Avaruussukkula
Wikipedia
Avaruussukkula on uudelleen käytettävä miehitetty avaruusalus. Avaruussukkuloilla voidaan kuljettaa satelliitteja sekä Maan matalalle kiertoradalle, että takaisin Maahan. Toistaiseksi vain NASA on ottanut avaruussukkulan operatiiviseen käyttöön. Ensimmäisenä sukkula-ajatusta kehitteli itävaltalainen Eugen Sänger 1930-luvulla.
Nykyään ainoat käytössä olevat avaruussukkulat ovat Yhdysvaltain ilmailu- ja avaruushallinto NASA:n omistuksessa. Ne ovat nykyään ainoita kulkuvälineitä, joilla voidaan viedä suuria osia Kansainväliselle Avaruusasema ISS:lle. Tähän mennessä NASA on rakentanut kuusi avaruuslentoihin soveltuvaa sukkulaa, joista kaksi on tuhoutunut onnettomuudessa. Sukkulaohjelma on tullut arvioiden mukaan maksamaan NASA:lle tähän mennessä noin 145 miljardia dollaria.
NASA:n lisäksi Neuvostoliitto lähetti täysimittaisen Buran -sukkulan miehittämättömälle avaruuslennolle vuonna 1988; lento kuitenkin jäi neuvostosukkulan ainoaksi. Lisäksi sukkulatyyppisiä avaruusaluksia on suunnitellut ESA sekä muutamat Länsi-Euroopan maat yhteistyössä keskenään.
Avaruussukkulat ovat monimutkaisimpia ihmisen rakentamia kulkuneuvoja ja myös vaarallisimpia. Tähän mennessä NASA:n 114 avaruuslennosta kaksi on päättynyt onnettomuuteen, eli noin 1,7 % lennoista. Alun perin sukkuloista suunniteltiin helppokäyttöisiä ja turvallisia, mutta nykysukkulat eivät täysin vastaa näitä suunnitelmia. Alkujaan suunniteltiin myös, että juuri lennolta laskeutunut sukkula voisi lähteä uudelleen matkaan jo viikon sisällä, mutta todellisuudessa aikaa saattaa kulua vähintään muutamia kuukausia.
NASA:n avaruussukkula on viralliselta nimeltään Space Transportation System (STS), mutta käyttöön on vakiintunut termi Shuttle eli sukkula.
Sisällysluettelo |
[muokkaa] NASA:n avaruussukkula
[muokkaa] Historiaa
NASA:n avaruussukkuloiden kehittely alkoi tammikuussa 1972, jolloin Yhdysvaltain silloinen presidentti Richard Nixon ilmoitti halvan ja uudelleenkäytettävän avaruusaluksen kehitystyön aloittamisesta. Kehittelyn alussa NASA:n sukkulaohjelman arvioitiin tulevan sangen halvaksi ja yhden lennon keskihinnaksi suunnilleen kymmenestä kahteenkymmeneen miljoonaan Yhdysvaltain dollaria. Laskelmat osoittautuivat kuitenkin vääriksi, sillä vuoden 2005 arvioin mukaan sukkulaohjelma on tullut maksamaan NASA:lle kaikkiaan 145 miljardia dollaria. Kaavailtujen 10-20 miljoonan euron laukaisukulujen todelliseksi hinnaksi tuli keskimäärin noin 500 miljoonaa dollaria.
NASA:n ensimmäinen avaruussukkula, eli Enterprise (OV-101) valmistui 17. syyskuuta 1976, muttei koskaan lentänyt avaruuteen asti. Enterprise oli alkujaankin suunniteltu vain testialukseksi, eikä sillä tehty kuin muutamia lentoja ilmakehässä vuonna 1977. Vähäisistä lennoista huolimatta Enterprisesta tehtiin kaikkien muiden NASA:n avaruussukkuloiden perusmalli. Myös nyt jo tuhoutunut Challenger-sukkula oli alkujaan tarkoitettu vain testikäyttöön, mutta NASA:n insinöörit muuttivat sen avaruuskelpoiseksi 1980-luvun alussa.
