RADIOGALAKSI
Jari Mkinen: Avaruuslentokoneet

Hyv piv, hyvt kuulijat. Tnn tss Radiogalaksi-
ohjelmassa me teemme jotain todella erikoista, sill
tarkoituksemme on lhett satelliitti avaruuteen. Olen varannut
tarkoitusta varten eteeni kaikki kteisvarani 127 markkaa ja 35
penni. Hmm. Rahan vhyys on toki pieni ongelma, sill
periaatteessa se riitt ainoastaan 3.1 grammaa painavaan
satelliittiin, koska yhden kilogramman lhettminen matalalle
kiertoradalle maksaa keskimrin vhn yli 40000 markkaa. Ja
epilen pahasti, ett kolme grammaa painavaan satelliittiin ei
saa mahtumaan tarvittavia laitteita, eivtk
satelliittilaukaisijat muuta kuin nauraisivat meille. Siis on
tyydyttv tutkimaan asiaa teoreettiselta kannalta, mik on
huomattavasti edullisempaa.

Aivan kuten tss meidnkin tapauksessa, on hinta suurin este
avaruuden laajemmalle hyvksikytlle; viel nykyisin satelliitit
ja erikoisesti miehitetyt avaruuslennot ovat vain rikkaiden
maiden huvia tai ainakin rikkaiden maiden avulla suoritettavissa.
Nykyisenlaisilla kertakyttisill kantoraketeilla ei
kustannuksia valitettavasti voida en paljoa pudottaa, vaan se
vaatii aivan uutta tekniikkaa, kuten esimerkiksi
monikertakyttisi avaruuslentokoneita. Avaruussukkula on yksi
askel kohti monikertakyttisyytt, mutta nykyiset
sukkulasysteemit - niin Yhdysvalloissa kuin Neuvostoliitossakin -
 ovat viel liian monimutkaisia ja kalliita laajempaa kytt
varten. Ne siis eivt ole ratkaisu, joskin suunta on oikea. Vasta
sitten, kun avaruusalus voi nousta vaakasuoraan, kivuta ilmakehn
ylosiin lentokoneen tapaan, sinkoutua kiertoradalle raketin
lailla, laskeutua maahan lentokonemaisesti ja lhte lentoon vain
lyhyen huollon ja tankkauksen jlkeen, niin vasta silloin saadaan
hintaa pudotettua tuntuvasti. On laskettu, ett suunnitteilla
olevilla avaruuslentokoneilla kustannukset romahtavat vhintn
viidesosaan nykyisest, tai jopa sen alle.

Viel pari vuotta sitten oletettiin, ett avaruuslentokoneiden
kehittmisess olisivat tekniset ongelmat kaikkein suurimpia,
mutta nykyisin muodostavat rahoitus ja poliittinen punakynily
suurimman ongelman. Tekniikalla tuntuu olevan taipumus menn koko
ajan eteenpin, mutta poliitikot ja yhtit soutavat ja huopaavat
koko ajan mrrahojensa kanssa. Kaikesta huolimatta projektit
etenevt kiitettvsti, ja tll haavaa avaruuslentokoneiden
kehittmisen krkimaita ovat Yhdysvallat ja ylltten Saksa,
mutta mys muilla mailla on eriasteisia suunnitelmia: britit,
ranskalaiset, japanilaiset, neuvostoliittolaiset ja jopa
intialaiset ovat innostuneet asiasta. 

Saksalaisten voimakas panostus avaruuslentokoneeseen on jossain
mrin ymmrrettv historian valossa, sill ensimmiset
avaruuslentokonesuunnitelmat pulpahtivat esiin toisen
maailmansodan tiimellyksess V2-raketista kuuluisan Wernher von
Braunin johtaman tyryhmn keskusteluissa. Ryhm ei kuulemma
ollut niinkn kiinnostunut pommien teosta, vaan pohdiskelivat
avaruusmatkailua laajemminkin, jolloin ajatus avaruuteen asti
lentvst lentokoneesta syntyi. Idea ji kuitenkinkin puhtaaksi
ajatukseksi, kunnes niin ikn saksalainen Eugen Snger keksi
puuttua siihen 60-luvulla. Hn kehitti kovasti avaruuslentokoneen
ideaa eteenpin, mutta ei viel pssyt toteutusasteelle, koska
tarvittavaa tekniikkaa ei ollut saatavilla, hyv kun oli edes
kuviteltavissa: ongelmat aerodynamiikassa, tyntvoimassa,
ohjaamisessa, rakennusmateriaaleissa ja lhes kaikessa muussa
olivat ylitsepsemttmi, ja ne ovat vasta nyt ratkeamassa.

