Lisää jalkatilaa avaruusmatkalla

Kun astronautti Frank Borman asteli lentotukialus USS Waspin kannella 18. joulukuuta 1965, hän käveli verkkaisesti ja polvet puoliksi koukussa.

Vaikka hän ja hänen kollegansa Jim Lovell olivat hyväkuntoisia, 14 päivän avaruuslento 2,55 kuutiometrin kokoisessa Gemini-avaruuskapselissa oli jättänyt jälkensä.
Nyt on kulunut yli 50 vuotta siitä, kun Gemini-kapseli Borman ja Lovell kyydissään rysähti Tyyneenmereen. Silti avaruuslennot käyvät yhä astronauttien fysiikalle. Ainoa yhteys Kansainväliselle avaruusasemalle ISS:lle on venäläinen Sojuz-alus, jossa on hädin tuskin tilaa kolmelle matkustajalle.

Nyt avaruusmatkailijoille on luvassa mukavammat oltavat. Valmiina on kaksi uutta avaruuskapselia, joissa on tilava matkustamo ja isot ikkunat. Alukset löytävät itse tiensä Maata kiertävälle radalle ja telakoituvat Kansainväliseen avaruusasemaan astronauttien tarvitsematta koskea ohjaimiin.

Lisäksi uudet avaruuspuvut tekevät työnteosta mukavampaa. Avaruusmatkailusta saattaa tulla jopa jopa niin leppoisaa, että kyytiin otetaan pian myös turisteja.

USA ohitti Neuvostoliiton

1961 Vuonna 1961 presidentti John F. Kennedy ilmoitti, että Yhdysvallat aikoo tehdä miehitetyn kuulennon vielä saman vuosikymmenen aikana. Nasa alkoikin pikavauhtia kehittää aluksia, joilla presidentin lupaus voitaisiin lunastaa.

Vaatimukset olivat kovat: alusten piti tehdä käännöksiä avaruudessa, tuottaa itse tarvitsemansa sähkö monen päivän ajan ja kestää kitkan aiheuttama kuumuus, kun ne palasivat ilmakehään lähes 40 000 kilometrin tuntinopeudella.

Kilpailu avaruuden valloituksesta oli alkanut jo ennen Kennedyn lupausta. Ensimmäiset yhdysvaltalaiset Mercury-avaruuskapselit rakennettiin 1950-luvun lopulla. Niiden läpimitta oli 1,8 metriä, ja niissä oli tilaa yhdelle matkustajalle.

Mercury-ohjelman ainoa päämäärä oli viedä yhdysvaltalainen astronautti avaruuteen ennen neuvostoliittolaista kosmonauttia. Vaikka ohjelma eteni hyvin, Neuvostoliitolla oli etulyöntiasema. Mercury-lennot kestivät vain 15 minuuttia, kun taas kosmonautit viipyivät Maata kiertävällä radalla useita tunteja.

Asetelma muuttui 1961, kun Nasan Gemini-ohjelma käynnistyi. Gemini-aluksissa oli tilaa kahdelle astronautille, ja niillä oli mahdollista tehdä avaruudessa entistä vaikeampia ohjausliikkeitä.

Jotta Gemini-kapseli pystyi yhdistymään muihin aluksiin avaruudessa, sen ohjauslaitteita parannettiin. Siihen asennettiin kahdeksan ohjausrakettia. Niiden ansiosta Geministä tuli ensimmäinen avaruusalus, joka pystyi tekemään käännöksiä eikä vain pyörinyt oman akselinsa ympäri.

Gemini-lennolla astronautit olivat avaruudessa jopa kaksi viikkoa yhteen menoon. Siinä ajassa he ehtivät harjoitella avaruuskävelyä ja tekniikoita, joilla kaksi avaruuskapselia saadaan samalle kiertoradalle ja niiden vauhdit sovitetaan toisiinsa niin, että ne pysyvät paikoillaan toisiinsa nähden.

Gemini-lennoilla käytettiin harjoituskumppanina miehittämätöntä Agena Target -alusta.

