Kolme SWARM-hankkeen eurooppalaista tieteellistä satelliittia laukaistiin onnistuneesti Venäjän Plesetskin kosmodromilta 22. marraskuuta 2013 Rokot-muunnoskantoraketilla, joka oli varustettu Briz-KM-ylemmällä tasolla. Kolmen satelliitin laivaston päätehtävänä on mitata planeettamme magneettikentän parametrit. Tarkoitus: ymmärtää paremmin, miten tämä kenttä syntyy maan suolistossa. Euroopan avaruusjärjestön (ESA) SWARM -projekti (käännetty englannista "swarm") sisältää 3 identtistä avaruussatelliittia, joista jokaisella on hyötykuorma seitsemän instrumentin (palvelu ja tieteellinen) muodossa.
On huomattava, että laukaisu 22. marraskuuta on jo kolmas Rokot -kantoraketin laukaisu, jonka suorittavat venäläiset ilmailu- ja avaruusvoimat Plesetskin kosmodromilta. Alun perin suunniteltiin, että satelliitit laukaistaan vuonna 2012, mutta viime hetkellä ESA lykkäsi satelliittien laukaisua marraskuuhun 2013. Käynnistyksen komensi Itä -Kazakstanin alueen kenraalimajuri Alexander Golovko. Vain 1,5 tunnin lennon jälkeen eurooppalaiset avaruussatelliitit laukaistiin tietylle maanläheiselle kiertoradalle, jolla ne suorittavat työnsä.
On huomattava, että kantoraketti Rokot kuuluu kevytluokkaan ja rakennettiin mannertenvälisen ballistisen ohjuksen RS-18 perusteella. Tällä hetkellä tämä ICBM on meneillään Venäjän armeijan käytöstä poistamismenettelyssä. SWARM -satelliitit kuuluvat Living Planet -hankkeeseen, jonka tavoitteena on tutkia maapalloa. Nämä kiertoradalla olevat satelliitit liittyvät jo toimivaan avaruusalukseen SMOC, GOCE ja muihin satelliitteihin, jotka tutkivat valtameriä, merijäätä ja maan painovoimaa. Swarm -avaruusluotaimet itse on suunniteltu tutkimaan planeetan magneettikenttää.
Rokot -kantoraketin laukaisu
Lauantaina ja sunnuntaina Euroopan avaruusjärjestö teki lukuisia testejä satelliitteihin asennetuille laitteille ja varmisti, että ne toimivat suunnitellusti. Sen jälkeen satelliitit ottivat turvallisesti käyttöön erityisiä metallitankoja, joihin magnetometria -anturit on asennettu. ESAn asiantuntijoiden saamat tiedot osoittivat, että saatu signaali-kohinasuhde on jopa parempi kuin aiemmin oletettiin. Tällä hetkellä avaruusoperaatio on aloittanut ajoneuvojen valmistelun säännölliseen käyttöön, tämä vaihe kestää 3 kuukautta.
Tämän avaruusalusryhmän maailmanlaajuinen tehtävä on tutkia planeetan magneettikentän parametrien ja sen plasmaympäristön muutoksia sekä näiden indikaattoreiden korrelaatiota maanpäällisen maiseman muutoksiin. Hankkeen tavoitteena on ymmärtää, miten tarkalleen on järjestetty planeettamme magneettikentän tuottava”kone”. Nykyään tutkijat viittaavat siihen, että se johtuu maapallon nestemäisessä ulkoytimessä olevista konvektiivisista ainevirroista. Lisäksi siihen voi vaikuttaa planeetan kuoren ja vaipan koostumus, ionosfääri, magnetosfääri ja valtameren virtaukset.
