Mihin se satelliitti putoaa?

Viime viikolla seurattiin jännityksellä toimintansa lopettaneen amerikkalaissatelliitin viimeisiä hetkiä ja lopulta tämä UARS -niminen, pikkubussin kokoinen satelliitti putosi Tyyneen valtamereen.

UARS, eli Upper Atmosphere Research Satellite (ylemmän ilmakehän tutkimussatelliitti) vietiin avaruuteen avaruussukkula Discoveryllä syyskuussa 1991. Satelliitti oli ensimmäinen suuri ja tehokas otsonikerroksen ja laajemmin ilmakehän tutkimiseen tehty satelliitti, jonka toiminta-ajaksi suunniteliin kolmea vuotta. Se sinnitteli kuitenkin 14 vuoden ajan ja joulukuussa 2005 sen insrtumentit sammutettiin sekä satelliitilla tehtiin viimeinen ratamuutos, jolla se tuotiin matalammalle kiertoradalle, mistä satelliitti tulisi itsestään putoamaan Maahan. 

Ja näin kavi nyt lauantaina 24. syyskuuta 2011, Suomen aikaa aamutuimaan.

Satelliitissa ei ollut tarpeeksi polttoainetta, jotta se olisi voitu nostaa niin korkealle kiertoradalle, että siellä siitä ei olisi ollut haittaa. Polttoaine ei riittänyt myöskään hallittuun pudotukseen, joten NASA päätyi tällaiseen puolittaiseen ratkaisuun. Samaa menetelmää on käytetty usein ja satelliitteja putoaa Maahan silloin tällöin hallitsemattomana, mutta yleensä satelliitit ovat pienempiä. 

Euroopan avaruusjärjestön ERS-satelliitilla tehtiin juuri samanlainen radanalennusmanöveeri ja se tulee aikanaan myös putoamaan Maahan – noin 25 vuoden kuluttua.

Milloin ja minne?

Aikaa ei voi sanoa tarkasti, koska satelliitin putoamiseen vaikuttaa hyvin monta asiaa. Tärkein on Auringon aktiivisuus, joka vaikuttaa siihen kuinka tiheää on kaasu aivan ilmakehä yläosissa. Itse asiassa vielä satojen kilometrienkin korkeudessa on kaasua, joka hidastaa satelliitin ratanopeutta, ja jos nopeutta ei lisätä, niin satelliitti putoaa vähitellen alaspäin. Mitä alemmas se tulee, sitä nopeammin se putoaa, kunnes lopulta noin 150 kilometrin korkeudessa jarrutus on jo sen verran suurta, että satelliitti putoaa sieltä parissa päivässä alas Maahan. Ja kaasun tiheys siis riippuu Auringon aktiivisuudesta: mitä aktiivisempi Aurinko, silä "laajempi" on ilmakehä.

Kun satelliitti ei ole enää hallinnassa, sen asento muuttuu, ja siten on hyvin vaikea arvioida mikä on sen "ilmanvastus". Tästä tulee lisää epätarkkuutta. Se, miten satelliitti alkaa pyöriä ja rikkoontua ilmakehän otteessa, on myös enemmän tai vähemmän sattuman varassa. Joka tapauksessa ilmakehän kitka kuumentaa niin voimakkaasti noin 25-kertaisella äänen nopeudella alas putoavaa satellititia ja sen osia, että suurin osa kookkaistakin satelliiteista käytännössä höyrystyy putoamisen aikana. Vain tiheimmät ja raskaimmat kappaleet - tyypillisesti runko-osat, polttoainesäiliöt, kuumuutta kestämään suunnitellut rakettimoottorit yms. - saattavat selviytyä Maan pinnalle saakka, mutta yleensä niistäkin on jäljellä vain rippeitä.

Arvioiden mukaan noin kuusitonnisesta UARS:sta olisi pudonnut Maahan vajaat 30 enemmän tai vähemmän pientä kappaletta, jotka olisivat selviytyneet ilmakehän polttavasta syleilystä. 

Vaikka tarkkaa aikaa ja paikkaa ei pysty arvioimaan tarkasti kuin hieman ennen loppua, voidaan todennäköinen paikka määrittää ennalta suhteellisen hyvin.

Ensinnäkin satelliitit kiertävät maapalloa radoilla, jotka ovat jossain kulmassa päiväntasaajan suhteen. Kun satelliitin rata piirretään kartalle, niin se risteilee aaltomaisesti ylös ja alas sen mukaan, mikä on tuon radan inklinaatio - kaltevuus. Jos se on 57°, kuten UARS:n tapauksessa, niin satelliitti nousee maksimissaan 57° leveysasteen korkeudelle (ja laskee sen verran myös etelään). Se siis voi pudota vain tuolle alueelle, sillä vaikka korkeussuunnassa - siis suunnassa Maan pinnalta ylöspäin - rata onkin epävarma, ei se hyppele sivusuunnassa sen enempää kuin lehmät lentävät.

