Raketti ja Kuu

Kuu saa pysyviä asukkaita

Nasan uusi kuuraketti on lähtöä vaille valmis. Sen tehtävänä on kuljettaa Orion-avaruusalusta viimeistelytestinä ennen miehitettyjä lentoja. USA aikoo lähettää 50 vuoden tauon jälkeen astronautteja Kuuhun ja tehdä heidän läsnäolostaan siellä pysyvää.

Nasan uusi kuuraketti on lähtöä vaille valmis. Sen tehtävänä on kuljettaa Orion-avaruusalusta viimeistelytestinä ennen miehitettyjä lentoja. USA aikoo lähettää 50 vuoden tauon jälkeen astronautteja Kuuhun ja tehdä heidän läsnäolostaan siellä pysyvää.

NASA/Shutterstock

Helvetillinen meteli rikkoo hiljaisuuden muutoin rauhallisella Pearljoella Mississippin ja Louisianan rajalla. Neljä suurta rakettimoottoria on sytytetty, ja 3 300-asteiset pakokaasut syöksyvät ulos rakettisuuttimista 13 kertaa ääntä nopeammin.

Kahdeksan minuutin kuluessa moottorit nielevät yli kaksi miljoonaa litraa polttoainetta. Samaan aikaan ruiskutetaan kymmenen miljoonaa litraa vettä niiden alla olevaan liekkikammioon lämpötilan laskemiseksi, kuumuuden aiheuttamien vaurioiden estämiseksi ja melun vaimentamiseksi. Jos moottoreita ei olisi pultattu kunnolla kiinni, koko 65 metriä korkea rakettivaihe lentäisi taivaalle.

Raketin ei pidä kuitenkaan tällä kertaa lähteä liikkeelle, sillä kyse on kokeesta. Siinä testataan vielä perusteellisesti sitä rakettivaihetta, jonka on tarkoitus olla Nasan mahtavan kuuraketin, SLS:n eli Space Launch Systemin, pääosa. Ensimmäisen SLS:n laukaisun odotetaan tapahtuvan muutaman kuukauden kuluttua, ja jos kaikki sujuu hyvin, sen arvokas lasti, avaruusalus Orion, pääsee kiertämään Kuuta.

Nimellä Artemis I tunnettu operaatio toimii Nasan 2020-luvun mittavimman panostuksen lähtölaukauksena. Tavoitteena on ottaa ihmiskunnan seuraava suuri askel ja palata Kuuhun. Eikä sinne mennä vain piipahtamaan, sillä hanke tähtää pysyvään tukikohtaan ja avaruusasemaan.

Raketin laukaisu

Kun SLS-raketti laukaistaan, se kuljettaa kahdeksassa minuutissa Orion-avaruusaluksen 157 kilometrin korkeudessa Maata kiertävälle radalle.

© NASA

Ensimmäinen lento on miehittämätön, mutta jo muutaman vuoden kuluttua Artemis II -operaation astronauttien on tarkoitus kiertää Kuu. Artemis III -operaatio tähtää siihen, että ihmisiä viedään Kuun pinnalle turvallisesti ensimmäistä kertaa vuoden 1972 jälkeen.

Tuolloinen ohjelma oli nimeltään Apollo, ja antiikin Kreikan tarustossa Artemis on Apollonin kaksoissisar. Tämä selittää uuden ohjelman nimityksen.

Muutaman vuoden kuluttua kuullaan: ”Pieni askel naiselle...”

Tähän mennessä Kuussa on päässyt käymään vain valkoihoisia miehiä. Artemis III:n myötä tilanne muuttuu. Kuun pinnalle astuu sekä nainen että muuta kuin valkoista väestöä edustava henkilö.

SLS on kaikkien aikojen tehokkain raketti

Vaikka eletään aikaa, jolloin Kansainväliselle avaruusasemalle kuljetetaan ihmisiä rutiiniluonteisesti, operaatio on vaativa. Maata kiertävä avaruusasema sijaitsee lähellä, vain noin 420 kilometrin päässä, kun taas etäisyys Kuuhun on melkein tuhatkertainen.

