Euroopan avaruussatamasta Kourousta laukaistaan avaruuteen nykyisin kolmenlaisia kantoraketteja: suurin on Ariane 5, pienin on Vega ja niiden välissä on venäläistekoinen Sojuz.

Näistä Vega on tuorein tulokas, jonka taustalla on se eräänlainen ongelma, että Ariane 5 on niin suuri raketti. Se voi kuljettaa 20-tonnisen lastin matalalle kiertoradalle, mikä on aivan liikaa, jos halutaan lähettää pienempi satelliitti. Vaikka monilla Ariane 5:n lennoilla laukaistaan useampi pieni satelliitti, on se aivan liian massiininen nykytrendin mukaisille pienehköille tutkimus- ja kaukokartoitussatelliiteille. Monille myös Sojuz on liian suuri ja kallis.

Esimerkiksi nyt laukaistava Sentinel-2 on massaltaan 1140 kg. Sen kokoiset satelliitit voitaisiin toki lähettää matkaan vaikkapa pienillä, mannertenvälisistä ohjuksista muokatuilla venäläisillä raketeilla, mutta jos (ja kun) Eurooppa haluaa olla omavarainen avaruustoimissaan, on hyvä, että meillä on myös oma tämän kokoluokan raketti.

Teknisesti Vega on myös paljon 1960-lukuisia ex-ohjuksia nykyaikaisempi ja sen laukaisu voidaan tehdä “normaaliin” tapaan Kouroun avaruuskeskuksessa sen nykyaikaisissa tiloissa venäläisten sotilastukikohtien sijaan.

Lisäksi tietysti mukana on iso annos eurooppalaista kauppa- ja teollisuuspolitiikkaa. Kun Ariane-rakettien tekemisestä vastaavat pitkälti Saksa ja Ranska, halusi viime aikoina avaruustoimintaan runsaasti panostanut Italia myös oman osuutensa kantoraketeista. Se puski voimakkaasti eteenpäin Vegan tekemistä ja lopulta tuloksena onkin hyvin italialainen raketti; Italia vastasi sen suunnittelusta ja noin 65% Vegasta tehdään Italiassa tai italialaiset yhtiöt tekevät työtä Kouroussa. Loput hankinnoista tulee mm. Ranskasta, Espanjasta, Belgiasta, Hollannista, Sveitsistä ja Ruotsista.

Strategisesti on myös tärkeää, että Eurooppa voi lähettää koska vain minkä kokoisen tahansa satelliitin mille tahansa kiertoradalle, ja siten Vega täydentää hyvin Arianea.

Suomi ei osallistu Euroopan avaruusjärjestön kantorakettiohjelmaan ja siksi siinä ei ole lainkaan suomalaisia osia tai osaamista.

Vähän kuin iso ilotulitusraketti

Vega on äärimmäisen yksinkertainen, sillä se käyttää pääasiassa kiinteää polttoainetta. Siinä missä esimerkiksi Ariane 5 käyttää ensimmäisen vaiheensa päämoottorissa ajoaineina nestemäistä vetyä ja happea, on sen sivuilla olevat, lentoonlähdössä tarvittavaa lisätyöntövoimaa tuottavat apuraketit kiinteällä polttoaineella toimivia.

Vega on pariaatteessa kuin yksi tuollainen apuraketti, joskin se koostuu kolmesta kiinteää polttoainetta käyttävästä ja yhdestä nestemäistä polttoainetta käyttävästä vaiheesta. Näin sen suorituskyky on optimoitu eri lennon vaiheisiin.

Yleistäen kiinteää polttoainetta käyttävä rakettimoottori on kuin ilotulitusraketti, eli siinä on kakku räjähtäen itsestään palavaa ainetta siten, että keskellä on pitkittäinen reikä, jonka kautta pakokaasut ohjataan suuttimeen ja sen kautta taaksepäin moottorista tuottamaan työntövoimaa.

Kiinteä rakettimoottori on siten yksinkertainen, eikä sen lentoonvalmistelu vaadi tankkaamista. Yleistäen se voidaan vain tuikata tuleen ja se toimii erittäin varmasti. Ongelmana on kuitenkin se, että moottoria ei voi hallita lennon aikana: sytyttämisen jälkeen sitä ei voi sammuttaa eikä sen työntövoimaa voi säätää. Sen sisärakenne on tosin tehty sellaiseksi, että työntövoima muuttuu suunnitellun lennon vaiheen mukaisesti sitä mukaa, kun polttoaine palaa moottorin sisällä.

