Heinäkuun 16. päivänä 1969 sadat miljoonat ihmiset seurasivat tiiviisti televisiolähetystä.
Maailman katseet olivat kääntyneet Floridassa sijaitsevan Kennedyn avaruuskeskuksen laukaisualustaan. Sillä seisoi historian suurin raketti – 111 metriä pitkä Saturn V – lähtövalmiina. Sen piti riistäytyä irti Maan painovoimakentästä ja viedä ensimmäistä kertaa ihmisiä vieraalle taivaankappaleelle.
Nasan valvomossa pidätettiin henkeä, kun viisi moottoria hörppivät peräti 20 tonnia polttoainetta sekunnissa ja nostivat vähä vähältä tehon huippuunsa.
Kello 9.32 hetki koitti. Koko laukaisualue järisi, kun maailman vahvin raketti nousi valkohehkuisessa kaasupilvessä melkein luonnonvastaisesti rampilta ja halkoi ilmaa tasaisesti kiihtyvällä nopeudella Kuuta kohti. Riemu raikui.
Televisiolähetys Kuuhun laskeutumisesta heinäkuussa 1969 rikkoi katsojaennätykset. Noin 600 miljoonaa ihmistä – yli viidesosa ihmiskunnasta – seurasi tapahtumia kuvaruudulta.
Jo muutaman päivän kuluttua nähtiin merkittävä historiallinen tapahtuma: Neil Armstrong astui Kuun pinnalle.
Raketin pääsuunnittelija oli Wernher von Braun. Ilman häntä ja natsi-Saksan aseohjelmaa kuulento olisi jäänyt tekemättä.
Natsit saivat kostoaseen
Saksalaisinsinööri Wernher von Braun oli ollut lapsesta saakka kiinnostunut raketeista ja kuvitellut ihmiskunnan valloittavan ennen pitkää avaruuden ja käyvän Marsissa tai ainakin Kuussa.
Toisen maailmansodan taisteluiden riehuessa kiivaina raketti-insinööriä painoi raskas tehtävä: von Braun oli kehittämässä uutta mullistavaa rakettia, V2-ohjusta. Se oli tehokas 14 metriä pitkä ase, jonka oli määrä varmistaa Kolmannelle valtakunnalle lopullinen voitto.
Von Braun katseli Saksassa Itämeren rannikolla sijaitsevan Peenemünden kokoomahallin katolta 3. lokakuuta 1942 mustavalkoista rakettiaan, kun se lähti jylisten lentoon.
Polttonesteellä toimiva ohjus oli aiemmin tuottanut karvaan pettymyksen, mutta tällä kertaa lento alkoi lupaavasti. Vähän alle 13 tonnia painava ase mursi 25 sekunnissa äänivallin ja teki näin historiaa. Sitten se hävisi valopisteenä taivaanrantaan.
Wernher von Braunin mustavalkoiseksi maalatun raketin laukaisu Saksan Peenemündessä vuonna 1942 oli samalla nykyisen avaruusajan lähtölaukaus.
V2 jatkoi nousuaan hieman alle 5 000 kilometrin tuntivauhtia eli 4,5-kertaisella äänen nopeudella 85 kilometrin korkeuteen ja kävi ensimmäisenä rakettina kääntymässä avaruuden rajalla. Lennettyään 190 kilometriä V2 putosi suunnitellusti Itämereen.
”Tänään on uuden – avaruuslentojen – aikakauden ensimmäinen päivä”, pauhasi Saksan armeijan upseeri Walter Dornberger, joka johti rakettiaseen kehitystyötä.
Pioneeria pilkattiin
Teknisessä mielessä von Braunin kauko-ohjus oli huomiota herättävä uutuus.
Silloiset raketit lensivät kiinteällä polttoaineella, ruudilla, ja kärsivät lukuisista ongelmista: ne olivat painavia, palaminen vaati ilmakehän ilmaa, eikä palamista voitu säätää saati lopettaa lennon aikana. Sytyttämisen jälkeen raketti oli poissa.
Von Braun sai innoitusta muun muassa yhdysvaltalaisfyysikko Robert Goddardilta, joka 1920-luvun puolivälissä oli kehittänyt nestemäistä polttoainetta käyttävän raketin.
Maaliskuun 16. päivänä 1926 Goddard laukaisi ensimmäisen kerran mullistavan Nell-rakettinsa, jonka polttoaineena oli bensiiniä ja nestemäistä happea. Nell lensi vain 2,5 sekuntia ja kävi vaatimattomasti 13 metrin korkeudessa. Silti 67 metriä pitkä lento, jonka aikana nopeus nousi noin 96 kilometriin tunnissa, osoitti polttonesteen sopivan raketteihin.
5 miestä tasoitti tietä Saturn V:lle
1. Venäläinen pani alulle rakettitutkimuksen
Venäläinen opettaja Konstantin Tsiolkovski (1857–1935) pani 1800-luvun lopulla alulle nykyaikaisen rakettitutkimuksen. Hän keksi ensimmäisenä, että polttoneste voi nostaa raketin ilmakehän ulkopuolelle.
2. Yhdysvaltalainen ideoi suihkumoottorin
Robert Goddard osoitti, että rakettimoottori voi toimia tyhjiössäkin. Hän määritti rakettimoottorin tehon käytettäessä eri nestemäisiä polttoaineita, kuten happea ja vetyä, ja patentoi vuonna 1914 monivaiheraketin.
3. Saksalaispoika rakensi koeraketteja
Saksalainen fyysikko Hermann Oberth (1894–1989) rakensi jo poikana koeraketteja. Hän esitti raketilla tapahtuvan avaruuslennon teoreettisen perustan, kuten raketin Maan painovoimakentästä poistumisen vaatimukset.
4. Salaisuuksista syntyi neuvostovaltti
Neuvostoliitto laukaisi 4. lokakuuta 1957 R-7-raketin ja maailman ensimmäisen satelliitin, Sputnik 1:n. Turvallisuussyistä vain kommunistisen puolueen johto ja insinöörit saivat tietää, että saavutuksen takana oli Sergei Koroljov (1907–1966).
5. Natsi mahdollisti kuulennon
Toisen maailmansodan aikana Wernher von Braun (1912–1977) loi polttonesteellä toimivan V2-ohjuksen, joka nousi 85 kilometriin vuonna 1942. Sodan jälkeen von Braun kehitti Nasalle Saturn V -raketin.
Tutkimuksessaan Goddard todisti, että rakettimoottori voi toimia myös tyhjiössä, ja hän vieläpä määritti rakettimoottorin tehon käytettäessä erilaisia polttonesteitä.
Tiedeyhteisö piti kuitenkin Goddardia pilkkanaan. Myöhemmin nykyaikaisen rakettitekniikan isäksi kutsuttu Goddard sai osakseen ymmärtämystä vain Saksassa. Sitä osoitti häntä kohtaan sielunveli Hermann Oberth.
Goddardin tavoin Oberth oli ryhtynyt tekemään kokeita polttonesteellä toimivilla raketeilla. Osassa niistä oli jopa useita vaiheita, jotka irtosivat ajoaineen loputtua. Ratkaisun ansiosta raketti ei kuluta arvokasta energiaa tyhjien polttoainesäiliöiden kuljettamiseen.
Monivaiheisen raketin idea oli käynyt useiden pioneerien mielessä. Goddard oli patentoinut sen vuonna 1914, ja venäläinen Konstantin Tsiolkovski oli hahmotellut ”rakettijunan” teoreettisia lähtökohtia.
”On mahdollista rakentaa niin tehokkaita raketteja, että ne voivat viedä ihmisen avaruuteen”, ennusti Oberth.
Heinäkuussa 1930 Oberthilla oli onni myötä: hän teki onnistuneen koelaukaisun laboratoriossaan polttonesteellä toimivalla rakettimoottorilla, Kegeldüsellä, jossa oli teräksinen kartion muotoinen polttokammio.
Voidaan rakentaa niin tehokkaita raketteja, että ne vievät ihmisen avaruuteen. Hermann Oberth, saksalainen rakettitutkija
Moottori paloi 90 sekuntia ja tuotti 7 kilon paineen. Se oli osoitus polttonestettä käyttävissä raketeissa piilevästä potentiaalista. Oberthia avusti tuleva V2-ohjuksen kehittäjä, 18-vuotias insinööriksi opiskeleva Wernher von Braun, joka imi tietoa nestemäisellä polttoaineella toimivista raketeista.
Polttoaine pumppautui sisään
Wernher von Braunin V2-ohjus kärsi lukuisista lastentaudeista, mutta syksyyn 1944 mennessä niistä oli enimmäkseen päästy eroon. Siten Saksalla oli kaikkien aikojen paras raketti.
Raketti-insinöörillä oli välähtänyt monta kertaa. Ajoaineen johtaminen polttokammioon vajaan 13 tonnin painoisen raketin nostamisen vaatimalla nopeudella oli ollut suuri haaste, mutta von Braun keksi ratkaisuksi höyryturbiiniin perustuvan kaksoispumpun. Se ruiskutti polttoainetta ja nestemäistä happea palotilaan ennenkuulumattomat 125 litraa sekunnissa, mikä tuotti 25 tonnin paineen.
Von Braunin tutkimusryhmä varusti V2:n ensimmäisellä gyroskooppi- ja kiihdytysanturien varassa toimivalla ohjausjärjestelmällä. Tekniikka on yhä käytössä.
Ohjaus vakautti ohjusta, kun se lensi ääntä nopeammin, ja piti sen oikeassa kurssissa. Lisäksi järjestelmä pystyi valvomaan nopeutta. Moottori sammui sopivasti maaliin osumisen kannalta.
Järkytys ruokki Kuu-tavoitetta
Kaikille oli selvää, että Saksa oli rakettitutkimuksen edelläkävijä. Kun maailmansota päättyi, voittajat ottivat natsien rakettiohjelmasta irti kaiken mahdollisen.
Neuvostoliitto sai käsiinsä laukaisuvalmiita V2-raketteja, yksityiskohtaisia muistiinpanoja ja piirustuksia. Yhdysvallat kaappasi huippujoukkueen: maailman paras raketti-insinööri Wernher von Braun ja hänen tutkijatoverinsa jatkoivat työtään USA:ssa.
Viisi uraauurtavaa rakettia
1942–1945: V2
Natsien V2-raketti saattoi nousta 90 kilometrin korkeuteen ja lentää 190 kilometriä. Nestemäistä alkoholia ja happea käyttävänä se oli paljon kehittyneempi – ja tuhoisampi – kuin edeltäjänsä.
1957–1958: R-7
Neuvostoliitto meni avaruuskilvassa Yhdysvaltojen edelle, kun Sergei Koroljovin suunnittelemaan R-7:ään perustuva kantoraketti kuljetti ensimmäisen satelliitin, Sputnikin, kiertoradalle.
1967–1972: Saturn V
Nasa laukaisi kaikkiaan 13 Saturn V -rakettia Floridasta sijaitsevasta Kennedyn avaruuskeskuksesta. Apollo 7 oli ensimmäinen miehitetty avaruuslento, ja Apollo 11 muistetaan ensimmäisestä kuukävelystä.
1981–2011: Avaruussukkulat
Apollo-ohjelman jälkeen Nasa rakensi avaruussukkuloita, joilla voitiin kuljettaa astronautteja kiertoradalle ja sieltä takaisin. Niitä valmistui kaikkiaan viisi: Columbia, Challenger, Discovery, Atlantis ja Endeavour.
2018–: SpaceX – Falcon Heavy
SpaceX:n Falcon Heavy on ensimmäinen uudelleen käytettävä monivaiheinen raketti. Se voi ottaa peräti 63 800 kilon hyötykuorman (ennen enimmäismäärä oli 22 800 kiloa). Kantoraketit laskeutuvat maanpinnalle.
Kylmän sodan alettua Yhdysvallat ja Neuvostoliitto ajautuivat avaruuskilpaan, ja Neuvostoliitto pääsi ensin johtoasemaan: pääsuunnittelija Sergei Koroljov kehitti V2-ohjelman rippeistä R-7-raketin, johon perustuva kantoraketti vei 4. lokakuuta 1957 kiertoradalle maailman ensimmäisen satelliitin, Sputnikin.
Tekokuun aiheuttama järkytys sai Yhdysvallat perustamaan heinäkuussa 1958 ilmailu- ja avaruushallintovirasto Nasan.
Siellä Wernher von Braun sai tehtäväkseen kehittää tehokkaan raketin, jota voidaan käyttää miehitettyihin avararuuslentoihin. Hänen lapsuudenunelmansa oli täyttymässä – vihdoinkin hän pääsi tavoittelemaan Maan lähintä naapuria. Saturn V -raketti valmistui vuonna 1967.
