ESAn Tiedeohjelma

Euroopan avaruusjärjestön tiedeohjelma tarkoittaa Euroopan avaruusjärjestön (ESA) avaruustieteen avaruusluotainten ja satelliittien valintaa, rahoitusta ja toteutusta. Tiedeohjelma on pakollinen ohjelma, johon kaikki ESAn jäsenvaltiot osallistuvat niiden bruttokansantuotteen suuruuden mukaisella panoksella.

Historia

ESAn edeltäjässä ESROssa tämä ohjelma edusti kaikkea tiedettä (kaukokartoitus, sääsatelliitit, tietoliikennesatelliitit), josta sen nimi tiedeohjelma johtuu. Ohjelma loi 1970-luvulla ja 1980-luvun alussa muun muassa ESAn ensimmäiset sääsatelliitit, joiden varaan synnytettiin EUMETSAT, ja tietoliikennesatelliitit, joiden varaan synnytettiin sittemmin pörssiyhtiöiksi muunnetut EUTELSAT ja INMARSAT organisaatiot.

Budjetti

Tiedeohjelman budjetti on ollut 1990-luvun puolivälistä, jolloin Toulousessa pidetyssä ministerikokouksessa jäsenmaat leikkasivat sen budjettia, alkaen noin 400 miljoonaa euroa alkaen kuitenkin nousta 2000-luvulla. Nykyään^milloin? sen koko on noin 450 miljoonaa euroa, joka on hieman yli 10 % ESAn kokonaisbudjetista.

Viime vuosina^milloin? Tiedeohjelman budjetista on kulunut alle puolet avaruusalusten suunnitteluun ja rakentamiseen, jotka on aina ESAssa toteutettu alan yrityksissä. Loppu on mennyt ohjelman satelliittien operointiin ja muihin henkilöstökuluihin. Tätä kustannusjakoa on pyritty vuosina 2006–2008 muuttamaan suuntaan, jossa ESA tilaa enemmän ulkoa kuin käyttää rahoitusta sisäisesti. Suomi maksoi ESAn tiedeohjelmaan vuonna 2010 vajaat noin seitsemän miljoonaa euroa.

Vuonna 2011 ongelmaksi näyttää nousevan Yhdysvaltain liittovaltion budjettivajeen kasvun pienentäminen, joka kutistaa muutamaksi seuraavaksi vuodeksi NASAn tieteellisten avaruuslentojen määrää ja ambitiotasoa.

Kansallisella rahoituksella toteutettavat avaruustiedelaitteet

Toisin kuin NASA, ESA ei rahoita kaikkien avaruutta tutkivien avaruusalustensa hyötykuormaa eli tieteellisiä instrumentteja. Niiden toteutuksesta ja rahoituksesta vastaavat eri maiden tutkimuslaitokset tai niiden johtamana kansallinen avaruusteollisuus.

Tiedelaitteiden rahoitus tulee laitosten omista budjettivaroista (esimerkiksi Ranskan eräät tutkimusinsitutuutit ja Sveitsin Paul Scherrer -instituutti ja esimerkiksi IFR Ruotsissa) tai kunkin maan avaruushallinnolta (esimerkiksi Britanniassa ex-PPARC, Suomessa Tekes).

Laitteiden tullessa yhä kalliimmiksi Tiedeohjelma on joutunut 2000-luvulla tukemaan niiden valmistusta kansallisen rahoituksen jäädessä vajaaksi.

Tämä nk. instrumenttirahoitus on kaikkien ESA-jäsenmaiden tasolla keskimäärin 30 % kunkin maan ESA:n tiedeohjelman vuosimaksusta. Suomen kohdalla, Tekesille, tämä merkitsee vuonna 2010 noin 2 miljoonaa euroa vuodessa.

