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.
Matkat Kansainväliselle avaruusasemalle on toistaiseksi tehty ahtaalla Sojuz-kapselilla, mutta pian astronautit saavat käyttöönsä enemmän tilaa uusissa Boeing CST-100 Starlinereissa.
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.
Uudet avaruuskapselit lähetetään matkaan uusituilta laukaisualustoilta, joissa on erikoisrakenteinen matkustajasilta.
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.
Astronautit testaavat laukaisualustan hätäpoistumistietä, 400-metristä köysirataa.
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:
Uudesta Boeing CST-100:sta tulee ensimmäinen avaruuskapseli, joka pystyy laskeutumaan kovalle alustalle. Tästä näet, miten Nasa testaa kapselin laskuvarjoja ja ilmatyynyjä pudottamalla kapselin 3 kilometrin korkeudesta.
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.
Joustopuku ja wifi-yhteys
Astronautit saavat uuden työasun, joka on 40 prosenttia kevyempi kuin aiemmat avaruuspuvut ja jossa on kaikki samat toiminnot.
Joustava puku helpottaa liikkumista
Puvun hihoissa on olkapäiden ja kyynärpäiden kohdalla laskokset, jotka helpottavat liikkumista myös paineistetussa tilassa. Puvun muotoa voi säätää vetoketjulla, jotta se istuu tiukasti sekä istuttaessa että seistessä.
Vetoketju korvaa metallikauluksen
Kevyt kypärä kiinnittyy pukuun kuin huppu. Kypärä on kiinni muussa puvussa vetoketjulla. Vanhoissa avaruuspuvuissa oli epämukava metallikaulus, johon kypärä liitettiin.
Puku säätelee painetta
Puvun sisäistä painetta seurataan koko ajan. Puku on suunniteltu kapselin paineeseen, mutta se pystyy ylläpitämään itsenäisesti vähintään 0,24 baarin painetta. Sama paine on ilmakehässä 10 kilometrin korkeudessa.
Tarvittaessa ilmastointi viilentää
Jos olot tulevat liian tukaliksi, avaruuspuku voidaan kytkeä ilmastointijärjestelmään, joka jäähdyttää puvun sisukset. Puvun kangas on ilmatiivistä mutta hikeä haihduttavaa.
Langaton verkko turvaa yhteyden
Avaruuspukuun kuuluvassa kypärässä on kuulokkeet ja mikrofoni, jotka ovat yhteydessä avaruuskapselin omaan langattomaan verkkoon. Kapselin sisäverkko taas on yhteydessä Maan päällä toimivaan valvomoon.
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.
Nasan avaruuskeskuksessa harjoitellaan erilaisia raketin lähdössä mahdollisesti tapahtuvia onnettomuuksia varten.
Yksityisyritykset mukaan kilpaan
Sen jälkeen kun avaruussukkulat jäivät pois käytöstä vuonna 2011, Nasalla ei ole ollut alusta, joka voi kuljettaa astronautteja Kansainväliselle avaruusasemalle. Viime vuodet 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.
Kymmenen viime vuoden 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.
Kapteeni ottaa ohjat, jos automatiikka pettää
Starliner-avaruuskapseli osaa telakoitua Kansainväliseen avaruusasemaan ISS:ään omin päin, mutta jos automaattiohjauksessa menee jokin vikaan, kapteeni tarttuu ohjainsauvaan.
1. Monitori näyttää tien
Kapteeni näkee reitin Kansainväliselle avaruusasemalle näytöllään. Reitiltä ei ole varaa poiketa, jotta avaruuskapseli ei osu avaruusasemaan väärässä kulmassa. Näytön yläpuolella on ikkuna, josta kapteeni voi nähdä etäisyyden avaruusasemaan.
2. Telakoitumislaitteet lukittuvat
Kapseli kiinnittyy avaruusasemaan rengasmaisella telakoitumismekanismilla, joka kurottuu 35 sentin päähän kapselista. Telakoitumismekanismi tarttuu avaruusaseman telakoitumismekanismin vastakappaleisiin, ja telakoitumislaitteet lukittuvat toisiinsa.
3. Kapseli ja ISS yhdistyvät
Kapselin telakoitumismekanismi vedetään sisään. Rengasmainen mekanismi toimii iskunvaimentimena niin, että kapseli ei rysähdä päin avaruusaseman ilmalukkoa. Kun kapseli on kiinni avaruusasemassa, niiden ilmanpaine yhtenäistetään ja luukku avataan.
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.
Starliner on Nasan ensimmäinen avaruuskapseli, joka laskeutuu kovalle maalle.
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.
Sukkula palaa pehmeästi maahan
Nasan avaruussukkula lensi viimeisen lentonsa 2011. Alusmalli on kuitenkin nyt tekemässä comebackin. Uuden Dream Chaser -sukkulan on Dragonja Starliner-avaruuskapselien tavoin määrä liikennöidä Maan ja Kansainvälisen avaruusaseman väliä 2020-luvulla.
Yhdeksän metriä pitkä Dream Chaser on kooltaan vain neljäsosa takavuosien avaruussukkuloista, ja siihen mahtuu seitsemän matkustajaa. Matkanteko on mukavampaa kuin alkuperäisissä avaruussukkuloissa: nyt matkustajiin kohdistuu nousussa vain 1,5 g:n kiihtyvyys 4–6 g:n sijaan.
Dream Chaser lupaa myös avaruuslentojen historian pehmeimmän laskeutumisen. Paluu Maahan voi tapahtua tavalliselle lentokentälle.
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.
