Huhtikuun 14. päivänä Ranskan Guayanan avaruuskeskuksessa juhlittiin. Ariane 5 kantoraketti oli juuri vienyt taivaalle yhden mielenkiintoisimmista eurooppalaisista avaruusluotaimista. Jupiter Icy Moon Explorer eli lyhyemmin JUICE matkaa tutkimaan Jupiterin kuiden toistaiseksi tuntemattomia jäisiä maailmoja. Paksun jääkuoren alla voi olla meri ja elämää. Perille JUICE saapuu heinäkuussa 2031, kahdeksan vuotta laukaisun jälkeen. Se tekee ensin kymmeniä Jupiterin kuiden ohilentoja ja asettuu sitten kiertämään Ganymedes-kuuta. Lähes 50-vuotisen historiansa aikana Euroopan avaruusjärjestön tiedeohjelma on toteuttanut JUICEn lisäksi kymmeniä muita kiehtovia avaruushankkeita.
Euroopan avaruusjärjestön tiedeohjelma on Euroopan avaruustoiminnan kulmakivi ja ainoa pakollinen ohjelma, johon kaikki jäsenmaat kuuluvat. Tiedeohjelman keskiössä ovat perustutkimus ja Euroopan kilpailukyky avaruudessa. Ohjelma rahoittaa ja tukee satelliittien suunnittelua, valmistusta, laukaisua ja operointia, mutta instrumenttien ja muiden tarvittavien komponenttien rahoitus tulee pääosin jäsenmailta.
Minut valittiin viime vuonna yhdeksi delegaateista edustamaan Suomea tiedeohjelmassa. Kerron seuraavassa, tarkemmin ohjelmasta ja mitä tulevaisuudessa on odotettavissa.
Tiedeohjelman historiaa
Tiedeohjelman juuret ulottuvat avaruusajan alkuun. Kun ensimmäiset satelliitit lähtivät matkaan alettiin Euroopassa suunnitella omaa tieteellistä avaruusohjelmaa. Sen tarkoituksena oli toteuttaa kunnianhimoisia avaruushankkeita, joiden kustannukset olivat selvästi suuremmat kuin yhdellä valtiolla oli yksistään varaa panostaa.
Vuonna 1964 perustettiin rauhanomaista avaruuteen liittyvää tutkimusta, ja teknologian kehitystä edistänyt ESRO eli European Space Research Organisation, jonka osaksi tiedeohjelma tuli. Ensimmäisten kymmenen vuoden aikana laukaistiin useita satelliitteja tutkimaan Maan lähiavaruutta, sekä avaruuden korkeaenergistä säteilyä ja hiukkasia. Haaveet suuresta ultraviolettialueen spektroskooppisia havaintoja tekevästä avaruusobservatoriosta eivät toteutuneet. Tiedeohjelmaan ei myöskään kuulunut aurinkokunnan planeettoja tutkivia luotaimia, koska ne olivat liian kalliita toteuttaa.
Vuonna 1975 ESRO ja kantorakettia kehittänyt European Launcher Development Organisation eli ELDO yhdistyivät. Syntyi Euroopan avaruusjärjestö ESA, jonka puitteissa tiedeohjelma jatkui ja tehtiin entistä pitkäkestoisempia suunnitelmia.
Merkittävä edistysaskel oli Euroopan oman kantoraketin valmistuminen. Jouluaattona vuonna 1979 Ariane 1 saattoi kiertoradalle pienen CAT-1 satelliitin ja neljä vuotta myöhemmin ESAn ensimmäisen syvän avaruuden luotaimen. Firenzeläisen taidemaalarin mukaan nimetty Giotto tarkasteli Halleyn komeettaa lähietäisyydeltä ja vahvisti ensimmäisenä komeetan sisältävän orgaanisia molekyylejä.
Giotton jälkeen tiedeohjelma on toteuttanut lukuisia kunnianhimoisia hankkeita. Ohjelma suurimpiin saavutuksiin kuuluvat eksoplaneettoja tutkivat avaruuskaukoputket, tähtitaivaan ja kosmisen taustasäteilyn kartoitus sekä laskeutuminen aurinkokunnan kaukaisille kohteille. Tammikuussa 2005 Huygens laskeutui Saturnuksen kuun Titanin kamaralle ja marraskuussa 2014 Rosetta-luotaimen laskeutuja Philae saavutti jännittävien vaiheiden jälkeen komeetta 67P/Tšurjumov– Gerasimenkon pinnan.