Periaatteessa kehitys kohti avaruuslentokonetta voi kyd kolmea
erilaista polkua pitkin. Ensinnkin avaruuslentokoneen juuret
ovat pitklti lentokoneiden puolella, sill nyt kun 80-luvun
lopussa avaruuslentokoneet tulivat uudelleen muotiin, oli
ajatuksena rakentaa moninkertaisella nennopeudella lentv
matkustajakone; amrikkalaiset kutsuivatkin konettaan aluksi
nimell Orient Express, eli Idn Pikajuna, sill kone olisi kuin
taivaan lahja Tyynenmeren poikki lennettess. 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 lentisi lhes sukkulan nopeudella
kaukana stratosfrin ylpuolella 30-40 kilometrin korkeudessa,
joten siit harppaus avaruuteen ei en ole suuri. Niinp sama
kone voisi toimia mys avaruusaluksena, mikli siihen
ympttisiin 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 lmptila nousee paikoittain plle 500
asteen, jolloin jo tarvitaan erikoista lmpsuojausta. Paras
tmn ajattelutavan edustaja on juuri amerikkalaisten Orient
Express, joka tunnetaan paremmin nimell NASP, National AeroSpace
Plane, eli Kansallinen Avaruuslentokone. 

Nin siis lentokoneesta tuli avaruusalus, mutta tie kohti
avaruuslentokonetta voi olla mys pinvastainen: insinrit ovat
nimittin sadatelleet kautta avaruusaikojen sit, ett
rakettimoottorien happi pit rahdata alusta alkaen raketin
mukana, vaikka ilmakehss on paljonkin happea. Ja miksi raketti
ei voisi nousta ilmaan ktevsti kiitorataa pitkin ja miksi
kantoraketit ovat kertakyttisi. Niinp kehitettiin
rakettimoottori, joka ilmakehss lennettess voi kytt ilman
happea ja vasta ilmakehn huvetessa se voisi siirty kyttmn
omaa happeansa. Ja nyt kun laite ei tarvitse suurta happisilit
voi lent vapaammin ilmakehss, ei en ole suuri juttu tehd
siit vaaksuoraan nouseva ja laskeutuva. Ja sitten
monikertakyttisyyshn on jo vanhaa asiaa avaruussukkuloiden
myt. Paras esimerkki tmnlaisesta 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 ilmaahengittvn moottorin
salaiseksi ja jttnyt sen kehittmisen rahoituksetta, joten
HOTOL on ainakin toistaiseksi jiss. Hemmetin
poliitikkoidiootit!

Sitten on viel tuo kolmas tapa lhesty avaruuslentokoneen
ongelmaa, nimittin suunnitella erikseen kaksi laitetta: yksi
lentmn ilmakehss ja toinen avaruutta varten. Avaruuslaite
on aivan kuten avaruussukkula, joka nousisi ilmaan lentokoneen
pll, 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
kentlle heti laukaisun jlkeen. Tllaista koulukuntaa edustaa
parhaimmillaan saksalaisten suunnitelma, joka jo mainitun Eugen
Sngerin mukaan on saanut nimen Snger. Tutustutaampa siihen
hieman tarkemmin. Systeemi siis koostuu kahdesta osasta, ensinn
suuresta ylinikoneesta ja toiseksi sen pll ilmaannousevasta
HORUS-nimisest sukkulasta. Kooltaan lentokone olisi jotain
jumbojetin luokkaa, ja sukkula taas sijoittuu kokovertailussa
amerikkalaisen avaruussukkulan ja eurooppalaisen Hermes-sukkulan
vliin; pituutta ylinikoneella on siis noin 85 metri ja
sukkulallakin lhes 30. Snger-projektin pllikk Helmut Hauck
kertoo tss tarkemmin siit, kuinka Sngerin 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.)

     Snger nousee ilmaan normaalin lentokoneen tapaan, ja
     saavuttaa sen jlkeen noin 10 kilometrin korkeudessa
     nopeuden Mach 1, eli nen nopeuden. Tmn jlkeen kone
     kiihdytt matkalentonopeuteen Mach 4.4 26 kilometrin
     korkeudessa ja lent Euroopasta lhemms pivntasaajaa.
     26 kilometrin lentokorkeus on reilysti otsonikerroksen
     ylpuolella, mik on hyvin trke ympristkysymysten
     kannalta. Matkalennon jlkeen kone kntyy kohti it ja
     kiihdytt nopeuteen Mach 6.8. Se saavutetaan 31
     kilometrinkorkeudessa, jonka jlkeen kone jatkaa paraabelin
     muotoista rataa siten, ett sen nopeus 35 kilometrin
     korkeudessa on Mach 6.6. Silloin HORUS irroitetaan, Snger
     kntyy nopeasti alas ja etntyy Horuksesta, joka sytytt
     rakettimoottorinsa kuuden sekunnin kuluttua. Sen jlkeen
     Horus nousee sukkulan tapaan kiertoradalle ja Snger palaa
     lhtpaikalle.

