Orion-avaruusalus

Trump haluaa Kuuhun

Yhdysvaltain presidentti on nimittämässä Nasan johtajaksi tiedeskeptikkoa, mutta haluaa Nasan lähtevän nyt takaisin Kuuhun. Onko Space Policy Directive-1 -nimellä kulkeva asiakirja uusi lähtölaukaus kuulennoille, hajoita ja hallitse -temppu Nasassa vai pelkkää bluffia?

Muistatteko syyskuun 2005? Silloin Valkoisessa talossa istui George W. Bush ja Nasan johtajana oli Michael Griffin. Tuolloin takana oli avaruussukkula Columbian onnettomuus ja Nasa päätti siirtää sukkulat eläkkeelle heti kun Kansainvälinen avaruusasema oli saatu valmiiksi.

Sukkuloiden seuraajaksi Griffin esitteli suureellisen suunnitelman, Constellationin, joka veisi Yhdysvallat takaisin Kuun kamaralle. Suunnitelma oli "Apollo steroidella", eli ulkoisesti kuin ammoinen kuuohjelma, mutta siten, että alukset olisivat isompia ja parempia, raketit käyttäisivät avaruussukkuloista perittyä tekniikkaa ja miehistön koko lennoilla voisi olla suurempi kuin Apollo-lennoilla.

Periaatteessa suunnitelma oli hyvä, paitsi että suunnitelma oli mielikuvitukseton, eikä sille annettu koskaan riittävästi rahaa toteuttamista varten. Nyt viimein valmistuva Orion-alus on tuolloin hahmotellun aluksen viivästynyt ja kovasti vaatimaton versio; tulossa oleva superraketti on sekin nysverö suunnitelmiin verrattuna.

Kuuhunlaskeutumisalus on unohdettu kokonaan ja Nasa valmistautuu nyt vain lennättämään astronautteja turvallisesti Kuun ympäri vuonna 2019 (tai todennäköisesti vasta joskus 2020-luvun alussa).

Täristyttävän upea video jättiraketin moottorista toiminnassa

SLS, Space Launch System, on NASAn tuleva superraketti, jolla on tarkoitus singota ensimmäiset ihmiset kohti Kuuta sitten Apollo-lentojen. Raketin suurta kiinteällä polttoaineella toimivaa rakettimoottoria testattiin heinäkuun 28. päivänä, ja koekyttöä kuvattiin myös uudenlaisella kameralla, joka paljastaa moottorista yliäänenonopeudella purkeutuvan pakokaasusuihkun yksityiskohtia erittäin selvästi.

Kyseessä on High Dynamic Range Stereo X, eli HiDyRS-X, joka selättää rakettimoottorien pakokaasujen tutkimisen suurimmat hankaluudet: kaasusuihku on paitsi erittäin nopea, niin myös hyvin kirkas. Tavallisella videokameralla näkyy vain kirkas kaasusuihku, mutta ei juurikaan yksityiskohtia – ainakaan aivan suuttimen takana.

 Juuri näitä yksityiskohtia rakettimoottorin suunnittelijat haluavat nähdä, jotta rakettimoottori voitaisiin suunnitella mahdollisimman tehokkaaksi.

Optimaalisessa tapauksessa pakokaasusuihku olisi täysin ilman turbulenssia, joka syö osan moottorin tehosta. Kaasujen tulisi siis syöksyä mahdollisimman suoraan taaksepäin mahdollisimman suurella nopeudella.

HiDyRS-X on suurnopeuskamera, ja yllä oleva video siten voimakkaasti hidastettu. Kaasusuihkun nopeus riippuu hieman lennon vaiheesta, mutta on normaalisti yli 2600 m/s, eli 9360 km/h. Sen lämpötila on noin 3300°C. Kamera pystyy näkemään paremmin tämän vauhdikkaan ja kirkkaan kaasusuihkun yksityiskohtia siksi, että siinä on hyvät valosuodattimet, mutta myös siksi, että erittäin lyhyitä valotusaikoja käytettäessä valoa ennättää tulla kuvauskennolle vähemmän.

