Miniraketit nokittavat jättiläiset

Miniraketeilla on paljon vähemmän pituutta ja painoa kuin avaruus­lentojen koljateilla. Niitä kuitenkin tarvitaan tutkittaessa kerroksia, joiden ohi kömpelöt jätit kiitävät. Pienet sankarit ovat alkaneet valloittaa taivasta oikein joukolla.

Miniraketeilla on paljon vähemmän pituutta ja painoa kuin avaruus­lentojen koljateilla. Niitä kuitenkin tarvitaan tutkittaessa kerroksia, joiden ohi kömpelöt jätit kiitävät. Pienet sankarit ovat alkaneet valloittaa taivasta oikein joukolla.

Claus Lunau & NASA

Vain kymmenen metrin pituiset ja 2 000 kilon painoiset miniraketit ovat kääpiöitä maailman suurimpaan rakettiin, Falcon Heavyyn, verrattuna.

Niitä rynnistää kuitenkin taivaalle tätä nykyä ennätyksellinen määrä.

Pienet raketit voivat nimittäin tutkia niitä ilmakerroksia, joiden läpi niiden isoveljet syöksyvät, ja lisäksi ne ovat sekä edullisempia että nopeampia valmistaa.

Toisin kuin mittavia rakettitehtäviä, joiden suunnitteluun kuluu jopa vuosikymmeniä, yksittäisellä erikoisvälineellä varustettuja miniraketteja on mahdollista polkaista pystyyn jo parissa kuukaudessa.

Pienet alukset sopivat siksi hankkeisiin, joissa määrätehtävä pitää suorittaa ripeästi. Juuri tähän tilaisuuteen tutkijat tarttuvat aina vain hanakammin.

Laskelmien mukaan minirakettien määrä on kasvanut räjähdysmäisesti viime aikoina. Vuonna 2015 oli kehitteillä 20 pientä rakettia, mutta vuonna 2019 luku oli 100.

Laskelmien mukaan minirakettien määrä on kasvanut räjähdysmäisesti viime aikoina.

Vuonna 2015 oli kehitteillä 20 pientä rakettia, mutta vuonna 2019 luku oli 100. Määrä oli siis viisinkertaistunut neljässä vuodessa.

Miniraketit ovat jo kartoittaneet kaikkea mahdollista revontulista otsoniaukkoihin. USA:n ilmailu- ja avaruushallintovirasto Nasa on laajentamassa kenttää.

© Claus Lunau

Miniraketit lentävät radalla, joka on U väärinpäin

Pienet raketit lentävät radalla, joka muistuttaa nurinpäin käännettyä u:ta. Rata on 100–1000 kilometrin korkeudessa.

© Claus Lunau

Moottorit irrotetaan

Kun raketin alaosan polttoaine on käytetty, tyhjä kuori irtoaa. Prosessi toistuu seuraavan rakettimoottorin kohdalla.

© Claus Lunau

Raketti kääntyy ympäri

Kun raketti tulee sen mukana olevan teleskoopin tarkkailukorkeuteen, korkeuden kontrollointijärjestelmä (ACS) kytkeytyy päälle ja se alkaa kääntää rakettia.

© Claus Lunau

Teleskooppi kerää dataa

Nyt teleskooppi voi mitata Auringosta tulevaa valoa tai tutkia jotain tiettyä tähteä, jota halutaan tarkkailla.

© Claus Lunau

Laskuvarjo takaa laskeutumisen

Kun painovoima ottaa vallan, ja raketti alkaa laskeutua, sen nokassa oleva laskuvarjo laukeaa. Siten tieteelliset tutkimuslaitteet saadaan turvaan ja niitä voidaan käyttää uudelleen.

Raketeissa pienoislaboratorioita

Nasa lähettää vuonna 2021 SISTINE-hankkeessa pienen raketin tähyämään teleskoopillaan Aurinkokunnan lähintä naapuria, Alfa Centaurin tähtijärjestelmää.

Sieltä alus etsii vääriä elämän merkkejä ja täyttää siten huomattavan tiedoissa olevan aukon.

Miniraketit eivät ole suinkaan uusi keksintö. Perustekniikka kehitettiin jo 75 vuotta sitten toisen maailmansodan jälkimainingeissa.

USA takavarikoi natsi-Saksalta satakunta niin sanottua V2-ohjusta, joiden moottorit polttivat etanolin, veden ja nestehapen seosta.

Lähde miniraketilla avaruuden rajalle:

V2 pystyi kiihdyttämään 65 sekuntia ja saavuttamaan 80 kilometrin korkeuden. Alun perin V2-ohjusten kärjessä oli räjähde, mutta yhdysvaltalaisinsinöörit korvasivat sen mittauslaitteilla.

Siten ohjuksilla voitiin tutkia ilmakehää. Niillä selvitettiin muun muassa revontulien syntyminen aurinkotuulen eli Auringosta jatkuvasti kohti Maata purkautuvien sähkövarauksellisten hiukkasten osuessa ilmakehään.

Nykyiset miniraketit lentävät niin kuin aikoinaan V2 ballistisesti ilmakehässä – siis ylösalaisin olevan U-kirjaimen muotoista rataa.

V2:n ajoista raketteja on kuitenkin kehitetty eteenpäin solakoiksi, tarkoiksi tutkimusvälineiksi, jotka nousevat tietyllä määrällä kiinteää polttoainetta.

Yleensä raketit laukaistaan noin 12 800 kilometrin tuntinopeudella. Se on alle puolet siitä vauhdista, jonka Maan kiertoradalle pääsy vaatii.

Nopeus on säädetty riittämään juuri siihen, että raketit voivat esimerkiksi kattaa 48:n ja 145 kilometrin välisen korkeuden, joka on liikaa säähavaintopalloille mutta liian vähän Maata kiertäville satelliiteille.

