Blogi: Kaukomatkalle maata pitkin vai avaruuden kautta koukaten?

Eräs mahdollisuus ympäristöystävälliseksi, supernopeaksi matkustajakoneeksi. Kuva: Reaction Engines.

Viime aikoina monissa tiedotusvälineissä on ollut juttuja siitä, miten esimerkiksi Pattayan rannalle voisi matkustaa maata pitkin. 

Taustalla tässä on luonnollisestikin se, että lentomatkustaminen tuottaa runsaasti päästöjä, ja korkeuksissa päästöjen vaikutus on suurempi kuin täällä alempana. Lisäksi lentokoneiden usein jälkeensä jättämät tiivistymisvanat ovat kuin ylimääräisiä pilviä, jotka vaikuttavat Maan säteilybalanssiin.

Matkustaminen joka puolelle maapalloa on toki mahdollista ilman lentämistä, mutta siihen menee aikaa. Lisäksi maanpäällisetkin menopelit tuottavat päästöjä. Etenkin laivat ovat yllättävän saastuttavia, joten hyvää tarkoittava yritys vähentää päästöjä saattaakin tuottaa niitä lopulta lentämistä enemmän.

Monissa taannoisissa jutuissa on siksi pohdittu tapoja, joilla maanpäällisestä matkaamisesta saisi nopeampaa ja kätevämpää. 

Itse tosin antaisin mielikuvituksen lentää myös sen suhteen, miten matkaaminen ilmojen halki voisi tapahtua jopa nykyistä vauhdikkaammin ja ympäristöystävällisemmin avaruustekniikan avulla.

*

Karkeasti arvioiden yksi tietoliikennesatelliitin laukaisu avaruuteen vastaa hiilidioksidipäästöinä kuutta lentoa Atlantin yli liikennelentokoneella. Tämä on kuitenkin melkoinen yleistys, koska raketit käyttävät hyvin erilaisia polttoaineita, ja raketteja on eri kokoisia sekä niiden lennot ovat erilaisia.

Tyypillisesti raketeissa käytetään nykyisin ajoaineina kerosiinia ja nestehappea, jotka palaessaan tuottavat hiilidioksidia ja vesihöyryä. Usein raketeissa käytetään myös kiinteää polttoainetta, muovimaista mössöä, missä on paljon alumiinia. Tästä palaessa tulevat pienet alumiinihiukkaset sekä musta hiili ovat varsin ikäviä aineita, etenkin kun ne pääsevät yläilmakehään. Oheistuotteena on myös vetykloridia, joka etenkin suoraan otsonikerrokseen vapautettuna tuhoaa tehokkaasti otsonia.

Muutamissa venäläisten ja kiinalaisten raketeissa käytetään myös varsin haitallisia hydratsiiniyhdisteitä polttoaineena ja typpitetraoksidia hapettimena. Hydratsiinit ovat itsessään haitallisia, mutta pakokaasut ovat myös hyvin ikäviä: ne tuhoavat otsonia ja niissä on suuria määriä typen oksideja.

Näistä, kuten alumiinipitoisista kiinteistä rakettipolttoaineistakin, pitäisi päästä pikaisesti eroon.

Sen sijaan nestemäistä vetyä ja happea käyttävät raketit jättävät jälkeensä ainoastaan vesihöyryä, joten näiden ympäristövaikutukset jäävät pilvimäiseen pakokaasuvanaan. Ympäristön kannalta tällaiset raketit ovatkin kaikkein parhaimpia, etenkin kun lento ilmakehän tiiviimpien osien läpi kestää vain minuutteja ja olennainen osa päästöistä tapahtuu käytännössä ilmakehän ulkopuolella. Sieltä suuri osa kaasuista häipyy myös ulos avaruuteen ja edelleen aurinkotuulen puhaltamana planeettainväliseen avaruuteen.

Siellä näistä avaruuden mittakaavassa äärimmäisen pienistä päästöistämme ei ole mitään haittaa.

