KESKUSTELU

Perintein maasta laukaistava raketti tarvitsee kohtalaisen paljon polttoainetta päästäkseen ylös. Yksityis puolella ilmasta laukaisu näytti olevan toimiva ratkaisu ( SpaceShipOne).

Onistuisikohan aluksen laukaiseminen ilmalaivasta.? Ilmalaivalla alus saataisiin helposti ylös ja alukseen ei tarvittaisi niin paljoa poltto-ainetta. Myös hyötykuormaa voitaisiin kasvattaa. Onkohan ideassa mitään järkeä, tai edes käytännössä mahdollista.?


Komenteja odotellaan.

pelkään että raketin mootorit voisivat tuhota ilmalaivan.

Kaasulla täytettävä ilmalaiva nostaa reilun kilon per tilavuuden kuutiometri. Osa nosteesta kuluu laivan oman massan nostamiseen. Miehitetyt avaruusalukset painavat luokkaa tuhat tonnia. Siitä voi itse kukin arvioida vaadittavan ilmalaivan koon.

Ja mikä pahinta, noustaessa korkeammalle ilman tiheys ja ilmalaivan noste pienenee. Jotta raketti saataisiin nousemaan tiheimmän ilmamassan yläpuolelle, pitäisi siis ilmalaivan olla mittasuhteiltaan suunnattoman suuri. Sellainen ei taida olla teknisesti toteutettavissa. Suuri lentokone voisi olla parempi lähtöalusta. Lentokoneella raketti saisi myös lähtönopeutta.

Mikä on suurimpana esteenä lentokoneen tavoin lähteville avaruusaluksille ? Olen sen varmaan joskus kuullutkin tai lukenut, mutta unohtanut...

Mikä estää esim sukkulan kaltaisen aluksen nousemisen lentokoneen tavoin ? Veikkaisin että se polttoaineen valtava määrä ja paino joka avaruuteen nousemiseen nykyisillä polttoaineilla tarvitaan.

Mutta entä jos polttoaineeksi keksittäisiin jotain paljon kevyempää ja kompaktimpaa... Jos voiman lähteeksi joskus saataisiin vaikkapa fuusio reaktori ja polttoaineena käytettäisiin deuterium ja tritium polttoainetta. Yksi gramma DT-polttoainetta tuottaa jopa 95 000 kWh energiaa. Ei tarvitsisi hirveän isoja tankkeja mukanaan rahdata. Tietysti se fuusioreaktorin kompaktimpi muoto on oma juttunsa sitten...

Mutta onko mitään muita esteitä ?

Olenkohan ymmärtänyt oikein, että perusongelma on saada riittävä ratanopeus eikä niinkään korkeus. Eli jos ratanopeutta kehitetään vaikka kymmnessä kilometrissä, niin tilanne ei ole oleellisesti erilainen kuin että sitä kehitetään maan pinnasta lukien. Ilmanvastus on tietenkin oma juttunsa, mutta merkitys voi olla ilmakehän osalla esimerkiksi muutama sata kiloa polttoainetta.

Joskus pohdiskelin täällä sitä olisiko alkunopeuden kehittämiseksi jotain etua katapultista tornin mitalla. Rakettimoottori polttaa nimittäin tonnikaupalla polttoainetta tornin mitalla ja nopeutta ei ole tornin päässä kuin muutama metri sekunnissa. Ei tuohon tullut mitään rakentavaa vastausta. Hurjasti antiteesejä vain. Eli luultavasti maailma on täysin valmis tuon tornin matkalla tapahtuvan kiihdytyksen kohdalta. Objektiivisesti ottaen lopputulos lienee tuossa katapultissa jotain sellaista, että raketin runkorakenteet tulisivat painavammaksi ja säästö olisi vain muutama kuutio polttoainetta.

Toisin kuin lentokoneet, avaruusalukset toimivat pääasiassa ilmattomassa tilassa. Avaruusaluksille on myös edullista nousta tihempien ilmakerosten läpi niin nopeasti kuin mahdollista. Siksi ei kannata tehdä painavia siipiä, joista on iloa vain matkan ensimmäisellä kymmenellä kilometrillä.

Lentokonemaisen lähdön keskeisin idea onkin yleensä käyttää ilman hapella toimivia moottoreita. Happea on suurin osa raketin lähtömassasta. Silloin on pakko olla siivet, sillä mikään kuviteltavissa oleva suihkumoottori ei ole työntövoimaltaan riittävä nostamaan suurta rakettia pystysuoraan ilmaan.
Pieniä raketteja on lähetetty lentokoneista. Se on toimiva ratkaisu. Suurten rakettien massa on kuitenkin niin valtava, että sitä varten pitäisi suunnitella omat ja erikoiset konetyypit. Halvemmaksi tulee tehdä kertakäyttöinen suuri rakettivaihe.