Organisaatio

Tätä ohjelmaa ja sen direktoraatiksi kutsuttua linjaorganisaatiota johti hyvin pitkään kaksi johtajaa: ensin saksalainen Ernst Trendelenburg ja sitten ranskalainen Roger-Maurice Bonnet. Sitä johti vuodesta 2002 brittiläinen David Southwood 30. maaliskuuta 2011 asti. 1. huhtikuuta 2011 alkaen johtajana toimii neljän vuoden ajan espanjalainen Alvaro Giminez.

Direktoraatin nimi muuttui vuonna 2008 muotoon Directorate of Science and Robotic Exploration (D/SRE), jolloin sen alaisuuteen tuli vapaaehtoinen "Robotic Exploration" eli Aurora-ohjelma.

Pääosa tiedeohjelman henkilöstöstä toimii ESAn tiede- ja teknologiakeskuksessa ESTECissä, Hollannissa. Jatkossa pääkeskukseksi voi nousta ESAC Espanjassa, jossa nykyisin toimii ohjelman useiden avaruusalusten keräämien datojen arkistot.

Pitkän aikavälin suunnitelmat

17. lokakuuta 1994 Tiedeohjelma esitteli Horizons 2000 Plus-ohjelman, joka pohjautui aiempaan, 1980-luvun puolivälissä hahmoteltuun, Horizon 2000-ohjelmaan.

Nykyinen pitkän aikavälin ohjelma on Cosmic Vision, jonka toteutus alkoi vuonna 2007.

Cosmic Vision-ohjelma

Vuonna 2005 valittiin alustavasti vuosina 2015–2025 laukaistavien avaruuslentojen teemat, jotka kuuluvat Tiedeohjelman Cosmic Vision-suunnitelmaan. Teemat ovat

• Planeetat ja elämä, Aurinkokunta,
• Perusfysiikka (Fundamental Laws) ja
• Universumi.

Vuonna 2008 teemoista oli tutkijoille suunnatun haun ja karsinnan kautta muodostunut useita kilpailevia missioehdotuksia:

• suuret (L kuten Large) missiot – näiden ESAn osuuden kustannusarvio oli alun perin 600 M€. Vuoden 2009 kustannusarvio oli 900 M€ missiota kohden. Vuonna 2011 oli asetettu 700 miljoonaa euroa ESAn kustannusten katoksi. Näiden missioiden teknologiavalmiustaso on todettu liian alhaiseksi. Se on eräs syy, ettei näistä avaruusaluksista yksikään lennä vuonna 2020 vaan pikemminkin vuonna 2025. Vuonna 2011 tavoitevuosi on vuosi 2022. Toinen syy on se, että NASA on useista näistä missioehdotuksista pääosapuoli ja NASA ei ole psytynyt useassa vuodessa tekemään päätöstä yhdenkään näistä toteuttamisesta. Yhdysvaltain tiedeneuvoston arvioinneissa ESAn ehdottamat yhteistyömissiot eivät ole kärjessä. Lisäksi vuoden 2011 alussa NASA ilmoitti rajaavansa tulevat missiot siten, että NASAn rahoitusosuus ei ylitä yhtä miljardia dollaria..
  • LISA mittaa gravitaatioaaltoja – missiota edeltävä teknologiakoe LISA Pathfinder on vuonna 2011 vielä pahasti kesken ja sen lento tarvitaan ennen LISAn varsinaisen suunnitteluvaiheen alkua.
  • IXO on entinen XEUS-nimellä tunnettu röntgenobservatorio. Missio laajentui vuonna 2008 ESA-NASA-JAXA-yhteistyöksi akronyymin IXO alla.
  • TandEM/TSSM on kaavailtu mission Saturnuksen Titan kuuta kuvaamaan. Tämä missioehdotus on karsiutunut. LAPLACE/EJSM kilpaili sen kanssa – tämä missio mittaa Jupiterin Europa-kuuta. Vuonna 2009 Jupiter-lento voitti Saturnus-lennon toteutuksen, mutta Jupiter-lennoista on ESAssa kaksi kilpailevaa vaihtoehtoa.
  • Tämä ei vielä takaa, että missio ikinä lentäisi vaan lopullinen satelliittiohjelman käynnistys on parin vuoden päässä. Maaliskuun 2011 lopulla näytti siltä, että NASAn budjettirajoitukset aikaansaavat näiden missioehdotusten kaatumisen.. Näin ei kuitenkaan käynyt. ESAn päätös näiden missioehdotuksen jatkosta on siirtynyt huhtikuuhun 2012.