Kuulentoa ei voida tehdä nykyisillä avaruusraketeilla ja -aluksilla. Siihen tarvitaan uutta ja järeämpää kalustoa. Siksi Nasa rakentaa täyttä häkää kaikkien aikojen tehokkainta kantorakettia. SLS kykenee voittamaan Maan painovoiman ja kuljettamaan neljää astronauttia niin suurella nopeudella, että se voi päästä Kuuhun saakka.

98 metriä pitkä kuuraketti lähtee Floridassa Atlantin rannikolla sijaitsevan Kennedyn avaruuskeskusken laukaisualustalta 39B. Nousua varten siihen on tankattu noin 1 000 tonnia nestemäistä polttoainetta.

Nasa raketti
© NASA

1. Boosterit tuottavat kaksi minuuttia turboa

Kun lähtölaskennassa päästään nollaan, ensimmäisen rakettivaiheen neljä moottoria ja boostereiden kaksi moottoria käynnistetään. Raketti nousee jo kahdessa minuutissa 45 kilometrin korkeuteen. Siellä boosterit palavat loppuun ja irtoavat.

Nasa raketti
© NASA

2. Ensimmäinen vaihe vie Orionin avaruuteen

Kahdeksan minuutin kuluttua ensimmäiseltä rakettivaiheelta loppuu polttoaine. Kun raketti on päässyt 157 kilometrin korkeuteen, ensimmäinen vaihe irtoaa ja avaruusalus Orion siirtyy ylimmän rakettivaiheen kanssa Maata kiertävälle radalle.

Avaruusraketti
© NASA

3. Toinen vaihe antaa viimeisen pukkauksen

Tunti 25 minuuttia myöhemmin toinen rakettivaihe lähettää Orionin soikealle Maata kiertävälle radalle ja avaruusasema saa viimeisen tönäisyn kohti Kuuta. Orion lentää perille omalla rakettimoottorillaan ja ohjausraketeillaan.

Kuulennosta tulee hirvittävän kallis. Nasa arvioi Artemis-ohjelmien kustannusten nousevan 86 miljardiin dollariin vuoden 2025 loppuun mennessä. Artemis-ohjelma ei lopu Kuuhun laskeutumiseen, sillä useita muita hankkeita on jo kehitteillä.

Pitkän aikavälin suunnitelmiin kuuluu kansainvälinen avaruusasema, joka kiertää Kuuta ja toimii Kuuhun matkaavien väliasemana. Lunar Gateway, joka voidaan suomentaa Kuun portiksi, rakennetaan Yhdysvaltojen, Euroopan, Japanin ja Kanadan yhteisvoimin.

Tavoitteena on tukikohta Kuussa

Kun Lunar Gateway on paikallaan, Kuun etelänavan tuntumaan perustetaan tukikohta. Siellä astronautit voivat asua viikkoja tai jopa kuukausia, kun he keräävät kivinäytteitä, suorittavat tieteellisiä kokeita ja tekevät ajoneuvoilla tutkimusretkiä. Tässä vaiheessa ensimmäinen eurooppalainen astuu Kuun kamaralle.

Astronautteja Kuussa

Artemis-ohjelma on ensimmäinen askel matkalla kohti pysyvästi asuttua kuuasemaa, jossa astronautit voivat oleskella kuukausia.

© NASA

Aikataulua ei ole lyöty lukkoon, mutta miehittämättömän Artemis I -lennon kaikki osat on jo valmistettu ja kuljetettu Floridassa toimivaan Kennedyn avaruuskeskukseen, jossa niistä kootaan 98 metriä pitkä kantoraketti.

Raketti myös laukaistaan Nasan Atlantin rannikolla sijaitsevasta avaruuskeskuksesta joko vuoden 2021 lopussa tai vuoden 2022 alussa.

Operaatiota pidetään rakettijärjestelmän viimeisenä tulikokeena, ja kaiken pitää onnistua täydellisesti, jotta Artemis-hanketta voidaan jatkaa ilman viivästyksiä. Nasa testaa kuumeisesti avaruusraketin osia vielä ennen laukaisua varmistaakseen, että unelma miehitetyistä kuulennoista Artemis II- ja III-ohjelmien myötä toteutuu.

