Homo sapiens ei ole luontaisesti paikallaan pysyvää sorttia. Jos ei mene eteenpäin, pysähtyy. Sisäänrakennettu uteliaisuus on saanut lajimme tekemään tutkimusmatkoja itselleen entuudesta tuntemattomille alueille jo muinaisista ajoista lähtien. Uusien seutujen valloitukseen on kehitetty erilaisia siirtymätapoja, päämääränä päästä kauemmaksi kuin aiemmin ja muita pidemmälle.
Viime vuosisadan alussa syntyivät ensimmäiset tieteellisesti vakavasti otettavat suunnitelmat avaruuteen matkaamisesta. Tutkimusmatkailu otti askeleen sijasta loikan kohti ääretöntä. Ajatuksena kosmoksen valloitus ei ole ollut lainkaan uusi. Erään tarinan mukaan Kiinassa yritettiin tätä jo satoja vuosia sitten, kun ennakkoluulottomalle taikonautille rakennettiin raketeilla varustettu tuoli. Maailmankaikkeus jäi sillä kertaa vähemmän onnekkaalta lentäjältä valloittamatta.
Lennä Juri Gagarin, lennä
Hetki lokakuisena lauantaiaamuna vuonna 1942 Saksan Itämeren-rannikolla muutti maailman lopullisesti. Silloin koettiin ensimmäistä kertaa historian aikana, kun ihmisen valmistama objekti hätyytteli avaruuden rajaa. Tuolloin ennätyskorkeuksiin ammuttu V2- raketti oli monella tavoin futuristinen. Saksalaisten suurimpana päämääränä ei tosin ollut edistää tutkimusmatkaa planeetan ulkopuolelle, vaan lähinnä terrorisoida brittejä. Toinen maailmansota innosti muutkin maat valjastamaan rakettiteknologiaa sotilaalliseen käyttöön ohjusten ja raketinheittimien muodossa.
Natsien aerodynamiikan ja moottoritekniikan tuotekehitystyö loi pohjan avaruusteknologian kehitykselle. Sodan jälkeen kehitys jatkui Neuvostoliiton ja Yhdysvaltojen johdolla. Käynnistyi näiden kahden maan välinen avaruuskilpa (space race) joka kiihtyi kylmän sodan aikana suoranaiseksi kilpajuoksuksi siitä, kumpi suurvalta onnistuisi ensimmäisenä sekä lähettämään ihmisen kuuhun että palauttamaan elävänä takaisin maankamaralle. Ensimmäisen avaruuteen asti päätyneen teknologiakokeilun teki Neuvostoliitto laukaisemalla satelliitti Sputnik 1:n. Muutaman vuoden kuluttua Juri Gagarin kiersi avaruusaluksella maapallon ympäri. Melkein kymmenen vuotta myöhemmin koettiin seuraava historiallisesti merkittävä hetki, kun Neil Armstrong astui ensimmäisenä ihmisenä vieraan taivaankappaleen pinnalle.
I want the moon
Vaikka matka ensimmäisestä askeleesta kuun pinnalta siihen, että ihminen rakentaisi kotinsa vieraalle planeetalle on pitkä, se ei ole aivan mahdoton. Stephen Hawkings on ennustanut että ihmisen luontainen itsekkyys johtaa lopulta luonnonvarojen ehtymiseen ja maapallon ylikansoittumiseen, jolloin resursseja on lähdettävä etsimään kauempaa. Koska kuu on taivaankappaleista lähimpänä maata ja ihmisen parhaiten tuntema, ihmiskunta on jo kauan haaveillut pysyvän siirtokunnan rakentamisesta sinne. Kuusta on löydetty satoja kilometrejä pitkiä luolia ja onkin spekuloitu, että yksi mahdollinen paikka siirtokunnalle voisi olla tällainen valtava onkalo. Luola suojaisi sekä avaruudesta tulevalta säteilyltä että äärimmäisiltä lämpötilojen vaihteluilta.
Toistaiseksi kuitenkin vielä ainoa asuttava maapallon ulkopuolinen paikka on Kansainvälinen avaruusasema ISS. Asema kiertää maapalloa pysyvästi miehitettynä lähes 400 kilometrin korkeudessa. Miehistön kooksi on vakiintunut kuusi henkilöä, joista kaksi on venäläistä ja loput muiden maiden kansalaisia. Avaruusasema on Kanadan, Euroopan, Japanin, Venäjän ja Brasilian avaruusjärjestöjen sekä Yhdysvaltojen avaruushallinnon yhteishanke.
