Raketit jonossa

Laukaisujen määrä on kasvussa, ja avaruusraketit joutuvat odottamaan vuoroaan laukaisualustoilla. Uuden sukupolven avaruuskeskukset voivat aukaista suman, lähettää valtavia raketteja muille planeetoille ja tarjota edullisia matkoja avaruusturisteille.

Jim Grossmann & Kim Shiflett & NASA

Vielä nyt Skotlannin pohjoisosassa sijaitseva A’ Mhòinen niemi on autiota turvenummea. Avaria näköaloja tarjoavalle alueelle on kuitenkin tarkoitus rakentaa Euroopan uusi avaruuskeskus. Maanosan kaikkien aikojen ensimmäisen kaupallisen avaruuskeskuksen pitäisi aloittaa toimintansa 2020-luvun alussa.

Nimellä Space Hub Sutherland kulkeva hanke ei ole suinkaan ainoa laatuaan. Esimerkiksi Britanniassa kaavaillaan toista avaruuskeskusta Cornwallin seudulle ja Ruotsissa aiotaan perustaa yritysvetoisesti avaruuskeskus Kiirunaan. Myös Intia, Indonesia, Singapore, Australia ja Uusi-Seelanti puuhaavat omia avaruuskeskuksia. Lisäksi USA:han, jossa on jo kymmenen avaruuskeskusta, on suunnitteilla useita uusia.

Avaruuskeskuksia nousee kuin sieniä sateella siksi, että tekniset edistysaskeleet ja yksityisyritysten välinen avaruuskilpa ovat vaikuttaneet kuljetusten hintakehitykseen asiakkaiden kannalta edullisesti.

112. Niin monta rakettia laukaistiin matkaan avaruuskeskuksista vuonna 2018 eli laukaisujen kokonaismäärä ylitti sadan ensimmäistä kertaa yli 30 vuoteen. Jos avaruuskeskuksia olisi ollut enemmän, luku olisi voinut olla suurempi.

Nasan hinnaston mukaan rahdin kuljettaminen avaruuteen maksaa keskimäärin 17 500 euroa kilolta, mutta yksityisillä avaruusyhtiöillä hinta voi painua noin 4 300 euroon. Halpeneminen on lisännyt lähetyksiä, mikä taas on ruuhkauttanut laukaisualustat.

Maan pyöriminen hyödynnetään

Tärkein päätös, joka avaruuskeskuksen suunnittelijoiden pitää tehdä, koskee sen sijoituspaikkaa. Huomioon on otettava etenkin kaksi asiaa. Ensinnäkin avaruuskeskus tulee sijoittaa alueelle, jossa sen ympärille voidaan luoda riittävän iso suojavyöhyke. Toiseksi on valittava sopiva leveysaste, sillä mahdolliset määränpäät riippuvat siitä.

Pitkät avaruuslennot lähtevät päiväntasaajalta

Kun avaruuskeskukselle etsitään hyvää sijoituspaikkaa, otetaan huomioon esimerkiksi valtavien raketinosien kuljettamiseen liittyvät asiat ja maapallon pyörimisnopeus.

Euroopan avaruuskeskus sopii korkeille kiertoradoille

Euroopan avaruusjärjestön päälaukaisukeskus sijaitsee kaukana Euroopasta keskellä Etelä-Amerikan viidakkoa. Sijainti vain 500 kilometriä päiväntasaajan pohjoispuolella takaa raketeille maksimaalisen hyödyn Maan pyörimisnopeudesta 1 650 km/h. Esan avaruuskeskus sopii korkealla, kuten geostationaarisella radalla, kiertävien ja Maan pyörimistä tarkasti seuraavien satelliittien ja Maan painovoimakentän ulkopuolelle matkaavien luotainten lähettämiseen.

Uusi keskus lähettää navat ylittäviä satelliitteja

Maan navat ylittävää rataa kiertävät satelliitit käyvät vuorokauden aikana läpi koko maanpinnan, koska Maa pyörii niiden alapuolella. Tästä on hyötyä esimerkiksi sään havainnoinnille. Skotlantiin perustettavan laukaisukeskuksen sijainti on ihanteellinen naparadalle.

