DVD. Tallentavat. -soittimet. Nykyaikaisen linja-auton anatomia 4/07. Huikeat autouutuudet: VW Touran koeajossa. Koeajossa:

Transkriptio

1

2

3 PAL.VKO Tekniikan Maailma Nykyaikaisen linja-auton anatomia Testissä MS Office ohjelmisto VW Touran koeajossa 4/07 Ajankohtaiset vertailut: Kämmenmikrot DVD Tallentavat -soittimet Huikeat autouutuudet: Vertailu: Koeajossa: Vertailu:

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45 Kartassa harmaa pohja on peilikuvana; musta reittipiirros on oikein päin. (Toim. huom. 2013)

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64 Pohjalla on tilaa 50 Tekniikan Maailma 14/2003

65 Suurin ihmisen koskaan tekemä laite lienee ollut Euroopan hiukkastutkimuskeskuksen CERNin äskettäin käytöstä poistettu LEP-kiihdytin, jonka rengasmainen suojatunneli on 27 kilometriä pitkä. Kaukaisuuteen katoava hitaasti kaartava tunneli vaikkapa jossain DELPHIn koeasemalla täynnä elektroniikkaa on todella sykähdyttävä näky. Pienimmät ihmisen tekemät moottorit taas ovat vain millin miljoonasosien mittaisia, eikä niiden näkemiseen riitä enää edes hyvä va- molekyyli, josta ihmisenkin perintötekijät eli geenit koostuvat.) Bellin miesten moottori koostuu pienestä pätkästä DNA:ta, joka saadaan vuoronperään taittumaan hiuspinnin muotoiseksi ja taas avautumaan. Kun tuo pieni vipu liikkuu edestakaisin, sitä voidaan käyttää tekemään pieni määrä mekaanista työtä. Se on esimerkki bottom-up-nanoteknologiasta (BUN, Bottom-up nanomachines), jossa tuotetaan nanomittakaavan (1 nm = 1/ mm) rakenteita ikään kuin alhaalta ylöspäin, atomi- ja molekyylitason palikoista käsin. Nanoteknologian avulla erilaiset laitteet saadaan käsittämättömän pieniksi ja samalla erittäin suorituskykyisiksi ja kustannustehokkaiksi. Lisäksi biologia tuo nanolaitteisiin ennen kokeilemattomia ominaisuuksia, jotka mahdollistavat täysin uudenlaisia teknologiakonsepteja. ERKKI KAUHANEN KIMMO VIRTANEN, avauskuva lomikroskooppi. Moottorit eivät vielä varsinaisesti tee mitään hyödyllistä, mutta osoittavat, että noinkin pieni laite todella on tehtävissä ja toimii. Tähän joukkoon kuuluu Bellin laboratorioiden ja Oxfordin yliopiston tutkijoiden uusin DNA-moottori, josta he raportoivat muutama kuukausi sitten. (DNA on se sama super- Mallia soluista Jännittäväksi BUN-teknologian tekee etenkin se,että sen esikuvia etsitään elävien solujen biologiasta. Biologia tarjoaa nanolaitteille monia ennen kokeilemattomia ominaisuuksia, jotka mahdollistavat aivan uudenlaisia teknologiakonsepteja. Esimerkiksi kasvien solukoneisto kierrättää ilman kaasuja ja valmistaa niistä sekä vedestä ja vähäisistä määristä muita aineita kaiken sen vihreän massan, jonka varassa on ihmisenkin koko ravintotalous. Se on aivan uskomaton tehdaslaitos: ikkunalla pieni purkki, jossa on kourallinen multaa ja pelargonia. Lisää vain vettä, niin kasviraasu lykkää biomassaa vuosi vuoden perään, kilotolkulla näköjään aivan tyhjästä niin, ettei edes multa tunnu vähenevän, pikemminkin päinvastoin. Kun nämä mekanismit saadaan valjastettua teknologiaksi, koko ihmisen talouden ekologia muuttuu. Kasvit sitovat auringon energiaa valtavia määriä lehtivihreänsä avulla, ja kasvi- ja eläinsolut pystyvät tuottamaan hirmuisen määrän erilaisia kemiallisia yhdisteitä. Kaikki tämä on valjastettavissa teknologiaksi. Solujen salaisuus on siinä, että niistä löytyy pieniä kemiallisia automaatteja kaikkiin mahdollisiin tarpeisiin: pumppuja, jousia, moottoreita, laakereita, akseleita, vaijereita, vipuvarsia, venttiileitä, akkuja, aivan mitä vain. Ajatelkaa esimerkiksi sitä pientä moottoria, joka siittiösolussa heiluttaa veijarin häntää niin, että se ilman varikkokäyntiä ja tankkausta ui kokoonsa nähden hirmuisen pitkän matkan kuljettaen perille ison lastin perintötekijöitä. Noilla laitteilla on hyötysuhteet, jollaisista makrokoon laitteet eivät pysty edes haaveilemaan. Nanopumpun demoni Tuollaisiin puolibiologisiin nanoautomaatteihin lienee vielä melkoinen matka, mutta hieman pienemmin purjein samoissa vesissä kyntää jo esimerkiksi nanopumppu, jonka VTT:n tutkimusprofessori Hans Söderlund ja tutkija Tarja Nevanen esittelivät Floridan yliopiston Charles Martinin kanssa Science-lehdessä vuosi sitten. Pumpun ohuessa alumiinikalvossa on kapeita (noin 1/ mm) kanavia, joiden suuta vartioivat geeniteknologisesti tuotetut vasta-ainemolekyylit. Ne tunnistavat tiettyjä muita molekyylejä, joita ne kuljettavat kalvon läpi toiselle puolelle. Pumppu ei tarvitse ulkopuolista energiaa, sillä sitä ajavat pumpattavan aineen osapaineet, jotka kalvon eri puolilla ovat erilaiset. Kun vasta-aineita voidaan valmistaa tunnistamaan hyvin monenlaisia pienmolekyylejä, hormoneita, ympäristömyrkkyjä ja lääkeaineita, tällaisille pumpuille löytyy paljon sovelluksia esimerkiksi lääketieteessä ja -teollisuudessa. Ajatellaan vaikkapa sellaista laitetta, joka valikoivasti poistaa verestä jotain tiettyä ainetta tai sitten annostelee sitä sinne. Se tuo mieleen ajatusleikin, jonka fyysikko James Clerk Maxwell joulukuussa 1867 esitteli kirjeessä ystävälleen Edinburghin yliopiston Peter Taitille (joka tutki muun muassa golfpallon lentoa). Maxwell kuvitteli pienen olennon, joka istuu kahden kaasuastian välisellä reiällä ja lajittelee yhdenlaiset molekyylit yhteen astiaan ja toisenlaiset toiseen. Ilman tällaista Maxwellin demonia aineen itsestään järjestäytyminen olisi mahdotonta, koska päinvastoin maailmankaikkeudessa epäjärjestys pyrkii aina lisääntymään eli entropia kasvaa. Nanobotit ovat hyvin samankaltaisia olentoja. Vähäruokaisina ja vaatimattomina ne saavat kaikessa hiljaisuudessa aikaan paljon, ja kaiken lisäksi ne vielä voivat säädellä itse omaa määräänsä ja toimintaansa tarpeen mukaan. Pieni askel ihmiselle Nanoteknologian lähtölaukauksena pidetään usein amerikkalaisen fysiikan nobelistin Richard Feynmanin lounaspuhetta American Physical Societyn kokouksessa Puhe oli otsikoitu "There is Plenty of Room at the Bottom" eli "Pohjalla on paljon tilaa". Vasta parikymmentä vuotta myöhemmin alkoivat tutkijat saada väli- Tekniikan Maailma 14/