Vuonna 2008 teemoista oli tutkijoille suunnattu haun keskikokoikseksi (M kuten Medium) missioiiksi. Karsinnan kautta on muodostunut useita kilpailevia missioehdotuksia:

• keskikokoisia – alun perin näiden kunkin kustannuskatto oli 300 M€, mutta vuoden 2009 alun arvio oli 450 M€/kpl ja loppuvuonna 2009 arvioitu kustannus oli jo suuruusluokkaa 300–600 M€. Esivalituiksi, joista kaksi lentää aikanaan, tuli helmikuussa 2010:
  • DUNE (galaksit, eksoplaneetat) ja SPACE (galaksit, kvasaarit) – toukokuussa 2008 nämä yhdistettiin Euclid-missioehdotukseksi
  • Plato (maankaltaiset planeetat)
  • Solar Orbiter
• Näitä valittiin ESAn tiedeohjelman kokouksessa lokakuussa 2011 kaksi rakennettaviksi Solar Orbiter ja Euclid.

Karsiutuneet keskikokoiset ehdotukset (kaikkiaan kymmenistä ehdotuksista loppukilpailuun päässeistä) ensimmäisessä Cosmic Vision haussa olivat

• Marco Polo (näytteenhaku asteroidilta yhdessä JAXAn kanssa)
• Cross-Scale (aurinkokunta, yhdessä NASAn ja JAXAn kanssa).

Vuonna 2011 ESA päättää osallistumisesta japanilaiseen missioon, jos se saa JAXAn rahoituksen. Vuonna 2010 se ei saanut JAXAn rahoitusta kuten oli uskottu.

• SPICA (JAXAn päävastuulla: infrapuna-astrofysiikka), ESA-maista SAFARI-instrumentti, johon ESA toteuttaa teleskoopin.

Vuonna 2010 Cosmic Visionin toinen haku haki keskikokoisia tiedemissioita (M2). Ehdotuksia tuli 44 kappaletta, joka kolmas oli ranskalaisvetoinen ehdotus, joka kuvastaa Ranskan valtion panostusta avaruustekniikkaan ja -tieteenseen. Näistä ESAn tiedeneuvonantajaelimet ovat valinneet neljä – EChO, LOFT, MarcoPolo-R ja STE-QUEST – jatkokehitelyyn. Näistä yksi tai kaksi lentää vuosina 2020–2022, joka on sinänsä merkki siitä ettei L-kokoisista missioista mitään lähdetä rakentaamaan alkuperäisen aikatalun mukaisesti:

• Exoplanet Characterisation Observatory (EChO) pyrkisi mittaamaan exoplaneettojen kaasukehiä. Alus lentäisi L1-pisteessä Maan ja Auringon välillä.
• Large Observatory For X-ray Timing (LOFT) pyrkisi mustien aukkojen (materian liike tapahtumahorisontissa) mittaamiseen ja neutronitähtien materian tutkimiseen. LOFTissa olisi kaksi pääinstrumenttia: Large Area Detector ja Wide Field Monitor. Tämä missioehdotus on samalla alueella kuin kaavailtu suuri IXO-röntgenteleskooppi.
• MarcoPolo-R pyrkisi hakemaan näytteen maata lähellä lentävästä asteroidista ja tuomaan sen maahan. Tämä on aiemman karsiutuneen Marco-Polo-mission uusintaehdotus.
• Space-Time Explorer and Quantum Equivalence Principle Space Test (STE-QUEST) mittaisi painovoiman vaikutuksia aikaan ja materiaan. Se mittaisi yleisen suhteellisuusteorian ekvivalenssiperiaatteen toteutumista. STE-QUEST mittaisi paikka-aika-kaartumista tekemällä vertausmittauksia atomikelloilla avaruusaluksessa ja maassa.

