Natsiase mullisti rakettitieteen

Varhaisimpien rakettien kantama oli lähes olematon, aerodynamiikka oli kehno, eikä tarkkuudestakaan juuri voinut puhua. Saksalaiset halusivat asiaan muutoksen. 1930- ja 1940-luvulla he ratkaisivat useita teknisiä ongelmia, ja lopulta heillä oli uraauurtava, ääntä nopeampi raketti V2, joka lensi yli 300 kilometriä – ja osui tarkasti kohteeseensa.

Claus Lunau

Ongelma 1: Moottori

Moottoreissa ei ollut voimaa

Vielä ei ollut keksitty moottoria, jonka voima riittäisi lähes 13-tonnisen raketin laukaisuun, joten natsien piti kehittää oma.

Vihollisen kaupungit olivat satojen kilometrien päässä, eikä vaatimattomien rakettimoottorien voima riittänyt nostamaan suurta rakettia ja kuljettamaan lähes tuhatta kiloa räjähteitä niin kauas.

Natsien onneksi fyysikko Robert H. Goddard oli jo vuonna 1926 keksinyt raketin, joka käytti nestemäistä polttoainetta tavallisen kiinteän sijasta. Se takasi korkeamman ja vakaamman hyötysuhteen, mutta toisaalta sen käyttö edellytti monimutkaista moottoria – etenkin niin raskaassa raketissa kuin V2.

Ongelmia syntyi mm. siitä, että etanolista ja nestehapesta koostuva ajoaineseos poltti polttokammion väliseinät rikki tai moottorin paine ei luonut riittävästi nostovoimaa.

Monien kokeilujen pohjalta kehitettiin voimakas, tynnyrinmuotoinen polttokammio, jossa oli jäähdyttävät, alkoholilla täytetyt kaksoisseinät.

Lisätehoa saatiin vielä kahdella turbopumpulla, jotka ruiskuttivat polttoainetta ja happea polttokammioon peräti 125 litraa sekunnissa.

Kaiken kaikkiaan V2:een saatiin 25 tonnin työntövoima, mikä oli 17 kertaa niin paljon kuin missään muussa sen ajan raketissa.

RATKAISUT:

Uudet ideat antoivat V2-ohjukselle runsaasti nostovoimaa:

  • Uusi polttoainetyyppi
  • Turbopumput
  • Erilainen moottorin muoto
  • Suurempi työntövoima
Claus Lunau

1. Ajoaine lisäsi työntövoimaa

Nestehappi ja etanoli eri säiliöissä lisäsivät tehoa, koska seos tuotti enemmän työntövoimaa polttoainekiloa kohti kuin kiinteä polttoaine.

Claus Lunau

2. Pumput apuna moottorissa

Kaksi höyrykäyttöistä turbopumppua lisäsi painetta polttoaineensyötössä, joten polttokammioon työntyi enemmän happea ja etanolia. Se kymmenkertaisti moottorin työntövoiman.

Claus Lunau

3. Uusi muoto suitsi palamista

Polttokammio sai uuden, pyöreän tynnyrimäisen muodon, jonka ansiosta happi ja etanoli sekoittuivat tehokkaammin ja väliseinät kestivät 2 600-asteisia kaasuja.

Claus Lunau

4. Korjattu suutin vähensi kitkaa

Pakokaasusuuttimen kallistusta muutettiin 10:stä 30 asteeseen. Näin vähennettiin teräksen ja pakokaasujen välistä kitkaa, ja se taas lisäsi raketin nopeutta.

Claus Lunau

Ongelma 2: Aerodynamiikka

Huima vauhti repi rungon rikki

V2-raketti lensi ensimmäisenä ääntä nopeammin, mutta siinä vauhdissa pienikin heilahdus saattoi aiheuttaa katastrofaalisia vaurioita.

Ennen V2:ta ei mikään iso esine ollut ylittänyt äänen nopeutta (noin 1 200 km/h). Saksalaisraketti pyyhälsi ilmassa 4,5-kertaisella äänen nopeudella, mikä asetti suuria haasteita sen aerodynaamiselle vakaudelle.

Ongelmana oli etenkin laskeutuminen kohteeseen. Kun V2-raketti 5 700 kilometrin tuntivauhdilla kulki ilmakehän alimpien kerrosten läpi, ilman tiheys kasvoi ja lisääntynyt ilmanvastus repi rakettia. Tämä sai sen helposti murtumaan osiin tai räjähtämään ilmassa.

LUE KOKO TARINA – Tutustu natsi-Saksan rakettiohjelman kehittäneisiin miehiin:

Saksalaiset pyrkivät kaikin voimin kehittämään virtaviivaista ja vahvaa rakennetta. Neljä rakettisiipeä taivutettiin uuteen, taaksepäin viistoutuvaan muotoon, joka muistutti nuolen sulkia, koska ensimmäiset tuulitunnelikokeet olivat osoittaneet tällaisen muodon vähentävän turbulenssia ja ilmanvastusta supersoonisissa nopeuksissa.