Kun normaalissa suurnopeuskuvaamisessa käytetään voimakkaita valonlähteitä kohdetta kuvaamaan, ei tässä tapauksessa sellaisia todellakaan tarvita.

Kamera pystyy myös erottamaan "tavallista" suurnopeuskameraa paremmin kirkkauseroja.

Nykysuunnitelman mukaan SLS tekee ensilentonsa vuonna 2018, jolloin sen kyydissä on miehittämätön Orion-avaruusalus. Kahta vuotta myöhemmin raketin on määrä singota Orion astronauttien kanssa kuumatkalle.

Raketti perustuu avaruussukkuloissa käytettyyn tekniikkaan, ja sen lentoonlähdössä olennaisen osan työntövoimasta tuottavat avaruussukkuloiden kiinteällä polttoaineella toimineista apuraketeista kehitetyt vastaavanlaiset apuraketit. Ne ovat sukkulan vastaavia suuremmat, niiden pituus on 47 metriä ja työntövoima (yhden) peräti 13 344 kN.

Apuraketit ovat siis yksin kookkaampia ja voimakkaampia kuin monet kantoraketit.

Ne toimivat lennon alussa vain kahden minuutin ajan ja avustavat suuren kantoraketin matkaanlähdössä. Silloin raketin massa on kaikkein suurimmillaan ja työntövoiman tarve on suurin, koska rakettia pitää paitsi nostaa ylöspäin maapallon painovoimakentässä, niin myös sen pitää kerätä nopeasti lisää vauhtia.

Noin kolme neljäsosaa tarvittavasta työntövoimasta saadaan lentoonlähdön aikaan apuraketeista.

SLS

Usein kiinteällä polttoaineella toimivat raketit eivät ole ohjattavissa, mutta SLS:n rakettien suutinta voidaan hieman liikutella eri suuntiin. Tämä liike näkyy myös videossa, tosin tässä hidastetussa videossa hyvin hitaana. Pakokaasusuihkun suuntaa muuttamalla voidaan raketin suuntaa muuttaa lennon aikana.

Moottorit käyttävät polttoaineenaan ammoniumperkoraattia hapettimena ja alumiinipulveria polttoaineena. Yhdistelmä on tehokas ja yksinkertainen, mutta ei valitettavasti kovin ympäristöystävällinen; etenkin raketin lento yläilmakehässä tuottaa ikävästi hankalia saasteita. Tässä mielessä on hyvä asia, ettei laukaisuita ole suunnitelmissa runsaasti.

Arkiseen avaruusrakettikäyttöön nämä apuraketit olisivat liian saastuttavia.

ATV:n aika päättyy

Viimeinen eurooppalainen ATV-rahtialus irroittautui Kansainväliseltä avaruusasemalta lauantaina ja se ohjataan syöksymään ilmakehään tänään sunnuntaina. Alus tuhoutuu turvallisesti Tyynen valtameren päällä illalla noin klo 20.12 Suomen aikaa.

Samalla päättyy yli kymmemen vuotta kestänyt jakso Euroopan avaruusjärjestön historiassa. Ensimmäinen viidesta Automatic Transfer Vehicle -rahtialuksesta lähetettiin avaruusasemalle maaliskuussa 2008, ja aluksen suunnittelu ja rakentaminen aloitettiin jo vuosia aikaisemmin. 

Kuten nimi “automaattinen siirtoalus” antaa ymmärtää, on kyseessä miehittämätön avaruusalus. Tämän pitkälti autonomisen aluksen ohjauskeskus sijatsee Toulousessa, Ranskassa.

Ensimmäinen aluksen, nimeltään Jules Verne, jälkeen on asemalla vieraillut neljä muuta alusta. Viimeisin, Georges Lemaître, laukaistiin matkaan viime heinäkuun lopussa, ja sen lennosta muodostui pitkä ja tapahtumarikas.