*

Nykyraketeista ei kuitenkaan ole hyötyä, kun mietitään käteviä tapoja lentää lomalle Thaimaahan tai työmatkalle Argentiinaan. 

Sen sijaan on helppoa kuvitella avaruuslentokone, joka käyttäisi vetyä ja happea. Se nousisi ilmaan nykyisen kaltaisen lentokoneen tapaan, mutta sen sijaan että kone jäisi lentämään juuri stratosfääriin alapuolelle, se kipuaisi nopeasti avaruuden puolelle. Siellä se lentäisi joko laajassa heittoliikkeessä tai matalalle kiertoradalle nousten vaikkapa toiselle puolelle planeettaa.

Matka-aika olisi kolmisen varttia Suomesta Australiaan tai puolisen tuntia New Yorkista Helsinkiin; ilmakehään tästä matkasta jäisi jätteeksi vain hieman vesihöyryä.

Jos vety ja happi tehtäisiin vedestä aurinko- tai tuulivoimalla saadusta sähköstä, olisi lento niin ympäristöystävällinen kuin kuvitella saattaa. 

Mahdollinen jatkolento määränpäässä tehtäisiin lentokoneella, missä potkureita tai puhaltimia pyörittävät sähkömoottorit. Pitkiin lentomatkoihin sähkölentokoneet eivät kykene ennen kuin lentoliikenteeseen sopivien sähkömoottorien ja akkujen kehitys ottaa huiman askeleen eteenpäin.

Avaruuslentokoneet voisivat olla mahdollisia jo nyt, jos vain haluamme. Jo toisen maailmansodan tiimellyksessä Eugen Sängerhahmotteli rakettilentokonetta, joka olisi voinut lentää supernopeasti Saksasta New Yorkiin ilmakehän yläosissa pomppien. Tuo laite oli pieni pommikone, ”orbitaalipommittaja”, mutta sen pohjalta olisi jo voitu tehdä matkustajakäyttöön sopiva alus.

Sittemmin samankaltaisia avaruuslentokoneita on suunniteltu moniakin, mutta hankkeita ei ole viety loppuun saakka; vaikka periaatteellisia ongelmia ei juuri ole, vaatisi avaruuslentokoneen tekeminen uusia ratkaisuita moottoreihin, aerodynamiikkaan, rakenteisiin ja moneen muuhun. Kaikki haaveet ovat kariutuneet rahaan, ei osaamisen tai ideoiden puutteeseen. 

Voisi myös sanoa, että tärkein syy on ollut kunnianhimon ja poliittisen tahtotilan puute. Jos tätä olisi haluttu edes vähän niin paljon kuin lennättää ihminen Kuun pinnalle 60-luvulla, olisivat (ympäristöystävälliset?) avaruuslentokoneet jo totta.

Juuri nyt kiinnostavin avaruuslentokonehahmotelma on Skylon. Kyseessä on brittiyritys Reaction Enginesin visio, missä olennaisessa osassa on yhtiön kehittämä uudenlainen rakettimoottori. Ilmakehässä lennettäessä tämä Sabre -niminen moottori käyttää hapettimena ilmasta erityisen jäähdytyslaitteen ja ahtimen sekasikiön avulla saatavaa happea, mutta avaruudessa sekä ilman ollessa hyvin ohutta korkealla käyttää moottori mukana tankissa olevaa nestehappea. 

Sabre-moottori ja sen osat

Moottori siis ratkaisisi perinteisen avaruuslentokoneiden ongelman, eli sen, että mukana pitäisi periaatteessa olla suihkumoottorit malttakaa ja hitaasti lentämistä varten, patoputkimoottorit korkealla ja nopeasti lentämiseen sekä rakettimoottorit avaruudessa lentämistä varten. 

Sabre toimisi siis kaikilla kolmella korkeus- ja nopeusalueella, ja olisi siten erittäin sopiva avaruuslentokoneeseen. Moottoreita pitäisi olla useita, mutta yksi moottorityyppi riittäisi.

