Avaruudessa taistellaan lämpötilaeroja, pölyä ja säteilyä vastaan – olosuhdehallinta rakentamisen haasteena

Päivämäärä: 26.4.2021

Kun avaruustähtitieteen professori Esko Valtaoja ja Cramo Finlandin toimitusjohtaja Tuomas Myllynen miettivät avaruuteen rakentamista, muistuttavat taivaalliset rakentamisen ongelmat ja olosuhdehallinta maanpäällisiä. Varmaa on se, että jollain aikavälillä avaruuteen mennään rakennusliikevolyymilla. Valtaoja ennustaa, että ensimmäinen avaruusasema rakentuu Kuuhun jo lähivuosina. Siirtokunnan rakentaminen vaatii vielä aikaa ja monen teknisen ongelman ratkaisemista.

Avaruus on aina kiehtonut ihmistä. Esko Valtaoja ja Tuomas Myllynen miettivät, että sinne pitää päästä niin seikkailunhalusta kuin tarpeesta tehdä jotain erikoista, avaruusturismi voittaa Malediivit.

”Avaruusliiketoiminta on iso bisnes, koska ihminen etsii hyödynnettävää kaikkialta. Ei siirtokuntia tulla rakentamaan siksi, että maapallo olisi tuhoutunut ja ihmiskunta etsisi uutta asuinpaikkaa. Meitä ajaa sinne resurssipula, teknologian antamat mahdollisuudet ja ennen kaikkea taloudellisen hyödyn tavoittelu. Avaruuteen mennään, mutta aikaikkuna voi olla sata vuotta tai tuhat vuotta”, Valtaoja toteaa.

Valtaojan mielestä on harmillista, että suomalaiset ovat tarttuneet avaruusteknologian kehittämiseen muita maita myöhemmin. Onneksi alan opiskelijat ovat perustaneet ketteriä startup-yrityksiä, ja kehitystyö on vauhdissa meilläkin. Ehkä saamme pian jopa oman astronautin. Jo nyt satelliitit ja avaruuteen lähetetyt suomalaiset mittalaitteet puskevat koko ajan monenlaista tietoa ihmiskunnan avuksi.

Olosuhteet ihmiselle sopiviksi

Avaruuteen matkustaminen ei ole helppoa, eikä yksinkertaista ole saada sinne tarvikkeitakaan. Jotta elinympäristö on ihmiselle sopiva, tulee olosuhteita muokata Maan kaltaisiksi. Suurin haaste onkin Valtaojan mukaan se, miten voimme matkia Maan biosfääriä esimerkiksi Kuussa tai Marsissa. Luonnon tasapaino tulee saada toimimaan niin keinotekoisessa ilmakehässä kuin ruuansulatuskanavamme mikrobiomissakin. Ihmisen tulee pysyä hengissä ja turvassa.

Entä ne olosuhteet, voidaanko avaruuteen rakentaa? Avaruudessa olosuhteet ovat äärimmäisiä. Kuussa esimerkiksi on auringon puolella +200 astetta ja varjossa -200 astetta eli yksi nolla enemmän, mihin työmailla on yleensä totuttu. Painovoimakin puuttuu, puhumattakaan hengitysilmasta.

”Ensimmäinen miehitetty avaruusasema rakentuu mielestäni Kuuhun ja kiinalaisten voimin. Myös siirtokunta nousee sinne tai Marsiin ja luultavimmin juuri maaperälle tai siis kuuperälle. Kuu tulee olemaan se, missä rakennetaan rakennusfirmatasolla. Todennäköisesti asumuksissa hyödynnetään kraattereita ja luolia. Avaruuteen rakentaminen muistuttaa vedenalaista rakentamista, mistä meillä jo onkin kokemusta. Avaruusalushan muistuttaa pystyyn nostettua sukellusvenettä”, Valtaoja toteaa.

Saako kuukivistä betonia?

Avaruuteen rakentaminen on taas voimallisesti esillä. Esimerkiksi Kuusta on löydetty vesijäätä, kun aikaisemmin oletettiin, että planeetat ovat täysin kuivia. Vaikka vettä olisi rajallisesti, vie sen löytäminen avaruudessa olemisen mahdollisuudet ison askeleen eteenpäin. Vedestä saadaan happea ja vetyä. Hapesta voidaan tehdä hengitysilmaa ja vety taas toimii avaruusalusten polttoaineena.

Myllynen miettii, onko Maassa ja Kuussa rakentamisen olosuhteissa samoja ongelmia, ovatko esimerkiksi pöly ja kosteus pulmina myös avaruudessa. Kuun pinnalla on paljon pölyä, joka pienessä painovoimassa liikkuu ennalta-arvaamattomasti. Pöly on yksi isoimmista haasteista myös Marsissa rakentamisessa. Tämä vaatii rakenteilta tiiviyttä.

