Yhdysvallat avaruuslentojen suurvallaksi?

Rakas päiväkirja, nyt kun monen viivästyksen jälkeen SpaceX on saanut onnistuneesti Dragon-kapselin matkalle kohti Kansainvälistä avaruusasemaa, on aika tehdä katsaus siihen, kuinka NASA pyrkii palauttamaan Yhdysvallat avaruuslentojen suurvallaksi.

SpaceX:n lentoa on juhlittu ensimmäisenä yksityisenä avaruuslentona. On kuitenkin huomattava, että esimerkiksi Atlas V tai Delta IV -kantoraketit ovat myös yksityisten firmojen, Boeingin ja Lockheed Martinin, rakentamia. Erona on se, että SpaceX:n Falcon 9 -kantorakettia ja Dragon-kapselia ei ole tehty tilaustöinä NASA:lle, vaan SpaceX aloitti toimintansa niin sanotun yksityisen rahan turvin ja vasta myöhemmin veronmaksajat tulivat mukaan kuvioihin.

SpaceX ei ole ainoa yritys, jota NASA on viime vuosina rahoittanut.

Vastaavantyyppinen firma on Orbital Science Corporation ja sen Antares-raketti sekä Cygnus-kapseli. Myös se on tehnyt NASA:n kanssa sopimuksen, kahdeksasta lennosta Kansainväliselle avaruusasemalle vuoteen 2018 mennessä ja sen, nyt käynnissä olevaa Dragon-kapselin lentoa vastaava, koelento on aikataulutettu tämän vuoden lopulle.

OSC:n konseptista ei mielestäni ole miehitettyihin tai naisitettuihin avaruuslentoihin: Antares-raketin kantokyky matalalle kieroradalle on vain 5 000 kg (puolet siitä mihin Falcon 9 kykenee). Mutta NASA on nähtävästi rahoittanut OSC:n toimintaa siksi, ettei kaikkia pelimerkkejä kannata laittaa samaan firmaan, jotta markkinoille syntyisi kilpailua.

Boeingin CST-100 -kapselilla on potentiaalia vuosikymmenen lopulla valmistua toimivaksi alukseksi ajatellen miehitettyjä avaruuslentoja. Mutta SpaceX:n Dragon-kapselin miehitetyn version kehitystyö on Boeingin tuotetta pidemmällä ja viimeksi mainitulla ei ole edes omaa kantorakettia: CTS-100 olisi tarkoitus lennättää Atlas V:llä, mikä nostaa hintaa.

Kaikki kolme edellä lueteltua kapselia perustuvat enemmän tai vähemmän Sergei Koroljevin aikoinaan kehittelemään malliin. Sierra Nevada Corporationin pienoisavaruussukkula, Dream Cheaser, eroaa näistä. NASA onkin rahoittanut sitä kaikista innokkaimmin osana miehitettyjen avaruuslentojen ohjelmaa. Dream Cheaserin kehitystyö on kuitenkin vaiheessa, kyseessä on 2020-luvun juttu, jos se lentää silloinkaan. Niin Euroopan kuin Venäjän avaruusjärjestön vastaavat pienoissukkulaohjelmat, Hermes ja Kliper, keskeytettiin aikoinaan liian kalliina. Niin ikään Dream Cheaserilta puuttuu oma kantoraketti.

Yhtyeenvetona voimme siis todeta SpaceX:n konseptin olevan kehittynein ajatellen niin miehitettyjä kuin miehittämättömiä avaruuslentoja seuraavan vuosikymmenen ajan.

Sen lisäksi, että Dragon-kapseli yhdessä Cygnuksen kanssa huolehtii Kansainvälisen avaruusaseman huollosta Yhdysvaltojen osalta tästä vuodesta alkaen niin kauan kuin se on taivaalla (eli ainakin vuoteen 2020 asti), niin mitä todennäköisemmin Yhdysvallat saa takasin Dragon-kapselin miehitetyn version ansiosta kyvyn lennättää astronautteja asemalle vuosikymmenen puolivälin jälkeen.