Avaruusraketin moottoreita testataan Mississippin ja Louisianan rajalla Stennisin avaruuskeskuksessa. Siellä testattiin 1960-luvun lopulla myös Saturn V -kuuraketin moottoreita.

Tällä kertaa insinöörit työskentelevät yhteensä 15 prosenttia Saturn V:n moottoreita tehokkaampien moottoreiden parissa.

Rakettimoottorit ovat kierrätettyjä

Samaisia moottoreita käytettiin osassa avaruussukkuloista, joista luovuttiin vuonna 2011. Nasa yrittää painaa SLS:n hinnan mahdollisimman alas hyödyntymällä aikaisempien ohjelmien kalustoa ja tekniikkaa.

Kunnostetut ja kevyesti päivitetyt versiot niistä 16 rakettimoottorista, jotka palvelivat eri avaruussukkuloissa, ovat käytössä Artemis-ohjelman neljässä ensimmäisessä operaatiossa.

Artemis

Raketin 64,6 metriä pitkä päävaihe varustettiin New Orleansissa neljällä avaruussukkuloissa käytetyllä moottorilla, ennen kuin se kuljetettiin vesitse 65 kilometriä pohjoisempana Mississippissä sijaitsevaan Nasan testauskeskukseen.

© NASA

SLS:n laukaisuissa koko kookas ensimmäinen rakettivaihe päätyy romuna merenpohjaan, joten moottorit eivät enää näe päivänvaloa.

Neljän ensimmäisen operaation jälkeen tarvitaan siis uusia moottoreita. Ne valmistaa Nasalle Aerojet Rocketdyne muun muassa hyödyntämällä kolmiulotteista tulostusta, joka yksinkertaistaa tuotantoa.

Avaruusalus Orionista on suunniteltu käytettäväksi uudelleen se osa, joka kuljettaa astronautteja kotimatkan lopussa ja laskeutuu mereen.

Miehistömoduulin lisäksi avaruusalukseen kuuluu huoltomoduuli, joka muun muassa mahdollistaa navigoinnin avaruudessa. Euroopan avaruusjärjestön (Esa) rakentama huoltomoduuli irtoaa vähän ennen ilmakehään saapumista ja palaa lopulta siinä.

Ennen kuin Artemis I -operaatio on näin pitkällä, valtavan SLS-raketin pitää taata Orionille kuulennon vaatima melkein 40 000 kilometrin tuntinopeus.

Kun SLS on hoitanut tehtävänsä ja avaruusalus on lähtenyt kulkemaan kohti Kuuta, Maan painovoima yrittää jarruttaa menoa. Siksi tarvitaan hyvin suuri lähtönopeus. Muussa tapauksessa Orion putoaa.

Testinukke menee edellä

Ensimmäisen operaation odotetaan osoittavan, että SLS suoriutuu työstään ja että kaikki Orionin järjestelmät toimivat kunnolla. Avaruusaluksen pitää pystyä navigoimaan tarkasti kaukana Maasta ja pysymään siellä useita viikkoja.

Lisäksi avaruuskapselin on kestettävä vaativa paluumatka ilmakehän läpi. Sen aikana lämpötila nousee suunnilleen 2 500 asteeseen. Kookas lämpökilpi on suunniteltu antamaan suojaa kuumuutta vastaan, ja kun ilmakehä jarruttaa Orionia, kolme laskuvarjoa avautuu varmistamaan, että laskeutuminen mereen tapahtuu pehmeästi.

Saadakseen selville, millaisille värähtelyille ja kiihtyvyysvoimille tulevat astronautit altistuvat, Nasa käyttää ihmistä muistuttavaa testinukkea, josta käytetään englanninkielistä nimitystä Commander Moonikin Campos. Erilaisilla antureilla varustettu nukke istuu Orionissa komentajan paikalla Artemis I -operaation aikana.