66 52 Tekniikan Maailma 14/2003 PIENI askel ihmiselle, mutta suuri ihmiskunnalle. IBM:n Don Eiglerin työryhmä onnistui 1989 kirjoittamaan nikkelilevylle kirjaimet IBM käyttämällä 35 yksittäin siirrettyä xenon-atomia. Ihminen oli ensimmäisen kerran rakentanut yksittäisistä atomeista nanokokoisen rakenteen, joka ei ollut molekyyli SILTA yli myrskyävän meren? Ei, vaan lähikuva Nanoway Oy:n eräästä säteilymittaukseen käytettävästä anturista. Meri on anturin piialusta, jonka päällä on piinitridikerros. Sen varassa lepäävä metallisilta johtaa sähköä niin, että sähkönjohtavuus reagoi ympäristön säteilyyn. Sillan korkeus meren pinnasta on muutamia satoja nanometrejä. Rakenne on tuotettu top-down-nanoteknologialle tyypillisellä elektronisuihkulitografialla ja syövytyksellä SANA "atomi" kirjoitettuna kiinaksi yksittäisten atomien avulla. kuva: IBM/Eigler kuva: Nanoway neitä Feynmanin visioiden toteuttamiseen, esimerkiksi tunnelointielektronimikroskoopin 1981 ja atomivoimamikroskoopin Tunnelointimikroskooppi (STM, scanning tunneling microscope) kuljettaa näytteen yläpuolella kärkeä, johon syntyy pieni virta, kun elektronit hyppäävät siihen näytteen atomeista. Tuo hyppy, tunneloituminen, on taas yksi kvanttiouto ilmiö, jossa elektroni katoaa yhdestä paikasta ja ilmestyy toiseen paikkaan vaikkapa seinän läpi menemättä välissä olevien paikkojen kautta. Nanoteknologia on niin pientä, että jokseenkin kaikissa laitteissa on jo otettava huomioon kvanttifysiikan ilmiöt, joita arkielämän makrotasolla emme useimmiten näe. Itse asiassa suuri osa nanolaitteista esimerkiksi elektroniikan puolella peräti perustuu näihin kvanttioutoihin ilmiöihin, kuten juuri elektronien tunneloitumiseen. Tunnelointimikroskoopilla ulotutaan jo näkemään yksittäisiä atomeja, ja sillä voidaan jopa liikutella niitä. Vuonna 1989 IBM:n Don Eigler onnistui ensimmäisenä käyttämään STM:ää siihen tarkoitukseen. Tunnollisena työntekijänä hän askarteli 35 yksittäisestä xenon-atomista työnantajansa nimikirjaimet IBM. Vaikkei saavutus ehkä olekaan kovin tunnettu suuren yleisön keskuudessa, se oli tekniikan historian kannalta yhtä merkittävä hetki kuin Neil Armstrongin kävely Kuun pinnalla Se oli pieni askel Don Eiglerille, mutta suuri ihmiskunnalle. Ihminen oli ensimmäistä kertaa pala palalta koonnut molekyylikokoisen rakenteen, joka ei ole molekyyli. Atomivoimamikroskooppi (AFM, atomic force microscope) raapii näytettä niin kuin gramofonineula äänilevyn uraa. Koska AFM tunnustelee sähkövirran sijasta mekaanisesti, sitä voidaan käyttää myös eisähköisten rakenteiden tutkimiseen. Pari kuukautta sitten osakalaiset tutkijat raportoivat ensimmäisinä onnistuneensa siirtämään yksittäisiä atomeita AFM:n avulla. He väänsivät piiatomin irti levyn pinnasta AFM:n kärjellä kuin sorkkaraudalla. Sitten he siirsivät sen toiseen paikkaan ja junttasivat siihen. Yksittäisten atomien käsittelyn lisäksi STM:n ja AFM:n skannerikärkiä voidaan eri tekniikoita hyödyntäen käyttää "piirtelyyn" joko piilevylle tai jollekin sopivasti kerrostetulle alustalle. Vaikkapa syövyttämällä joitain kerroksia pois ja toisia esiin saadaan rajattua eristäviä tai sähköä johtavia alueita, jotka voivat toimia elektroniikan komponentteina kuten transistoreina. Näiden laitteiden kautta lähestytään vähitellen sellaista elektroniikan miniatyrisaatiota, joka mahdollistaa esimerkiksi älyominaisuuksien sijoittamisen mihin tahansa esineisiin tai laitteisiin koosta riippumatta. Joku on visioinut, että lähitulevaisuudessa kengälläkin voi olla oma IP-osoite. Ja elektroniikan pakkaustiheyden kasvun myötä kaikkien laitteiden suorituskyky tietysti tulee taas nousemaan rajusti. Saituuden huippu Elektroniikan kääpiöittämisessä teoreettinen alaraja lienevät yhdellä elektronilla toimivat laitteet kuten transistorit (SET, Single electron transistor). Ensimmäisen toimivan SETin valmistivat Gerald Dolan ja Theodore Fulton Bellin Laboratoriossa jo vuonna Useimmat SETit ovat kuitenkin vaatineet toimiakseen niin matalia lämpötiloja, että niiden kaupallistaminen on ollut vaikeaa. Parin viime vuoden aikana on kuitenkin jo päästy huoneenlämpöön, joten ainakin tämä este on väistymässä tuotteistamisen tieltä. Kun tavallisessa, vaikkapa tietokoneen transistorissa vilistävät aina miljardit elektronit, yhden elektronin laite on siihen nähden jo melko taloudellinen. Kun sähköä annostellaan tipoittain, tullaan taas noihin kvantti-ilmiöihin, jotka tekevät mahdolliseksi aivan uudenlaisia rakenteita. Niihin kuuluvat esimerkiksi kvanttikaivot, kvanttilangat ja nanopisteet, jotka ovat kvanttifysiikan ilmiöitä hyödyntäviä nanomittaisia elektroniloukkuja. Niitä käytetään jo muun muassa puolijohdelaserien elektroniikassa. Perinteisen piin lisäksi nanoelektroniikkaa tehdään myös nanoputkista, jotka ovat 1991 löydetty hiilen uusi muoto, josta on tulossa yksi nanoteknologian perusmateriaaleista. Ne ovat hyvin vahvoja ja joustavia: nanoputki voi olla 20 kertaa niin vahva kuin vastaavan paksuinen teräslanka, vaikka se painaa siitä vain kuudenneksen. Lisäksi ne johtavat sähköä. Sopivan ohuesta putkesta elektronit tih-