ATV sinällään on ollut suurin käytössä ollut avaruusalus sen jälkeen kun Yhdysvaltain avaruussukkula jäi eläkkeelle. Ja viimeinen ATV oli raskain näistä avaruusrahtareista: yli 20 tonnia painaneessa aluksessa oli mukana 6617 kg ruokaa, varusteita ja tarvikkeita avaruusaseman miehistölle. Kyseessä oli myös raskain Ariane 5 -kantoraketin koskaan avaruuteen lähettämä kuorma.

Asemalla tuolloin ollut saksalainen ESAn astronautti Alexander Gerst ja kosmonautti Alexander Skvortsov valvoivat aluksen telakoitumista ISS-asemaan 12. elokuuta ja alkoivat tyhjentää sitä heti saapumisen jälkeen. Seuraavan puolen vuoden aikana miehistöt ovat korvanneet ATV:n mukanaan tuoman rahdin roskilla ja käytöstä poistetuilla tavaroilla, jotka palavat ilmakehässä ATN:n mukana. Näin ATV auttaa myös avaruusaseman jätehuollossa, koska avaruuteen ei asemalta heitetä mitään.

Samoin rahtialus vei tankeissaan asemalle polttoainetta, happea, ilmaa ja vettä, jotka on siirretty aseman tankkeihin.

ATV:n tehtävänä on ollut myös muuttaa avaruusaseman rataa. Se on tehnyt niin suunniteltuja ratakorkeuden nostamisia kuin myös pikaisia ratakorjauksia esim. silloin kun jokin avaruusromukappale on tullut turvarajan sisäpuolelle. Näin tapahtui kaksi kertaa viime lokakuussa.

Nyt tammikuussa ATV myös myös hidasti avaruusaseman ratanopeutta  ja laski asemaa siten hieman alemmalle kiertoradalle – tämä on erittäin harvinaista, koska asemaa nostetaan yleensä ylemmäksi, koska matalammalla radalla hyvin ohuen ilman vastus on suurempi ja siten aseman nopeus hidastuu siellä enemmän. Tällä kertaa syynä oli kuitenkin se, että asemalle tullut Dragon-rahtialus oli niin täyteen lastattu, että se ei olisi kyennyt nousemaan alkuperäiselle radalle. Myös aivan ensimmäinen ATV teki saman tempun vuonna 2008.

Maahanpalua aikaistettiin

Koska kyseessä on viimeinen ATV ja tämän kokoisten alusten syöksyt ilmakehään ovatharvinaisia, oli tarkoituksena alun perin tutkia aluksen tuhoutumista tarkasti ja ohjata alus siksi uudenlaiseen, hyvin loivalle radalle alaspäin. Näin ESAn ja Nasan tutkijaryhmät olisivat voineet havaita lähelta lentokoneista tarkasti sitä miten alus tuhoutuu ilmakehän kitkakuumennuksessa.

Alus olisi ollut avaruusasemasta irtaantumisensa jälkeen 13 vuorokautta yksin avaruudessa valmistautumassa uudenlaiseen maahanpaluuseen.

Normaalisti erittäin luotettavasti toimineen aluksen yksi neljästä virtapiiristä kuitenkin rikkoontui viime viikolla, jolloin alus siirtyi automaattisesti varotilaan. ATV pystyy ja on suunniteltu toimimaan siten, että yhden piirin vika ei vaikuta sen lentoon – itse asiassa se voisi toimia normaalisti vain kahdella – mutta kuten avaruustoiminnassa aina, vika johtaa aina turvatoimien korostamiseen. 

Siksi ATVn lennonjohtajat eivät halunneet ottaa riskiä toisen virtapiirin rikkoontumisesta suunnitellun pitkän yksinlennon aikana, joten he päättivät tuoda aluksen turvallisesti alas “perinteistä” nopeaa maahanpaluurataa pitkin.