Artemis testinukke

Artemis I -operaation aikana erilaisilla antureilla varustettu testinukke kerää tietoa esimerkiksi siitä, millaiset tärinät ja lämpötilat astronautteja odottavat, kun avaruuskapseli kiitää Maan ilmakehän läpi.

© NASA

Nimitykseen sisältyvä sukunimi Campos on kunnianosoitus sähköinsinööri Arturo Camposille, jota saatiin paljolti kiittää siitä, että vakavan teknisen vian vuoksi hengenvaarassa olleet Apollo 13 -lennon astronautit pääsivät palaamaan Maahan.

Nuken anturit ja muut mittausvälineet paljastavat muun muassa, nouseeko säteily matkan aikana astronauttien terveyden vaarantavalle tasolle.

Laskeutuminen on yksityisyrityksen vastuulla

Vaikka Artemis I -operaatioon ei ole enää paljon aikaa, vieläkin on epäselvää, milloin astronautit kapuavat Orioniin ja lähtevät kuuraketin kärjessä lentämään kohti Kuuta ensimmäistä kertaa sitten Apollo-ohjelman päättymisen vuonna 1972. Jos kaikki sujuu suunnitelmien mukaan, miehitetty kuulento voi tapahtua vuoden 2023 lopulla. Artemis III -operaatioon kuuluva Kuuhun laskeutuminen saattaa siten tulla ajankohtaiseksi jo vuotta myöhemmin. Nasan viralliset tiedonanot enteilevät tällaista etenemisvauhtia.

Kunnianhimoisen hankkeen toteutuminen on kuitenkin epävarmaa. Vain ani harva avaruuslentojen asiantuntija pitää todennäköisenä, että uusi astronauttisukupolvi pääsee kiertämään Kuun vuoden 2024 loppuun mennessä. Tekniikkaa tuskin saadaan viimeistellyksi kolmessa vuodessa. Suurimpana puutteena pidetään uutta, vielä testaamatonta laskeutumisalusta, jolla astronauttien on määrä siirtyä Kuun kamaralle.

SpaceX

Kuulennon laskeutumisalus Starship on olemassa vasta prototyyppinä. Sen takana oleva yritys, SpaceX, joutuu kiristämään tahtia, jos astronautteja aiotaan saada Kuun kamaralle jo vuonna 2024.

© SpaceX

Nasa on antanut yksityiselle avaruusalan yritykselle, SpaceX:lle, tehtäväksi suunnitella ja rakentaa 2,9 miljardilla dollarilla laskeutumisalus kuulentoja varten. Laskeutumisalus perustuu SpaceX:n kehittämään Starship-avaruusalukseen, jota on alettu testata Texasissa.

Starshipin laskeutumisalusversio on paljon suurempi ja monimutkaisempi kuin Apollo-ohjelman kuumoduuli, jolla astronautit kävivät Kuussa 1960- ja 1970-lukujen vaihteessa.

Niin ikään SpaceX:n kehittämän Super Heavy -kantoraketin on tarkoitus kuljettaa Starship etukäteen Kuuta kiertävälle radalle ja jättää se odottamaan Orionia. Telakoitumisen jälkeen kaksi astronauttia siirtyy Orionista Starshipiin ja laskeutuu sillä Kuuhun.

Nasa teettää kuulentoja varten SpaceX-yrityksellä Starship-laskeutumisaluksen, joka vie astronautit Kuuhun ja tuo sieltä pois. Kysymyksessä on eräänlainen taksi, joka kulkee Orionin ja Kuun välillä.

Avaruustaksi
© SpaceX/NASA

1. Astronautit vaihtavat alusta avaruudessa

Kun Orion on siirtynyt Kuuta kiertävälle radalle Artemis III -operaation aikana, se kiinnittyy siellä jo odottavaan Starshipiin. Kaksi astronauttia leijailee Orionista Starshipiin, ja laskeutumisalus irtoaa.

Avaruusraketti
© SpaceX

2. Starship laskeutuu pehmeästi etelään

Orioniin jäävät kaksi astronauttia seuraavat toisten laskeutumista Kuun pinnalle. Starshipin rakettimoottorit varmistavat pehmeän kosketuksen lähellä Kuun etelänapaa, missä voi esiintyä jäätä.