Seuraavaksi satellitin rataa voidaan piirtää kartalla monta päivää eteenpäin, ja kun tiedetään milloin satelliitti jotakuinkin tulisi alas, niin voidaan määrittää karkeasti alue, mikä voisi olla vaarassa. Putoamisen aikana palaset muodostavat lopulta viuhkan alaspäin putoavaa romua, joka levittäytyy radan pituudella noin 500 km:n matkalle, joten tämä pitää ottaa myös huomioon. Mitä alempana satelliitti on, sitä paremmin maahanpaluu voidaan ennustaa ja simuloida.

Satelliitti ei siis voi pudota "mihin vain maapallolla", kuten UARS:n tapauksessa kirjoiteltiin.

Vaikka elokuvissa pystytään koko ajan näkemään mitä tapahtuu missä päin maapalloa tahansa, niin valitettavasti oikeassa elämässä näin ei ole: satelliitin rataa voidaan tarkkailla, mutta esimerkiksi valtamerten päältä ei saada juuri lainkaan havaintoja. Niinpä on todennäköistä, että esimerkiksi UARS:n tarkkaa putoamispaikkaa ei saada koskaan selville – sehän ei ollut enää yhteydessä lennonjohtoon, joten aikaa ja paikkaa, missä yhteys menetettiin, ei voi määrittää.

Epäsuorien havaintojen ja tietokonesimulaatioiden avulla on nyt päätelty, että UARS olisi pudonnut lauantaina aamulla klo 6:23 – 8:09 välisenä aikana paikkaan, joka olisi 31° pohjoista leveyttä ja 219 itäistä pituutta. Pudonneita kappaleita olisi nähtävästi ollut 26.

Entä voiko putoava satelliitti osua sinuun?

Kirjoituksissa on myös käsitelty laajasti sita mikä on todennäköisyys sille, että putoavat muutamat romunpalaset osuisivat ihmiseen. 1:3200, ja kun otetaan huomioon ihmisten määrä, niin todennäköisyys on häviävän pieni. Suurin osa maapallon pinnasta on merta ja autiota, ja on erittäin, erittäin todennäköistä, että putoaminen tapahtuu jonkin sellaisen alueen päällä – kuten nyt kävikin.

Lentokoneistakin putoaa toisinaan kappaleita Maahan, avaruudesta tulee noin 40 000 tonnia planeettainvälistä pölyä ja meteoreja Maahan vuoden aikana (satakunta tonnia vuorokaudessa), eikä näistäkään ole suurempaa uhkaa.

Historia tuntee kuitenkin yhden tapauksen, kun avaruuslaitteen osa on osunut ihmiseen. Tammikuussa 1997 Oklahomassa kävelyllä ollut nainen tunsi tönäisyn olkapäässään, kun vuotta aikaisemmin laukaistun kantoraketin Maahan pudonneen ylimmän vaiheen osa osui häneen. Tosin samaan aikaan Teksasissa samasta laitteesta tömähti Maahan noin 250-kiloinen polttoainetankki, mikä olisi saanut aikaan enemmän vaurioita kuin pieni naiseen osunut osanen.

Ja sitten ROSAT...

Seuraava Maahan putoava kookas satelliitti on saksalais-amerikkalainen tähtitieteellinen teleskooppi ROSAT, jonka arvioitu putoamisaika on loka-marraskuun vaihteessa. Kyse on pienemmästä laitteesta kuin UARS, mutta siitäkin saattaa tulla osia pinnalle saakka – etenkin sen massiivinen teleskooppiosa. Sen radan inklinaatio on 53°, joten Suomessa ei ole syytä huoleen.

Nykyisin suurin osa laukaistavista raketeista ja satelliiteista pyritään tuomaan hallitusti alas asumattomien merialueiden päällä, jotta niistä ei koituisi haittaa ja jotta avaruusromun määrä ei enää lisääntyisi. Toisinaan kuitenkin satelliitit menevät rikki ja jäävät radoilleen ilman ohjausta, jolloin ne putoavat hitaasti alaspäin ja lopulta syöksyvät Maahan.

Lue lisää hallitusta Maahan pudottamisesta: www.esa.int/SPECIALS/ATV/SEM2TWZ27PG_0.html ja video: blogs.esa.int/atv/2011/06/24/bittersweet-video-from-tuesday-evening/