Ensimmäinen avaruuteen lentänyt sukkula oli vuonna 2003 tuhoutunut Columbia -sukkula. Sukkulan vuonna 1972 aloitetusta suunnittelusta ja rakennuksesta vastasi nykyään Boeing -yhtiöön kuuluva Rockwell. Valmis avaruussukkula toimitettiin Kennedyn avaruuskeskukseen maaliskuussa 1979 ja se lähti neitsytlennolleen 12. huhtikuuta 1981 mukanaan kaksi astronauttia.
Vuonna 1983 Yhdysvaltain presidentti Ronald Reagan ehdotti Space Station Freedom -avaruusaseman rakentamista NASA:n projektina. Avaruussukkulat olivat projektissa hyvin tärkeässä osassa, sillä niiden lisäksi vain käytöstä poistetuilla Saturn V -raketeilla pystyttiin viemään avaruusaseman suurimmat osat paikoilleen. Myöhemmin projekti muutti nimensä muotoon Space Staton Alpha ja hanke kansainvälistyi. Nykyään avaruusasema tunnetaan nimellä ISS. Avaruussukkulat ovat yhä tärkeässä osassa projektia.
Vuonna 1986 tapahtuneen Challenger -sukkulan onnettomuuden jälkeen suuri yleisö alkoi menettää kiinnostustaan avaruusmatkailuun ja NASA joutui rahoitusvaikeuksiin. Kestikin kaksi vuotta, ennen kuin seuraava sukkula laukaistiin matkaan. Kaikista vaikeuksista huolimatta NASA:n on onnistunut toteuttaa peräti 91. avaruuslentoa Challengerin onnettomuuden jälkeen.
1980 - ja 1990 -luvuilla avaruussukkuloiden tärkeimpiin tehtäviin kuului viedä satelliitteja ja avaruusluotaimia avaruuteen. Päätehtäviin kuuluivat myös avaruusasemien, kuten ISS:n ja Mirin ruoka- ja happivarastojen täydentäminen. Vilkkainta sukkulaliikenne oli tilastollisesti katsottuna 1990-luvulla, jolloin NASA laukaisi avaruuteen 64 lentoa. 1980-luvun vastaava määrä taas oli 32 ja 2000-luvulla 19.
Seuraavan kerran sukkulalennot keskeytettiin Columbian tuhoutumisen jälkeen 2003. Tämän onnettomuuden jälkeen sukkulalennot jäädytettiin tilapäisesti, kunnes NASA päätti laukaista Discovery -sukkulan avaruuteen. Alkujaan laukaisun piti tapahtua 13. heinäkuuta 2005, mutta järjestelmissä havaittu virhe siirsi laukaisun ajankohtaa kolmetoista päivää. Discovery laukaistiin lopulta onnistuneesti 26. heinäkuuta 2005 ja se laskeutui Floridan ja samalla Kennedyn avaruuskeskuksen huonon sään vuoksi Edwardsin lentotukikohtaan Kaliforniassa 9. elokuuta 2005 klo 12:12 UTC.
Columbian onnettomuuden jälkeen NASA on alkanut tarkastaa jokaisen avaruussukkulan lennon aikana ulkopuolelta ennen laskeutumista. Nykyään ainoa paikka varuudessa, jossa tarkistuksen voi suorittaa on kansainvälinen avaruusasema ISS. Tämän vuoksi enempiä huoltolentoja mm. avaruuskaukoputki Hubblelle ei voida tehdä, koska sukkula ei pysty saavuttamaan sekä Hubblea että ISS:ää samalla lennolla.

[muokkaa] Tulevaisuus
NASA kaavailee poistavansa avaruussukkulat käytöstä vuoteen 2010 mennessä. Sukkuloiden seuraajiksi mietittiin aluksi Orbital Space Planea, mutta nykyään Orion-avaruusalusta pidetään todennäköisimpänä vaihtoehtona.
