Nasa aikoo palauttaa ihmisen Kuuhun. Porista kotoisin oleva Kimmo Nieminen on uransa aikana työskennellyt avaruuspukujen kehityksen ja avaruuskävelyoperaatioiden parissa. Nyt hän kertoo Tekniikka&Taloudelle pukujen suunnittelun suurimmista teknisistä haasteista sekä siitä, mihin Suomen kannattaisi panostaa avaruusalalla.
Yhdysvaltain Apollo-ohjelman 17. lennon jälkeen yksikään ihminen ei ole kävellyt Kuussa, eli sitten joulukuun 1972.
Joulukuussa 2017 Yhdysvaltain avaruushallinto Nasa käynnisti Artemis-ohjelman, jonka tavoitteena on viedä ihminen takaisin Kuuhun, perustaa Kuuhun pysyvä tukikohta ja valmistella miehitettyjä Mars-lentoja.
Yksi edellytys ihmisen oleskelulle avaruudessa on avaruuspuku.
Suomalainen Kimmo Nieminen on uransa aikana työskennellyt avaruuspukujen kehityksen parissa. Suurin osa hänen työstään on liittynyt avaruuskävelyoperaatioihin.
Kimmo Nieminen, mitkä ovat suurimmat tekniset haasteet pukujen kehittämisessä?
Avaruuspukua voi ajatella yhden hengen avaruusaluksena. Siksi sen kehittäminen on teknisesti vaikeaa.
Yksi avaruuspukujen keskeisistä perusfysiikan määräämistä rajoituksista on tasapainoilu riittävän sisäisen paineen ja astronautin turvallisuuden sekä liikkumiskyvyn ja energiankulutuksen välillä.
Avaruuspuku on paineistettu ja sen ulkopuolella vallitsee lähes täydellinen tyhjiö. Kun puvun sisäistä painetta nostetaan, liikkuminen, kuten käsien koukistaminen, kyykistyminen ja sormien hienomotoriikka muuttuu raskaaksi ja jäykäksi, ja astronautin energiankulutus kasvaa.
Painetta laskettaessa liikkuminen helpottuu, mutta samalla kasvaa dekompressiotaudin riski. Tämän vuoksi ennen avaruuskävelyä tarvitaan usein hapenhengitysjakso (prebreathe), jonka tarkoituksena on poistaa typpeä kehosta.
Dekompressiotauti, joka tunnetaan kansanomaisesti sukeltajantautina, syntyy, kun vereen ja kudoksiin muodostuu typpikuplia liian nopean paineen laskun seurauksena.
Puvun selässä on niin kutsuttu life support -järjestelmä. Se vastaa hapensyötöstä, puvun sisäisen paineen hallinnasta, hiilidioksidin poistosta, kosteuden ja lämmön säätelystä sekä viestinnästä, virransyötöstä ja telemetriasta eli järjestelmien tilatietojen lähettämisestä.
Lämmönhallinta on erityisen hankalaa, koska avaruudessa vallitsevassa tyhjiössä ei ole ilmaa viemässä lämpöä pois. Lämpö voidaan poistaa vain säteilyn ja nestejäähdytyksen avulla.
Kaiken pitää toimia tuntikausia ilman huoltoa ja äärimmäisen luotettavasti. Lisäksi järjestelmien on kestettävä vikoja, mutta samalla niiden on oltava kevyitä ja kompakteja.
Puvun ulkokerrosten tehtävänä on suojata astronauttia mikrometeoriiteilta, säteilyltä ja UV-säteilyn pitkäaikaisvaikutuksilta sekä suurilta lämpötilan vaihteluilta, sillä varjossa on erittäin kylmä ja auringossa hyvin kuuma.
Tästä syystä puvut näyttävät usein paksuilta ja kömpelöiltä, vaikka niiden sisällä on paljon tarkasti optimoitua mekaniikkaa. Avaruuspuku kaikkine järjestelmineen on raskas kokonaisuus, eikä sitä voida helposti korjata avaruuskävelyn aikana.
Siksi jokainen järjestelmä testataan poikkeuksellisen perusteellisesti, ja sertifiointiprosessi on pitkä ja vaativa. Virheiden seuraukset voivat olla hengenvaarallisia. Samalla kehitys on hidasta ja erittäin kallista.
Nasa on käyttänyt satoja miljoonia dollareita seuraavan sukupolven avaruuspukuihin. Projekteihin on liittynyt merkittäviä viivästyksiä, mikä tekee jokaisesta suunnittelumuutoksesta riskin sekä aikataululle että budjetille.
Mikä on merkittävin teknologinen edistys verrattuna Apollo-ajan pukuihin?
Apollo-puvut olivat aikanaan insinöörityön huippua, mutta ne rakennettiin pitkälti käsityönä, yksilöllisesti astronauttikohtaisiksi ja rajatun tehtäväkokonaisuuden tarpeisiin.
Ne olivat vain rajallisesti muokattavia, ja liikkuvuus oli nykystandardeihin verrattuna rajoitetumpaa. Elossapitojärjestelmät suunniteltiin tietoisesti yhtä ohjelmaa varten, eikä niitä ollut tarkoitettu laajasti skaalautuviksi tuleviin tehtäväprofiileihin.
Uusissa puvuissa, kuten Artemis III -tehtävässä käytettävissä kaupallisesti kehitetyissä puvuissa, iso harppaus on parempi nivelrakenne, joka mahdollistaa tehokkaan työskentelyn Kuun pinnalla. Lisäksi modulaarinen elossapitojärjestelmä (PLSS) on helpompi huoltaa, päivittää ja testata.
”Kuu ei ole katoamassa, mutta kiirehtimällä voidaan tehdä pysyviä ja kalliita virheitä.”