Kokoustan ympäri Eurooppaa
Tiedeohjelman päätökset tekee jäsenmaiden nimeämistä delegaateista koostuva komitea ja ohjelmaa johtaa neljäksi vuodeksi kerrallaan valittava tiedejohtaja (Director of Science). Tällä hetkellä johtajan pestiä hoitaa ekstragalaktisen tähtitieteen professori Carole Mundell Bathin yliopistosta.
Komitea kokoontuu kolme kertaa vuodessa. Kokoukset pidetään tyypillisesti Pariisissa, Madridissa ja Darmstadtissa, ja ne kestävät yhdestä päivästä puoleentoista. Lisäksi muutaman kerran vuodessa on työpaja, joka pui suurempia talouteen ja tekniikkaan liittyviä ongelmia ja tekee pidemmän aikavälin suunnittelua.
Kokouksissa jäsenmaiden delegaatit ja ESA:n hallinnon edustajat istuvat suuren pöydän ympärillä mikrofoni ja oman maansa nimikyltti edessään. Jos haluaa puheenvuoron, nimikyltti käännetään poikittain. Kaikki puheenvuorot simultaanitulkataan englanniksi, ranskaksi ja saksaksi. Puheenjohtaja käy läpi asialistaa, aiheina ovat budjetti, suunnitteilla ja valmisteilla olevat luotaimet, avaruudessa aktiivisina mittauksia tekevät luotaimet ja yhteistyö muiden avaruusjärjestöjen kuten NASAn kanssa.
Välillä äänestetään, esimerkiksi tiedeohjelmaan valittavista luotaimista, luotaimien operoinnin jatkosta ja avaruusjärjestöjen välisistä sopimuksista. Jokaisella jäsenmaalla on yksi ääni riippumatta siitä kuinka paljon rahaa ne tiedeohjelmaan laittavat.
Kokoukset huipentuvat uusimpien tieteellisten tulosten esittelyyn. Viime kokouksessa kesäkuussa Madridissa kuulimme esimerkiksi nukkuvista mustista aukoista, aurinkotuulen synnystä ja Kuun vuorovesivoimien aiheuttamista signaaleista Maata ympäröivässä plasmasfäärissä.
Suomen edustajat tiedeohjelmassa ovat lisäkseni Business Finlandin teknologia-asiantuntija Pauli Stigell, erityisasiantuntija Heidi Pennanen työ- ja elinkeinoministeriöstä ja johtava tiedeasiantuntija Kati Sulonen Suomen Akatemiasta. Lisäksi apuna on tukitiimi, jonka jäsenet ovat Jyri Näränen and Markku Poutanen maanmittauslaitokselta. Minä ja Pauli osallistumme yleensä kokouksiin.
Kun tiedeohjelman kokous lähestyy, ESAn sähköiseen portaaliin ilmestyy pari sataa sivua dokumentteja, jotka me delegaatit ja tukiryhmän jäsenet kahlaamme lävitse. Ajankohtaisista asioista keskustellaan tukiryhmässä ja Suomen avaruusasiain neuvottelukunnan tiedejaoksessa. Kokouksen jälkeen kirjoitan yksityiskohtaiset muistiinpanot ja jaan ne tiedeyhteisölle.
Kosminen visio
Nykyään tiedeohjelma kattaa koko maailmankaikkeuden aina kaukaisimmista galakseista planeettamme lähiavaruuteen. Toimintaa viitoittavat parikymmentä vuotta kestävät ohjelmat, joilla on tiettyjä teemoja.
Ensimmäinen ohjelma oli vuonna 1985 alkanut Horizon 2000. Sen aikana Euroopan asema avaruustieteiden keskiössä vakiintui ja matkaan lähti useita tärkeitä luotaimia kuten plasmafysiikkaa Maan magnetosfäärissä neljän luotaimen voimin tutkiva Cluster, Aurinkoa tarkkaileva SOHO ja röntgensäteilyä havaitseva XMM-Newton. Rosetta oli yksi Horizon 2000-ohjelman menestystarinoita.
Nyt on meneillään aurinkokuntaan ja universumin alkuhetkiin keskittyvä Cosmic Vision - ohjelma. JUICEn lisäksi Cosmic Visionin puitteissa on toistaiseksi laukaistu eksoplaneettoja tutkiva Cheops sekä Solar Orbiter. Heinäkuussa Kennedyn avaruuskeskuksesta Floridasta SpaceX:n Falcon 9 -kantoraketti vie avaruuteen pimeää energiaa ja ainetta tutkivan Euclid-luotaimen.