3D- tulostimella avaruuteen
Italian ydinfysiikan instituutti (INFN) valmisti avaruuteen lähetettävän teleskoopin mekaanisen rakenteen 3D tulostamalla. Teleskooppi on nimeltään “Multiwavelength Imaging New Instrument for the Extreme Universe Space Observatory”, tai lyhyesti “Mini-EUSO”. Laitteen on määrä tarkkailla ultraviolettipäästöjä sekä maan pinnasta että sen ulkopuolelta. Sen tehtävänä on myös laatia koko maailmanlaajuinen UV-indeksikartta.
Mini-EUSO: n oli läpäistävä kriittiset komponenttitestaukset, sillä se asennettiin ISS:n ulkopuolelle päin olevaan ikkunaan.
Tavanomaisten mekaanisten, lämpö-, värähtely- ja sähkötestausten lisäksi Mini-EUSOon tulostetuille osille tehtiin vielä huomattavasti enemmän tarkempia testauksia. Materiaalille suoritettiin perinpohjainen päästötestaus: Osat eivät missään olosuhteissa saaneet tuottaa lainkaan haitallisia kaasuja tai hiukkasia ilmakehään.
3D-tulostukseen käytettiin ULTEM 9085 -materiaalia, jonka etuina ovat myös sen keveyden lisäksi hyvin korkea lämmönsietokyky ja kestävyys monille kemikaaleille, kuten halogenoiduille hiilivedyille, alkoholille ja erilaisille vesiliuoksille. Materiaali on vahvaa ja sillä on erinomainen mittapysyvyys. Aiemmin osat tämän tyyppisiin tarpeisiin on valmistettu alumiinista. Myös Mini-EUSOn rakenteen valmistuksessa olisi käytetty alumiinia, ellei tulostettavaa muovimateriaalia oltaisi onnistuttu jalostamaan näin vaativaan käyttöön soveltuvaksi.
Kansainvälisellä avaruusasemalla otettiin vuonna 2016 käyttöön oma 3D-tulostin. Tähän mennessä sillä on valmistettu paikan päällä yli 200 kappaletta, työkaluista koneen osiin. Tarvittavaa komponenttia ei tarvitse enää odotella lähetettäväksi maan pinnalta käsin, kun se voidaan valmistaa heti itse. Tieto tulostettavasta osasta voidaan lähettää maasta sähköisesti suoraan avaruusaseman tulostimeen. Mini-EUSO on siitä poikkeuksellinen, että sen rakenteessa on ensimmäiset 3D-tulostetut osat, jotka ovat päätyneet avaruusteknologiassa varsinaiseen lopputuotekäyttöön.
Paino on avaruusteknologiassa merkittävässä roolissa, sillä jokainen avaruuteen lähetetty gramma maksaa keskimäärin 2,6 euroa. Osien keventäminen avaruuteen soveltuvaa materiaalia kehittämällä on HighPEEK- hankkeen suomalaisen tutkimusryhmän tavoite.
“Painaviin metalliosiin haetaan kevyempää rakennetta korvaamalla ne 3D-tulostetuilla muoviosilla. Olemme osa tutkimusryhmää, joten olemme tehneet paljon testitulosteita ja mallien muokkauksia kappaleiden painon vähentämiseksi. Kehitystyö jatkuu edelleen”, kertoo projektia Maker3D:n osalta luotsaava Peter Broberg.
Valmistamme ULTEM 9085 -materiaalista komponentteja vaativiin käyttökohteisiin Stratasys Fortus 400 mc large – 3D-tuotantokoneella.
HighPEEK-projekti käynnistyi syyskuussa 2019 ja se kestää kaksi vuotta. Projektin lopussa valmistettavat osat tulevat soveltumaan avaruuskäyttöön.
Projektia rahoittaa Euroopan avaruusjärjestö ESA (ARTES-projekti 4000127834/19/UK/AB). Ilmatieteen laitos johtaa suomalaista konsortiota, jossa ovat mukana myös Aalto-yliopiston ADDLab, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu, Carbodeon Oy, Helsingin yliopiston Kemian osasto ja Maker3D Oy.
Terveisin,
Suvi Lohilahti
COO – Maker3D