Kuinka realistisena pidät pysyvää Kuun tukikohtaa ja mahdollisia Mars-lentoja, ja miten arvioisit niiden aikatauluja?
Julkisesti esitetyt aikataulut ovat usein optimistisia ja historiallisesti katsottuna liian varhaisia. Oma näkemykseni on pidempi ja realistisempi.
Osittain ympärivuotinen toiminta Kuussa, eli tukikohtamainen infrastruktuuri, on teknisesti mahdollinen 2030-luvulla, mutta vain jos poliittinen tahto ja rahoitus pysyvät kohtuullisen vakaina useiden hallintokausien yli.
Todennäköisesti alkuvaiheessa kyse olisi jaksoittaisesta, ei jatkuvasta miehityksestä.
Ensimmäinen miehitetty Mars-lento on mielestäni aikaisintaan 2040-luvun asia, ja silloinkin vain, jos Kuussa opitaan ensin kaikki keskeiset perusasiat pitkäkestoisesta ihmistoiminnasta vieraassa ympäristössä. Ilman tätä vaihetta Mars-missioon liittyvät tekniset ja inhimilliset riskit olisivat liian suuria.
Olet sanonut, että uskot myös Artemis III -lennon viivästyvän entisestään. Kuinka paljon?
Insinöörisilmin ja monimutkaisia avaruusohjelmia seuranneena on realistista todeta, että kun samaan aikaan otetaan käyttöön uusi kantoraketti, uusi kuulaskeutuja-arkkitehtuuri, uudet avaruuspuvut ja täysin uudet pintatoiminnot, pienetkin tekniset ongelmat kasaantuvat väistämättä aikatauluun.
En yllättyisi, jos miehitetty kuulaskeutuminen siirtyisi vielä useilla vuosilla nykyisistä tavoiteaikatauluista. Historiallisesti tällaisissa jättiohjelmissa viive on usein luokkaa 3–4 vuotta suhteessa optimistisimpaan viralliseen tavoitteeseen.
Itse pidän kuitenkin vuosilukua tärkeämpänä sitä, että puvut, alukset ja operaatiot ovat turvallisia ja perusteellisesti testattuja.
Kuu ei ole katoamassa, mutta kiirehtimällä voidaan tehdä pysyviä ja kalliita virheitä.
Mikä on koko Artemis III -mission suurin teknologinen harppaus?
Artemis III:n suurin teknologinen harppaus ei ole yksittäinen laite tai järjestelmä, vaan koko mission arkkitehtuuri.
Kuu ei ole enää kertaluonteinen tempaus kuten Apollo-ohjelmassa, vaan monijärjestelmäinen ja hajautettu kokonaisuus, joka on suunniteltu toistettavaksi ja laajennettavaksi.
Tämä edustaa siirtymää yksittäisestä suorituksesta kohti jatkuvaa ja kestävää ihmistoimintaa Kuussa.
Mikä on yleisin tavallisten ihmisten väärinymmärrys avaruusalasta tai Nasasta?
Ehkä se, että avaruus nähdään joko pelkkänä sankaritarinana tai pelkkänä kulueränä.
Todellisuus on arkisempi ja samalla kiinnostavampi. Valtaosa työstä on raakaa insinöörityötä, testejä, paperityötä ja turvallisuusarvioita, ei jatkuvaa dramatiikkaa.
Avaruusjärjestelmien vaikutus meidän arkeemme on laaja. Esimerkiksi navigointi, satelliittikuvantaminen, materiaalitekniikka ja lääketieteelliset innovaatiot eivät tule “avaruusleimalla”, mutta ovat lähtöisin samoista ohjelmista.
Toinen väärinkäsitys on, että kaikki on “valtio-Nasaa”. Nykyään kaupallinen sektori ja Nasa muodostavat laajan verkoston. Pääurakoitsijat, alihankkijat, startupit, tutkimuslaitokset ja yksityiset laukaisupalvelut toteuttavat yhdessä kokonaisuuksia, jotka ennen miellettiin “Nasan ohjelmiksi”.
Mihin Suomen pitäisi mielestäsi panostaa avaruusalalla?
Suomi ei voita “kilpailua” rakentamalla omia kuuraketteja. Sen sijaan Suomella on mahdollisuus olla pieni mutta kriittinen toimija tietyissä solmukohdissa. Näen ainakin neljä luontevaa painopistettä.
Ensimmäinen on mikrosatelliitit, datapalvelut ja korkean lisäarvon data-analytiikka erityisesti ilmaston, merialueiden, arktisen ympäristön ja kriisinhallinnan tarpeisiin.
Toinen on avaruussään ja avaruusympäristön seuranta, ionosfääri, säteily-ympäristö ja satelliittiturvallisuus. Suomi on jo nyt näissä tutkimuksellisesti vahva ja voi kasvattaa rooliaan entisestään.
Kolmas painopiste on avaruusjärjestelmien integrointi maanpäällisiin järjestelmiin eli satelliittidatan ja -yhteyksien yhdistäminen drooneihin, merivalvontaan, rajaturvallisuuteen ja pelastustoimeen.
Neljäs on koulutus ja osaajapolku sekä yhteistyö kansainvälisten toimijoiden kanssa, jotta suomalaiset opiskelijat ja insinöörit pääsevät osaksi globaaleja avaruusohjelmia.
Suomen kannattaa profiloitua maana, joka osaa ottaa avaruusdatasta ja -järjestelmistä irti maksimaalisen hyödyn Maan päällä ja samalla kasvattaa sukupolven, joka kykenee halutessaan suunnittelemaan myös Kuun ja Marsin järjestelmiä.
Kuinka paljon saat palkkaa työssäsi?
Ei vastausta.
