kappaleita, maanpinnalle saakka.

Viimeksi huhtikuussa 2018 jännitettiin, minne kiinalaisten ensimmäinen avaruusasema Tiangong 1 putoaa. Siihen ei ollut enää yhteyttä. Onneksi maapallon pinta-alasta on 70 prosenttia merta ja Tiangong putosi lopulta Tyyneenmereen.

Havainnekuva avaruusromusta maapallon ympärillä
Maapalloa kiertää yli 5 000 tonnia erilaista avaruusromua. Havainnekuva avaruusromusta maapallon ympärillä Kuva: ESA Yle Tiede,Tiedeykkönen

Mikäli satelliittiin on yhä yhteys, se pyritään ohjaamaan tiettyyn kohtaan Tyynellemerelle, jossa sijaitsee avaruusromun hautausmaa. Sinne on ohjattu yli 250 avaruusalusta, muun muassa venäläisten Mir-avaruusasema sekä Euroopan ja Yhdysvaltojen avaruusjärjestöjen käytöstä poistettuja satelliitteja.

Ongelma kuitenkin on, että suuri osa avaruudessa olevista vanhoista satelliiteista on mykkiä. Niihin ei saada enää yhteyttä, joten niiden alas saaminen on iso haaste. Tutkijat ovat yrittäneet kehittää muun muassa erilaisia verkkoja ja hanskoja, joilla avaruusromua voitaisiin pyydystää.

Janhusen mukaan plasmajarru olisi teoriassa mahdollista liittää myös vanhan avaruusromun kylkeen. Toistaiseksi ei kuitenkaan ole helppoa keinoa, jolla plasmajarru voitaisiin viedä avaruudessa olevan vanhan satelliitin kylkeen – eikä ole tiedossa, kuka maksaisi viulut.

Elon Muskin avaruuteen lähettämä punainen avoauto Tesla Roadster
Elon Muskin avaruuteen ampumasta avoautosta tuli hetkessä avaruusromua. Elon Muskin avaruuteen lähettämä punainen avoauto Tesla Roadster Kuva: Wikipedia Yle Tiede,Tiedeykkönen

Avaruuteen lähetetään satelliitteja kiihtyvällä tahdilla

Palmrothin mukaan parhaillaan on käynnissä avaruusalan vallankumous. Aiemmin avaruuteen on lähetetty vain isoja, hyvin säteilyltä suojattuja satelliitteja ja avaruusaluksia, joita on suunniteltu ja rakennettu vuosikausia. Nyt tilanne on toinen. Pienet nanosatelliitit, cubesatit, ovat yleistyneet nopeasti.

Nanosatelliittien myötä myös pienistä maista, kuten Suomesta, on tullut avaruusvaltioita. Aalto 1 ja 2 -satelliitit rakennettiin Aalto-yliopiston opiskelijaprojektissa. Samalla syntyi Suomeen kaksi avaruusalan startup-yritystä.

Kestävän avaruustieteen ja -tekniikan huippuyksikkö aikoo lähivuosina lähettää avaruuteen kolme uutta nanosatelliittia. Tavoitteena on niiden avulla muun muassa mitata avaruussäteilyä ja mitata paikallista elektronitiheyttä.

Palmrothin mukaan tammikuussa 2018 Suomessa voimaan tullut avaruuslainsäädäntö on hyvä askel kohti kestävää avaruuden hyötykäyttöä. Lain mukaan satelliitit pitää rekisteröidä ja esineitä avaruuteen lähettävällä taholla pitää olla suunnitelma, mitä kappaleelle tapahtuu sen tultua käyttöikänsä loppuun.

– Tällä hetkellä avaruusromuongelma on juuri ja juuri hanskassa. Voimme elää vielä tällaisen romumäärän kanssa, vaikka sitä on yli 5000 tonnia kiertoradalla. Mutta koska tällä hetkellä avaruuteen lähetetään kiihtyvällä tahdilla satelliitteja, tilanne on pian muuttumassa kestämättömäksi.

Kuuntele Tiedeykkönen avaruusromusta:

Toimittaja: Mari Heikkilä

Tule mukaan kokeilemaan Ylen tiedekirjettä!

Liity Yle Tieteen yhteisöön Facebookissa.

Lue myös - yle.fi:stä poimittua

Uusimmat sisällöt - Tiede