67 kuvat läpi yksin kappalein. Toissa vuonna hollantilainen Cees Dekker onnistui mekaanisesti taivuttamaan AFM:n kärjellä 20 nm pitkän ja 1 nm paksun nanoputken mutkalle kahdesta kohtaa. Mutkat haittaavat putken sähkönjohtavuutta niin, että niiden väliin muodostuu eristetty saareke, jonne tai josta elektroni pääsee vain tunneloitumalla. Kun mutkalle väännetty putki asetetaan sopivalle alustalle kahden elektrodin väliin, se toimii transistorina. Uusien materiaalien lisäksi nanoteknologian kasvua ruokkivat uudet nanomittakaavassa ilmenevät luonnonilmiöt, kuten 1988 löydetty suuri magnetoresistanssi GMR (giant magnetoresistance). Se tarkoittaa sitä, että tiettyjen aineiden vastus putoaa dramaattisesti magneettikentässä. Kun vastus vaihtelee magneettikentän mukaan, tulee heti mieleen hyödyntää sitä nanopaksuisissa (ja siis erittäin herkissä) vastuksissa esimerkiksi tietokoneen kovalevyn lukupäissä, RAM-muisteissa sekä monenlaisissa sensoreissa. Niitä on ollut tuotannossa jo jonkin aikaa. Vaikka tällainen elektroniikan pienentäminen tuokin nanoteknologisia sovelluksia nopeimmin ja varmimmin markkinoille, suurin vaikutus tulee aikanaan olemaan juuri BUN-nanoteknologialla, joka vielä tällä hetkellä hieman hapuillen etsii itseään itse monistuvien systeemien tutkimuksessa. ATOMEJA ja kvanttifysiikkaa. Tämä Scanning-tunnelointielektronimikroskoopilla tehty kuva näyttää 48 rautaatomista tehdyn aitauksen, jonka sisällä olevat aallot ovat elektronien kvanttitiloja. Pyydystämällä elektroneja erilaisiin nanomittakaavan loukkuihin ja paimentamalla niitä hallitusti sisään ja ulos voidaan tehdä elektroniikan komponentteja, esimerkiksi yhden elektronin transistoreita. Miksi peruna on halpaa? Paitsi että nanoteknologian avulla erilaiset laitteet voidaan saada käsittämättömän pieniksi, se lupaa etuja myös kustannuspuolella. Peruna on halvempi kuin saman kokoinen taskukello vain siitä syystä, että peruna monistaa itse itsensä. Jos perunaa pitäisi ryhtyä tekemällä tekemään, sille vasta hintaa tulisi. Perunan rakenne ei suinkaan ole yksinkertaisempi kuin taskukellon päinvastoin, se on äärimmäisen monimutkainen, mutta sen monimutkaisuus kätkeytyy vaatimattoman ruskean kuoren alle solu- ja molekyylitasolle, siis nanomaailmaan. Ajatus laitteista, jotka monistavat itsensä, ei ole enää aivan uusi. Tuota biologian, tekniikan, kemian ja matematiikan rajamaata katseli ensimmäisenä kukkulalta unkarilaissyntyinen kemian insinööri, matemaatikko ja tietokonemies John von Neumann joskus toisen maailmansodan seutuvilla. Asiasta on sittemmin ollut vakavasti kiinnostunut muun muassa Yhdysvaltain avaruushallinto NASA, joka 1980 julkaisi asiasta paksun raportin. Se tutki mahdollisuutta rakentaa itseään monistava automaattinen tuotantoyksikkö LMF (Lunar Manufacturing Facility) käytettäväksi Kuussa. Sen lisäksi että yksikkö monistaisi itseään, se tietysti tekisi jotain muutakin, esimerkiksi jalostaisi malmeista metalleja. Raportti piti periaatteessa mahdollisena sellaisen laitteen kehittämistä noin 20 vuodessa senaikaisen teknologian pohjalta. Valitettavasti hanketta ei koskaan rahoitettu, joten konsepti jäi kokeilematta. Sittemmin NASA on pohtinut tällaisen teknologian käyttöä esimerkiksi Marsissa sen ilmaston muuttamiseksi ihmiselle sopivaksi (terraforming). Raportin mukaan itse monistava teknologia olisi uskomattoman kustannustehokasta, kunhan se kerran saadaan käyttöön. Sinä tavallaan tarjoat vain siemenen, ja laitteen omat prosessit huolehtivat jälkikasvusta aivan niin kuin perunalla. Aivan samat perustelut ovat houkutelleet myös nanokokoisten itse monistavien systeemien suunnittelijoita. Harmaan mönjän skenaario Itseään monistaviin kemiallisiin automaatteihin, nanorobotteihin, liittyy monen mielestä uhkiakin. Tunnetuin musta utopisti on K. Eric Drexler, joka takavuosina julkaisi hyvin kiistellyn kirjan Engines of Creation. Drexler näkee, että tulevaisuudessa nanobotit valmistavat melkein kaiken erilaisista kemikaaleista ja elektroniikan komponenteista elintarvikkeisiin. Samalla ihmisen teknologia saa yhä enemmän biologista elämää muistuttavia piirteitä. Bioautomaattien varaan rakentuva teknologia ei välttämättä olisi yhtä kurinalaista ja virtaviivaista kuin perinteinen teknologia, mutta vastapainoksi se olisi joustavampaa, itseään korjaavaa ja itse monistuvaa. Jo Drexlerin kuvaamat "toisen sukupolven nanokoneet", joita hän kutsuu assemblereiksi, muistuttavat ominaisuuksiltaan niin paljon viruksia, että ne voivat lisääntyä kuin keinotekoiset elolliset organismit. Niistä alan keskusteluun on jo levinnyt ilmaus "Harmaan mönjän (Grey Goo) skenaario" kuvaamaan tilannetta, jossa supertehokas kemiallisten automaattien populaatio pääsee karkuun ja luonnollisten vihollisten puutteessa lisääntyy ympäristössä eksponentiaalisesti. Pahimmissa kauhukuvitelmissa kummittelee karkuun päässeiden nanobottien evoluutio, joka voisi tuottaa aivan uudenlaisen villin puolielämän. Vaikka nämä Drexlerin kauhuvisiot kuulostavatkin melko fantastisilta, muutamat hyvinkin arvostetut tutkijat, kuten MIT:n tekoälylaboratorion perustaja Marvin Minsky, suhtautuvat niihin vakavasti. Minskyn mukaan Drexlerin kuvaama puolibiologinen nanoteknologia saattaa muutamassa vuosikymmenessä aiheuttaa suuremman mullistuksen kuin kaikki muu teknologia yhteensä sitten keskiajan. Siihen on kuitenkin vielä pitkä matka, ja jo paljon ennen sitä ideoiltaan perinteisempi, puolijohteisiin ja kvanttitason elektroniikkaan perustuva nanoteknologia kerkeää tuottaa vaikka mitä, jota on vaikea edes kuvitella etukäteen. Niin kuin juuri sen kengän, johon saa yhteyden internetin kautta. Tekniikan Maailma 14/ kuva: IBM/Crommie, Lutz & Eigler