Jalat Kuussa
© NASA

3. ”Pieni askel naiselle....”

Astronautit – mies ja nainen – joutuvat kulkemaan koko 50 metriä korkean aluksen läpi, ennen kuin he pääsevät astumaan Kuun kamaralle. He tekevät viikon aikana neljä kuukävelyä ja keräävät 35 kiloa kivinäytteitä kuljetettavaksi Maahan.

Starshipista tulee noin 50 metriä pitkä. Astronautit ovat aluksen yläosassa sen laskeutuessa Kuuhun. Todennäköisesti heidän pitää käyttää hissiä, kun he poistuvat aluksesta tehdäkseen kuukävelyn.

Avaruusalus on kuitenkin yhä keskeneräinen. Sitä on ensin testattava miehittämättömänä ja sitten miehistön kanssa Maata kiertävällä radalla. Viimeistelyvaiheeseen kuuluu Kuuhun laskeutuminen tyhjänä. Vasta sen jälkeen Starship voidaan ottaa käyttöön.

Nasa olisi voinut valita yksinkertaisemman laskeutumisaluksen, jolla olisi ollut paremmat mahdollisuudet valmistua muutamassa vuodessa, mutta Yhdysvaltojen avaruushallinto näki Starshipissa enemmän potentiaalia.

Vaikuttavien mittojensa ansiosta Starship kykenee kuljettamaan huomattavan paljon rahtia, ja tälle kapasiteetille on tarvetta sitten, kun varsinainen kuuasema perustetaan.

Elämää Kuussa

Starshipille kaavaillaan tärkeää osaa sekä astronauttien että rahdin kuljetuksessa avaruusasema Lunar Gatewayn ja pysyvän kuuaseman välillä.

© SpaceX

Tuolloin avaruusasema Lunar Gateway palvelee kuulentojen pysyvänä väliasemana ja SLS:stä on kehitetty entistä tehokkaampia versioita, jotka voivat kuljettaa jopa 46 tonnia rahtia Kuuta kiertävälle radalle. Starshipille kaavaillaan tärkeää osaa sieltä Kuun kamaralle vietävien tarvikkeiden toimituksissa. Vielä kauemmas ulottuvissa visioissa jotain Starship-mallia käytetään Mars-lennoilla.

Kraattereissa voi piillä vettä

Nasa on nimenomaan tukenut Artemis-ohjelman toteuttamista Marsiin tähtäävällä hankkeellaan. Kuulentoa pidetään välitavoitteena pyrittäessä lähettämään ihmisiä Marsiin. Sinne menevien astronauttien pitää selviytyä omin neuvoin melkein kaksi vuotta.

Kuuohjelmassa Nasa pääsee testamaan sitä avaruusalusta, jolla ihmiset matkustavat punaiselle planeetalle. Kun se on telakoitu Lunar Gatewayhin, astronautit voivat asua siinä kuukausia. Siinä tapauksessa, että Kuussa on mahdollista elää pitkiä aikoja sieltä löytyvien aineiden varassa, Mars-lento on entistä realistisempi unelma.

VIDEO: Näin Orionilla rakennetaan Kuun avaruusasema

Nasan tutkijat toivovat etenkin, että astronautit löytävät vesijäätä Kuun etelänavan ympäristössä sijaitsevien kraattereiden pohjalta. Jäästä saadaan sekä juoma- että kasteluvettä. Jos kuuasemalla voidaan viljellä ruokaa, siitä tulee vähemmän riippuvainen huoltolennoista.

Lisäksi vettä voidaan hajottaa hapeksi ja vedyksi. Happi on välttämätön hengitysilman osa, ja nesteytettynä happea voidaan käyttää vedyn kanssa rakettipolttoaineena.