ESAn avaruustiedesatelliitit

Missio päättynyt

ESAn ja sen edeltäjän ESROn toteuttamia avaruustieteelliset avaruusalukset ovat

• COS-B
• GEOS-1, GEOS-2
• EXOSAT (tähän asti ESROn toteuttamia) – röntgenastrofysiikka
• Giotto – Halleyn komeetta
• Hipparcos – tähtitiede
• Ulysses (toteutus aloitettu ESROn aikana) – aurinkotutkimus

Lentävät avaruudessa

• Herschel – infrapuna-astronomia (laukaisu 2009)
• Planck – mikroaaltotaustasäteily (2009)
• SOHO – aurinkotutkimus (1995)
• XMM-Newton – röntgenastrofysiikka (1999)
• Cluster-II (korvasi laukaisussa tuhoutuneen Clusterin) – Maan säteilyvyöhykkeet, plasmafysiikkaa (2002)
• INTEGRAL – gamma-astrofysiikka (2000)
• Mars Express – Mars-planeetta (2003)
• Planck – mikroaaltotaustasäteily, kosmologia (2009)
• Rosetta – komeettatutkimus (2004)
• SMART-1 – Kuu (2003)
• Venus Express – Venus-planeetta (2004)

Rakenteilla tai suunnitteilla

• LISA Pathfinder, LISAn koealus, laukaisu vuonna 2014
• GAIA, optinen tähtien havainnointi, laukaisu vuonna 2013
• James Webb Space Telescope, Hubblen seuraaja, laukaisu vuonna 2018
• BepiColombo, Merkurius-luotain, laukaisu elokuussa 2015
• Solar Orbiter, Aurinkoa tutkiva avaruusalus, laukaisu vuonna 2017, Cosmic Vision-ohjelman ensimmäinen avaruusalus

Cosmic Visionin avaruusalukset

ESA esisuunnittelee seuraavia aluksia Cosmic Vision-ohjelmassa:

• LISA (gravitaatioaallot), laukaisu mahdollinen yhteistyössä NASAn kanssa vasta 2020-luvun puolivälissä?
• XEUS eli IXO (röntgen), laukaisu mahdollinen yhteistyössä NASAn kanssa vasta 2020-luvun puolivälissä?
• Solar Orbiter, aurinkoluotaimen kehitystyö alkoi vuonna 2010 vaikka valinta tehdään helmikuussa 2011
• Euclid (pimeä energia) ja Plato (eksoplaneetat) kilpailevat vuonna 2018 laukaistavan keskikokoisen mission asemasta vuosien 2011 ja 2012 aikana. Kesäkuussa 2012 tehtiin päätös Euclidin toteuttamisesta.
• Vuoden 2020 keskikokoisten missioiden haku oli käynnissä vuonna 2010 ja ensimmäiset karsinnat tehdään syksyllä 2011, jonka jälkeen 4–6 mission esikehitys alkaa. Näistä yksi tai kaksi kehitetään valmiiksi avaruusalukseksi vuonna 2012 tai 2013 tehtävien päätösten pohjalta.

Niissä – kuten kaikissa ESAn satelliittiohjelmissa – ESA ohjaa teollisia valmistajia, joita ovat lähinnä Thales Alenia Space ja EADS Astrium Satellites ja niiden alihankkijat.

Aiheesta muualla

• ESAn tiedeohjelma (englanniksi)
• Cosmic Vision (englanniksi)
• Avaruustiede ja sen teknologia (englanniksi)
• Tiedeohjelman tulevien missioiden valmistelua (englanniksi)
  • Core Technolgy Programme