Kaiken lisäksi SpaceX on luvannut ensivuonna tehdä koelennon Falcon 9:n heavyllä, mikä tarkoittaa sitä, että Dragon-kapselilla olisi mahdollista lähettää ihminen parin vuoden kuluttua lennolle pois maan vetovoiman piiristä kuun ympäri ensimmäistä kertaa sitten vuoden 1972 ja Yhdysvallat saa käyttöön kohtuuhintaisen raketin, joka kykenisi nostamaan esimerkiksi Bigelow nimisen yrityksen kehittämiä BA 330 moduuleja, joita voi taasen käyttää uuden avaruusaseman tai vaikkapa kuuaseman rakentamiseen.

Vaikka SpaceX:n kantoraketit ja kapselit kierrättävät vanhaa, on niissä muutama innovaatio, jotka pitävät sekä hinnan alhaisena että lisäävät luotettavuutta: yksinkertaiset kerosiiniä ja nestemäistä happea käyttävät moottorit sekä kalleimpien osien, kantoraketin ensimmäisen vaiheen ja kapselin komentomoduulin, kierrättäminen – koelentovaiheiden jälkeen.

 

Falcon 9 heavy ja muita kantoraketteja

Rakas päiväkirja, nerokkaimmat ovat jo huomanneet, että hieman liioittelin kirjoituksessani kulttuuriministeri Paavo Arhinmäen maolaisuudesta. Toisaalta ajattelun vieminen äärimmilleen auttaa käsitteellistämään yhteiskunnallisia ilmiöitä. Esimeriksi jos Arhinmäki on vähän niin kuin puhemies Mao, niin ovatko Mustis ja Yrttis kuin Deng Xiaping ja Pheng Zhen?

Niin ikään käyttäessäni tehokeinona avaruusohjelmaa Kiinan kansantasavallan mahtavuudesta unohdin tarkoituksella sen, että yhdysvaltalainen SpaceX yhtiö on asettamassa uudet standardit kantoraketeille ja Yhdysvaltojen kykenemättömyys lähettää ihmistä avaruuteen jäänee kolmen vuoden mittaiseksi.

Kuten yleisesti tiedetään, avaruusaika alkoi lokakuussa vuonna 1957 Neuvostoliiton laukaistessa R-7 raketilla Sputnik-satelliitin. R-7 oli mannertenvälinen ohjus, jonka Neuvostoliito oli kehittänyt kompensoidakseen sen, että maalta puuttui strategiset ilmavoimat. Niin Juri Gagarinin käyttämä Vostok kuin nykyinen Sojuz-raketti (jota käytetään ennen kaikkea samannimisten miehitettyjen avaruusalusten laukaisemiseen) on R-7:n modernisoitu versio. Toinen Venäjän käyttämä ja niin ikään jo Neuvostoliiton aikana käyttöön otettu kantoraketti on Proton. Sojuzin kantokyky matalalle kiertoradalle on n. 7 500 kg, Protonin n. 20 000 kg.

Jos Sojuz ja Proton olivat Neuvostoliiton ja ovat Venäjän avaruusohjelman työjuhtia, niin Yhdysvalloissa ne ovat olleet Atlas ja Titan kantoraketit. Viimeksi mainittu on hiljalleen poistettu käytöstä, mutta Atlaksesta käytössä oleva versio on jo viides. Niin Yhdysvaltojen ensimmäiset miehitetyt avaruuslennot kuin pääosin 1960-luvun luotaimet lähetettiin matkaan Atlaksella.

Kuuraketti eli Satrun V painii edelleen omassa sarjassaan. Sen kantokyky matalalle kiertoradalle oli n. 120 000 kg ja kuun kiertoradalle yli 40 000 kg. Sen ainoa ongelma oli hinta: nykyrahassa yhden Saturn V:n laukaiseminen maksoi nykyrahassa kuulemma yli miljardi dollaria. Tästä syystä kuuohjelma lakkautettiin vuonna 1972 ja Yhdysvallat alkoi suunnittelemaan avaruussukkulaa, jonka piti korvata kertakäyttöiset raketit kustannustehokkuudellaan. Tämä selittää pitkälti sen, miksi kantorakettien kehitys Yhdysvalloissa pysähtyi kolmeksi kymmeneksi vuodeksi.