Verrattuna hoikkaan, lyhyeen isäänsä, V2:een, poika näytti paksukaiselta.
Jotta Saturn V -raketti voitiin koota pystyasennossa, Nasa rakensi Kennedyn avaruuskeskukseen Vehicle Assembly Buildingin (VAB). Kun rakennus valmistui vuonna 1965, se oli maailman suurin: 160 metriä korkea, 218 metriä pitkä ja 158 metriä leveä.
Täyteen tankattuna 111 metriä pitkä Saturn V painoi 2,8 miljoonaa kiloa eli noin 400 norsun verran. Jotta tuollainen mastodontti voi lentää, von Braunin rakettiryhmä suunnitteli siihen kolme vaihetta, joilla jokaisella oli omat moottorinsa ja polttoainesäiliönsä.
Käytettyään polttoaineensa loppuun vaihe irtosi, ja seuraava, pienempi, vaihe syttyi ja alkoi viedä keventynyttä rakettia entistä nopeammin eteenpäin – Oberthin, Goddardin ja Tsiolkovskin ajatusten mukaisesti.
Raketin ensimmäinen ja suurin vaihe nosti jättiläisen laukaisualustalta. Se oli varustettu viidellä – kaikkien aikojen suurimmalla – Rocketdyne F-1-moottorilla, jotka toimivat nestehapen ja petrolin seoksella. Toinen vaihe sisälsi viisi pienempää J-2-moottoria. Ne kävivät nestevedyllä ja hapella. Kolmas vaihe, joka oli tarkoitettu Apollo-kapselin siirtämiseen Kuuhun, oli yksimoottorinen.
Armstrong astui Kuun pinnalle
”Kuusi, viisi, neljä, kolme, kaksi, yksi, nolla. Kaikki moottorit käyvät. Laukaisu.”
Kello 9.32 heinäkuun 16. päivänä 1969 Saturn V nousi ilmaan – nokassaan Apollo 11 -avaruusalus – Kennedyn avaruuskeskuksesta. Jo neljä päivää myöhemmin, 20. heinäkuuta, kuumoduuli Eagle laskeutui Kuuhun.
Pian von Braun ja miljoonat televisionkatsojat näkivät Neil Armstrongin painavan ensin vasemman jalkansa elottomalle kamaralle ja järjestävän harppauksen ihmiskunnalle – ja etenkin von Braunille: 27 vuotta sen jälkeen, kun V2 oli käynyt ensimmäisenä rakettina avaruuden rajalla, sen ”poikanen” oli kuljettanut ihmisen pois maapallolta.
Saturn V kasvoi V2-ohjuksesta
Isäänsä V2:een verrattuna Saturn V oli mittasuhteiltaan valtava, voimaa uhkuva lihaskimppu. Raketteja yhdisti kuitenkin samanlainen rakenne eli pääasiassa Wernher von Braunin suunnittelema tekniikka.
1. Vain kärki tähtäsi Kuuhun
Astronautit matkustivat Apollo-avaruusaluksen komentomoduulissa. Lisäksi kokonaisuuteen kuuluivat huoltomoduuli, joka huolehti hapesta, sähköstä ja tärkeistä tukijärjestelmistä, ja Kuuhun laskeutuva kuumoduuli.
2. Apollo singottiin kuin ritsalla
Kolmannessa vaiheessa oli yksi Rocketdyne J-2-moottori. Sillä päästiin noin 190 kilometrin korkeudessa Maata kiertävälle radalle. Usean kierroksen jälkeen moottori käynnistettiin uudelleen, ja se lähetti Apollon Kuuhun yli 40 000 kilometrin tuntivauhtia.
3. Moottorit kiidättivät kiertoradalle
Tämä vaihe, jossa oli viisi nestemäistä happea ja vetyä käyttävää Rocketdyne J-2-moottoria, nosti raketin kiertoradan tuntumaan. Nopeus kasvoi kuudessa minuutissa 25 000 kilometriin tunnissa.
4. Polttoneste nosti jätin ilmaan
Tehokkaat moottorit veivät raketin vajaassa kolmessa minuutissa noin 68 kilometrin korkeuteen yli 10 000 kilometrin tuntinopeudella. Ensimmäisessä vaiheessa oli viisi Rocketdyne F-1-moottoria, jotka toimivat säiliöistä tulevalla nestehapella ja petrolilla.
Rakettien kuningas teki viimeisen kaikkiaan 13 kaukomatkastaan toukokuussa 1973, jolloin Saturn V kuljetti Yhdysvaltojen ensimmäisen avaruusaseman, Skylabin, Maata kiertävälle radalle. Jo lähiaikoina Nasa ottaa kuitenkin käyttöön uuden SLS-superraketin (Space Launch System), joka on Saturn V:n päivitetty versio ja siten entistä mahtavampi V2:n jälkeläinen.
Saturn löysi voittajansa
SLS:stä tulee noin 111 metriä pitkänä ja 2,7 miljoonaa kiloa painavana kaikkien aikojen tehokkain raketti ja Nasan uuden Artemis-kuuohjelman selkäranka.
Suunnitelmien mukaan SLS tekee ensilentonsa marraskuussa 2021. Laukaisupaikka on sama kuin aina ennenkin: Kennedyn avaruuskeskus. SLS lähtee noin 15 prosenttia suuremmalla – 39 miljoonan newtonin – voimalla kuin Saturn V.
Koelennolla SLS:n hyötykuormana on tyhjä Orion-avaruusalus. Kun vuonna 2024 käydään ensimmäistä kertaa Kuussa sitten joulukuun 1972, Orionissa matkustaa kaksi astronauttia, mies ja nainen. SLS:llä on tarkoitus järjestää 2030-luvun puolivälissä todella suuri avaruusharppaus: ensimmäinen miehitetty avaruuslento Marsiin.
Suunnitelmien mukaan Saturn V:n seuraaja, SLS, vie ihmisiä taas Kuuhun vuonna 2024 ja mahdollistaa miehitetyn Mars-lennon 2030-luvun puolivälissä.
Aikataulun pitämisestä ei ole takeita: SLS on ollut kehitteillä vuosikymmenen, mutta hanke ei ole välttynyt viivästyksiltä. Esimerkiksi neljän päämoottorin koekäyttö 16. tammikuuta 2021 päättyi ennen aikojaan: kahdeksan minuutin sijasta moottorit toimivat vain 67,2 sekuntia. Nasan mukaan ne sammuivat hydraulijärjestelmän vian takia.
Siinä, että testiepäonnistumiset hidastavat hankkeita, ei ole mitään uutta. Saturn V piti laukaista ensimmäisen kerran jo vuonna 1965, mutta raketti pääsi tekemään neitsytmatkan vasta marraskuussa 1967 miehittämättömällä Apollo 4 -lennolla.
Puolitoista vuotta myöhemmin aikataulun pettäminen unohtui, kun rakettien kuningas lennätti ihmiskunnan uudelle aikakaudelle.
Näin natsit mullistivat rakettitutkimuksen 1930- ja 1940-luvuilla:
Räjähtävä raketti upposi keihään kärkeä muistuttavalla nokallaan esimerkiksi kattoon tai puuseinään. Sitä kuljetti viisi kiloa tiiviisti pakattua ruutia, ja ohjaussauva vakautti ilmalentoa.
Brittiupseeri omi intialaisen raketin
Islamilainen sotapäällikkö kehitti 1700-luvulla alkeellisista paperi- ja pahviraketeista tehokkaan metalliaseen. Brittiläinen upseeri varasti idean, kehitti rakennetta eteenpäin ja laski Saturn V:n suunnittelun perustan.
1. Muslimien raketit olivat ylivoimaisia
Brittijoukkoja vastaan hyökättiin raketeilla Etelä-Intiassa 1790-luvulla. Mysoren sulttaani Tipu johti islamilaisia sotilaita, joiden aseistukseen kuuluivat myös raketit. Ne olivat paljon kehittyneempiä kuin brittien tuntemat.
2. Britit ottivat muslimeista oppia
Vaikka Tipun armeija oli kouliintunut tekemään tehokkaita raketti-iskuja, se kärsi tappion sodassa brittejä vastaan. Tuhansia metallilieriöraketteja toimitettiin sen jälkeen Britanniaan.
3. Raketit saivat rautakuoren
Britanniassa tykistön upseeri William Congreve kehitti tekniikkaa eteenpäin ja keksi mallin, jossa ruuti oli puristettu rautaputkeen. Raketti lensi melko vakaasti jopa 3,2 kilometriä ja räjähti osuessaan.