Neuvostoliittolaisten harmiksi yhdysvaltalaiset oppivat nopeasti. Kuudennella Gemini-lennolla, joka tehtiin maaliskuussa 1966, astronautit Neil Armstrong ja David Scott suorittivat ensimmäisen kahden aluksen telakoitumisen Maan kiertoradalla.

Sukkula korvasi Apollo-kapselit

Gemini-lennoilta saadut opit ja kokemukset otettiin käyttöön 16. heinäkuuta 1969, kun Buzz Aldrin, Neil Armstrong ja Michael Collins lähtivät kohti Kuuta.

Kuulennoista ja koko Apollo-ohjelmasta tuli valtava menestys, ja Yhdysvallat otti kiistattoman kärkisijan avaruuskilvassa. Kuuden onnistuneen lennon jälkeen Nasa päätti Apollo-ohjelman ja alkoi suunnitella avaruusalusta, jolla voitiin tehdä useita lentoja ja jonka käyttökustannukset olivat pienemmät kuin Apollo-alusten.

Katso, miten avaruuskapseli tömähtää maahan 3 kilometrin putoamisen jälkeen:

Ajatus lentokoneen kaltaisesta avaruusaluksesta, joka voisi laskeutua Maahan siipiensä varassa, oli yhtä vanha kuin Nasa itse. Sen suunnittelun suuria kompastuskiviä oli se, että aerodynaamisen muotoilun seurauksena alus saisi laskeutuessaan aivan liian kovan vauhdin.

Samasta syystä avaruuskapselit olivat keilamaisia. Muoto jarrutti alusta sen verran, että sen lämpökilpi kesti kuumuuden, joka syntyi, kun ilmamolekyylit pakkautuivat tulikuumaksi plasmaksi ilmakehässä syöksyvän aluksen edessä.

Vähitellen Nasan tutkijat kuitenkin löysivät ratkaisun aerodynamiikan ongelmiin. Huhtikuun 12. päivänä 1981 maailman ensimmäinen ei-kertakäyttöinen avaruusalus, avaruussukkula, teki ensilentonsa.

Palatessaan ilmakehään sukkula nosti keulaansa lähes 40 astetta, jolloin ensimmäisenä ilmakehään osui sen pohja. Sukkulan pohja oli päällystetty 35 000 lämpökilpilaatalla, joiden materiaali koostui 90-prosenttisesti ilmasta.

Ne estivät plasman kuumuutta leviämästä sukkulan alumiinirakenteisiin. Lämpökilpilaatat olivat kalliita huoltaa. Ne piti joka lennon jälkeen tarkastaa yksi kerrallaan, ja ne myös menivät rikki tai irtosivat paljon useammin kuin oli uskottu.

Rikkoutunut lämpökilpilaatta myös koitui seitsemän astronautin kohtaloksi, kun sen vuoksi Columbia-sukkula hajosi ilmakehässä vuonna 2003.

Yksityisyritykset mukaan kilpaan

Sen jälkeen kun avaruussukkulat jäivät pois käytöstä vuonna 2011, Nasalla ei ole ollut alusta, joka voi kuljettaa astronautteja Kansainväliselle avaruusasemalle. Yli yhdeksän vuotta yhdysvaltalaisten astronauttien on pitänyt ensin matkustaa Kazakstaniin, missä Venäjän avaruuskeskus Baikonur sijaitsee, ja lentää sitten Sojuz-aluksen kyydissä Maata kiertävälle radalle. Sojuz-kapselin malli juontuu 1960-luvulta.

Yli kymmenen viime vuoden ajan Nasa onkin rahoittanut Boeing- ja SpaceX-yritysten hankkeita, joissa kehitetään uuden sukupolven avaruuskapseleita. Niistä ovat syntyneet CST-100 Starliner- ja Crew Dragon -kapselit, jotka ovat nyt valmiita viemään matkustajia avaruuteen.