Kiinan jättiläisraketit uitetaan alustalle

Kiinalainen avaruuskeskus sijaitsee lähellä satamaa, joten raketinosat voidaan tuoda meritse. Uusi Pitkä marssi 9 -raketti sopii noin 100-metrisenä huonosti rautatie- ja maantiekuljetuksiin.

Maailman tunnetuin avaruuskeskus, yhdysvaltalainen Kennedy Space Center, on hyvä esimerkki valinnoista. Sieltä lähtivät Apollo-lennot, joissa käytettiin historian tehokkainta, yli 110 metriä pitkää Saturn V-kantorakettia.

Sen moottorivoima oli peräti 33 000 000 newtonia eli yli sata kertaa niin suuri kuin jumbojetin. Jo siinä vaiheessa, kun Saturn V oli vasta piirustuslaudalla, tiedettiin, että raketti vaati laukaisukeskuksen, jolle sen koko ja teho eivät olisi liikaa.

Euroopan suurin avaruuskeskus sijaitsee 6 000 kilometrin päässä Euroopasta Etelä-Amerikan viidakossa. Euroopan avaruusjärjestö ESA hallinnoi lähellä päiväntasaajaa sijaitsevaa keskusta, jota käytetään erityisesti raskaiden lastien laukaisuun.

© ESA

Siksi Nasa alkoi vuonna 1962 ostaa maata Yhdysvaltojen itärannikolla sijaitsevasta, Floridaan kuuluvasta Merrittin saaresta.

Sijoituspaikka valittiin muun muassa siitä syystä, että Florida on USA:n lähimmäs päiväntasaajaa tulevia osia. Päiväntasaajan läheisyydestä on etua kahdella tavalla. Ensinnäkin siellä maapallo pyörii suurimmalla nopeudellaan lännestä itään. Vaikka raketti nousee pystysuoraan maanpinnalta, nokka kääntyy vähitellen melkein vaakasuoraan raketin edetessä ilmakehässä. Jos raketti ei saavuta suurta nopeutta maanpintaan nähden, se ei pääse kiertoradalle ja alkaa pudota takaisin heti moottoreiden sammuttua.

Matalalle Maata kiertävälle radalle pääsy vaatii vaakalennossa noin 28 000 kilometrin tuntinopeuden. Kun raketti lähetetään päiväntasaajan tuntumasta, sen vaakanopeus on jo ennen moottoreiden käynnistämistä 1 650 kilometriä tunnissa maapallon pyörimisen ansiosta. Tämä säästää polttoainetta.

Maailman ensimmäinen kaupallinen avaruuskeskus Spaceport America perustettiin 2012. Virgin Galactic aikoo aloittaa avaruusturistilennot sieltä vuoden 2019 aikana.

© Virgin Galactic

Toinen päiväntasaajan läheltä lähettämisestä saatava hyöty on sijainti juuri usein tavoitellun geostationaarisen radan kohdalla. Rata on käytännöllinen esimerkiksi tietoliikennesatelliiteille, sillä tässä korkeudessa ne kiertävät Maata samaa vauhtia kuin Maa pyörii ja näyttävät siten pysyvän paikallaan.

Toinen hyödyllinen Maata kiertävä rata kulkee napojen kautta. Satelliitti ylittää päiväntasaajan kohtisuoraan ja pohjois- ja etelänavan monta kertaa vuorokaudessa, mutta koska maapallo pyörii, satelliitti käy läpi koko maanpinnan 24 tunnin kuluessa.

Esittely: Nasan rakettitehdas

Kaikki Nasan avaruusraketit on koottu suuressa kokoomishallissa (Vehicle Assembly Building – VAB). Nyt insinöörit viimeistelevät Nasan seuraavaa kuurakettia (Space Launch System – SLS).