On arvioitu, että Kansainvälisen Avaruusaseman ISS:n rakentaminen vaikeutuu huomattavasti, mikäli NASA pysyy suunnitelmissaan lakkauttaa sukkulalennot vuoteen 2010 mennessä, sillä tällöin ei jää jäljelle mitään tarpeeksi tehokasta avaruusalusta, joka pystyisi nostamaan aseman painavimmat osat kiertoradalle.
[muokkaa] Rakenne
NASA:n avaruussukkula koostuu neljästä osasta. Se laukaistaan avaruuteen pystysuoraan kolmen perärungossa sijaitsevan päämoottorin ja kahden kiinteää ajoainetta polttavan moottorin avulla. Sukkulan kertakäyttöinen osa on sen päämoottorin ajoainetankki (engl. Space Shuttle External Tank, lyhenne ET). Päämoottorit käyttävät nestemäisiä polttoaineita, vetyä ja happea. Tankki painaa tyhjänä noin 30 tonnia, ja sisältää 554 m³ nestemäistä happea ja 1500 m³ nestemäistä vetyä. Täysi tankki painaa 750 tonnia ja siihen mahtuu noin 2 miljoonaa litraa polttoainetta.
Sukkulan moottorit tuottavat lentoonlähdössä 71,4 % työntövoimasta (14,7 MN). Ajoaineena on ammoniumperkloraatti NH4ClO4, jota on 69,6 % massasta ja jota käytetään hapettimena, sekä alumiini , jota on 16 % ja jota sukkula käyttää itse polttoaineenaan. Polymeerimatriisissa on myös rautaa, joka toimii palamisreaktion katalysaattorina. Kukin kolmesta päämoottorista tuottaa 1,8 MN työntövoiman, kun taas nestehappi ja -vety tuottavat palaessaan noin 3300 celsiusasteen lämpötilan. Päämoottorien lisäksi sukkulassa on kaksi pienempää, hydratsiinilla (N2H4) toimivaa moottoria, joiden työntövoima on 27 kN ja joita käytetään vasta polttoainesäiliön irrotuksen jälkeen. Kiertoradalle nousussa moottorien yhteisteho on 34,8 MN. Kaikkiaan sukkulassa on yli 30 rakettimoottoria, joista pääosaa käytetään Sukkulan asennonsäätämiseen avaruudessa.
Vaikka avaruussukkula on monimutkaisin ihmiskunnan rakentama laitelähde?, se voidaan laukaista täysin automaattisesti. Miehistöä tarvitaan kiertoradalla, avaruuskävelyllä, laskeutumisessa ja tietysti hätätilanteissa. Avaruussukkulaa voidaan kiertoradalla ohjata pienten ulkoisten rakettisuihkujen avulla (RCS, Reaction Control System). Laskeuduttaessa sukkula käyttää siipien liikkuvia osia lentokoneeen tavoin.
[muokkaa] Avaruuslento
[muokkaa] Laukaisu
Avaruussukkulan laukaisu suoritetaan automaattisesti. Irrotettavat kiinteäajoainemoottorit (englanniksi Space Shuttle Solid Rocket Booster, lyhennettynä SRB) palavat muutaman minuutin ajan. Ne irrotetaan sukkulan ollessa 45,7 km korkeudessa. Polttoainetankki irrotetaan 8,5 minuutin kuluttua laukaisusta, jolloin sukkula on suunnilleen 109 km korkeudessa. Tässä vaiheessa hapen lämpötila on -253°C, jolloin tankin ulkopintaan muodostuu jäätä ilman kosteuden härmistyessä kylmään pintaan. Sukkula pystyy nostamaan kiertoradalle 28,8 tonnia lastia. Miehistönä voi olla 10 astronauttia, tosin tähän mennessä on suurin miehistön määrä ollut kahdeksan henkeä. Pisin lento, STS-80 marraskuussa 1996, on kestänyt 17,5 vuorokautta.