Näin ollen alus on avaruudessa 30 tuntia eilen tapahtuneen lähdön jälkeen ja syöksyy maahan tänään illalla noin klo 20 Suomen aikaa.

Tapahtumista saadaan kuitenkin (ainakin toivottavasti) hyviä tietoja, koska aluksessa on mukana kaksi laitteistoa, jotka mittaavat lämpötilaa ja monia muita tietoja aluksesta maahanpaluun aikana ja lähettävät tietoja tutkijoille. Mukana on myös laitteisto, joka kuvaa tapahtumia paluun aikana ja pystyy periaatteessa näyttämään miltä aluksen mukana matkustaminen tuntuisi.

Orion-kapseli yrittää uudelleen perjantaina

To, 12/04/2014 - 08:27 Jari Mäkinen
Orion EFT-1 valmis lähtöön

Otsikkokuvassamme oleva kantoraketti oli tarkoitus laukaista torstaina iltapäivällä klo 14:05 Suomen aikaa monessa mielessä historialliselle lennolle, mutta lopulta lento jouduttiin peruuttamaan. Liian kovat tuulet ja vikailmoituksia lähetellyt venttiili viivyttivät ensi lentoa, kunnes se päätettiin siirtää perjantaille. Silloin tosin sääennuste lupaa vain 40% todennäköisyydellä sopivaa säätä laukaisuun, mutta lentoa yritetään.

Kyseessä on Nasan uuden Orion-avaruualuksen ensimmäinen koelento. Lento on miehittämätön, mutta sillä testataan tämän uuden miehitetyn aluksen koemntomodulin (ja samalla maahanpaluumodulin) toimintaa tositoimissa. Vaikka tietokoneilla ja muilla keinoilla voidaan tehdä yhä monimutkaisempia ja luonnollisempia testejä, on edelleen lentäminen oikeasti avaruudessa paras tapa koittaa onko avaruusaluksesta mihinkään.

Orion on ensimmäinen Nasan astronautteja kuljettamaan kykenevä alus sitten sukkulan eläkkeelle jäämisen ja samalla ensimmäinen alus Apollojen jälkeen, joka nousee matalaa kiertorataa korkeammalle.

EFT-1 -nimen (Exploration Flight Test 1) saaneella lennolla Orion-aluksen komentomoduuli laukaistaan soikealle radalle Maan ympärillä, mutta alus tekee vain kaksi kierrosta ennen kuin se ohjataan takaisin alas Tyyneen valtamereen Kalifornian rannikon tuntumaan. Alus nousee aina 5807 kilometrin korkeuteen, mistä se syöksyy alas ilmakehään suurella nopeudella. Koko lento kestää vain 4 tuntia ja 24 minuuttia.

Vaikka lennon ajoitus tähän ja sen saama suhteettoman suuri mediahuomio on osittain Nasan yritys pitää mielenkiintoa pitkään tekeillä olleeseen ja aikataulustaan myöhässä olevaan hankkeeseen yllä, on kyseessä oikeasti tärkeä lento. Onhan kyseessä uusi miehitetty avaruusalus, jolla voidaan 2020-luvulla lentää tutkimaan Kuuta tai asteroideja. Se on siis erillinen alus verrattuna Dragon v.2- tai CST-100 -aluksiin, joita Nasa rahoittaa ja joilla on tarkoitus lentää vain Maan kiertoradalle ja takaisin; Orion soveltuu pitkiin, ulkoavaruuteen suuntaaviin lentoihin (tosin Space X kehittää Dragon-alustaan myös Mars-lentoihin sopivaksi, mutta tässä vaiheessa virallisesti se on “vain” taksialus avaruusasemalle).

