Nyt aukeaa moottoritie avaruuteen

SpaceX-yrityksen Starship pääsee suunnitelmien mukaan Maata kiertävälle radalle ensimmäistä kertaa jo kesällä 2021. Blue Originin New Glenn -rakettia puolestaan valmistellaan samalle lennolle ensi vuoden kuluessa. Ja uuden Vulcan Centaur -raketin on määrä laukaista laskeutumisalus Kuuhun vuoden 2021 lopussa.

Neljä uutta rakettia aloittavat avaruuslentojen uuden aikakauden: ne moninkertaistavat mahdollisuudet viedä robotteja, turisteja ja astronautteja Maata kiertävälle radalle, Kuuhun ja aina Marsiin asti.

Apollo-lentojen raketin ennätykset vanhenevat

Yhdenkään uuden raketin kehittäminen ei olisi ollut mahdollista ilman saksalaista raketti-insinööriä Wernher von Braunia, joka oli mukana kehittämässä natsien V-2-rakettia. Vuonna 1945 Braun sai Yhdysvalloissa vastuulleen rakettiohjelman, jonka päämääränä oli taata se, että Neuvostoliitto ei voita kilpajuoksua avaruuteen. Hankkeen tuloksena syntyi kaikkien aikojen suurin raketti: Saturn V.

Saturn V -raketti tuotti 34,5 miljoonan newtonin työntövoiman, jolla se vei kaikkiaan 24 Apollo-astronauttia Kuuhun. Ennätystä ei ole sittemmin vielä rikottu.

Avaruusohjelman seuraava askel oli von Braunin mukaan kierrätettävien aluksien kehittäminen. Sellaiset saatiinkin, kun avaruussukkulat aloittivat lentonsa.

Avaruussukkulat suorittivat kaikkiaan 135 lentoa, ja ne olivat ratkaisevassa roolissa Maata 400 kilometrin korkeudessa kiertävän ISS-avaruusaseman rakentamisessa.

Nyt tavoitteena on valloittaa Kuu uudelleen, ja sen jälkeen määränpäänä on Mars, joten lennot pitenevät huomattavasti. Kuuhun on matkaa 384 000 kilometriä, joten nyt tarvitaan uusia raketteja, joissa on sekä entistä enemmän tehoa että enemmän tilaa lastille – ja miehistölle.

Uusia raketteja ovat suunnitelleet ennen kaikkea neljä eri tahoa: United Launch Alliance on rakentanut raketin, joka muun muassa vei Marsiin mönkijät. Blue Originin taustalla on Amazon-miljardööri Jeff Bezos. SpaceX:n on perustanut Tesla-miljardööri Elon Musk. Ja luonnollisesti mukana on Nasa, joka aikoinaan laukaisi Saturn V -raketin.

Nyt kaikkien neljän uudet jättiraketit ovat valmiita.

Uusi kuuraketti aloittaa uuden aikakauden

Ihminen astui Kuun kamaralle noin 50 vuotta sitten. Yhtä kauan aikaa Saturn V -raketti on ollut maailman tehokkain raketti. Nyt on aika siirtyä uuteen aikakauteen.

Space Launch System -raketista tulee nimittäin tehokkaampi kuin Saturn V -raketti.

Uudestakin raketista voidaan kiittää Wernher von Braunia, sillä se perustuu suurelta osin avaruussukkuloista tuttuun tekniikkaan. SLS-raketin päämoottoreina on neljä RS-25-moottoria, joita avaruussukkuloissa oli kolme kappaletta. SLS:n parannettujen RS-25-moottorien teho on 109 prosenttia alkuperäisen moottorin maksimitehosta. SLS:n moottoreissa on muun muassa uusia 3D-tulostettuja metalliosia.

Pääraketin sivuilla on kiinteän polttoaineen raketit, joiden idea on myös peräisin avaruussukkuloista. Nyt kummassakin on vain 25 prosenttia enemmän polttoainetta.

SLS-raketista on tarkoitus tehdä kuusi eri versiota, joiden koko kasvaa sitä mukaa kun avaruuslennot pitenevät.

Ensimmäinen versio, Block 1, voi viedä 70 tonnia Maata kiertävälle radalle, kun viimeinen versio, Block 2, voi nostaa samalle kiertoradalle 130 tonnia.