68 Kiina haluaa Kuuhun Kiinasta tuli kolmas omalla aluksellaan ihmisen avaruuteen lähettänyt maa vuonna 2003, kun Yang Liwei lensi avaruudessa lähes vuorokauden pituisen lennon. Nyt kiinalaiset valmistautuvat kolmanteen miehitettyyn lentoon ja tähtäävät jo kauemmaksi: heidän matkansa Kuuta valloittamaan alkaa nyt keväällä. Taikonautit aikovat aikanaan myös Kuun pinnalle. JARI MÄKINEN KIINAN KANSALLINEN AVARUUSHALLINTO, PEKINGIN TEKNILLINEN YLIOPISTO ja JARI MÄKINEN, kuvat Pekingissä sijaitsevan, Kiinan tiedettä ja tekniikkaa esittelevän museon sisäänkäynnin vieressä on kunniapaikalla Shenzhou-avaruusaluksen maahanpaluukapseli. Sen ympärillä vilisee koko ajan väkeä, kun jokainen kävijä haluaa ottaa kuvan itsestään kuuluisan kapselin kanssa. Ja kun katseen kääntää kohti kattoa, näkee Shenzhoun suuren laskuvarjon. Vaikka museossa kävijä voi tutustua kapseliin, sen varjoon ja täysikokoiseen Shenzhoun mallikappaleeseen sekä mahtipontiseen videoesitykseen, ei paljoa konkreettista kuitenkaan jää käteen. Kiina on ollut hyvin vaitelias avaruuslentoihin liittyvistä yksityiskohdista, joten kun Kiinan tiedeakatemian ja Kiinan miehitetyn avaruuslento-ohjelman hyödyntämisohjelman jäsen Yidong Gu kertoi avaruustutkijoiden Pekingissä kesällä pidetyssä kokouksessa Shenzhousta, oli sali tupaten täynnä väkeä. Projekti 921 Kiinan tie avaruuteen alkoi 1950-luvulla, kun maa alkoi suunnitella omaa kantorakettiaan ja ensimmäistä satelliittiaan. Kyseessä oli yhteistyö silloisen Neuvostoliiton kanssa, ja tarkoituksena oli mannertenvälisen ohjuksen kehittäminen, sillä ajan henki oli atomipommi: KIINAN järeimmästä kantoraketista LM-2:sta (Long March eli Pitkä Marssi) on tehty Shenzhou-alusten laukaisuun ja siten myös miehitettyihin lentoihin sopiva versio LM-2F. Korkeutta sillä on 62 metriä ja laukaisun aikaan massaa 464 tonnia. Normaaliversiosta miehitetyn version erottaa nokassa olevasta piikkimäisestä pelastusraketista, joka nostaa aluksen onnettomuuden uhatessa turvaan. SHENZHOU 6 -lennon miehistö aluksensa sisällä. Fei Junlong ja Nie Haisheng pääsivät matkaan lokakuussa 2005 ja lensivät avaruudessa viisi vuorokautta. 12 Tekniikan Maailma 4/2007

