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