Noustessaan raketit pyörivät oman pystyakselinsa ympäri välttääkseen kiemurtelun.

Sadan kilometrin korkeudessa raketti ylittää ilmakehän ja avaruuden välisen niin sanotun Kármánin rajan ja päästää kaapeleita, joiden päässä on sen pyörimistä jarruttavia painoja.

Kiertoliike hidastuu samalla tavalla kuin piruetissa taitoluistelijan levitettyä käsivartensa.

Kaksi Nasan rakettia päästi vuonna 2019 kaasuja, jotka reagoidessaan auringonsäteiden kanssa loivat valoshow'n. Valon liikkeet antoivat uutta tietoa säteilystä ilmakehässä.

© Yang Sutie

Radan lakipisteessä käynnistyvät mittauslaitteet. Jokainen raketti kuljettaa välineitä, kuten teleskooppeja, joiden halkaisija on yleensä vain 20–35 senttiä.

Räätälöidyillä laitteilla voidaan havainnoida tarkasti Aurinkoa tai niitä tähtiä, jotka kiertoradan isot teleskoopit jättävät huomiotta.

Navigaatiojärjestelmä kääntää rakettia suuttimilla, ja teleskooppi suuntautuu tutkimuskohteeseen kaarisekunnin tarkkuudella.

Se vastaa tarkentumista pisteeseen, jonka koko on 1/30 000 täysikuun läpimitasta.

Raketit etsivät elämän merkkejä

Pienet raketit ovat tuottaneet tähtitieteessä monta tärkeää tulosta. Raketteja on käytetty esimerkiksi Auringon ultravioletti- ja infrapunasäteilyn tutkimuksen perustan laskemiseen. Asiaa ei voida tutkia Maasta käsin, koska ilmakehä imee itseensä ja pidättää säteilyä niin, ettei se koskaan pääse maanpinnalla toimiviin teleskooppeihin.

Lisäksi miniraketeilla on kasvava työsarka pienoissatelliittien kuljettajina. Nykyään voidaan rakentaa entistä pienempiä satelliitteja.

Esimerkiksi vuonna 1991 laukaistu tutkimussatelliitti UARS oli 10 metriä pitkä ja 6 500 kiloa painava, mutta nanosatelliitti CubeSat on vain 10-senttinen ja 1,3-kiloinen.

CubeSateja voidaan kehittää nopeammin ja lähettää halvemmalla, ja sen ansiosta niillä on myös mahdollista vastata paremmin erilaisiin tarpeisiin.

Niitä suosivat muun muassa ilmastontutkijat ja satelliitti-internetiä suunnittelevat yritykset.

Japanilainen SS-520-5-raketti on 9,65 metriä pitkä. Se vei vuonna 2018 satelliitin Maata kiertävälle radalle kaikkien aikojen pienimpänä rakettina.

© JAXA

Nasa laukaisee vuonna 2021 SISTINE-raketin, joka palvelee mahdollisesti elämälle suotuisien planeettojen etsimistä muista aurinkokunnista.

Raketti lentää 280 kilometrin korkeuteen ja irrottaa matkalla molemmat moottorinsa, joten jäljelle jäävät vain tutkimusvälineet, ohjaavat kaasusuuttimet ja kärki, jossa on laskuvarjo.

Kun raketti saavuttaa lakikorkeuden, sen pohjaluukut avautuvat ja suuttimet kääntävät alapuolen ylös, jotta teleskooppi voi kohdentaa Alfa Centaurin kolmoistähtijärjestelmään, joka sijaitsee 4,37 valovuoden päässä Aurinkokunnasta.

Siihen kuuluu lähin tunnettu eksoplaneetta, Proxima Centauri b.

Läpimitaltaan 56-senttinen teleskooppi havainnoi samanaikaisesti kaikkia ultraviolettisäteilyn aallonpituuksia 100:n ja 160 nanometrin väliltä.

Siihen ei pysty yksikään iso kiertoradan teleskooppi. SISTINE vangitsee muun muassa 121 nanometrin aallonpituuden, joka voi saada säteilyn hajottamaan hiilidioksidia (CO2).

Kun säteily irrottaa hiiltä (C), jäljelle jää happea (O2). Normaalisti happi on merkki siitä, että planeetalla voi esiintyä elämää, mutta kaasu voi siis olla tähden valon aikaansaamaa.

Mahdollisuus on olemassa etenkin tähtien soihduiksi kutsuttujen purkausten yhteydessä.

Havainnot ovat tärkeitä yritettäessä määrittää eksoplaneettojen happea Alfa Centauria muistuttavissa tähtijärjestelmissä ja arvioitaessa, miltä planeetoilta elämää kannattaa etsiä ja mihin planeettoihin paukkuja ei ole syytä hukata.

Pienet raketit valloittavat taivaan

Riippumatta SISTINE-hankkeen lopputuloksesta pienten mittojen avaruuskilpa voi vain kiihtyä. Miniraketit eivät polttele vain Nasan kaltaisissa suurissa avaruusjärjestöissä, vaan niihin panostetaan laajasti.

Esimerkiksi 9,65-metrinen japanilainen SS-520-5-raketti kuljetti vuonna 2018 satelliitin tähän mennessä pienimpänä rakettina.

Ja Uusi-Seelanti perusti vuonna 2016 oman avaruusjärjestön tukeakseen Rocket Labia, joka on rakentanut kuusimetrisen Atea-raketin.

Tulevaisuudessa joka tutkimushankkeella ja pienoissatelliitilla voi olla oma rakettinsa. Kuu- ja Mars-rakettien varjossa miniraketit paljastavat hiljaa Maan, Auringon ja avaruuden viimeisiä salaisuuksia.