Tuo kaikki kuulostaa hyvin helpolta, mutta pinnan alla on paljon
ongelmia: kaikkein suurin vaikeus koskee moottoreita. Nykyiset
suihkumoottorit ovat kyttkelpoisia parhaimmillaan Mach 3:n
tienoille, mutta taloudellisia vain noin kahden Machin nopeuteen.
Sen jlkeen voitaisiin kytt ns. patoputkea, eli periaatteessa
suihkumoottoria, jossa ei ole muuta kuin polttokammio, mutta se
ei ole taloudellinen. Ja kun halutaan vielkin nopeammin,
sanotaan yli kymmenen Machin, on rakettimoottori ainoa jrkev
keino. Tysiverisess yksivaiheisessa avaruuslentokoneessa
pitisi siis pahimmassa tapauksessa olla kolmet eri moottorit eri
nopeuksia varten. Siksi insinrit kaikessa viisaudessaan ovat
pyrkineet yhdistmn 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 nestemist
happea kyttmll saadaan moottorin toiminta-aluetta
laajennettua. Polttoaineena moottorissa on sek kerosiini ett
nestevety, tai sitten vain nestevety. Sngerin kohdalla
moottoriongelmaa on pienennetty tekemll systeemist
kaksivaiheinen, jolloin vaiheiden tehtvt on selvsti eriytetty,
kuten Helmut Hauck kertoi. Saksalaiset ovat jo koekyttneet 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 kyttytyminen tuolla
kuuden MAchin paikkeilla ei ole tysin selv. Tm on erikoisen
ongelmallista NASPin kohdalla, koska koneen aerodynaamiset
ominaisuudet pit muokata kompromissiksi matalan
laskeutumisnopeuden ja yli Mach 25:n vlill. Siksi siiven ja
rungon muoto tytyy mrt pitklti tietokonesimulaatioiden ja
tuulitunnelikokeiden perusteella, eik varmuutta asiasta saa kuin
koekoneen avulla. Sngerin kohdalla erikoisongelman muodostaa
systeemin koostuminen kahdesta osasta, eik koneiden
irroitusoperaatio plle Mach 6:n nopeudessa ole niit maailman
helpoimpia asioita. Ja kummassakin tapauksessa, oli
avaruuslentokone siis yksi- tai kaksivaiheinen, on koneissa
kytettv lmpsuojausta - jo jotakinkin perinteisesti
rakennettu kahden Machin nopeudella lentv Concorde pitenee yli
kaksi sentti lmpolaajenemisen vuoksi lentonsa aikana.
Avaruuslentokoneissa tullaankin todennkisesti kyttmn
jhdytetty pintaa ja sukkulasta tuttuja hiili- ja piitiili.

Niin, muistittekokaan en, ett puhumme avaruustekniikasta.
Siit, kuinka avaruuslennoista tehdn halvempia. Yllttv
kyll, tulevaisuuden avaruuslentojen kannalta suurin ongelma ei
ole itse avaruus vaan ilmakeh - avaruudessahan ei ole
periaatteessa mitn ongelmaa, koska mekaniikan peruslait
huolehtivat kaikessa yksinkertaisuudessaan alusten liikkeist,
ja ilmatiiviin kapselin teko ei ole homma eik mikn. Ja vaikka
saattaa tuntua silt, ett johan avaruuslentokoneista tuli
varmasti kaikki oleellinen ksitelty, niin nin ei ole, vaan
palaamme varmasti asiaan pian uudelleen tss Radiogalaksi-
ohjelmassa. Ensi viikolla Markku Poutanen puhuu taas thn aikaan
thtitieteest, eik lpise tyhji aerodynamiikan ongelmista,
kuten itse olen nyt tehnyt. Aivan loppuun muistutettakoon viel
siit, ett te hyvt kuulijat voitte lhett meille avaruutta,
avaruustutkimusta tai avaruuslentoja ksittelevi kysymyksi;
vastaamme niihin ohjelma-ajan puitteissa hyvin mielellmme.
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 perisin vuodelta
1986, jolloin Presidentti Ronald Reagan kertoi koneesta. Tuolloin
NASP oli ensisijassa tekniikan kehtittmisprojekti, joka
tuloksena piti olla moninkertaisella ylinennopeudella lentv
lentokone, uuden ajan Idn Pikajuna, Orient Express. Nimi tulee
siit, ett ers trkeimmist matkoista tllaiselle koneelle
olisi esimerkiksi lento Yhdysvalloista Japaniin, joka taittuisi
alle kahdessa tunnissa nykyisen 16 tunnin sijaan.

                              Jari Mkinen / Radiogalaksi

@BEGIN_FILE_ID.DIZAvaruuslentokoneet
@END_FILE_ID.DIZ