[muokkaa] Laskeutuminen
Avaruussukkula aloittaa laskeutumisensa ollessaan noin 120 kilometrin korkeudessa. Laskeutumisessa sukkula liikkuu nokka noin 40 astetta ylöspäin nopeudella Mach 25 mikä on suunnileen 8,2 kilometriä sekunnissa. Myöhemmässä vaiheessa sukkula pudottaa vauhtinsa nopeuteen Mach 3. Laskeutumisen viimeisten vaiheiden alkaessa sukkulan nopeus on laskenut jo 111 kilometriin tunnissa.
Sukkula (OV) laskeutuu liitolennossa. Ilmakehään paluu aiheuttaa hyvin suuria lämpökuormia sukkulan nokkaan ja sen siipien etureunaan sekä aluksen alapintaan. Alumiinista valmistettu sukkulan runkorakenne on eristetty kuumasta rajakerroksesta rakenteen pinnalle liimattujen lämpöeristetiilien avulla. Sukkulan lämpösuojausta on parannettu useita kertoja painon säästämiseksi ja työmäärän vähentämiseksi. Lämpötiilien sääsuojaus tuhoutuu sukkulan palatessa ilmakehään, joten sukkula voi laskeutua vain hyvällä säällä. Samoin irrotettavan polttoainetankin massaa on vähennetty viisi tonnia ohjelman aikana alkuaikojen valkoisen pintamaalin pois jättämisellä.
[muokkaa] Teknisiä tietoja
- Orbiterin pituus 37,3 m
- Kärkiväli 23,8 m
- Lentoonlähtöpaino 2040000 kg
- Ulkoisen polttoainesäiliön massa tankattuna 751000 kg
- Yhden kiihdytysraketin massa 590000 kg (2 kpl)
- Orbiterin massa 109000 kg
- Suurin työntövoima 34,8 MN
- Yksi SSME-päämoottori (3 kpl) 1,8 MN
- SRB-kiinteäajoaineraketti 14,7 MN
- Suurin laskeutumismassa 104000 kg
- Suurin hyötykuorma 28800 kg
- Lakikorkeus 185 - 1000 km
- Ratanopeus 7,7 km/s
- Miehistö enintään 10 henkilöä
[muokkaa] NASA:n avaruussukkulat
- Enterprise - Ensimmäinen sukkula, OV-101, joka rakennettiin vain koekäyttöön, valmistui 17. syyskuuta 1976. Sillä tehtiin muun muassa liitolentokokeita 1970-luvun lopulla. Alusta ei tehty varsinaisia avaruuslentoja varten.
- Columbia - Vanhin sukkula OV-102, joka toimitettiin Kennedyn avaruuskeskukseen maaliskuussa 1979 ja laukaistiin ensimmäisen kerran kahden hengen miehistöllä 12. huhtikuuta 1981. Columbia tuhoutui laskeutuessaan takaisin maahan 1. helmikuuta 2003. Tuhoutuminen johtui laukaisussa tapahtuneesta siiven etureunan lämpöeristetiilien vaurioitumisesta.
- Challenger - OV-099. Toimitettiin heinäkuussa 1982. Alus tuhoutui onnettomuudessa 28. tammikuuta 1986 laukaisun aikana.
- Endeavour - Sukkula rakennettiin varaosista korvaamaan tuhoutunut Challenger. Toimitettiin toukokuussa 1991. Ensilento 1992.
[muokkaa] NASA:n sukkulatehtävät
- Pääartikkeli: Luettelo NASAn avaruussukkulatehtävistä
Tähän mennessä NASA on toteuttanut 114. lentoa vuosina 1981 - 2006.