Koska moottori on erittäin lupaava, on Reaction Engines saanut rahoitusta muun muassa brittihallitukselta, Euroopan unionilta ja Euroopan avaruujärjestöltä. Myös lentokoneenmoottoreita valmistava Rolls-Royce rahoittaa koemoottorin tekemistä. 

Sabre ei ole siis vielä toiminut, mutta sen olennaisinta osaa on jo testattu. Kyseessä on suuritehoinen jäähdytin, joka pystyy viilentämään (ja samalla ahtamaan) ilmaa todella nopeasti siten, että ilmaa voidaan käyttää rakettimoottorissa. Ilmakehässä lentäessään moottori siis käyttää ilmassa olevaa happea, ja vasta korkealla lennettäessä se alkaa käyttää nestehappea. Nykyiset raketithan lähtevät lentoon kaikki tarvitsemansa happi mukana, mikä tekee niistä ”turhan” painavia.

Mikäli moottori toimii suunnitellusti, on avaruuslentokoneen tai mannertenvälisiin supernopeisiin lentoihin sopivan liikennelentokoneen tekeminen seuraava vaihe. Yhtiö onkin tehnyt tällaisesta useita luonnoksia, ja yksi niistä on otsikkokuvassa. Brittihenkeen kone on tietysti väritetty Union Jackin väreihin.

Tämä (otsikkokuvassa oleva) versio ei ole ihan täysiverinen avaruuslentokone, vaan hypersooninen matkustajakone, joka lentäisi nimensä mukaisesti moninkertaisella äänen nopeudella erittäin korkealla – kenties noin kuusinkertaisella äänen nopeudella yli 20 kilometrin korkeudessa. Alla on sen sijaan kuva Skylon-avaruuslentokoneen hahmotelmasta.

Skylon

Samaan aikaan Yhdysvalloissa ollaan tekemässä rakettia, joka saattaa olla lopulta ensimmäinen pitkien lentomatkojen kulkupeli. SpaceX:n Starship (kuva yllä) on yhtiön seuraava iso hanke, ja vaikka sen tärkein tehtävä tulee olemaan rahtien kuljettaminen avaruuteen, kaavaillaan siitä myös matkustajaversiota mannertenväliseen liikenteeseen. Kyytiin mahtuu kenties jopa sata ihmistä, mutta edes silloin tästä aluksesta ei olisi vielä nykyisenkaltaisen lentoliikenteen korvaajaksi.

Jos raketti toimii ja se aloittaa myös maanpäällisen liikennöinnin, olisi se tarkoitettu vain rikkaille liikematkustajille tai muuten kiireisille sekä (turhan)tärkeille henkilöille, jotka eivät pelkää varsin rajua kyytiä.

Starshipin prototyypin koelennot on tarkoitus aloittaa nyt elokuun lopussa, joten tässä suhteessa eletään kiinnostavia aikoja.

Ympäristön kannalta Starship ei kuitenkaan ole yhtä hyvä kuin vedyllä toimivat raketit, koska se käyttää polttoaineena metaania. Palotuloksena on siis hiilidioksidia, ja sitä syntyy todennäköisesti enemmän kuin alussa mainituilla kuudella nykyisellä mannertenvälisellä lennolla. Starshipin ympäristövaikutuksia täytyy tutkia muutenkin vielä tarkasti, etenkin jos (ja kun?) lentoja aletaan aikanaan tehdä päivittäin, kenties enemmänkin.

Voi kuitenkin olla, että Starship osaltaan avaa silmät uusiin liikenneratkaisuihin, ja sen jälkeen muiden, myös ympäristön kannalta paljon parempien laitteiden kehittäminen pääsee vauhtiin. 

Joka tapauksessa ympäristöystävällistä liikennettä pohdittaessa kannattaa katsoa myös eteen- ja ylöspäin, eikä vain turvautua perinteisiin ratkaisuihin tai päättää jäädä ainoastaan kököttämään kotiin. 

Starship nousemassa avaruuteen

Juttu on julkaistu myös Ursan Avaruustuubi-blogissa.