Tämän hallitsemattomuuden vuoksi Vegassakin on ylin vaihe, joka toimii nestemäisellä polttoaineella. Sen rakettimoottoria voidaan säätää ja se voidaan sammuttaa sekä käynnistää uudelleen. Näin se pystyy viemään satelliitin tarkalleen halutulle radalle Maan ympärillä.

Vegan tapauksessa ylin vaihe toimii myös raketin “aivoina” – sen avioniikkalaitteisto sijaitsee siellä. Rakettimoottorina siinä on pieni, yksinkertainen ja luotettava ukrainalaistekoinen rakettimoottori. Sopivan kokoista moottoria ei ollut tarjolla Euroopassa, eikä sen kehittämiseen haluttu käyttää rahaa, koska tarvittava moottori oli saatavissa idästä.

Jo rutiinilaukaisu

Ensimmäinen Vega laukaistiin avaruuteen vuonna 2012 ja Sentinel-2A:n kiertoradalle vievä lento on järjestyksessään jo viides. Edellisellä lennollaan Vega laukaisi lyhyelle lennolleen  ESAn kokeellisen IXV-avaruusaluksen ja seuraavalla lennolla on kyydissä LISA-Pathfinder, jännittävä tähtitieteellinen tutkimuslento, jonka päämääränä on Lagrangen piste 1 noin 1,5 miljoonan kilometrin päässä Maasta.

Vaikka LISA-Pathfinder ohjataankin kauemmaksi Maasta, on Vegan peruskauraa Sentinel-2:n kaltaiset Maan kiertoradalle laukaistavat, massaltaan 300-2500 kg olevat satelliitit. Vegan suunnittelussa tyypillisenä matkustajana on pidetty puolitoistatonnista satelliittia, joka laukaistaan noin 700 km:n korkeuteen Maan napojen kautta kulkevalle polaariradalle; Sentinel on juuri sen tyyppinen tapaus.

Vegan laukaisulistalla on tällä hetkellä kahdeksi seuraavaksi vuodeksi kolme kaukokartoitussatelliittia, kaksi ilmastotutkimussatelliittia (mm. Suomessa hiotun suuren peilin sisältävä ADM-Aeolus).

Vegasta ollaan myös kehittämässä äreämpää versiota, joka ulkoisesti ei juuri eroa nykyisestä. Tämä Lyra-niminen raketti olisi noin 30% voimakkaampi kuin nykyinen Vega, mutta sen tekeminen ja laukaisu maksaisi jotakuinkin saman verran kuin Vegalla nykyisin.  

 

 

P80-rakettimoottorin halkileikkausP80-rakettimoottori tarkemmin

Vegan ensimmäisen vaiheen rakettimoottori on italialaistekoinen (Fiat ja Avio) P80.

Se on kiinteällä polttoaineella toimiva rakettimoottori, eli moottori on käytännössä kuin suuri sylinteri, jonka yläosa on suljettu ja alaosassa on suutin. Keskellä on suuri määrä herkästi syttyvää ajoainetta, jonka keskiosassa on muotoiltu reikä pystysuunnassa. Kun moottori sytytetään, palaa ajoainekakku alhaalta ylöspäin ja synnyttää suuren määrän kuumaa pakokaasua, joka syöksyy ulos rakettimoottorin suuttimesta.

Ajoaine on polttoaineen ja hapettimen seosta, missä on mukana sidosainetta. Polttoaineena ja samalla sidosaineena on hydroksyylipäätteistä polyvinyylietyleeniä, eli käytännössä parafiinivahaa, hapettimena ammoniumperkloraattia ja lisäksi hieman alumiinipulveria.

Moottorin työntövoima on laukaisun aikaan 3040 kN, mutta työntövoima muuttuu lennon kuluessa. Sitä hallitaan siten, että moottorin keskellä pystyssä oleva tyhjä tila on välillä suurempi ja välillä ahtaampi, minkä lisäksi reikä ei ole pyöreä, vaan hieman tähtimäinen: silloin palopinta-alaa on enemmän ja näin kaasuntuotto on suurempi.

Hiilikuiturakenteinen moottorin ulkokuori on kolme metriä halkaisijaltaan, tyhjän moottorin paino on seitsemän tonnia ja polttoaineen kanssa sen massa on kaikkinensa 95 tonnia. Polttoainetta tästä on 80 tonnia, ja kun se sytytetään laukaisun koettaessa käyntiin, kestää palaminen 107 sekuntia.

Juttuja samasta aiheesta