Orion-alus perustuu avaruussukkuloiden eläkkeellesiirtämispäätöksen aikaan syntyneeseen, mutta sittemmin lakkautetussa Constellation-hankkeessa linjattuun CEV-alukseen (Crew Exploration Vehicle), jonka tämä nykyinen versio päätettiin rakentaa toukokuussa 2011, kun Nasa linjasi tulevaisuuden lentosuunnitelmiaan uusiksi ja päätti keskittyä miehitetyyn lentoon asteroidia tutkimaan. Kuuta ei kuitenkaan jätetty täysin sivuun, vaan alus päätettiin tehdä kykeneväksi kaikinlaisiin pitkäkestoisiin lentoihin Maan lähiavaruuden ulkopuolelle.  

Orion-alus voi kuljettaa neljää astronauttia siinä missä alkuperäinen Orion oli tehty kuudelle. Muutenkin alusta on pienennetty, mutta edelleen se on olennaisesti suurempi kuin esimerkiksi ammoinen Apollo-kuualus, mihin alusta voi hyvin verrata niin ulkomuodoltaan kuin muutekin.

Tämä torstainen koelentokin on kuin suoraan Apollo-ohjelmasta: se lähes samanlainen vuonna 1967 tehdyn miehittämättömän Apollo 4-lennon kanssa. Silloin – kuten nytkin – testattiin aluksen ohjausjärjestelmiä ja lämpökilven toimintaa olosuhteissa, jotka vastaavat paluuta kuuradalta tai jostain muualta kauempaa.

Jos kaikki sujuu hyvin, niin seuraava tärkeä koelento on vuonna 2017, kun Orion lennätetään miehittämättömänä Kuun ympäri. Syynä pitkään taukoon lentojen välillä on se, että kun nyt kyseessä on “vain” Orionin komentomonduuli (mikä on aluksen tärkein osa, koska astronautit ovat sen sisällä ja joka palaa takaisin Maahan), niin ennen seuraavaa lentoa pitää aluksen huoltomoduuli sekä sitä varsinaisille lennoille lähettävä uusi kantoraketti saada valmiiksi. 

Niiden tekemisessä on vielä paljon puolivalmista, eikä suuren kantoraketin koko rahoituskaan ole vielä kunnossa. Siksi voisi sanoa, että yhtä tärkeää aluksen testaamisen kanssa tässä koelennossa on se, että Nasa haluaa näyttää niin poliitikoille kuin suurelle yleisöllekin, että jotain tapahtuu. Liki vuosikymmenen puhumisen jälkeen “uusi” avaruusalus on lopulta valmistumassa!

Eurooppalainen huoltomoduuli

Amerikkalaisten taloustilanne on saanut aikaan myös sen, että eurooppalaisten on ollut mahdollista päästä hankkeeseen mukaan. Jos Nasalla olisi ollut riittävästi dollareita, se olisi tehnyt koko aluksen Yhdysvalloissa, mutta nyt Euroopan avaruusjärjestö rajoittaa tulevien Orion-alusten huoltomoduulit. Ne kehitetään ATV-rahtialuksen huoltomoduulista, joka on osoittautunut erittäin varmatoimiseksi ja sopivaksi myös miehitettyihin lentoihin. Sitä toki pitää virittää uutta tehtävää varten ja siiten menee aikaa.

Siinä missä Orion-alukset valmistaa Nasalle Lockheed Martin, tekee huoltomodulit Airbus Defence and Space. SLS-kantorakettia (Space Launc System) tehdään puolestaan Boeingin johdolla, ja mukana on monta avaruussukkuloiden tekemiseen ja huoltamiseen osallistunutta yhtiötä. Raketti onkin kuin Apollo-aikaiselta Saturnus 5 -raketilta näyttävä laite, joka on laitettu kasaan avaruussukkulan polttoainetankista ja apuraketeista. Luonnollisesti se ei ole täysin sama, mutta perustekniikka luottaa sukkulaan.