”Rakentajien haasteena tulee olemaan myös voimakas syöpävaarallinen säteily. Rakennusten päälle ei riitä pelkkä kupu, vaan siinä pitää olla vielä pari metriä vettä suojana. Luolista saa siis luontaista suojaa myös säteilylle.”

Vielä ei ole myöskään ratkaistu sitä, millaisia rakennustarvikkeita avaruudessa voisi käyttää. Maahan tuoduista kuukivistä on esimerkiksi tutkittu, voisiko niistä tehdä betonia paikan päällä. Jokaista betonimyllyllistä tai edes elementtiä ei avaruuteen voida kuljettaa.

”Rakentamisessa tulee varautua kaikkeen mahdolliseen ja mahdottomaan. Esimerkiksi se tuli yllätyksenä, ettei kitka toimi painovoimattomassa tilassa tavalliseen tapaan. Ruuvit ja mutterit eivät pysy kiinni”, Valtaoja havainnollistaa.

Yhteistyöllä päästään pidemmälle

”Kotoisilla työmailla olosuhdehallinnassa on tärkeää dokumentointi, jota voidaan käyttää myös uusien ratkaisujen etsinnässä ja suunnittelussa. Esimerkiksi pölyntorjunnasta saaduilla tiedoilla voidaan edistää työturvallisuutta”, Myllynen toteaa.

Valtaoja kannustaa rakennusalaa vaihtamaan kokemuksia, koska kaikkien ei kannata tehdä samoja mokia. Tiedon panttaaminen on tyypillistä avaruustutkimuksessa ja kehitystyössä. Valtaoja toteaa, että avaruuden rauhasta on tehty sopimus, mutta pitääkö se tosipaikan tullen.

”Avaruusyhteistyöstä puhutaan kauniisti, mutta todellisuudessa kaikki tekevät omia projektejaan, eikä tietoja vaihdeta. Osa tutkimustyöstä on valtiosalaisuuksia. Avaruusteknologiahan on tunnetusti ollut suurvaltapolitiikkaa ja sotilaallista voimannäyttöä. Työtä tehdään monella rintamalla ja sadan vuoden päästä on avaruudessa leipurin tusinan verran huippuavaruusteknologiavaltioita. Kiina on etunojassa sekä Yhdysvallat ja Venäjä sekä EU ja myös esimerkiksi Intia, Japani ja Iran.”

Valtaoja toivoo, että avaruusteknologian kehityksessä päästään win-win-win-tilanteeseen, jossa hyvät ratkaisut hyödyttävät niin ihmistä, ympäristöä kuin talouttakin.

Avaruusteknologiasta hyötyä arkipäivään

Myllynen ja Valtaoja toteavat, että avaruusteknologian kehityksestä saadaan hyötyä arjen maanpäällisiin pulmiin. Tästä on kokemusta muun muassa rakennusalalla sääolosuhteiden ennustamisessa ja materiaalien tutkimuksessa. Esimerkiksi avaruuteen kehitetyt voiteluaineet ovat osoittautuneet hyviksi Maassakin. Puhumattakaan tarkasta tietokonepohjaisesta suunnittelusta, tiedonkeruusta ja reaaliaikaisesta valvonnasta, joissa voidaan hyödyntää yhä enemmän tekoälyä. Varsinkin kauko-ohjauksen ja robotiikan kehityksessä avaruusteknologialla on ollut keskeinen rooli.

”Avaruusmateriaalien tulee olla mahdollisimman kevyitä, lujia, lämmönkestäviä ja mielellään itsekorjautuvia. Ihan mukavia ominaisuuksia myös maanpäällisessä rakentamisessa. Esimerkiksi avaruusolosuhteisiin kehitetyt komposiittimateriaalit tulevat ajan mittaan yleistymään myös täällä”, Valtaoja ennustaa.

Miehet miettivät, millä vuosikymmenellä Cramo voi tukea avaruuden rakentajia. Valtaojan virallinen veikkaus on, että vuonna 2040 ihminen on Kuussa ja Marsissa työn touhussa. Cramolle pitääkin siis jo hyvissä ajoin palkata ainakin puolipäiväinen scifivastaava, jotta tarjouskilpailuissa ollaan mukana jo työmaatilojen pystyttämisvaiheessa.

”Tämä otetaan ilman muuta mukaan tuotekehitysprojekteihin”, Myllynen vakuuttaa.

Tutustu Cramo-Suoja -olosuhdehallinnan kokonaisuuteen Lisätietoja painikkeen takaa.