Kivet paljastavat Kuun menneisyyden

Tutkimuskohteena Kuu on tietenkin yhä mielenkiintoinen, sillä sitä ei tunneta suinkaan läpikotaisin, vaikka se on maapallon lähin naapuri avaruudessa. Kuun geologinen menneisyys on kartoitettu puutteellisesti, mutta useimmat planeettatutkijat uskovat, että Kuu syntyi, kun nuori maapallo törmäsi toiseen Aurinkokunnan kappaleeseen noin 4,5 miljardia vuotta sitten.

Rajussa yhteentörmäyksessä kummankin kiertolaisen rakennusaineet sekoittuivat, ennen kuin niistä muodostuivat nykyisen kaltaiset Maa ja Kuu. Artemis-astronauttien keräämistä kuukivistä saattaa selvitä, pitääkö oletus kutinsa.

Matkailijat seuraavat astronauttien kintereillä.

Myös yritykset, kuten SpaceX, ovat kiinnostuneet Kuusta. Niille se on ennen kaikkea eksoottinen matkakohde, jonne voidaan myydä hyvin kalliita lentoja.

SpaceX on jo mainostanut dearMoon-nimistä japanilaisen pohatan Yusaku Maezawan rahoittamaa taidehanketta, johon kuuluu lento Kuun ympäri. Maezawa kutsuu Starshipilla tehtävälle kuuden päivän mittaiselle kierrokselle kahdeksan eri alojen taiteilijaa. Optimistisimpien arvioiden mukaan hanke toteutuu jo vuonna 2023 ja myöhempiin matkoihin sisältyy myös laskeutuminen Kuuhun.

Kiina osallistuu kilpailuun

Yhdysvallat ei ole ainoa suurvalta, joka tähtää Kuuhun. Erityisesti Kiinalla on miehitettyjen avaruuslentojen suhteen kunnianhimoisia pyrkimyksiä. Kiinalla on jo pitkä kokemus astronauttien lähettämisestä Maata kiertävälle radalle ja omalle avaruusasemalle, jota laajennetaan lähitulevaisuudessa.

Kiina ja Venäjä aikovat rakentaa yhteistyössä kansainvälisen tutkimusaseman Kuuhun, ja Kiina kehittää täyttä häkää valtavaa Pitkä marssi 9 -kantorakettia, joka on samaa suuruusluokkaa kuin SLS ja jonka on tarkoitus valmistua vuonna 2030.

Kiinalainen raketti

Kiina kehittää Pitkä marssi 9 -superrakettia, joka voi kuljettaa 53 tonnia rahtia Kuuhun. Suunniteltujen SLS:n versioiden kantokyky on pienempi.

© Stocktrek/Alamy/Imageselect/Shutterstock

Ensimmäinen kiinalainen voi astua Kuun pinnalle 2030-luvun puolivälissä. Ennen sitä Kuussa saattaa ehtiä käydä koko joukko yhdysvaltalaisia niiden 12:n lisäksi, jotka ovat jo olleet siellä.

Toivottavasti tulevilla kuulennoilla vältytään haavereilta. Astronauteilla ei ole vielä käytännön kokemuksia SLS-kantoraketista , mutta paluuta Maahan Orion-avaruusaluksella on jo testattu useaan otteeseen. Laskuvarjot ovat auenneet odotuksenmukaisesti, eikä laskeutuminen mereen ole aiheuttanut ikäviä yllätyksiä.

Laskeutuminen mereen

Nasa on testannut Orion-avaruusalusta, jolla astronautit palaavat Maahan, laskuvarjojen toiminnan osalta. Lisäksi on selvitetty, kuinka lähestymiskulma ja -nopeus vaikuttavat mereen putoamiseen.

© NASA

On melko todennäköistä, että eurooppalainen pääsee astumaan Kuun kamaralle kymmenen vuoden kuluessa matkustettuaan ensin SLS:llä ja Starshipilla. Jotta näin voisi tapahtua, Artemis I -operaation täytyy onnistua täydellisesti. Muutoin suunnitelmat muuttuvat, eikä muita Artemis-operaatioita päästä suorittamaan ajallaan.

Ratkaiseva kenraaliharjoitus alkaa pian ja paljastaa, onko ihmiskunnan seuraavan harppauksen odottaminen vielä turhaa haihattelua.