Alkuvaiheessa SLS pystyy nostamaan 70 tonnia painavan kuorman matalalle Maan kiertoradalle, mutta kun sukkula-aikainen tekniikka korvataan uudella raketin toisessa versiossa 2020-luvulla, se pystyy lennättämään jopa 130 tonnia avaruuteen. Näin se olisi maailman voimakkain kantoraketti – tehokkaampi kuin sadan tonnin lastin kuljettamaan kyennyt Neuvostoliiton taannoinen Energia, joka teki vain kaksi lentoa 1980-luvulla.

Jos kaikki sujuu nykyisen suunnitelman mukaan, on seuraava  Orion-aluksen koelento vuonna 2017, jolloin koko lopullinen, miehitettyihin lentoihin kykenevä Orion laukaistaan miehittämättömänä kiertämään Kuun.

Seuraavalla lennolla vuonna 2021 aluksella tehtäisiin jo miehitetty lento, nyt Kuun läheisyyteen kaapattua asteroidia tutkimaan. Sitä seuraavakin lento on jo kirjattu aikatauluun, vuodelle 2022, mutta sen kohde on toistaiseksi avoin. Sama pätee itse asiassa koko ohjelmaan; on täysin mahdollista, että jo nyt syntyessään hieman vanhahtava hanke haudataan ennen kuin se pääsee tositoimiin.

Intia tulee mukaan miehitettyihin avaruuslentoihin

Jo pitkään avaruustoimissaan yhä kunnianhimoisempia hankkeita tehnyt Intia on puhunut jo pitkään oman miehitetyn avaruusaluksen rakentamisesta. Mikäli Intian avaruustutkimusorganisaatio IRSOon on uskominen, niin maasta tulee varsin pian neljäs valtio, joka kykenee omatoimisesti miehitettyihin avaruuslentoihin.

Nyt intialaiset ovat siirtymässä puheista tekoihin, sillä heidän uusi avaruusaluksensa on valmistunut ja sillä aiotaan tehdä koelento vielä nyt joulukuussa. Alus on tällä hetkellä Satish Dhawanin avaruuskeskuksessa Sriharikotassa odottamassa asentamista GSLV-kantoraketin nokkaan. Tarkoitus on tehdä lento joulukuun 15. ja 20. päivien välisenä aikana.

Kuten Kiinakin aikanaan, etenee Intia hyvin rauhallisesti eteenpäin kohti miehitettyjä lentoja. Nyt tehtävän miehittämättömän koelennon jälkeen luvassa on uusia miehittämättömiä lentoja, kunnes todennäköisesti vasta kymmenen vuoden kuluttua intialaisen avaruuslentäjät (joita myös vyomanauteiksi kutsutaan) voisivat päästä aluksella matkaan. Se vaatii avaruusaluksen intialaisen GSLV-kantoraketin uuden, voimakkaamman version tekemistä.

Tällä tulevalla koelennolla on tarkoitus testata avaruusaluksen toimintaa maahanpaluussa, sen 31 metriä halkaisijaltaan olevan laskuvarjon toimintaa ja luonnollisesti käyttäytymistä avaruudessa sekä laskeutumisen aikana yleisestikin. Tässä koealuksessa ei ole vielä sisustusta tai elossapitolaitteita, joten se ei vielä soveltuisikaan ihmisille.

Lennon aikana alus ei jää lainkaan Maan kiertoradalle, vaan se tekee “vain” ballistisen hyppäyksen avaruuteen ja tulee saman tien takaisin. Alus irrotetaan raketista 126 kilometrin korkeudessa ja se laskeutuu Bengalin lahteen mereen noin 600 kilometrin pääsän Intian rannikolta.

Intialaiset ovat jo aikaisemmin testanneet maahanpaluutekniikoita ja heidän ensimmäinen lämpökilvellä varustettu kapselinsa lensi vuonna 2007. Se oli vain pieni ja sen massa oli 555 kg, kun nyt avaruusaluksen massa on noin kolme tonnia.