Myös raketin pinnoite suunniteltiin uusilla menetelmillä. Lämpöanturien kera tehdyt tuulitunnelikokeet olivat paljastaneet, että raketin pinta kuumeni 805 asteeseen ääntä nopeammassa vauhdissa kitkan kasvaessa. Koetulosten pohjalta V2 osattiin päällystää terästyypillä, joka parhaiten ehkäisi murtumia lennon aikana.

RATKAISUT:

Saksalaiset vakauttivat V2-ohjusta muun muassa seuraavien seikkojen avulla:

  • Ohjaussiivet
  • Vähäinen paino
  • Peltivahvistukset
  • Uusi ammusmainen muoto
Claus Lunau

1. Rakettisiivet estivät kuperkeikat

Ohjaussiivet siirsivät raketin painopisteen takaisin kohti perää ja estivät siten nokkaa kallistumasta alas kovassa vauhdissa.

Claus Lunau

2. Puurakenne jakoi ohjaamon

Raketin ”aivot” muodosti 1,4 metriä pitkä ohjauskammio, joka oli ohuilla ristivanerilevyillä jaettu neljään osaan. Puinen rakenne piti raketin painon alhaisena, ja se erotti toisistaan mm. ohjausinstrumentit, akut ja radiolaitteiston.

Claus Lunau

3. Pelti piti nokan kasassa

Raketin etuosan vahvistuksena oli ohut rautapeltivyö, niin sanotut tinahousut. Vahvistuksen tehtävänä oli estää se, että raketti hajoaisi ilmassa moneen osaan rungon kuumenemisen vuoksi.

Claus Lunau

4. Ammusmainen muoto takasi vakaan lennon

Raketti oli muodoltaan kuin Saksan jalkaväen kiväärien S-luoti. Natsien asiantuntijat olivat havainneet, että juuri tämä ammus lensi vakaasti pyörimättä ympäriinsä – jopa yliääninopeuksilla.

Claus Lunau

Ongelma 3: Tarkkuus

Raketit lensivät tuulten mukaan

Varhaiset raketit lensivät satunnaisiin suuntiin. Osuakseen viholliseen täsmällisesti natsien oli kehitettävä aivan uusi ohjausjärjestelmä.

Rakettien ohjaaminen 1930- ja 1940-luvulla tarkoitti käytännössä sitä, että raketti asetettiin oikeaan suuntaan ja toivottiin parasta. Tämä ei tietenkään riittänyt, kun natsit halusivat ohjustensa osuvan satojen kilometrien päässä sijaitseviin kaupunkeihin, kuten Lontooseen ja Pariisiin.

Ratkaisuksi kehitettiin automaattinen ohjausjärjestelmä, jossa kaksi gyroskooppia piti raketin oikeassa kurssissa samalla kun kiihdytysanturi valvoi nopeutta niin, että raketti sammutti moottorin tarkalleen oikeana hetkenä osuakseen ennalta määritettyyn kohteeseen.

Järjestelmä oli siihenastisista tarkin, ja sen ansiosta V2-ohjus saattoi osua viiden kilometrin säteelle maalista lennettyään 200 kilometriä – jos kaikki sujui hyvin. Väärät säädöt ja rakennevirheet vähensivät kuitenkin luotettavuutta, ja noin 1 200:sta Lontooseen ammutusta ohjuksesta vain 517 osui kohteeseensa.

RATKAISUT:

Insinöörit kehittivät ainutlaatuisen tarkan ohjausjärjestelmän, jonka osia olivat:

  • Peräevät
  • Suuttimen evät
  • Gyroskoopit
Claus Lunau

1. Peräevät takasivat lentävän lähdön

Kunkin neljän siiven perässä oli evä, jonka tehtävänä oli ehkäistä raketin pyörimistä ja pystysuoria heilahduksia – etenkin nousussa. Siipien evät toimivat yhdessä pakoputken evien kanssa.

Claus Lunau

2. Suuttimen eviä tarvittiin korkealla

Pakoputken päässä oli neljä grafiitista tehtyä evää, jotka ohjasivat rakettia pakokaasujen avulla. Se oli kätevää korkealla, missä paine laski eikä siipien evistä ollut paljon hyötyä.

Claus Lunau

3. Ohjauslaite piti kurssin

Kaksi gyroskooppia tarkkaili kallistuskulman ja kurssin poikkeamia ja välitti tiedot kahteen sähkömoottoriin, jotka siirsivät kurssin muutokset kahdeksaan ohjaussiipeen.

Claus Lunau

Lue myös:

Raketopsendelse
Raketit

Raketti polttaa omia sisuskalujaan

5 minuuttia
Ruoka-aineet

Milloin kahvi virkistää eniten?

0 minuuttia
Raketti
Raketit

Kysy meiltä: Miten raketti voi liikkua avaruuden tyhjiössä?

2 minuuttia
Suosituimmat

Kirjaudu sisään

Virhe: Tarkista sähköpostiosoite
Salasana vaaditaan
NäytäPiilota

Oletko jo tilaaja? Oletko jo lehden tilaaja? Napsauta tästä

Uusi käyttäjä? Näin saat käyttöoikeuden!