Kiinnostusta maapallon magneettikentän tutkimukseen ei voida kutsua käyttämättömäksi. Sen lisäksi, että planeettamme magneettikenttä suuntaa kompassineulan, se suojaa meitä kaikkia myös Auringosta meitä kohti kiirehtyviltä varautuneilta hiukkasilta - niin kutsutulta aurinkotuulelta. Jos maapallon geomagneettinen kenttä häiriintyy, planeetalla esiintyy geomagneettisia myrskyjä, jotka usein vaarantavat avaruusaluksia ja monia planeetan teknologisia järjestelmiä. Tämän tehtävän luojat toivovat saavansa selville, mitä tällä hetkellä tapahtuu maapallon magneettikentän kanssa, jonka suuruus on vähentynyt 10–15% vuodesta 1840 lähtien, ja myös selvittämään, pitäisikö meidän odottaa esimerkiksi napojen vaihtumista.
Asiantuntijat kutsuvat SWARM -avaruusaluksen tärkeimpiä tieteellisiä laitteita magnetometriksi, joka on suunniteltu mittaamaan magneettikentän suunta ja amplitudi (sen vektori, tästä johtuen laitteen nimi - Vector Field Magnetometer). Toisen magnetometrin, joka on suunniteltu mittaamaan magneettikentän suuruutta (mutta ei sen suuntaa) - absoluuttisen skalaarimagnetometrin, pitäisi auttaa häntä ottamaan lukemat. Molemmat magnetometrit on sijoitettu erityiselle riittävän pitkälle tukijalalle, joka muodostaa suurimman osan satelliitista koko pituudeltaan (noin 4 metriä yhdeksästä).
Myös satelliiteissa on sähkökenttien mittaamiseen tarkoitettu laite (nimeltään Electric Field Instrument). Hän osallistuu maanläheisen plasman parametrien rekisteröintiin: ajautuminen, varautuneiden hiukkasten nopeus lähellä planeettaa, tiheys. Lisäksi avaruusalus on varustettu kiihtyvyysmittarilla, joka on suunniteltu mittaamaan kiihtyvyyttä, joka ei liity planeettamme painovoimaan. Näiden tietojen saaminen on tärkeää, jotta voidaan arvioida ilmakehän tiheyttä satelliittien korkeudessa (noin 300–500 km) ja saada käsitys siellä vallitsevista liikkeistä. Laitteet varustetaan myös GPS -vastaanottimella ja laserheijastimella, joiden pitäisi varmistaa suurin tarkkuus satelliittien koordinaattien määrittämisessä. Mittaustarkkuus on yksi keskeisistä käsitteistä kaikissa nykyaikaisissa tieteellisissä kokeissa, kun kyse ei ole enää mistään todella uuden löytämisestä, vaan kirjaimellisesti”tiilistä tiiliin” yrittää purkaa ihmisten ympärillä olevien ilmiöiden tunnetut fyysiset mekanismit.
On huomattava, että maapallon magnetosfääri on paitsi monimutkainen, myös muuttuva avaruudessa ja ajassa. Siksi melko nopeasti ihmiskunnan historian avaruuskauden alkamisen jälkeen tutkijat alkoivat tehdä monisatelliittikokeita, joiden tarkoituksena oli tutkia maanläheistä tilaa. Jos meillä on useita identtisiä instrumentteja eri kohdissa, voimme lukemiemme perusteella ymmärtää melko tarkasti, mitä tarkalleen tapahtuu planeettamme magnetosfäärissä, mikä vaikuttaa siihen "alhaalta" ja miten magnetosfääri reagoi esiintyviin häiriöihin auringon päällä.
Voimme ylpeänä sanoa, että näiden tutkimusten "edelläkävijä" oli kansainvälinen INTERBALL -hanke, jonka Venäjä valmisteli 1990 -luvun alussa. Projekti toimi 2000 -luvun alkuun asti. Sitten vuonna 2000 eurooppalaiset laukaisivat 4 klusterijärjestelmän satelliittia, jotka toimivat edelleen avaruudessa. Magnetosfääritutkimuksen jatkuminen maassamme liittyy myös monisatelliittisten hankkeiden toteuttamiseen. Ensimmäisen niistä pitäisi olla Resonance -hanke, joka sisältää 4 avaruusalusta kerralla. Ne on tarkoitus laukaista avaruuteen pareittain ja käyttää tutkimaan maan sisäistä magnetosfääriä.