Ydinenergialla tilanne on toinen. Optimaalisin ratkaisu riippuisi käytettävien moottorien työntövoimasta. Jos työntvoimaa riittää, kannattaa suunnata nokka zeniittiin ja antaa voiman puhua. Jos taas ydinmoottorit ovat heikkoja, jonkinlaisten siipien tai sitten perinteisen kemiallisen rakettivaiheen käyttö voi olla mielekästä alkumatkalla.

Kyllä, ratanopeus vie eniten energiaa. Yleensä raketit nousevat mahdollisimman nopeasti läpi tiheimpien ilmakerrosten ja alkavat kerätä ratanopeutta vasta sen jälkeen. Kovin nopeasti ei tiheässä ilmassa voi kulkea, ettei ilmanvastus riko rakenteita.



Tuohon vaadittaisiin aika raju katapultti. Tyypillisesti torni selvitetään noin 10 sekunnissa, se on ehkä 5-10 prosenttia normaalin ensimmäisen vaiheen paloajasta. Mikäli katapultti riuhtaisisi raketin ilmaan, luultavasti vaaditut rakenteet kumoaisivat tuon massansäästön. Muutenkin suuren raketin ilmaan heittävän katapultin kustannusten säästäminen hieman kevyemmillä raketeilla lienee mahdotonta. Katapultti toisi myös suuren joukon uusia vikamahdollisuuskia jo valmiiksi äärimmäisen monimutkaiseen järjestelmään.

Mitä suuremman lähtönopeuden moottoreilla saisi aikaiseksi, sitä pienemmät siivet rakettiin tarvittaisiin.

Mielestäni kaikkein paras avaruusalus malli olisi kuitenkin tällainen täysin uusio käytettävä ja aerodynamiikaltaan lentämiseen ja liitämiseen myös ilmakehässä soveltuva alus. Joka voisi itsenäisesti lähteä maasta ja myös laskeutua maahan. Ja jolla voisi myös tarpeen tullen lentää ilmakehässäkin, jos aluksen tarvitsee muuttaa sijaintiaan maassa.

Avaruus sukkulat ovat jo askel oikeaan suuntaan... Nekään ei ole mitään valtavia siipiä tarvinneet, mutta ei toisaalta taida niiden lento-ominaisuuksissakaan olla kehumista...

Mutta yksi juttu voitaisiin tehdä tornin matkalla ja vähän pidemmälläkin. Rakettihan nostaa omaa poltettavaa polttoainettaan koko ajan. Jos moottoreille pumpattaisiin letkuilla löpöä vaikka muutamaan sataan metriin asti, niin maailma pelastuisi.

Miksi? Mitä enemmän toimintoja johonkin laitteeseen ahdetaan sitä enemmän kompromissejä joudutaan tekemään. On kaikkien kannalta edullisempaa pitää lentokoneet lentokoneina ja avaruusalukset avaruusaluksina. Ne vaativat toisistaan niin paljon poikkeavat tekniikat.



Avaruussukkulan siivet ovat laskeutumista varten. Lähdössä niistä on vain haittaa. Sukkulan idea oli toki eräiltä osin hyvä, tosin sotilaalliset vaatimukset rajoittivat huomattavasti laitteen käyttöä avaruustutkimuksessa. Ikävä kyllä sukkulan toteutus ylitti tekniikan mahdollistamat rajat niin rankasti että koko laitteesta tuli superkallis fiasko. Jollakin päättäjällä olisi pitänyt olla selkärankaa puhaltaa peli poikki sukkulan ollessa vasta suunnittelupöydällä. Tekniikka ei ole vieläkään kypsä lentokoneavaruusaluksiin, joten ne on parasta unohtaa nyt ja katsoa josko 50 vuoden kuluttua olisi jotain mahdollisuuksia toteutaa sellainen.

Fiksuinta voisi olla kehittää vanhasta ja luotettavasta Sojuzista hieman modernimpi ja suurempi malli, jos nyt miehitettyjä avaruuslentoja ylipäätään tarvitaan. Epäilemättä kenenkään jenkkipäättäjän ego ei kuitenkaan kestä edes ehdottaa mitään niin järkevää. Ja kyseisen sotilasdiktatuurin tavat tuntien saattaa hyvin arvata, että Sukkulafiaskosta ei ole opittu kerrassaan mitään. Mitä jenkit ikinä tekevätkään, joku avaruuslennoista mitään tietämätön kenraali sanoo joka asiaan viimeisen sanan. Meininki on ihan sama kuin 60-luvun Neuvostoliitossa, jossa lukutaidottoman puoluevirkailijan sana painoi rakettisuunnittelussa ammattilaisia enemmän.