Seuraava ohjelma on jo suunnitteilla. Vuonna 2035 alkava Voyage 2050 jatkaa Cosmic Visionin viitoittamalla tiellä. Sen puitteissa rakennettavat suurimmat luotaimet tulevat tutkimaan varhaista maailmankaikkeutta, galakseja, eksoplaneettoja ja elämän mahdollisuutta aurinkokunnassa.
Kunnianhimoisten avaruushankkeiden toteutus vaatii teknologisia innovaatioita, joilla on sovelluksia paljon muuallakin. Esimerkkinä on piin ja hiilen muodostamasta piikarbidista tehty kevyt ja kestävä peili Herschel kaukoputkeen, joka kestää äärimmäisiä lämpötiloja.
Miljardin euron hintalappu
Norsun painoinen JUICE on toistaiseksi suurin ESA:n kauemmas avaruuteen laukaisema luotain. Merkuriuksen kiertoradalle matkaavan Japanin avaruusjärjestön kanssa yhteistyössä tehdyn BepiColombon sanotaan puolestaan olleen tiedeohjelman monimutkaisin hanke. Se koostuu kahdesta luotaimesta, joissa on yhteensä 16 tieteellistä mittalaitetta, sekä kuljetusmoduulista ja aurinkosuojasta.
BepiColombo ja JUICE ovat suurimman kokoluokan hankkeita, joita laukaistaan keskimäärin kymmenen vuoden välein. Tällaisen lippulaivan hintalappu on tyypillisesti miljardin euron luokkaa ja rakentaminen pitkä prosessi.
Vuonna 2018 laukaistua BepiColomboa ehdotettiin ensimmäistä kertaa tiedeohjelmaan jo vuonna 1993. Se valittiin Horizon 2000 ohjelmaan seitsemän vuotta myöhemmin ja Merkuriuksen kiertoradan luotain saavuttaa joulukuussa 2025. Ehdotuksesta tieteellisen vaiheen alkamiseen menee tässä tapauksessa yli 30 vuotta.
Tällä hetkellä Cosmic Vision -ohjelma työstää kahta lippulaivaa. Ne ovat gravitaatioaaltoja ensimmäistä kertaa avaruudesta metsästävä LISA ja universumin suuren mittakaavan rakenteita tutkiva röntgenobservatorio Athena. Kun luotaimien budjetit alkoivat kohota lähemmäs kahta miljardia, laitettiin suunnitelmat osin uusiksi ja hintakatoksi 1.3 miljardia euroa. Näiden hankkeiden edistymistä seurataan tiivisti tiedeohjelmakomitean kokouksissa.
Miljardiluokan hankkeiden lisäksi tiedeohjelma toteuttaa pienempiä ja edullisempia luotaimia nopeammalla aikataululla.
Vuoden 2030 tienoilla laukaistava Venuksen kiertoradalle matkaava Envision on esimerkki keskikokoiseta hankeesta, jonka kustannukset tulevat olemaan noin 550 miljoonaa euroa. Luotaimen mittauksien avulla aiotaan tutkia aurinkokunnan kuumimman planeetan toimintaa ja selvittää miksi Maa ja Venus kehittyivät niin eri tavoilla.
Pienimmät luotaimet maksavat alle 50 miljoonaa euroa, mutta ne tekevät koostaan huolimatta suurta tiedettä. Esimerkiksi vuonna 2029 laukaistava Comet Interceptor jatkaa Rosetan linjoilla uskaliasta komeettatutkimusta. Luotain parkkeeraa itsensä niin sanottuun Lagrangen pisteeseen odottamaan mahdollista vierailijaa aurinkokunnan uloimmista osista.
Satelliitin elinkaari
Avaruusluotaimen elinkaari menee yksinkertaistettuna kutakuinkin seuraavasti. ESA järjestää haun, johon tiedeyhteisö lähettää ehdotuksia sopivista avaruushankkeista. Asiantuntijaraadit arvioivat huolellisesti ehdotukset ja antavat suosituksensa tiedeohjelmakomitean päätettäväksi, mitkä hankkeet heidän mielestään kannattaa toteuttaa.
Muutama hanke valitaan arviointivaiheeseen, missä selvitetään ennen kaikkea sitä, onko idea teknisesti toteuttamiskelpoinen ja millä hinnalla. Joukosta valitaan edelleen yksi luotain useita vuosia kestävään määrittelyvaiheeseen. Jos määrittelyvaiheen lopussa kaikki on hyvin ja teknologinen valmius riittävä, vahvistetaan luotain osaksi tiedeohjelmaa.