3,6 miljoonan kuutiometrin rakettitehdas rakennettiin kolmessa vuodessa

VAB-hallin rakentaminen alkoi 1963 osana Nasan Apollo-ohjelmaa. Rakennus valmistui kolme vuotta myöhemmin, ja se on tilavuudeltaan yhä yksi maailman suurimmista rakennuksista. Hallin tilavuus on 3 664 883 kuutiometriä.

Ovien avaaminen kestää neljä vartiia

Valtava rakennus tehtiin Saturn V -raketin kokoamista varten. Jotta raketti saatiin ulos pystyasennossa, rakennuksessa on maailman suurimmat ovet: niiden korkeus on 139 metriä ja niiden avaamiseen ja sulkemiseen kuluu 45 minuuttia.

Tulevaisuuden kuuraketti muuttaa pian sisään

Nyt VAB valmistautuu ottamaan vastaan Nasan seuraavan kuuraketin SLS:n. Vaikka raketti on kaikkiaan 111 metriä korkea, se mahtuu hyvin rakennukseen, jonka katto on 160 metrin korkeudessa. Rakennukseen mahtuu kaikkiaa neljä valmiiksikoottua SLS-rakettia.

Naparataa hyödynnetään usein kaukokartoituksessa ja valvonnassa, ja satelliitit lähetetään sille yleensä kaukana päiväntasaajasta sijaitsevista avaruuskeskuksista.

Uudenlaisia keskuksia kaivataan

Maapallon ympärillä etäisyydet ovat niin suuria, että kiertoradoille mahtuu vielä miljoonia satelliitteja. Se on hyvä asia, sillä tulevina vuosina satelliittien laukaisumäärien ennustetaan kasvavan räjähdysmäisesti.

Kolossi kuljettaa 5 000 tonnin rakettiosia

Nasan jättiläismäinen Crawler Transporter, jonka huippunopeus on 1,6 km/h, on siirtänyt kaikkien aikojen suurimmat raketit kokoonpanohallista laukaisualustalle jännittävissä operaatioissa.

Oliver Larsen

Pieni ohjauspyörä kääntää jättiä

Ohjaamoissa on läpimitaltaan 15-senttinen punainen ratti, jolla kulkua säädellään. Lisäksi ohjaaja käyttää vasemmalla kädellään nopeuspainiketta. Hänen oikealla puolellaan ovat mittarit, joista näkyvät nousun ja laskun korkeus- ja kulmatiedot.

Oliver Larsen

Diesel pyörittää sähkömoottoreita

Kaksi järeää dieselmoottoria, joiden kokonaisteho on 5 500 hevosvoimaa, tuottaa virtaa kuljetinta kuljettaville sähkömoottoreille. Sähköisten ajomoottorien etuna on se, että ne pyörittävät pyöriä samalla voimalla riippumatta siitä, liikkuuko ajoneuvo vai ei.

Oliver Larsen

Jousitus pitää kuorman suorassa

Matkalla laukaisualustalle tie nousee 1,5 metriä. Kuljetin on varustettu 16 tunkilla, jotka koostuvat hydraulisesti säädettävistä sylintereistä. Ne pitävät kuljettimen lavan vaakatasossa siitäkin huolimatta, että kuorman kokonaispaino voi olla jopa 5 000 tonnia.

Oliver Larsen

Telaketjuilla on hyvä pito

Kuljettimen jokaisessa neljässä kulmassa on kaksi telaa, joissa puolestaan on 57 telakenkää. Nämä ovat leveitä, noin 950 kiloa painavia teräslevyjä. 456 kengästä koostuvat 433 tonnin telaketjut varmistavat, että kuljetin ei juutu eikä sudi.

Oliver Larsen

Merkittävin avaruusmatkojen rajoite on paino. Tekninen kehitys yhdistettynä siihen, että suorituskykyiset tietokoneet vaativat aina vain vähemmän tilaa, mahdollistaa kevyet kenkälaatikon kokoiset satelliitit, jotka selviävät useammista tehtävistä kuin muutamien vuosikymmenien takaiset satojen kilojen painoiset satelliitit.