On syytä huomata, että kaikki nämä projektit ovat melko erilaisia. Käynnistetty "parvi" toimii matalalla kiertoradalla. Ensinnäkin SWARM -projektin tarkoituksena on tutkia, kuinka tarkalleen Maan magneettikentän syntyminen tapahtuu. Klusteri -avaruusalukset ovat tällä hetkellä elliptisellä polaarisella kiertoradalla, jonka korkeus vaihtelee 19-119 tuhatta kilometriä. Samaan aikaan venäläisten satelliittien "Resonance" työrata (500-27 tuhatta km) valittiin siten, että ne sijaitsevat tietyllä alueella, joka pyörii planeettamme kanssa. Lisäksi jokainen näistä hankkeista tuo ihmiskunnalle uuden tiedon, joka auttaa meitä ymmärtämään paremmin, mitä maan kanssa tapahtuu.
Useimmilla meistä on hyvin kaukainen käsitys maapallon magneettikentästä, muistelemalla jotain, mitä meille opetettiin osana koulun opetussuunnitelmaa. Magneettikentän rooli on kuitenkin paljon laajempi kuin kompassineulan tavanomainen taipuma. Magneettikenttä suojaa planeettamme kosmisilta säteiltä, se pitää maan ilmakehän koskemattomana, pitää aurinkotuulet etäällä ja estää planeettamme toistamasta Marsin kohtaloa.
Planeettamme magneettikenttä on paljon monimutkaisempi muodostus kuin esitetään koulun oppikirjoissa, joissa se on kaavamaisesti kuvattu Maana, johon on "tarttunut" palkkimagneetti. Itse asiassa Maan magneettikenttä on varsin dynaaminen, ja päärooli sen muodostumisessa on Maan sulan ytimen pyöriminen, joka toimii valtavana dynamona. Samaan aikaan magneettikentän muutosten dynamiikka ei nykyään ole vain akateemista. Geomagneettisen ympäristön rikkomukset ovat tavallisille ihmisille täynnä häiriöitä navigointi- ja viestintäjärjestelmien toiminnassa, sähköjärjestelmien ja tietokonejärjestelmien vikoja ja muutoksia eläinten muuttoprosesseissa. Lisäksi magneettikentän tutkimus antaa tutkijoille mahdollisuuden ymmärtää paremmin planeetan sisäistä rakennetta ja luonnollisia salaisuuksia, joista emme tiedä paljon nykyään.
SWARM -satelliittiryhmä luotiin tätä tarkoitusta varten. Niiden suunnittelun ja kokoonpanon suoritti tunnettu eurooppalainen ilmailu- ja avaruusyhtiö Astrium. Luodessaan näitä satelliitteja insinöörit pystyivät toteuttamaan kaiken yli 30 vuoden kokemuksen ulkoavaruuden magneettikenttien tutkimuksesta, jonka Astrium on onnistunut keräämään lukuisten avaruusohjelmien, kuten Champ ja Cryosat, toteuttamisen aikana hankkeita.
SWARM-ohjelman kolme satelliittia on valmistettu täysin ei-magneettisista materiaaleista, joten niillä ei ole omaa magneettikenttää, mikä voi vääristää mittausten kulkua. Satelliitit laukaistaan kahdelle napaiselle kiertoradalle. Kaksi heistä lentää vierekkäin 450 km: n korkeudessa ja kolmas on 520 km: n kiertoradalla. Yhdessä he voivat suorittaa tarkimmat ja perusteellisimmat mittaukset maan magneettikentästä tutkimuksen aikana, jolloin tutkijat voivat laatia tarkan kartan geomagneettisesta kentästä ja paljastaa sen dynamiikan.