Mitä arvelet tapahtuvan polttoaineletkulle, kun raketin pakokaasut osuvat siihen? Mikä olisi satoja metrejä pitkän letkun halkaisija ja paljonko se painaisi? Mitä arvelet tapahtuvan raketin kiihtyvyydelle, kun kymmenien tai soatojen tonnien painoinen letku vetää sitä alaspäin? Tai miten raketti on ohjattavissa, kun nopeus on pieni ja letku aiheuttaa vetoa sivulle? Raketin polttoaineenkulutus on sitä luokkaa, että minkäänlainen ilmatankkaus ei onnistu. Kyllä se nyt vain on parasta laittaa nafta ja happi tankkiin ja pumpata sieltä koneille. Eivät valitut ratkaisut ole tulleet valituiksi sattumalta.

Kyllähän tämä lentokoneen ja rakettialuksen kaksivaiheinen yhdistelmä näytti toimivan aika hyvin ainakin siinä amerikkalaisessa yksityisavaruusaluksessa.

Miksei samaa voisi soveltaa oikeissa, kiertoradalle asti nousevissa aluksissakin? Siis lentokoneella ensin ilmakehän ylimpiin osiin raketti selässä tai mahan alla, ja sitten raketti irti ja jo kerätyn alkuvauhdin lisäksi kiihdytys taivaisiin läpi ohuen jäljellä olevan ilmakehän ilman siipiä ja muuta turhaa romua. Maahanpaluun voisi sitten hoitaa Sojuz-tyyliin laskuvarjoilla ja muulla aerodynaamisella jarruttelulla. Luulisi että näin voisi valmistaa täysin uudelleenkäytettävän avaruusaluksen ja kohtalaisen hyvällä hyötysuhteellakin, eikö vain?

Tuota Paul M:n katapultti-ideaa voisi ehkä jalostaa siten, että kiihdytys tornin korkeuteen ja muutamiin metreihin sekunnissa tehtäisiin hallitulla, pienehköllä kiihtyvyydellä. Kiihdytys esimerkiksi sähkömoottorein tai hydraulisesti tuskin olisi järin hankalaa toteuttaa. Rakenteidenkaan ei tarvitsisi olla sen vahvemmat kuin nykyisin, jos kiihtyvyydet olisivat samat. Erona kuitnekin se, että ei tarvitsisi käyttää tonneittain polttoainetta tuohon alkukihdytykseen, eli itse raketti voisi olla pienempi ja kevyempi tai sitten hyötykuorma vähän isompi.

Tietenkin harvojen ja muutamien laukausten kohdalla tämä ei toisi mitään säästöä, mutta jos raketteja ammuttaisiin päivittäin, kannattaisi ilman muuta muuttaa muuttuvia laukaisukohtaisia kustannuksia laukaisualustan kiinteiksi investointikustannuksiksi.

Mahtaako olla sellaista katapulttitekniikkaa, mikä saa raskaan raketin
singahtamaan ylöspäin ja vielä halvemmalla kuin vastaava määrä raketti-
polttoainetta. Pelkkä kiristetty jousi ei riittäne sinkauttamaan raskasta
rakettia ylöspäin? Kuitenkin jousen vapautuminen helpottaisi ainakin
jonkin verran raketin nousuun lähtemistä, mutta miten iso jousen tms.
pitäisi olla ja olisiko siitä todellista kustannushyötyetua?

Tuossa tulee ongelmaksi vaadittavan lentokoneen valtava koko. Jo normaalikokoisten satelliittien laukaisuun pitäisi kehittää uusi, vähintään suurimpien nykyisten kuljetuskoneiden kokoinen tai mielellään suurempi, lentokonetyyppi. Sellaisen hinnalla rakentaa monta rakettivaihetta. Nykyäänhän ainakin jotkin raketit uudelleenkäyttävät ainakin 1. vaiheen moottorit. Miehitetyt alukset ovat vielä järeämpiä.



Taitaa olla niin, että on halvempaa tehdä yksinkertaisempia kertakäyttövaiheita vanhalla tekniikalla kuin kokonaan uusia. Nykyiset kantoraketit ovat kuitenkin varsin halpoja, jos verrataan vaikka 60- ja 70-lukujen raketteihin. Ne perustuvat koeteltuun tekniikkaan, jonka kehittämiskustannukset on jo maksettu. Niiden kanssa on todella vaikea lähteä kilpailemaan jollakin kokonaan uudentyyppisellä ratkaisulla.

Miehitetyissä avaruuslennoissa ongelmana on se, ettei niille ole ihan oikeaa tarvetta. Miehitetty avaruustoiminta on kallista erikoistutkimusta, joka ei tuota näköpiirissä olevassa tulevaisuudessa suuria voittoja. Niin ikävää kuin se onkin, nykyisessä poliittisessa tilanteessa miehitettyyn avaruustoimintaan kykenevien valtioiden kannattaa panostaa ennemmin maapallon luonnonvaroista sotimiseen. Turistien rahtaaminen voisi ehkä joskus tuottaa voittoja, mutta sekin on epävarmaa ja vaatii tähtitieteellisiä alkuinvestointeja ennen kuin ensimmäistäkään matkalippua voidaan myydä.