Nanosatelliiteiksi kutsutut hyvin pienet satelliitit voidaan laukaista yli sadan kappaleen parvina. Sitä mukaa kuin avaruuteen kuljettamisen kilohinta laskee, yhä useampi yritys ja valtio pystyy ostamaan lähetyksiä.

Marraskuussa 2018 tutkimusyritys Euroconsult arvioi, että seuraavien kymmenen vuoden aikana lähetetään jopa 7 000 pikku satelliittia. Määrä on kuusinkertainen edelliseen vuosikymmeneen verrattuna. Sellaiset avaruuskeskukset kuin Kennedy Space Center on suunniteltu lähettämään harvakseltaan suuria kuormia, joten laukaisualustalle on vaikea saada vipinää.

Lähetysmäärien jatkuva kasvu luokin markkinoita niille avaruuskeskuksille, jotka voivat hoitaa usein pieniä laukaisuja. Malliesimerkki löytyy Uudesta-Seelannista, jossa Rocket Lab -niminen yhtiö tarjoaa palveluja omalla Electron-raketillaan. Tällä vain 17 metriä pitkällä ja 12,5 tonnia painavalla raketilla yritys uskoo voivansa kuljettaa rahtia avaruuteen kolmen vuorokauden välein.

Yksityinen Rocket Lab -yritys laukaisi 11. marraskuuta 2018 ensimmäisen kaupallisen raketin Uudessa-Seelannissa Mahian niemimaalla sijaitsevasta avaruuskeskuksestaan.

© Rocket Lab

Laukaisualustoja hiotaan

Tulevaisuuden pienempien laukaisualustojen rakentamisessa käytetään hyväksi nykyaikaista 3D-suunnittelua ja materiaalitestausta. Tietokoneohjelmien avulla voidaan esimerkiksi määrittää, kuinka kauas raketista liekit lyövät sen noustessa, käytettävän polttoaineen ja raketin painon mukaan.

Tämä mahdollistaa laukaisualustan sopeuttamisen kulloistakin lähetystä vastaavaksi. Lähestymistapaa on jo sovellettu Kennedyn avaruusaseman uuteen 39C-laukaisualustaan. Se kuuluu samaan rakennuskokonaisuuteen kuin historiallinen Apollo- ja avaruussukkula-alusta 39A.

Laukaisualustan ainoa pysyvä rakenne on betonilaituri, jonka päälle pystytetään jokaista eri lähetyskertaa varten tarvittavat moduulit siirrettävästä rakennussarjasta. Keskeinen moduuli on pystyteline, johon raketti kiinnitetään.

1,14 miljoonaa litraa vettä virtaa laukaisurampin 16 hanasta, kun raketti Kennedyn avaruuskeskuksen suurimmalla rampilla käynnistää moottorinsa. Vesi jäähdyttää laukaisuramppia, mutta se vaimentaa myös moottorien aiheuttamaan sokkiaaltoa, joka voi tuhota raketin ja olla vaarallinen ihmisille.

© NASA

Telineen alapuolelle voidaan sijoittaa liekkikammiot. Ne ovat nelikulmaisia laatikoita, joissa vinot virtauksen ohjauslevyt kääntävät liekkejä 85 astetta sivulle, toisin sanoen suorassa kulmassa pois alustalta. Tämä on tehokkain tapa suojella betonilaituria.

Sekä teline että liekkikammiot sijaitsevat teräsmatolla, joka levityksen jälkeen kiinnitetään betonilaituriin. Matto imee itseensä raketin tuottamaa lämpöä ja hillitsee näin liekkien tuhoisaa korvennusta.

Jättiläisraketit tekevät tuloaan

Siitä huolimatta, että satelliitit ja raketit pienenevät ja avaruuskeskukset tarjoavat suurempaa joustavuutta, alalla tapahtuu myös päinvastaista kehitystä. Kehitteillä on nimittäin uusi jättiläisrakettien sukupolvi.