Euroopan avaruusjärjestö ESA:n onnistui kaapata satelliittien laukaisumarkkinat Arianne -raketeilla, joiden viimeisin versio Arianne V:n kantokyky matalalle kiertoradalle on 21 000 kg. Japanin avaruusjärjestön raskaimman kantoraketti H-IIB:n nostokyky matalalle radalle on noin 15 000 kg. Muiden maiden  mm. Intian ja Ukrainan, raketit ovat näitä kevyempiä enkä niitä ala tässä nyt listaamaan.

1990-luvulle tultaessa hiljalleen alettiin tajuta, että avaruussukkula ei tulisi koskaan korvaamaan kantoraketteja. Edellä mainitun Atlas V:n lisäksi Yhdysvaltojen ilmavoimat alkoi kehittämään Delta IV kantorakettia. 2000-luvun puolessa välin Delta IV:stä otettiin käyttöön raskas versio, jonka kantokyky matalalle kiertoradalle on yli 20 000 kg, Atlas V:n raskaan version olisi tarkoitus kyetä nostamaan lähes 30 000 kg matalalle kiertoradalle.

Vaikka Atlaksen V:n ja Delta IV:n rakentavat muodollisesti yksityiset yritykset, ovat ne kummatkin Nasan ja Pentagonin tilaustöitä. Sen sijaan SpaceX yhtiö lähti liikkeelle puhtaasti kaupalliselta pohjalta vaikka se saikin hiljalleen Nasalta huomattavan apurahan. SpaceX:n Falcon 9 -kantoraketti ja Dragon-avaruusalus kun ovat lupaavimmat ehdokkaat hoitamaan Sojuzin rinnalla miehitettyjä avaruuslentoja kansainväliselle avaruusasemalle sukkulan jäädessä eläkkeelle kesän jälkeen. Falcon 9 on tehnyt jo kaksi lentoa ja Dragon on valmistumassa vuoden 2013 aikana.

Falcon 9:stä on tulossa niin ikään raskas versio joka kykenisi viemään matalalle kiertoradalle jopa 53 000 kg ja kuun kiertoradalle 14 000 kg. Yhden raketin laukaisun hinnaksi yhtiö väittää n. 100 miljoonaa dollaria. Toisin sanoen ensimmäistä kertaa sitten kuuraketin Yhdysvalloilla olisi käytössä sekä superraskas kantoraketti että se olisi huomattavasti halvempi käyttää kuin Saturn V (avaruussukkulasta puhumattakaan, jonka kantokyky matalalle kiertoradalle oli 25 000 kg + 7 miehistön jäsentä ja laukaisun hinnaksi tuli n. 300 miljoonaa dollaria).

Eikä tässä vielä kaikki: SpaceX on suunnittelemassa jo seuraavan sukupolven kantorakettia nimeltä Falcon X, jonka raskain versio olisi kooltaan ja kantokyvyltään Saturn V:n luokkaa tai jopa enemmän. Jos sen käyttökustannukset onnistutaan pitämään alhaisena ja taivaankappaleiden välisessä liikenteessä kyetään ottamaan seuraavan parin vuosikymmenen aikana käyttöön niin sanottu vasimir -raketti (joka perustuu radioaalloilla ionisoidun ajoaineen kiihdyttämiseen magneettikentällä), niin on hyvinkin mahdollista, että Yhdysvallat säilyttää sittenkin kärkisijan avaruustutkimuksessa ja -lennoissa, ennättää ennen Kiinan kansantasavaltaa takaisin kuuhun, Marsiin ja muillekin aurinkokunnan kappaleille.