Luotaimen valinnan vahvistaminen eli adoptio on iso asia. Sen jälkeen tiedeohjelma on sitoutunut viemään hankkeen loppuun asti ja rakentaminen voi alkaa. Adoptiopäätöksen jälkeen kokoussaliin laskeutuu hetkeksi hiljaisuus, ja lopulta annetaan aplodit.
Tiedeohjelma aikoo tulevaisuudessa panostaa aiempaa enemmän arviointivaiheeseen. Ajatuksena on, että jos alkuvaiheessa käytetään hieman enemmän aikaa ja rahaa luotaimen suunnitelman arvioimiseen, säästetään myöhemmin isoja summia.
Rakentamisvaihe kestää myös vuosia ja sen aikana testataan ja tehdään lukuisia arviointeja. Laukaisun jälkeen osa luotaimista alkaa tuottaa mittauksia lähes välittömästi, osa kuten JUICE ja BepiColombo, matkaavat useita vuosia päämääränsä ennen kuin varsinainen tieteellinen vaihe alkaa.
Useat luotaimista toimivat paljon pidempään kuin suunniteltiin. SOHO laukaistiin vuonna 1995 ja se havaitsee edelleen Maata kohti syöksyviä auringonpurkauksia. Myös XMM-Newton ja Cluster ovat toimineet yli kaksikymmentä vuotta.
Tämän vuoden alussa Clusterin ja muutaman muun luotaimen jatko oli vaakalaudalla kiristyvän budjetin vuoksi. Tutkijat ja delegaatit puhuivat aktiivisesti niiden jatkamisen puolesta ja tiedeyhteisön iloksi suunnitelmat pyörrettiin maaliskuun tiedeohjelmakomitean kokouksessa. Paine vanhojen luotaimien lopetukseen on kova, sillä operointi maksaa ja ohjelman täytyy mennä eteenpäin.
Katse tulevaisuuteen
Marraskuun 2022 tiedeohjelmaneuvoston kokouksessa valittiin ensimmäinen Voyage 2050-ohjelmaan kuuluva luotain. Pienen kokoluokan Arrakihs tukee kuvaamaan satoja galakseja ja tutkimaan alkuräjähdystä. Sen laukaisu on näillä näkymin vuonna 2031.
Myös kilpailu seuraavasta keskikokoluokan luotaimesta on meneillään. Mukana viisi hanketta, joiden kohteet vaihtelevat ensimmäisistä tähdistä Maan lähiavaruuden plasmafysiikkaan. Tiedeohjelma käyttää ensimmäistä kertaa kaksiportaista arviointivaihetta. Viisi hanketta on ensin kevyemmässä arvioinnissa, joista enintään kolme jatkaa tarkempaan arviointiin.
Ensimmäinen Voyage 2050:n lippulaivoista lähtee todennäköisesti 2040-luvun alussa tutkimaan Saturnuksen kuita. Haaveissa on laskeutuja tai ainakin lentäminen Enceladus-kuun geysirien lävitse.
Delegaattina toiminen on ollut ainutlaatuinen mahdollisuus seurata aitiopaikalta Euroopan toimintaa avaruudessa. Merkittävää on, että tiedeohjelma toimii alhaalta ylöspäin. Delegaatit edustavat maansa tiedeyhteisöä ja näin jokainen jäsenmaa saa halutessaan äänensä kuuluviin kokouksissa.
Seuraavaksi matkustan tiedeohjelmakomitean kokoukseen, joka pidetään marraskuussa Pariisissa vastikään remontoidussa ESAn päämajassa. Siellä päätetään mitkä hankkeet jatkavat kilpailua seuraavaksi tiedeohjelman keskikokoiseksi luotaimeksi. LISAn ja Envision valinta on tarkoitus tehdä ensi vuoden alussa järjestettävässä ylimääräisessä kokouksessa.
Kiitokset kommenteista Pauli Stigelille ja edellisille delegaateille Hannu Koskiselle ja Rami Vainiolle
Suomesta tuli ESAn liitännäisjäsen vuonna 1987 ja varsinainen jäsen vuonna 1995. Suomessa valmistettuja ja suunniteltuja mittalaitteita on lentänyt ja lentää suurimmassa osassa jutussa mainituissa satelliiteissa sekä lukuisissa muissa ESAn laitteissa. Lista avaruushankkeista, joissa Suomi on ollut mukana löytyy: https://fi.wikipedia.org/wiki/Luettelo_Suomen_avaruustoiminnasta