Nasa on viimeistelemässä uutta Space Launch System -jättiläisrakettia, jonka nostokapasiteetti on 130 tonnia. Lisäksi Kiinan avaruusjärjestö kehittää nostokapasiteetiltaan 140-tonnista Pitkä marssi 9 -rakettia. SpaceX-yhtiö puolestaan panostaa Starship-alukseen, joka voi nostaa valtavan kantoraketin avulla vähintään 100 tonnia ja joka on kokonaan uudelleen käytettävä. Vertailun vuoksi mainittakoon, että tehokkain nykyään käytössä oleva raketti, Falcon Heavy, nostaa vajaat 64 tonnia.

Vesi ja voimakkaat käsivarret suojelevat rakettia siltä itseltään

1 / 4

undefined

Avaruusraketin voimat ovat niin suuret, että se hajoaisi kappaleiksi, ellei laukaisualusta antaisi sille suojaa. Syvä kammio liekeille ja yli miljoona litraa vettä varmistavat, että raketti saa hyvän lähdön.

© NASA

Rajut voimat asettavat avaruusasemille kovia vaatimuksia. Nasan vanha sukkula-alusta 39A on tätä nykyä ainoa, joka kestää Falcon Heavyn raivon. Toisin kuin 39C:n mobiilia laituria 39A:n kiinteää rakennetta ympäröivät tehokkaat vesitykit, jotka ruiskuttavat yli miljoona litraa vettä juuri raketin alle moottorien käynnistyessä.

Veden ensisijaisena tehtävänä ei ole – niin kuin helposti luulisi – jäähdyttäminen, vaan vedellä vaimennetaan jylisevien moottoreiden aiheuttamaa äänenpainetta, iskuaaltoa.

Vedessä olevat ilmakuplat imevät itseensä ääniaaltoja, puristuvat kokoon ja kuumenevat, jolloin iskuaalto vaimenee huomattavasti. Äänenpainetaso laskee silloin noin 200 desibelistä 150:een.

Kennedyn avaruuskeskuksen suurimman rampin, 39A:n, 13 metriä syvä ja 137 metriä pitkä liekkihauta. Keskellä, aivan raketin alla, on ohjauslevy, joka taittaa liekkejä kumpaankin suuntaan.

© NASA

Näin voimakkaat paineaallot ovat paitsi hengenvaarallisia ihmisille myös haitallisia raketille: heijastuessaan takaisin laukaisualustasta ne voivat vahingoittaa raketin osia. 150 desibeliä vastaa suihkukoneen melua 25 metrin päästä kuultuna. Se voi aiheuttaa välittömästi tärykalvon repeytymisen ja kuulovaurion.

Avaruusmatka alkaa vaakatasossa

Kolmas avaruuskeskusten kehityssuunta on kiitotie, jolta noustaan ja jolle laskeudutaan kuin lentokentillä. Ratkaisua testaa jo muun muassa yhdysvaltalainen Spaceport America. Kehitystyötä seuraavat tiiviisti etenkin ne yritykset, jotka voivat ehkä hyödyntää ideaa käyttäessään turisteja avaruuden rajalla 100 kilometrin päässä maanpinnasta.

Kesällä 2018 Virgin Galactic -yhtiön SpaceShipTwo, joka koostuu lentokoneesta ja rakettikäyttöisestä avaruusaluksesta, oli koekäytössä. Lentokone nousee normaaliin tapaan noin 15 kilometrin korkeuteen, jossa avaruusalus irtoaa siitä ja käynnistää rakettimoottorinsa.

SpaceShipTwon siipiä voidaan kääntää niin, että ne ovat 90 asteen kulmassa alukseen nähden, kun kone alkaa laskeutua ilmakehään. Niiden avulla jarrutus sujuu vakaammin. Kun siivet sitten oikaistaan, kone voi leijua takaisin kiitoradalle.