Space Launch System -raketti mahdollistaa sen, että vuodesta 2028 alkaen astronautteja on koko ajan joko Kuun kiertoradalla avaruusasemalla tai Kuun pinnalla sijaitsevissa tukikohdissa. Jättiraketin on tarkoitus kuljettaa suurin osa rakennusmateriaalista yhdeksällä lennolla Kuuhun. Luonnollisesti mukana on myös astronautteja.

Kuu on myös Vulcan Centaur -raketin ensilennon kohde. Raketti on Atlas V -raketin seuraaja, joka on edeltäjäänsä huomattavasti kookkaampi. Perseverance-mönkijä matkasi Atlas V -raketin kyydissä Marsiin.

Vulcan Centaurin on määrä vielä vuoden 2021 aikana saattaa Peregrine-laskeutumisalus Kuun pinnalle.

Kaikkiaan 62 metriä korkea Vulcan Centaur voi kuljettaa 27 tonnin lastin matalalle kiertoradalle. Atlas V suoriutui vain korkeintaan 20 tonnin lastista.

Vulcan Centaur -raketista voidaan valmistaa neljä eri versiota, joissa on joko nolla, kaksi, neljä tai kuusi kiinteän polttoaineen rakettia pääraketin ympärillä.

Siten Vulcan Centaur soveltuu hyvin monenlaisiin tehtäviin.

Lisäksi monia raketin osia voidaan joko käyttää uudelleen tai kierrättää. Tällainen osa ovat esimerkiksi BE-4-moottorit, jotka käyttävät nestemäistä happea ja nesteytettyä maakaasua. Sen ansiosta moottorit ovat paljon paremmassa kunnossa kuin perinteistä rakettipolttoainetta käytettäessä.

BE-4-moottorit kehitettiin Blue Originin uutta New Glenn -rakettia varten. Vulcan Centaur -raketissa voidaan kierrättää ainoastaan moottoreita, mutta New Glenn vie kierrätyksen uudelle tasolle: kaikki sen keskeiset osat voidaan laukaista uudelleen avaruuteen.

New Glennin suunnittelussa on keskitytty avaruuslentojen uuden aikakauden ytimeen: jos avaruuteen aiotaan panostaa kunnolla, avainsana on kierrätys.

Kierrättämällä säästetään aikaa, materiaalia ja työtä, kun uusia raketinosia ei rakenneta koko ajan. Kierrätys mahdollistaa nopeasti toistuvat lennot, minkä ansiosta myös reittilennot avaruuteen voidaan aloittaa.

Kierrätysraketit luovat uusia mahdollisuuksia

Aiemmin raketit laukaistiin, ja kun niiden polttoaine loppui, raketinosat syöksyivät ilmakehään ja tuhoutuivat.

Nyt voidaan jo saada suuria raketinosia turvallisesti takaisin maahan sen jälkeen, kun raketti on suorittanut tehtävänsä.

New Glenn -raketin kehitystyössä on keskitytty sen rooliin rahtialuksena, joka pääasiassa vie avaruuteen satelliitteja. Myöhemmin sen on määrä kuljettaa myös ihmisiä.

Rakettia voidaan käyttää ainakin 25 kertaa.

Kierrätyksen mahdollistavat raketin alaosan siivekkeet, joiden avulla raketti pystyy tekemään pehmeän laskeutumisen maahan sen jälkeen, kun se on irrottautunut avaruuteen matkaansa jatkavasta yläosasta.

New Glenn -raketti jarruttaa seitsemän päämoottorinsa voimalla ennen kuin se laskeutuu. Ennen kuin raketti koskettaa maata, sen kuusi hydraulista laskeutumistelinettä avautuvat.

New Glenn tarjoaa paljon tilaa rahdille.

Kaikkiaan 95 metriä korkean raketin yläosassa on lastiruuma, joka halkaisija on seitsemän metriä. Lastiruuman tilavuus on siis yli kaksi kertaa niin suuri kuin millään nyt toiminnassa olevalla raketilla.

New Glenn -raketti voi viedä Maata kiertävälle radalle 45 tonnin lastin.

New Glennille on siis suunniteltu rahtikuljetuksia, mutta SpaceX-yrityksen Starship saa kuljetettavakseen ihmisiä.

Starshipissä on yrityksen oman ilmoituksen mukaan tilaa jopa sadalle ihmiselle. Se onnistuu, kun aluksessa käytetään aivan uudenlaista periaatetta.