69 SHENZHOU-alus koostuu kolmesta osasta: alla olevasta huoltomoduulista, keskellä olevasta maahanpaluukapselista sekä kiertorataosasta, joka voi toimia myös itsenäisesti avaruudessa lentävänä laboratoriona. 06_SHENZHOU_ MALLI.JPG (tai 06_shenzhou_avaruudessa.jpg) SHENZHOU-ALUS koostuu kolmesta osasta: alla olevasta huoltomoduulista, keskellä olevasta maahanpaluukapselista sekä kiertorataosasta, joka voi toimia myös itsenäisesti avaruudessa lentävänä laboratoriona. PEKINGIN lähellä sijaitseva lennonvalvomo on lennon aikana jatkuvassa yhteydessä alukseen. SHENZHOUN maahanpaluukapseli laskeutuneena Sisä-Mongolian pohjoiselle ruohikkoalueelle. PITUUDELTAAN 156- metrinen Yuan Wang 4 on Kiinan avaruusyhteysjärjestelmän uusin laiva. Laivoja on yhteensä neljä, ja ne seilaavat lähes koko ajan joko Tyynellä valtamerellä, Intian valtamerellä tai Atlantilla. Suurten antenniensa avulla laivat pystyvät seuraamaan useita avaruusaluksia sekä satelliitteja ja ovat niiden kautta yhteydessä toisiinsa ja Kiinassa olevaan lennonjohtoon. sellainen piti saada ja sellainen piti pystyä sinkoamaan raketilla minne tahansa maapallolla. Ensimmäisen satelliittinsa Kiina laukaisi avaruuteen vuonna 1970, vaikka tarkoitus oli alun perin saada satelliitti Maan kiertoradalle jo vuosikymmentä aikaisemmin. Dong Fang Hong I (Itä on punainen 1) ammuttiin kiertoradalle neuvostoliittolais-kiinalaisena yhteistyönä syntyneen raketin sijaan kokonaan kiinalaistekoisella Pitkä Marssi -kantoraketilla, koska maiden väliset suhteet viilenivät 1960-luvun alussa. Kiinasta tuli samalla viides oman satelliittinsa avaruuteen lähettänyt maa Neuvostoliiton, Yhdysvaltain, Ranskan ja Japanin jälkeen. Kiinan miehitettyyn avaruuslen- Tekniikan Maailma 4/

70 SHENZHOUN laskuvarjo roikkuu Pekingin tiede- ja tekniikkamuseon katossa. toon tähtäävä ohjelma hyväksyttiin ensimmäisen kerran Kiinan kommunistipuolueen keskuskomiteassa jo vuonna 1968, kun Projekti 714 laitettiin eteenpäin. Sen tavoitteena oli saada kiinalainen avaruuteen vuonna 1973 Shuguang-1-nimisellä avaruusaluksella, johon olisi mahtunut kaksi henkilöä. Lentoa varten kasattiin yhdeksänhenkinen koelentäjäryhmä, mutta Kiinan kulttuurivallankumouksen poliittisissa pyörteissä miehitetty avaruuslento jäi takaalalle, ja se peruttiin lopulta vuonna Avaruustekniikan ja kantorakettien kehittäminen sen sijaan jatkui, sillä niillä oli suoria sotilaallisia vaikutuksia. Kiina testasi maahanpaluutekniikoita 1970-luvun puolivälissä, ja vuonna 1978 miehitetyt avaruuslennot nousivat taas esiin. Kiinalaisavaruuslentäjät komeilivat valokuvissa näyttävän näköisissä avaruuspuvuissa sukkulamaisen aluksen ohjaamossa. Sukkulasta luovuttiin kustannussyistä ja samalla miehitetyt avaruuslennotkin laitettiin taas hyllylle, kunnes asiaan palattiin luvun puolivälissä. Kaksi erillistä asiantuntijaryhmää tutki kapselityyppisten avaruusaluksen ja sukkulan tekemisen mahdollisuuksia senaikaisen kiinalaistekniikan avulla ja päätyivät ehdottamaan Shenzhoun tyylisen aluksen tekemistä. Kiinan silloinen johtaja Deng Xiaoping ei pitänyt kummastakaan esitetystä vaihtoehdosta, vaan oli tiukasti koko avaruushanketta vastaan ja ilmoitti selvästi, ettei hänen TIEDE- ja tekniikkamuseon videokuvilla ryyditetty pienoismalli esittää hahmotelmaa kiinalaisten tulevasta avaruusasemasta. Näitä voidaan liittää myös yhteen, jolloin kiertoradalle voidaan rakentaa isompikin asema. aikanaan Kiina tule toteuttamaan miehitettyä avaruuslentoa. Kun Deng siirtyi syrjään vuonna 1989, otettiin avaruuslentosuunnitelmat taas esiin ja lopulta vuonna 1992 hyväksyttiin virallisesti Projekti numero 921. Sen tavoitteena oli saada kiinalainen lopultakin avaruuteen ennen vuosituhannen loppua. Taikonautit nousevat taivaalle Miehitetyn avaruuslennon toteuttamiseksi vaaditaan neljä asiaa: avaruusalus, kantoraketti sen laukaisemiseen, avaruuslentäjät ja lennonjohto sekä siihen kuuluva maailmanlaajuinen yhteysverkosto. Näistä kantoraketti sekä avaruuslentäjät olivat helpoimmat järjestää. Pitkä Marssi -kantoraketin voimakkaimmasta versiosta pystyttiin tekemään miehitettyyn lentoon sopiva versio, ja päteviä koelentäjiä oli kansanarmeijan ilmavoimissa riittävästi. Yhteysverkosto oli taas mahdollista rakentaa lähettämällä antennein ja radiolaittein varustettuja laivoja sopiviin paikkoihin maailman merillä. Avaruusaluksen tekemisessä käännyttiin Venäjän puoleen, sillä etenkin maahanpaluukapselin suunnittelussa oli parempi ostaa valmista tietoa kuin keksiä pyörää uudelleen. Aikaisemmasta poiketen Venäjä ja Kiina toimivat nyt puhtaan kaupallisesti. Venäläiset myivät tekniikkaansa kiinalaisille ja tarjosivat perusapua varsinaisen kiinalaisaluksen tekemisessä. Sojuz-insinöörit kävivät Kiinassa opettamassa sikäläisiä avaruusinsinöörejä, ja kaksi kiinalaista avaruuslentäjäkandidaattia lähetettiin Moskovan lähelle Tähtikaupunkiin kosmonauttikouluun. Avaruusohjelmaa varten rakennettiin Pekingin esikaupunkialueelle suuri avaruuskaupunki, johon kuuluu kymmenkunta suurta laboratoriota. Niitä käytetään kiinalaisavaruuslentäjien eli taikonauttien koulutukseen, lentojen suunnitteluun sekä Shenzhou-alusten rakentamiseen ja testaamiseen. Avaruuskaupungin erikoisuuksiin kuuluu muun muassa maailman viidenneksi suurin avaruussimulaattori ja erityisesti avaruuslentäjille ruokaa suunnitteleva ja valmistava tehdas. Lopulta 20. marraskuuta 1999 kaikki oli valmista, ja kiinalaisten avaruusalus Shenzhou 1 nousi avaruuteen Jiuquanin laukaisukeskuksesta. Mukana ei tosin ollut vielä ihmisiä, vaan kyseessä oli aluksen ensimmäinen koelento, jolla myös testattiin koko miehitetyn avaruuslennon vaatimaa systeemiä. Samalla Projektista 921 päättäneet saivat ainakin osittain olla tyytyväisiä, sillä vaikka kiinalaisen tekemä avaruuslento ei ollutkaan toteutunut ennen vuotta 2000, oli miehittämätönkin kiinalaisalus kuitenkin nostanut Kiinan otsikoihin ympäri maailmaa. Taikonautit saivat katsella viiden vuoden ajan alustensa lentoa miehittämättöminä, mutta he olivat varmasti vain tyytyväisiä, sillä Shenzhouta hiottiin koelentojen perusteella paremmaksi, ja sen systeemit testattiin erilaisissa lentoolosuhteissa myös hätätilanteissa. Mukana lennoilla oli eläimiä sekä ihmisen kokoisia ja monia elintoimintoja jäljitteleviä nukkeja, mutta myös 14 Tekniikan Maailma 4/2007

71 suoranaisesti miehitettyihin lentoihin liittymättömiä koelaitteita. Yidong Gun mukaan yli 40 tutkimuslaitosta on osallistunut lennoilla tehtyihin kokeisiin, jotka ovat kuuluneet tekniikan testaamiseen ja kehittämiseen, materiaalitieteisiin, Maan havainnointiin, tähtitieteeseen ja biologiaan. Aiheet ovat samoja kuin läntisissäkin kokeissa. Tutkimuslaitteita on lennoilla ollut paitsi Shenzhou-kapselin sisällä myös sen päällä. Esimerkiksi Shenzhou 4:n kiertorataosa oli korvattu suurikokoisella mikroaaltotutkalla. Neljän koelennon jälkeen Shenzhou oli viimein valmis ensimmäiseen miehitettyyn avaruusmatkaansa. Yang Liwei nousi matkaan Shenzhou 5 -aluksella ja lensi 21 tuntia pitkän lennon. Kahden vuoden valmistelujen jälkeen oli vuorossa toinen miehitetty Taikonautit KIINAN avaruuslentäjistä eli taikonauteista on kerrottu julkisuudessa vain vähän, joten heidän henkilötietonsa ovat hyvin vajavaisia. Alla mainittujen taikonauttien lisäksi vuoden 2006 aikana ryhmään valitaan todennäköisesti kaksi jäsentä lisää. Chen Quan Otettu mukaan taikonauttiryhmään tammikuussa Syntynyt Suiningissa, Sichuanin maakunnassa. Deng Qingming Jiangxin maakunnasta kotoisin oleva hävittäjälentäjä, joka liittyi taikonauttiryhmään tammikuussa Fei Junlong Syntynyt vuonna 1966 Kunshanissa, Jiangsun maakunnassa. Toimi Shenzhou 6 -lennon komentajana lokakuussa 2005 ja lensi avaruudessa neljän päivän, 19 tunnin ja 32 minuutin ajan. Hänet valittiin taikonauttiryhmään tammikuussa 1998, kun ryhmään otettiin ensimmäisen kerran uusia jäseniä kahden ensimmäisen kouluttajan jälkeen. Jing Haipeng Lokakuussa 1966 Shanxin maakunnassa syntynyt hävittäjälentäjä, joka valittiin mukaan taikonauttiryhmään tammikuussa Hän oli mukana Shenzhou 6:n toisessa varamiehistössä. Li Qinglong Vuonna 1962 Dingyuanissa, Anhuin maakunnassa syntynyt Kiinan kansanarmeijan ilmavoimien hävittäjälentäjä, joka valittiin vuonna 1996 Kiinan avaruuslentäjäryhmän ensimmäiseksi jäseneksi. Hänet lähetettiin Tähtikaupunkiin kosmonauttikoulutukseen, ja sieltä palattuaan hän on toiminut muiden taikonauttien kouluttajana. Liu Buoming Heilongjiangin maakunnassa vuoden 1966 syyskuussa syntynyt hävittäjälentäjä, joka valittiin mukaan taikonauttiryhmään tammikuussa Hän oli Shenzhou 6:n toisessa varamiehistössä komentajana. lento, Shenzhou 6, jonka mukana oli jo kaksi taikonauttia. Fei Junlong ja Nie Haisheng viettivät avaruudessa viisi vuorokautta ja käyttivät hyväkseen koko aluksen sisätilaa; kun Yang pysyi koko lentonsa ajan kiinni istuimessaan maahanpaluukapselissa, tekivät Fei ja Nie työtä myös suuremman kiertorataosan sisällä. Sisätiloista tosin ei ole julkistettu juurikaan kuvia, ja onkin oletettavaa, että siellä oli sotilaalliseen tutkimukseen liittyvää materiaalia. Pyhä alus Vaikka Shenzhoun eli Pyhän aluksen siemen tulee suuresta itänaapuristamme, on se täysin kiinalainen avaruusalus, joka poikkeaa monessa mielessä venäläisten käyttämästä Sojuz-aluksesta. Olennaisin yhtäläisyys on maahanpaluukapseli, joka muistuttaa hyvin paljon Sojuzin kapselia. Kiinalaiset hankkivat 90-luvun puolivälissä kaksi Sojuz-aluksen maahanpaluukapselia niitä tekevältä Energia-yhtiöltä ja lainasivat niistä perustekniikan ja kapselin muodon. Kiinalaisten versio on tosin hieman suurempi joka suunnassa, sillä kun Sojuzin kapselin pituus on 1,9 metriä ja