Avaruustekniikka
Wikipedia
Avaruustekniikka on avaruudessa toimivaa teknologiaa. Avaruustekniikan piiriin kuuluvat mm. käsitteet satelliitti, avaruusluotain, laskeutuja, avaruusalus ja raketti.
Sisällysluettelo |
[muokkaa] Vaatimuksia
Avaruustekniikalle asettavia vaatimuksia on pidetty äärimmäisinä, mutta eräs syy tähän ei ole teknologian vaikeus tai olosuhteiden vaikeus vaan Kylmän sodan aikaisen avaruuskilvan poliittinen luonne. Siksi teknologian erinomaisuutta hehkutettiin Yhdysvalloissa laajan tiedottamisen ja sulkeutuneessa Neuvostoliitossa toteutettujen "ensimmäisenä avaruudessa"-saavutusten muodossa.
Avaruustekniikan erityispiirteitä ovat vaatimus kestää avaruudessa vallitsevia olosuhteita
- tyhjiö, jossa materiaalit osin kaasuuntuvat (outgassing). Tämä kaasuuntunut materiaali (esim. muoviin maassa imeytynyt vesi) voi härmistyä esim. optiikan pinnoille ja turmella sen. Osa etenkin muoveista ei kelpaa tyhjiökäyttöön.
- vapaapudotus eli "painovoimaton tila". Tällöin kaasutäytteisessäkään osassa avaruusalusta lämpö ei siirry vapaan konvektion avulla. Polttoainetankeissa ajoaine ei ole "pohjalla" vaan se pitää painaa kalvolla haluttuun paikkaan tankissa.
- säteily. Avaruudessa käytettävän elektroniikan tulee kestää säteilyä samassa mitassa ta enemmän kuin sotilaselektroniikan ydinsotaa varten suunnitteltujen laitteiden elektroniikan. Myös suurenergiaiset hiukkaset aikaansaavat esim. muistipiireihin bittivirheitä tai jopa esim. prosessorin vaurioitumiseen johtavan ylikuumeneisen (latch-up).
- miltei aina korjausmahdollisuuden puuttuminen. Tämä merkitsee sitä, että komponenttien tulee olla hyvin luotettavia.
- lämpökuormat kiertoradalla ja laukaisun mekaaniset kuormat ovat suuri elektroniikalla, mutta niiden ongelmat liittyvät säteilylämmönsiirtoon ja värähtelyihin. Nämä ongelmat eivät enää ole niin suuria kuin 1960-luvun alussa, jolloin tekninen laskenta tehtiin nk. käsin.
- mikrometeoriitit ovat satunnainen riski niiden suuren osumisnopeuden, 11 km/ tai enemmänkin, vuoksi.
[muokkaa] Teknologian terävintä kärkeä?
Avaruustekniikkaa on pidetty edistyksellisenä, mm. mikroprosessorin ensi käyttö on liitetty Apollo-lentoihin. Toisaalta miniatyrisoitua elektroniikkaa kehitettiin toisen maailmansodan aikana mm. ilmatorjuntakranaattien sytyttimiin ja 1950-luvulla ballististen ohjusten ydinkärkien toiminnan ohjaukseen. Jälkimmäisen kehitystyön kautta on olemassa linkki elektroniikan kehityksen ja sotilaallisen avaruustekniikan välillä. Tietokone ja telementriatietoliikenne olivat olemassa ennen avaruusalusta, mutta miniatyrisoitu tietokone nostettiin esiin avaruustekniikan puitteissa.
Koska avaruusalusprojektin olivat hyvin monimutkaisia ja laajelle verkottuneita niiden puitteissa on väitetty tehdyn merkittävästi projektinhallinnan välineiden kehittämistä. Yhdysvaltain laivaston Polaris-ohjuksen kehityshankkeessa kehitettiin 1950-luvun lopussa myös eräs edelleen käytetyimmistä projektinhallintamenetelemistä, PERT.
Myös kirurgian edistymistä on liitetty NASAn Apollo-ohjelmaan. Toisaalta Vietnamin sota oli ensimmäinen, jossa esim. kuusi luotia mahaansa saanut sotilas saatiin pelastettua edistyneen sairaanhoidon avulla.
Teflon-muovi aikoinaan liitettiin 1960-luvun lopussa ja edelleenkin voimakkaimmin Apollon nk. spin-offeihin. Tämä vuonna 1938 keksitty muovi tuotiin markkinoille 1950-luvun jälkipuolella ennen ensimmäistäkään avaruuslentoa.
Simulointiohjelmista kuuluu lujuuslaskentaohjelma (laajemminkin käytössä oleva elementtimenetelmällä differentiaaliyhtälöitä numeerisesti ratkaiseva ohjelmisto) NASTRAN kehitettiin NASAssa mutta se tehtiin Boeing 747 -lentokoneen suunnittelun avuksi. Sinänä menetelmänä oli käytössä jo toisen maailmansodan aikana, silloin tosin matriisilaskenta ratkaistiin käsin eikä tietokoneella.
Käytännön hyötyjä ovat satelliittihavaintojen aikaansaamat paremmat keskipitkän välin (3 päivää) sääennusteet. Sääsatelliittidatan käyttöönotto sään ennustamisen laskentamalleissa kesti noin 20 vuotta. Muita hyötyjä on satelliittitietoliikenne, jolla etäisiin tai kehittymättömiin paikkoihin saadaan esim. puhelinyhteys. Satelliittipaikannus etenkin GPS:n avulla on suhteelisen laajasti käyttöönotettu ammattiliikenteessä ja huviveneilyssä.
[muokkaa] Lähemmäksi kaupallista elektroniikkaa?
Spin-out eli teknogian siirtyminen avaruustekniikasta muualle on ollut esillä, koska se osin perustelee toiminnan suuret kustannukset. Tämä on kuitenkin ollut jossain määrin harhaanjohtavaa avaruusalan alussa ja vähentynyt. Nykyään puhutaankin spin in'in tarpeesta eli yritetään tuoda avaruustekniikkaan etenkin kulutuselektroniikasta komponentteja. Tämä kuitenkin voi vakavasti vaurioittaa avaruustekniikan komponenttien valmistajien taloutta.
2000-luvulla avaruustekniikka on joutunut tilanteeseen, jossa nk. avaruuskäyttöön kelpuutettuja komponentteja on yhä vaikeampi saada. Ne ovat olleet amerikkalaisten MIL-standardien mukaisten komponenttien eräs alalaji, jossa komponentteja tarkastetaan vielä tiheämmin. Näiden valmistuslinjoja on USA:n asevoimien siirtyessä käyttämään COTS-komponentteja (commercial off-the-shelf) suljettu. Kaupallisissa komponenteissa, etenkin prosessoreissa ja muisteissa, on paljon parempi suorituskyky kuin perinteisissä säteilynkestävissä (rad hard) luotetettavissa (high rel) komponenteissa.
[muokkaa] Katso myös
[muokkaa] Kirjallisuutta
- Lindberg Christensen, Lars & Bob Fosbury (2005): Hubble: 15 vuoden löytöretki. (Alkuteos: Hubble: 15 Years of Discovery, 2005.) Kuvitus ja graafinen suunnittelu Martin Kornmesser. Suomentanut Markku Sarimaa. Ursan julkaisuja 97. Helsinki: Ursa. ISBN 952-5329-46-1.