Ihmiskunta on jo pitkään halunnut valloittaa avaruuden, ja sinne pyrkiessään se on kehittänyt fantastisia uusia laitteita, joiden eksoottiset materiaalit kestävät avaruuden ääriolosuhteita ja lämpötiloja. Uusin innovaatio saattaa kuitenkin olla tähän asti yllättävin, sillä ensi vuonna avaruuteen lähetetään maailman ensimmäinen puusta valmistettu satelliitti WISA Woodsat, joka rikkoo ennätyksiä.
Euroopan avaruusjärjestön ESA:n tukeman hankkeen tarkoituksena on selvittää, miten hyvin vaneri kestää avaruuslennon rasituksia. Minimalistinen 10 x 10 x 10 cm:n kokoinen nanosatelliitti on suunniteltu ja valmistettu Suomessa, jossa on totuttu kehittämään innovatiivisia käyttötapoja puupohjaisille materiaaleille.
Hankkeen taustalla on Jari Mäkinen, yksi kolmesta Arctic Astronautics -yrityksen perustajasta. Arctic Astronautics tunnetaan innovatiivisesta avaruuden ja tieteen popularisoinnista, kuten palkitusta Kitsatista. Se on oikean satelliitin tavoin toimiva itsekoottava satelliitti, jota käytetään tiedekeskuksissa, kouluissa, tutkimuslaboratorioissa, yrityksissä ja harrastajapiireissä eri puolilla maailmaa.
Mäkinen oli miettinyt vanerin käyttöä satelliiteissa jo pitkään, kunnes japanilaistutkimus puusatelliittien toteuttamiskelpoisuudesta sai hänet vakuuttuneeksi idean toimivuudesta.
”Aluksi se oli vain hauska idea, mutta pian minulle selvisi, että se oli toteutettavissa. Meillä oli jo Kitsat, edullisista osista koottava oikea satelliitti, joka oli helppo päivittää avaruuskelpoiseksi malliksi. Olimme jo testanneet vaneria ja tiesimme, että pystyisimme nopeasti kehittämään rakenteen, joka soveltuisi täydellisesti tähän materiaalitieteelliseen missioon”, hän kertoo.
Vanha ei tarkoita välttämättä vanhanaikaista
Vaneri on luonnollinen komposiittimateriaali, jota on käytetty ilmailuteollisuudessa jo pitkään, mutta sen käyttäytymistä avaruudessa ei ole kuitenkaan juuri tutkittu. Siksi Mäkinen tiimeineen otti yhteyttä UPM Plywoodiin, jolla on paljon kokemusta vanerin käytöstä.
”Tiedämme paljon puusta ja meillä on resurssit, joilla puu voidaan muuntaa erilaisiksi kaupallisiksi tuotteiksi”, UPM Plywoodin sidosryhmäsuhdejohtaja Ari Voutilainen kertoo. ”Olemme valmistaneet vaneria jo yli sata vuotta. Se ei ole kuitenkaan mikään vanhanaikainen materiaali. Päinvastoin: oikean tutkimuksen ja tuotekehityksen avulla voimme luoda sille aivan uusia käyttökohteita. Siinä mielessä puusatelliitin rakentaminen on jännittävä teknologinen kokeilu. Hankkeesta saatavaa tietoa on tarkoitus hyödyntää tulevassa tuotekehityksessä.”
Materiaaliksi valittiin WISA-Birch-koivuvaneri, ja UPM:n tuotekehitystiimit testasivat ahkerasti erilaisia liimaus-, pintakäsittely- ja superkuivausmenetelmiä, jotta siitä saataisiin mahdollisimman kestävää.
Puun käyttöön liittyy usein jonkinlainen tulipalon riski, mutta avaruuden lähes täysin hapettomassa tilassa tätä ongelmaa ei ole. Itse asiassa, kun satelliitin kiertorata laskee ja se osuu maapallon ilmakehään, puu palaa nopeasti ja puhtaasti eikä jätä jälkeensä avaruusromua.
Suurin ongelma avaruuden äärioloissa ja tyhjiössä on se, että vanerissa oleva vesi ja muut aineet saattavat tihkua siitä ulos avaruuteen, ja ne voivat kerääntyä esimerkiksi kameroiden linsseihin tai haitata elektroniikan toimintaa. Tämän ehkäisemiseksi tiimi testaa kahta erilaista suojaustapaa. Ensimmäinen on satelliitin puupinnalle levitettävä perinteinen teollinen UV-lakka, ja toinen on atomikerroskasvatus menetelmä (Atomic Layer Deposition, ALD), jota käytetään tavallisesti elektroniikan ja metallien suojaamiseen. Viimeksi mainittu on herättänyt kiinnostusta, sillä menetelmällä on muitakin potentiaalisia käyttökohteita kuin avaruuslennot.
Wisa Woodsat on herättänyt toiveita siitä, että myös avaruustutkimus voisi olla tulevaisuudessa vastuullisempaa.
Kokeilun tulokset näkyviin
Satelliitissa on 3D-tulostettu metallinen selfiekeppi pinnan värimuutosten tai halkeilun havaitsemista ja dokumentointia varten. Kamerassa on yökuvausta helpottava salamavalo, ja satelliitissa on myös värikalibrointikortti, joka varmistaa oikean väritasapainon. Satelliitin sisäosia valvotaan ESA:n toimittamalla instrumenttisarjalla, ja atomisen hapen vaikutuksia mitataan muilla antureilla.
Kokeilun tulokset ovat erittäin arvokkaita ESAlle ja maailmanlaajuiselle avaruusyhteisölle, sillä vanerilla voidaan ehkä tulevaisuudessa korvata osa hiilikuidusta ja muista myrkyllisemmistä materiaaleista. Näin kestävä kehitys voidaan ottaa huomioon entistä paremmin myös avaruusteknologiassa.
Satelliitin testiversio teki stratosfäärilennon onnistuneesti kesäkuussa, ja varsinaisen satelliitin kokoaminen on käynnissä. Satelliitti on määrä lähettää Uudesta-Seelannista avaruuteen ensi vuoden ensimmäisellä puoliskolla. Tähän mennessä ongelmia ei ole juurikaan ollut, ja Mäkinen on siitä samaan aikaan sekä innoissaan että huolissaan.
”Satelliitin rakentamiseen menee normaalisti pari vuotta tai ainakin puolitoista, mutta me aloitimme vasta puoli vuotta sitten. Meillä on paljon kokemusta tällaisten laitteiden kehittämisestä, mutta en silti voi olla miettimättä, mitä kaikkea voi mennä pieleen”, hän myöntää. ”Satelliitin vaneriosat eivät tosin ole isoin huolenaiheeni – ne ovat toimineet erittäin hyvin koko prosessin ajan!”
Laukaisun jälkeen raketti kuljettaa WISA Woodsat -satelliitin kiertoradalle 550 kilometrin korkeuteen. Satelliitti liikkuu 28 000 kilometrin tuntinopeudella, joten se kiertää maapallon noin 90 minuutissa. Vaikka satelliitti voikin teoriassa pysyä kiertoradallaan kymmenen vuotta, Mäkinen kertoo varautuneensa siihen, että sen elinikä on noin kaksi vuotta. Se riittää kokeen suorittamiseen, sillä kaasun purkautuminen tapahtuu pääosin tuossa ajassa.
Jokaisen missio
Mäkinen odottaa saavansa signaalin satelliitista pian laukaisun jälkeen.
”Jos kaikki on kunnossa, kamerapuomi on avautunut niin kuin pitääkin ja antennit ovat ulkona, meidän pitäisi saada ensimmäiset testikuvat ja -mittaukset saman tien”, hän kertoo ja jatkaa:
”Kuvia ja dataa jaetaan koko projektin ajan meidän nettisivuillamme ja sosiaalisen median kanavissamme. Lisäksi järjestämme erikoiskampanjoita, jolloin maassa sijaitsevat kumppaniasemat voivat lähettää kuvia myös paikallisesti”.
Hän vinkkaa, että satelliitissa on tarjolla herkkua myös kaikille geokätköilijöille. Jos osaa etsiä, satelliitin ottamista valokuvista löytyy salainen koodi TB9GB8G Travel Bugin kirjaamiseen. Mäkisen mukaan tämä on vasta kolmas avaruudessa oleva Travel Bug. Ennen tätä yksi on laitettu kansainväliselle avaruusasemalle, ja toinen on piilotettu Mars-planeetalla olevaan Perseverance-mönkijään.
Kun hanke on saatu päätökseen, vanerisatelliitin elinkaari analysoidaan ja sen suorituskykyä verrataan perinteisempiin materiaaleihin. Tulokset määrittävät vanerin roolin ihmiskunnan avaruuden valloituksessa.
”Joskus on helpompaa käyttää metallia tai hiilikuitua, mutta jos vaneri osoittautuu yhtä toimivaksi, se on oivallinen vaihtoehto. Se jää nähtäväksi – sitä vartenhan tämä kokeilu tehdään”, Mäkinen toteaa.
Pääkuva: UPM ei halua olla pelkästään kansainvälinen yritys, vaan nyt suunnataan tähtiin asti.
Kuvitus: Arctic Astronautics