leveys 2,17 metriä, on Shenzhoun maahanpaluukapseli 2,06 m pitkä ja 2,52 leveä. Sojuzin tapaan Shenzhoun maahanpaluukapseli on kolmiosaisen aluksen keskellä siten, että sen pohjaan on kiinnitetty noin kolme metriä pitkä huoltomoduuli, ja sen päässä on liki kolmemetrinen kiertoratakapseli. Huoltomoduuli pitää huolen aluksen ratamanöövereistä ja asennonsäädöstä sekä vastaa valtaosin sähkönsaannista ja tietoliikenteestä. Kiertorataosa on paineistettu kapseli, jonka sisällä avaruuslentäjät voivat tehdä työtä kiertoradalla ollessaan, mutta kapseli pudotetaan pois kyydistä ennen maahanpaluuta. Samoin huoltomoduuli irrotetaan ennen paluuta. Kiertorataosa on puolestaan suurin eroavaisuus Sojuziin verrattuna, sillä kiinalaisaluksessa se pystyy lentämään avaruudessa myös itsekseen. Siinä on erilliset aurinkopaneelit, ohjausrakettimoottorit ja asennonsäätölaitteet. Niinpä kiertorataosa voi toimia kuin erillinen automaattinen avaruuslaboratorio, joka voidaan jättää avaruuteen jatkamaan lentoa, vaikka miehistö palaisi Maahan. Kiertorataosa pystyy periaatteessa toimimaan avaruudessa omin nokkinensa jopa vuoden päivät. Avaruuslaboratorioajatusta on kiinalaisversiossa viety pidemmälle, sil- KIINA haluaa pukea avaruusohjelmansa avoimen kansainväliseen pukuun. Yang Liwei näytti avaruudessa kameralle Kiinan lipun lisäksi YK:n lippua. Kiina on lisäksi toivottanut kaikki maat mukaan yhteistyöhön kanssaan. Käytännössä koko avaruusohjelma on hyvin salainen, ja on vaikea kuvitella, että muut maat voisivat liittyä Kiinan miehitettyyn avaruuslento-ohjelmaan. KOLME avaruudessa käynyttä kiinalaista taikonauttia: Nie Haisheng (vas.), Yang Liwei ja Fei Junlong. Liu Wang Shanxin maakunnassa vuonna 1970 syntynyt hävittäjälentäjä, joka valittiin mukaan taikonauttiryhmään tammikuussa Nie Haisheng Toimi Shenzhou 5 -lennon toisena varamiehenä ja lensi Shenzhou 6 -aluksella vuonna Hänet valittiin taikonauttiryhmään tammikuussa 1998, kun ryhmään otettiin ensimmäisen kerran uusia jäseniä kahden ensimmäisen kouluttajan jälkeen. Syntynyt syyskuussa 1964 Zaoyangissa, Hubein maakunnassa. Pan Zhanchun Kiinan kansanarmeijan ilmavoimien hävittäjälentäjä, joka valittiin mukaan taikonauttiryhmään tammikuussa Wu Jie Vuonna 1963 Zhengzhoussa, Henanin maakunnassa syntynyt hävittäjälentäjä, joka otettiin mukaan toisena kahdesta ensimmäisestä taikonautista marraskuussa Kävi opissa Tähtikaupungissa kosmonauttikoulutuksessa. Hän on toiminut sen jälkeen muiden taikonauttien kouluttajana, mutta on edelleen aktiivipalveluksessa. Yang Liwei Ensimmäinen kiinalainen avaruudessa. Lensi Shenzhou 5 -aluksella vuonna 2003, lento kesti 21 tuntia ja 23 minuuttia. Hänet valittiin taikonauttiryhmään tammikuussa 1998, kun ryhmään otettiin ensimmäisen kerran uusia jäseniä kahden ensimmäisen kouluttajan jälkeen. Syntynyt kesäkuussa 1965 Liaoningin maakunnassa sijaitsevassa Suizhongissa. Zhai Zhigang Longjiangissa, Heilongjiangin maakunnassa lokakuussa 1966 syntynyt Shenzhou 5:n varamiehistönä toiminut hävittäjälentäjä, joka valittiin mukaan taikonauttiryhmään tammikuussa Zhang Xiaoguan Liaoningin maakunnassa syntynyt hävittäjälentäjä, joka valittiin mukaan taikonauttiryhmään tammikuussa Zhao Chuandong Kiinan kansanarmeijan ilmavoimien hävittäjälentäjä, joka valittiin mukaan taikonauttiryhmään tammikuussa Tekniikan Maailma 4/