Uudet avaruuskapselit on avaruussukkuloiden tavoin suunniteltu lentämään avaruuteen ja palaamaan takaisin uutta lentoa varten. Muotoilultaan ne muistuttavat kuitenkin enemmän perinteisiä kertakäyttöisiä avaruuskapseleita. Keilamainen runko mahdollistaa avaruussukkuloihin verrattuna turvallisemman matkustamon.

SpaceX-yhtiön Crew Dragon -kapselin lämpökilpi on valmistettu yhdestä kappaleesta PICA-X-nimistä materiaalia. Materiaali on suunniteltu niin, että se sulaa ja ­johtaa pääosan lämmöstä pois aluksen rakenteista, kun alus syöksyy ilmakehän läpi kohti Maata. Kun kilven viimeinen kerros alkaa kärventyä, materiaalin ominaisuudet muuttuvat.

Siitä tulee hyvin eristävää, ja se suojaa kapselin rakenteita kuumuudelta Lämpökilpeä voidaan käyttää monella lennolla, ja se on myös helpompi ja halvempi vaihtaa kuin avaruussukkuloiden kymmenettuhannet eristelaatat.

Crew Dragonissa on myös mekanismi, joka vie matkustajat turvaan, jos kantoraketti yhtäkkiä räjähtäisi. Kapselin ulkokuoreen on upotettu 18 rakettimoottoria, jotka käynnistyvät sekunnin murto-osassa ja antavat kapselille 160 kilometrin tuntivauhdin 1,2 sekunniksi.

Ne vievät kapselin turvallisen välimatkan päähän kantoraketista. Raketeissa käytetään niin sanottua hypergolista polttoainetta eli kemikaaleja, jotka syttyvät itsestään, kun ne pääsevät kosketuksiin keskenään.

Crew Dragon läpäisi äskettäin tärkeän kokeen. Maaliskuun 2. päivänä se lähetettiin tyhjänä avaruuteen, ja reilua vuorokautta myöhemmin se telakoitui automaattisesti Kansainväliseen avaruusasemaan. Avaruusasemalla ollut astronautti Anne McClain kuvaili tapahtumaa avaruustutkimuksen uuden aikakauden aluksi. Viikon päästä Crew Dragon laskeutui Atlanttiin läpäistyään ilmakehän ongelmitta.

Myös Nasan toinen uusi avaruskapseli, Boeing-yhtiön CST-100 Starliner, on läpäissyt jo ison joukon testejä, ja sitä on matkan varrella paranneltu monella tavalla.

Sen kaikki osat on muun muassa kiinnitetty pulteilla hitsauksen sijaan, koska hitsaussaumat ovat usein rakenteiden heikkoja kohtia.

Avaruuskapselit altistuvat sekä ilmakehässä että avaruudessa valtavalle kuormitukselle, minkä vuoksi jo mikroskooppisen pieni murtuma voi olla kohtalokas. Boeingin mukaan CST-100 Starliner voi tehdä kymmenen matkaa Kansainväliselle avaruusasemalle ja sieltä takaisin ilman merkittäviä huoltotoimenpiteitä.

Avaruusmatkoja myös turisteille

Uusien avaruuskapselien odotetaan leikkaavan avaruuslentojen kustannuksia huomattavasti. Sekä SpaceX että Boeing ovat laskeneet, että myös rahakkailla yksityishenkilöillä on varaa ostaa matka avaruuteen.

Molemmat yhtiöt ovat luvanneet yksityishenkilöille 28 prosenttia halvemman hinnan kuin Nasalle. Avaruusturismi on huomioitu myös Starlinerin ja Crew Dragonin suunnittelussa. Crew Dragonissa on neljä isoa ikkunaa, joista matkustajat voivat ihailla nousua avaruuteen ja Maan pinnan kaartumista allaan.

Starliner taas tarjoaa langattoman internetyhteyden, jotta matkustajilla on ajankulua, sillä matka Kansainväliselle avaruusasemalle voi kestää useita päiviä. Luvassa on siis entistä mukavampia avaruuslentoja sekä lomalaisille että työmatkalaisille.