© Virgin Galactic

Moottori nostaa alle kahdeksassa sekunnissa vauhdin yli 1 000 kilometriin tunnissa ja jatkaa kiihdytystä vielä 62 sekuntia. Kun huippunopeus 4 200 km/h on saavutettu, moottori sammuu ja alus liitää 100 kilometrin korkeudessa sijaitsevan niin sanotun Kármánin rajan toiselle puolelle.

Lentokone ja avaruusalus palaavat omia aikojaan avaruuskeskukseen, ja kumpikin laskeutuu kuin lentokone. SpaceShipTwo on kahdeksanpaikkainen: siihen mahtuu kahden lentäjän lisäksi kuusi matkustajaa. Ensimmäiset maksavat asiakkaat on tarkoitus viedä avaruuslennolle jo vuonna 2019.

Avaruuskeskusverkko häämöttää

Nasan tulevaisuudensuunnitelmiin sisältyy Kennedyn avaruusaseman varustaminen kiitoteillä – muttei aivan tavallisilla. Visioon kuuluvat avaruusalukset, jotka lähtevät lentoon sähköradalta. Kiskot antavat alukselle riittävän lähtönopeuden, ja nousun jälkeen eteenpäin menosta vastaavat scramjetit eli yliäänipatoputkimoottorit.

Alukset singotaan avaruuteen

Slingatron-laukaisujärjestelmässä satelliittien ja huoltoalusten siirtämiseen kiertoradalle käytetään niin sanottua keskihakuvoimaa.

Slingatron koostuu putkesta, joka muodostaa kierukan. Koko kierukka pannaan kiertoliikkeeseen, jonka pyörimisnopeus on jopa 60 kierrosta minuutissa.

Avaruuskapseli lähetetään putkeen, jossa se keskipako-voiman mukaisesti pyrkii kauemmaksi liikkeen keskipisteestä. Vauhti kovenee aina 25 000 kilometriin tunnissa.

Kapseli tulee loppusuoralle, joka suuntautuu ylöspäin, ja syöksyy putken suusta kohti avaruutta. Kapselin kuumentumista hillitään sen aerodynaamisella muotoilulla.

Tavallinen suihkumoottori toimii imemällä ilmaa edestä, puristamalla sitä kokoon turbiinien avulla ennen polttoaine- ja ilmaseoksen sytytystä ja suihkuttamalla kaasut takaa ulos. Scramjetissa pelkkä kova vauhti saa ilman puristumaan kokoon sen sisällä. Se mahdollistaa kymmenkertaisen äänen nopeuden, joka riittää maapallolta avaruuteen pääsemiseen.

Vaakasuorassa nousemisen ja laskeutumisen etuihin kuuluu se, että kentille on melko helppo löytää hyviä sijoituspaikkoja eri puolilta maapalloa. Kiitoteitä voidaan rakentaa myös lentoasemien yhteyteen.

Alan asiantuntijoiden mukaan avaruusasemien ja asutuskeskusten välille saattaa syntyä tulevaisuudessa samantapainen yhteys kuin nykyään kaupungeilla ja lentoasemilla on. Kehitteillä olevat erittäin nopeat alukset, joilla voidaan käydä avaruudessa, ovat mahdollinen vaihtoehto mannertenvälisen lentoliikenteen kalustoksi. Ne säästäisivät aikaa muun muassa siksi, että yläilmakehässä on väljää ja ilmanvastus on pieni.

Space Hub Sutherland vie Euroopan askeleen lähemmäksi aikaa, jolloin kansainvälinen asemaverkko tarjoaa matkoja paitsi eri puolille maapalloa myös avaruuteen.

Lue myös:

Avaruuslennot

Voiko avaruudessa itkeä?

1 minuuttia
Avaruuslennot

Apollo 13: Avaruusalus hädässä

15 minuuttia
Havterner
Linnut

Miksi linnut muuttavat?

0 minuuttia
Suosituimmat

Kirjaudu sisään

Virhe: Tarkista sähköpostiosoite
Salasana vaaditaan
NäytäPiilota

Oletko jo tilaaja? Oletko jo lehden tilaaja? Napsauta tästä

Uusi käyttäjä? Näin saat käyttöoikeuden!