Sekä kuulennoilla käytetyssä Saturn V -raketissa että uudessa SLS-raketissa miehistön paikka on raketin kärjessä. Starshipissa sen sijaan matkustajaosa käsittää noin puolet koko raketin korkeudesta.

Miehistöosa asennetaan 70 metriä korkean kantoraketin nokkaan, joten raketin koko korkeus nousee 120 metriin.

Starship voi kuljettaa Maata kiertävälle radalle yli 100 tonnia tavaraa. Tämän Space X:n täysin kierrätettävän raketin on määrä taata astronauttien matka ensin Kuuhun ja ajan mittaan myös muille taivaankappaleille, kuten Marsiin.

Starship ei muiden rakettien tavoin ole rakennettu alumiinista, vaan teräksestä, minkä ansiosta se on suhteellisen edullinen ja kestää hyvin avaruuden matalia lämpötiloja.

Starship on suunniteltu niin, että se laskeutuu ensin "mahallaan" ilmakehän läpi ja kääntyy sitten siivekkeidensä avulla lähellä maanpintaa pystysuoraan asentoon ja laskeutuu. Ja se on heti valmis seuraavaan laukaisuun.

Kierrätyksen ansiosta SpaceX:n ei tarvitse rakentaa uutta Starship-rakettia joka laukaisua varten, mikä mahdollistaa reittilennot avaruuteen.

Ensimmäisellä SpaceX-koelennolla avaruuteen lähtee miljardööri Yusaku Maezawa kahdeksan muun avaruusturistin kanssa. Lennon on määrä toteutua vuona 2023. Viikon kestävällä lennolla Starship lentää Kuun ohi.

Starshipin on tulevaisuudessa tarkoitus tehdä reittilentoja Marsiin. Sitä varten tarvitaan tarkat suunnitelmat.

Suunnitelman mukaan yksi Starship-raketti, jonka lastina on polttoainetta, lähetetään Maata kiertävälle radalle odottamaan miehitettyä Starshipiä. Kun miehitetty alus on noussut kiertoradalle, alukset telakoituvat ja polttoaine siirretään miehitettyyn alukseen.

Kun polttoainesäiliö on ääriään myöten täynnä, miehitetty Starship voi matkata pidemmän matkan avaruudessa. Eniten polttoainetta kuluu juuri lennon ensimmäiseen vaiheeseen, kun alus nousee Maasta kiertoradalle.

Polttoainesäiliönä toiminut Starship voi tankkauksen jälkeen laskeutua takaisin Maahan.

Elon Muskin mukaan tällä tavalla voidaan tankata kaikkiaan tuhat Starship-rakettia, jotka voivat jäädä odottamaan jatkolentoa Marsiin Maan kiertoradalle. Kun Maan ja Marsin asema joka 26. kuukausi on paras mahdollinen, koko joukko aluksia aloittaa matkan kohti punaista planeettaa.

Starshipin reittisuunnitelmat kuvaavat hyvin uutta avaruuslentojen aikaa, joka alkaa pian neljän suuren raketin voimin.

Nelikon jäsenet ovat isompia ja tehokkaampia kuin aiemmat raketit, mutta ennen kaikkea niitä ei ole rakennettu yhtä ainoaa lentoa varten tai ainoastaan yhtä tiettyä tehtävää silmällä pitäen. Niille jokaiselle on suunniteltu koko joukko erilaisia käyttötarkoituksia, ja ne on valmistettu osittain kierrätetyistä osista ja kierrätettävästä materiaalista, minkä ansiosta rakettien laukaisuväli saadaan lyhyeksi.

Ja se tarkoittaa sitä, että pian laukaisurampilla on aina yksi raketti valmiina lähtöön.

Apollo-lentojen aikana Saturn V -raketti nousi ilmaan yksinään ja vain silloin tällöin, pian neljä rakettia suhahtaa avaruuteen yksi toisensa jälkeen, uudelleen ja uudelleen.

Nyt määränpäänä ei myöskään enää ole Kuu, vaan Nasa, United Launch Alliance, Blue Origin ja SpaceX tähyävät kauemmas Aurinkokuntaan, Marsiin. Nämä raketit eivät tuo mukanaan vain yhtä reittiä avaruuteen, vaan niiden mukana aukeavat myös reittilennot punaiselle planeetalle.

Lue lisää matkoista Kuuhun ja Marsiin näistä artikkeleista: