RADIOGALAKSI
Jari M{kinen: Avaruuslentokoneet
Hyv{{ p{iv{{, hyv{t kuulijat. T{n{{n t{ss{ Radiogalaksi-
ohjelmassa me teemme jotain todella erikoista, sill{
tarkoituksemme on l{hett{{ satelliitti avaruuteen. Olen varannut
tarkoitusta varten eteeni kaikki k{teisvarani 127 markkaa ja 35
penni{. Hmm. Rahan v{hyys on toki pieni ongelma, sill{
periaatteessa se riitt{{ ainoastaan 3.1 grammaa painavaan
satelliittiin, koska yhden kilogramman l{hett{minen matalalle
kiertoradalle maksaa keskim{{rin v{h{n yli 40000 markkaa. Ja
ep{ilen pahasti, ett{ kolme grammaa painavaan satelliittiin ei
saa mahtumaan tarvittavia laitteita, eiv{tk{
satelliittilaukaisijat muuta kuin nauraisivat meille. Siis on
tyydytt{v{ tutkimaan asiaa teoreettiselta kannalta, mik{ on
huomattavasti edullisempaa.
Aivan kuten t{ss{ meid{nkin tapauksessa, on hinta suurin este
avaruuden laajemmalle hyv{ksik{yt|lle; viel{ nykyisin satelliitit
ja erikoisesti miehitetyt avaruuslennot ovat vain rikkaiden
maiden huvia tai ainakin rikkaiden maiden avulla suoritettavissa.
Nykyisenlaisilla kertak{ytt|isill{ kantoraketeilla ei
kustannuksia valitettavasti voida en{{ paljoa pudottaa, vaan se
vaatii aivan uutta tekniikkaa, kuten esimerkiksi
monikertak{ytt|isi{ avaruuslentokoneita. Avaruussukkula on yksi
askel kohti monikertak{ytt|isyytt{, mutta nykyiset
sukkulasysteemit - niin Yhdysvalloissa kuin Neuvostoliitossakin -
ovat viel{ liian monimutkaisia ja kalliita laajempaa k{ytt|{
varten. Ne siis eiv{t ole ratkaisu, joskin suunta on oikea. Vasta
sitten, kun avaruusalus voi nousta vaakasuoraan, kivuta ilmakeh{n
yl{osiin lentokoneen tapaan, sinkoutua kiertoradalle raketin
lailla, laskeutua maahan lentokonemaisesti ja l{hte{ lentoon vain
lyhyen huollon ja tankkauksen j{lkeen, niin vasta silloin saadaan
hintaa pudotettua tuntuvasti. On laskettu, ett{ suunnitteilla
olevilla avaruuslentokoneilla kustannukset romahtavat v{hint{{n
viidesosaan nykyisest{, tai jopa sen alle.
Viel{ pari vuotta sitten oletettiin, ett{ avaruuslentokoneiden
kehitt{misess{ olisivat tekniset ongelmat kaikkein suurimpia,
mutta nykyisin muodostavat rahoitus ja poliittinen punakyn{ily
suurimman ongelman. Tekniikalla tuntuu olevan taipumus menn{ koko
ajan eteenp{in, mutta poliitikot ja yhti|t soutavat ja huopaavat
koko ajan m{{r{rahojensa kanssa. Kaikesta huolimatta projektit
etenev{t kiitett{v{sti, ja t{ll{ haavaa avaruuslentokoneiden
kehitt{misen k{rkimaita ovat Yhdysvallat ja yll{tt{en Saksa,
mutta my|s muilla mailla on eriasteisia suunnitelmia: britit,
ranskalaiset, japanilaiset, neuvostoliittolaiset ja jopa
intialaiset ovat innostuneet asiasta.
Saksalaisten voimakas panostus avaruuslentokoneeseen on jossain
m{{rin ymm{rrett{v{{ historian valossa, sill{ ensimm{iset
avaruuslentokonesuunnitelmat pulpahtivat esiin toisen
maailmansodan tiimellyksess{ V2-raketista kuuluisan Wernher von
Braunin johtaman ty|ryhm{n keskusteluissa. Ryhm{ ei kuulemma
ollut niink{{n kiinnostunut pommien teosta, vaan pohdiskelivat
avaruusmatkailua laajemminkin, jolloin ajatus avaruuteen asti
lent{v{st{ lentokoneesta syntyi. Idea j{i kuitenkinkin puhtaaksi
ajatukseksi, kunnes niin ik{{n saksalainen Eugen S{nger keksi
puuttua siihen 60-luvulla. H{n kehitti kovasti avaruuslentokoneen
ideaa eteenp{in, mutta ei viel{ p{{ssyt toteutusasteelle, koska
tarvittavaa tekniikkaa ei ollut saatavilla, hyv{ kun oli edes
kuviteltavissa: ongelmat aerodynamiikassa, ty|nt|voimassa,
ohjaamisessa, rakennusmateriaaleissa ja l{hes kaikessa muussa
olivat ylitsep{{sem{tt|mi{, ja ne ovat vasta nyt ratkeamassa.
Periaatteessa kehitys kohti avaruuslentokonetta voi k{yd{ kolmea
erilaista polkua pitkin. Ensinn{kin avaruuslentokoneen juuret
ovat pitk{lti lentokoneiden puolella, sill{ nyt kun 80-luvun
lopussa avaruuslentokoneet tulivat uudelleen muotiin, oli
ajatuksena rakentaa moninkertaisella {{nennopeudella lent{v{
matkustajakone; amrikkalaiset kutsuivatkin konettaan aluksi
nimell{ Orient Express, eli Id{n Pikajuna, sill{ kone olisi kuin
taivaan lahja Tyynenmeren poikki lennett{ess{. Esimerkiksi
reitill{ New York - Tokio olisi lentoaika normaalin 16 tunnin
sijaan vain vajaat kaksi tuntia, eli samaa luokkaa kuin
nykykoneilla lentoaika Suomesta Keski-Eurooppaan. Matkallaan
tuollainen Uusi Orient Express lent{isi l{hes sukkulan nopeudella
kaukana stratosf{{rin yl{puolella 30-40 kilometrin korkeudessa,
joten siit{ harppaus avaruuteen ei en{{ ole suuri. Niinp{ sama
kone voisi toimia my|s avaruusaluksena, mik{li siihen
ymp{tt{isiin sukkulamaisia ominaisuuksia - joka tapauksessa
koneen tulisi olla melkein kuin avaruusalus, koska noin 30
kilometrin korkeudella ei ilmaa en{{ paljoa ole ja nopeuden
vuoksi koneen pinnan l{mp|tila nousee paikoittain p{{lle 500
asteen, jolloin jo tarvitaan erikoista l{mp|suojausta. Paras
t{m{n ajattelutavan edustaja on juuri amerikkalaisten Orient
Express, joka tunnetaan paremmin nimell{ NASP, National AeroSpace
Plane, eli Kansallinen Avaruuslentokone.
N{in siis lentokoneesta tuli avaruusalus, mutta tie kohti
avaruuslentokonetta voi olla my|s p{invastainen: insin||rit ovat
nimitt{in sadatelleet kautta avaruusaikojen sit{, ett{
rakettimoottorien happi pit{{ rahdata alusta alkaen raketin
mukana, vaikka ilmakeh{ss{ on paljonkin happea. Ja miksi raketti
ei voisi nousta ilmaan k{tev{sti kiitorataa pitkin ja miksi
kantoraketit ovat kertak{ytt|isi{. Niinp{ kehitettiin
rakettimoottori, joka ilmakeh{ss{ lennett{ess{ voi k{ytt{{ ilman
happea ja vasta ilmakeh{n huvetessa se voisi siirty{ k{ytt{m{{n
omaa happeansa. Ja nyt kun laite ei tarvitse suurta happis{ili|t{
voi lent{{ vapaammin ilmakeh{ss{, ei en{{ ole suuri juttu tehd{
siit{ vaaksuoraan nouseva ja laskeutuva. Ja sitten
monikertak{ytt|isyysh{n on jo vanhaa asiaa avaruussukkuloiden
my|t{. Paras esimerkki t{m{nlaisesta kapineesta on brittien
HOTOL, jonka nimi kertookin jo asian yhtimen, sill{ se on lyhenne
sanoista Horizontal Take-Off and Landing, Vaakatasoinen nousu ja
laskeutuminen. Valitettavasti vain Isonbritannian hallitus on
julistanut HOTOLin mullistavan ilmaahengitt{v{n moottorin
salaiseksi ja j{tt{nyt sen kehitt{misen rahoituksetta, joten
HOTOL on ainakin toistaiseksi j{iss{. Hemmetin
poliitikkoidiootit!
Sitten on viel{ tuo kolmas tapa l{hesty{ avaruuslentokoneen
ongelmaa, nimitt{in suunnitella erikseen kaksi laitetta: yksi
lent{m{{n ilmakeh{ss{ ja toinen avaruutta varten. Avaruuslaite
on aivan kuten avaruussukkula, joka nousisi ilmaan lentokoneen
p{{ll{, ja kunhan konekaksikko on tarpeeksi korkealla, starttaa
sukkula rakettimoottoreineen kiertoradalle. Paluu maahan
tapahtuisi sitten nykyisten sukkuloiden tapaan ilman moottoreita,
ja lentokone puolestaan lent{{ omin moottoreineen takaisin
kent{lle heti laukaisun j{lkeen. T{llaista koulukuntaa edustaa
parhaimmillaan saksalaisten suunnitelma, joka jo mainitun Eugen
S{ngerin mukaan on saanut nimen S{nger. Tutustutaampa siihen
hieman tarkemmin. Systeemi siis koostuu kahdesta osasta, ensinn{
suuresta yli{{nikoneesta ja toiseksi sen p{{ll{ ilmaannousevasta
HORUS-nimisest{ sukkulasta. Kooltaan lentokone olisi jotain
jumbojetin luokkaa, ja sukkula taas sijoittuu kokovertailussa
amerikkalaisen avaruussukkulan ja eurooppalaisen Hermes-sukkulan
v{liin; pituutta yli{{nikoneella on siis noin 85 metri{ ja
sukkulallakin l{hes 30. S{nger-projektin p{{llikk| Helmut Hauck
kertoo t{ss{ tarkemmin siit{, kuinka S{ngerin lento tapahtuu:
(after normal take-off, after reaching Mach 1, at 10 km
altitude, cruise speed M4.4 at 26 km altitude - far above
ozone layrer that is very imp for env aspects. there must
be turn to east, than acceleraation to M6.8 which must be
reached at 31 km alt. then to fly parabola so that speed
M6.6 at 35km altitude.)
S{nger nousee ilmaan normaalin lentokoneen tapaan, ja
saavuttaa sen j{lkeen noin 10 kilometrin korkeudessa
nopeuden Mach 1, eli {{nen nopeuden. T{m{n j{lkeen kone
kiihdytt{{ matkalentonopeuteen Mach 4.4 26 kilometrin
korkeudessa ja lent{{ Euroopasta l{hemm{s p{iv{ntasaajaa.
26 kilometrin lentokorkeus on reilysti otsonikerroksen
yl{puolella, mik{ on hyvin t{rke{{ ymp{rist|kysymysten
kannalta. Matkalennon j{lkeen kone k{{ntyy kohti it{{ ja
kiihdytt{{ nopeuteen Mach 6.8. Se saavutetaan 31
kilometrinkorkeudessa, jonka j{lkeen kone jatkaa paraabelin
muotoista rataa siten, ett{ sen nopeus 35 kilometrin
korkeudessa on Mach 6.6. Silloin HORUS irroitetaan, S{nger
k{{ntyy nopeasti alas ja et{{ntyy Horuksesta, joka sytytt{{
rakettimoottorinsa kuuden sekunnin kuluttua. Sen j{lkeen
Horus nousee sukkulan tapaan kiertoradalle ja S{nger palaa
l{ht|paikalle.
Tuo kaikki kuulostaa hyvin helpolta, mutta pinnan alla on paljon
ongelmia: kaikkein suurin vaikeus koskee moottoreita. Nykyiset
suihkumoottorit ovat k{ytt|kelpoisia parhaimmillaan Mach 3:n
tienoille, mutta taloudellisia vain noin kahden Machin nopeuteen.
Sen j{lkeen voitaisiin k{ytt{{ ns. patoputkea, eli periaatteessa
suihkumoottoria, jossa ei ole muuta kuin polttokammio, mutta se
ei ole taloudellinen. Ja kun halutaan viel{kin nopeammin,
sanotaan yli kymmenen Machin, on rakettimoottori ainoa j{rkev{
keino. T{ysiverisess{ yksivaiheisessa avaruuslentokoneessa
pit{isi siis pahimmassa tapauksessa olla kolmet eri moottorit eri
nopeuksia varten. Siksi insin||rit kaikessa viisaudessaan ovat
pyrkineet yhdist{m{{n moottorit samaan moottoriin, ja tuloksena
on joka ramjet tai scramjet. Periaatteessa moottorissa on mukana
kaikki kolme moottoria, mutta ne on saatu sovitettua samaan
pakettiin siten, ett{ ilman virtausta ohjaamalla tai nestem{ist{
happea k{ytt{m{ll{ saadaan moottorin toiminta-aluetta
laajennettua. Polttoaineena moottorissa on sek{ kerosiini ett{
nestevety, tai sitten vain nestevety. S{ngerin kohdalla
moottoriongelmaa on pienennetty tekem{ll{ systeemist{
kaksivaiheinen, jolloin vaiheiden teht{v{t on selv{sti eriytetty,
kuten Helmut Hauck kertoi. Saksalaiset ovat jo koek{ytt{neet omaa
ns. turboramjet-moottoriaan satakunta kertaa, ja he aikovat
rakentaa viel{ koekoneen. Tuo HYTEX-niminen kone voisi lent{{ jo
parin vuoden kuluttua.
Toinen suuri ongelma on se, ett{ aerodynamiikkaa ylisoonisilla
nopeuksilla ei tunneta tarpeeksi; eli ilman k{ytt{ytyminen tuolla
kuuden MAchin paikkeilla ei ole t{ysin selv{{. T{m{ on erikoisen
ongelmallista NASPin kohdalla, koska koneen aerodynaamiset
ominaisuudet pit{{ muokata kompromissiksi matalan
laskeutumisnopeuden ja yli Mach 25:n v{lill{. Siksi siiven ja
rungon muoto t{ytyy m{{r{t{ pitk{lti tietokonesimulaatioiden ja
tuulitunnelikokeiden perusteella, eik{ varmuutta asiasta saa kuin
koekoneen avulla. S{ngerin kohdalla erikoisongelman muodostaa
systeemin koostuminen kahdesta osasta, eik{ koneiden
irroitusoperaatio p{{lle Mach 6:n nopeudessa ole niit{ maailman
helpoimpia asioita. Ja kummassakin tapauksessa, oli
avaruuslentokone siis yksi- tai kaksivaiheinen, on koneissa
k{ytett{v{ l{mp|suojausta - jo jotakinkin perinteisesti
rakennettu kahden Machin nopeudella lent{v{ Concorde pitenee yli
kaksi sentti{ l{mpolaajenemisen vuoksi lentonsa aikana.
Avaruuslentokoneissa tullaankin todenn{k|isesti k{ytt{m{{n
j{{hdytetty{ pintaa ja sukkulasta tuttuja hiili- ja piitiili{.
Niin, muistittekokaan en{{, ett{ puhumme avaruustekniikasta.
Siit{, kuinka avaruuslennoista tehd{{n halvempia. Yll{tt{v{{
kyll{, tulevaisuuden avaruuslentojen kannalta suurin ongelma ei
ole itse avaruus vaan ilmakeh{ - avaruudessahan ei ole
periaatteessa mit{{n ongelmaa, koska mekaniikan peruslait
huolehtivat kaikessa yksinkertaisuudessaan alusten liikkeist{,
ja ilmatiiviin kapselin teko ei ole homma eik{ mik{{n. Ja vaikka
saattaa tuntua silt{, ett{ johan avaruuslentokoneista tuli
varmasti kaikki oleellinen k{sitelty{, niin n{in ei ole, vaan
palaamme varmasti asiaan pian uudelleen t{ss{ Radiogalaksi-
ohjelmassa. Ensi viikolla Markku Poutanen puhuu taas t{h{n aikaan
t{htitieteest{, eik{ l|pise tyhji{ aerodynamiikan ongelmista,
kuten itse olen nyt tehnyt. Aivan loppuun muistutettakoon viel{
siit{, ett{ te hyv{t kuulijat voitte l{hett{{ meille avaruutta,
avaruustutkimusta tai avaruuslentoja k{sittelevi{ kysymyksi{;
vastaamme niihin ohjelma-ajan puitteissa hyvin mielell{mme.
Osoite on: Yleisradio, Tiedetoimitus, JA58, PL10, 00241 Hki ja
jotta posteljooni ei menisi aivan sekaisin, on kuoreen hyv{
raapustaa viel{ ohjelman nimi, eli Radiogalaksi.
------
Amerikkalainen suunnitelma NASP, National AeroSpace Plane, eli
Kansallinen Avaruuslentokone on virallisesti per{isin vuodelta
1986, jolloin Presidentti Ronald Reagan kertoi koneesta. Tuolloin
NASP oli ensisijassa tekniikan kehtitt{misprojekti, joka
tuloksena piti olla moninkertaisella yli{{nennopeudella lent{v{
lentokone, uuden ajan Id{n Pikajuna, Orient Express. Nimi tulee
siit{, ett{ er{s t{rkeimmist{ matkoista t{llaiselle koneelle
olisi esimerkiksi lento Yhdysvalloista Japaniin, joka taittuisi
alle kahdessa tunnissa nykyisen 16 tunnin sijaan.
Jari M{kinen / Radiogalaksi