72 lä kiertorataosasta on valmisteilla myös kahdeksan metriä pitkä versio, joka voidaan laukaista yksinään avaruuteen. Silloin sitä voi pitää jo pienenä avaruusasemana, ja etenkin kun niitä voidaan liittää toisiinsa avaruudessa, on mahdollista rakentaa myös suurempi, jopa 20 tonnia painava avaruusasema. Shenzhou-alus pystyy tekemään kahdenkymmenen vuorokauden pituisia lentoja kolmen avaruuslentäjän kanssa. Kaikkiaan alus painaa laukaisuhetkellä noin 7,8 tonnia, ja sen kokonaispituus on 9,25 metriä. Tyypillinen kiertorata, jolle Shenzhou on suunniteltu lentämään, on soikio, jonka Maata lähin kohta on 196 kilometrin korkeudessa ja kaukaisin piste Maasta 324 kilometrin päässä. Kuun pinnalle vuonna 2024 Kun Projekti 921 hyväksyttiin vuonna 1992, siinä oli jo silloin useita alakohtia. Yksi oli miehitetyn avaruusaluksen tekeminen ja sillä lentäminen. Toisena tuli avaruusasema, ja kolmas tavoite oli avaruussukkula, jota seurasivat vielä Shenzhou-aluksen rahtiversio ja mahdolliset lennot Kuuhun. Sukkula on pudotettu nyttemmin listalta kokonaan pois, mutta muut kohdat ovat edelleen Kiinan virallisia päämääriä. Seuraavana on kuitenkin vuorossa Shenzhou 7:n lento, jota suunnitellaan vuodelle 2008 sopivasti samalle vuodelle, jolloin Peking järjestää olympialaiset. Aluksessa on tuolloin mukana kolme taikonauttia, joista yksi tai kaksi poistuu noin puoli tuntia kestävälle avaruuskävelylle. Kiinalaiset ovat tehneet jo selväksi, että avaruuskävelyillä käytetään kiinalaistekoisia avaruuspukuja, jotka on valmistettu älykkäistä materiaaleista. Lennon lykkäänty- minen vuoteen 2008 johtuu pitkälti puvun kehittämisestä. Shenzhout 8, 9 ja 10 on tarkoitus laukaista matkaan kuukauden välein vuonna 2010, ja niistä vain viimeinen on miehitetty. Numerot 8 ja 9 ovat laboratoriomoduuleita, jotka telakoituvat kiertoradalla toisiinsa ja muodostavat pienen avaruusaseman. Shenzhou 10:llä saapuvat taikonautit pääsevät siten tekemään työtä kiinalaisella asemalla. Kiinasta tulee silloin kolmas oman avaruusasemansa lähettänyt maa. Samaan aikaan miehitettyjen avaruuslentojen kanssa Kiina on jo rakentamassa omaa kuuluotaintaan, joka on tarkoitus laukaista matkaan keväällä Chang e 1 ohjataan Kuun kiertoradalle, josta se kuvaa Kuun pintaa ja etsii sopivia paikkoja laskeutumiselle. Seuraavana on vuorossa miehittämätön laskeutuja 2010-luvun alussa ja kuunäytteiden tuominen Maahan robottialuksella noin vuonna Miehitetyt lennot olisivat vuorossa sitten välittömästi sen jälkeen. Kesällä 2006 Long Lehao, kuulennoista vastaavan ohjelman varajohtaja, ennusti kiinalaisten astuvan Kuun pinnalle vuonna Marsin tutkiminen aloitetaan puolestaan vuonna 2014, ja taikonauttien on määrä lentää punaiselle planeetalle vuonna Mikäli läntiset suunnitelmat niin Kuun kuin Marsinkin suhteen pysyvät edes jotenkin aikatauluissaan, tulee lähiavaruudessa olemaan parin vuosikymmenen päästä vilinää. Joka tapauksessa on selvää, että kiinalaiset pitää ottaa jo nyt vakavasti huomioon, ja ellemme me täällä lännessä laita vauhtia omiin suunnitelmiimme, niin Kiina menee edelle vauhdilla. Idässä punertaa! Matkavinkki Pekingin tiede- ja tekniikkamuseo AVARUUDESSA käynyt Shenzhoun maahanpaluukapseli on esillä museon paraatipaikalla. KIINALAISEN tieteen ja tekniikan museo avattiin vuonna valamisesta. Kunniakasta historiaa on seurannut hiljaisempi vaihe, mutta nyt Kiina on taas vauhdissa. Tämän näkee museossa esiteltävien laitteiden lisäksi yleisössä: paikalle tulee bussilasteittain koululaisia, jotka perusfysiikan lisäksi opettelevat mikropiirien tekemistä ja lentoa avaruuteen. Museon osoite on: 1, Beisanhuan Zhonglu, Peking. Se on avoinna klo (maanantaisin suljettu, mutta avoinna kansallisina juhlapäivinä). Paikalle pääsee useilla busseilla, mutta kiinaa taitamattomien kannattaa mennä perille taksilla (pyydä kirjoittamaan museon nimi ja osoite hotellissa paperille). Taksikyyti Pekingissä on suomalaisittain erittäin edullista. Lisätietoa: JOS matkasi suuntautuu Pekingiin, kannattaa Kiinan muurin, Taivaallisen rauhan aukion ja Taivaan temppelin lisäksi uhrata ainakin puoli päivää Kiinalaisen tieteen ja tekniikan museolle. Siellä on nähtävissä muun muassa Shenzhou 3:n maahanpaluukapseli ja muuta avaruuslentoihin liittyvää materiaalia. Museo sijaitsee Pekingin kolmannen kehätien pohjoispuolella kartalla katsottuna jokseenkin kehän keskivaiheilla. Vuonna 1988 avatussa museossa on Kiinan tiedettä ja tekniikkaa esittelevän pysyvän näyttelyn lisäksi paljon opetuksellisia näyttelyosastoja, vaihtuvia näyttelyitä sekä IMAX-teatteri. Kiinalaisethan ovat olleet aikanaan edelläkävijöitä monella alalla. Heitä on kiittäminen muun muassa ruudista, tarkoista tähtitaivaan tapahtumien havainnoista, kompassista, paperista, painamisesta sekä pronssin sulattamisesta ja 16 Tekniikan Maailma 4/2007

73