[muokkaa] Neuvostoliiton avaruussukkula
- Pääartikkeli: Buran
[muokkaa] Historia
Neuvostoliitto aloitti oman avaruussukkulansa kehittelyn vuonna 1976. Buran -ohjelma (ven. Буран, lumimyrsky) aloitettiin TsAGI-instituutissa Moskovassa. Neuvostopoliitikot uskoivat, että sukkulaa voitaisiin käyttää sotilaallisesti ja siten ehkä muuttaa kylmän sodan voimatasapainoa. Buran-ohjelma oli Neuvostoliiton avaruushistorian suurin ja kallein. Ohjelma lopetettiin vuonna 1993 rahoituksen päättymisen vuoksi.
Kun Buran tuli julkisuuteen NASAn Columbia-sukkulan lennon jälkeen ja oli ulkoisesti samannäköinen, arveltiin julkisuudessa vakoilun olleen syynä tähän. Todellisuudessa aerodynamiikka ja lämmönsiirto paluulennolla määrittävät pitkälle kaikki avaruussukkulat toistensa kaltaisiksi.
Buran tuli muun maailman tietoisuuteen 1970-luvulla, kun neuvostoliittolainen pieni sukkulaprototyyppi kuvattiin Intian valtamerellä Neuvostoliiton laivaston nostaessa sen merestä koelennon jälkeen.
Varsinaisten täysikokoisten Buranien rakentaminen aloitettiin vuonna 1980 ja neljä vuotta myöhemmin ensimmäinen täysikoinen prototyyppi näki päivänvalon. Prototyypillä tehtiin 24 koelentoa, joista 15 käytettiin automaattilaskeutumista. Vuonna 1988 laukaistiin miehittämätön Buran kiertoradalle. Lento sujui suunnitelmien mukaan, mutta jäi Buranin ainoaksi.
Buran oli esillä Pariisin ilmailunäyttelyssä vuonna 1989 Antonov An-225-kuljetuskoneen selässä. Varastohalli, jossa avaruudessa käynyttä Burania säilytettiin, romahti vuonna 2002 korjauksen puutteessa. Hallissa ollut sukkula hajosi korjauskelvottomaksi.
[muokkaa] Rakenne

Buran suunniteltiin tekemään sekä miehitettyjä että miehittämättömiä lentoja, mutta vain viimeksi mainittuun soveltuva alus rakennettiin. Buran oli rakenteeltaan hiukan kehittyneempi kuin NASA:n sukkulat.
Buranin rungossa ei ole lainkaan rakettimoottoreita, vaan se laukaistiin kertakäyttöisellä Energija-kantoraketilla. Apuraketteja oli neljä, toisin kuin NASA:lla, joiden raketeissa käytettiin vain kahta apurakettia. Apuraketit käyttivät ajoaineenaan kerosiinia ja nestehappea.
Buranin hyötykuorma on 30 000 kg, NASA:n sukkulan 25 000 kg. Buranin nostovoima-vastussuhde on 6,5, NASA:n sukkulan 5,5. Buran voi tuoda takaisin maahan 20 000 kg hyötykuorman, NASA:n sukkula 15 000 kg.
Teknisiä tietoja (Energija-raketti, 2 nesteajoainetta käyttävää apurakettia ja Buran-sukkula): [1]
- Pituus: 60 m
- Massa: 2 200 000 kg
- Sukkulan massa tyhjänä: 75 000 kg
- Miehistö: enintään 8, voitiin lähettää myös miehittämättömänä
- Hyötykuorma enintään: 35 000 kg
- Lämpötiilien määrä: 38 640 kpl
[muokkaa] Muiden valtioiden avaruussukkulaohjelmat
Neuvostoliiton ja Yhdysvaltojen lisäksi moni muukin valtio on ollut kiinnostunut omasta avaruussukkulastaan.
[muokkaa] ESA, Ranska, Saksa ja Englanti
- Pääartikkeli: Hermes (sukkula)
Myös läntinen Eurooppa yritti kehittää omia avaruussukkuloitaan 1980-luvun lopulla, jolloin ESA otti kehitysohjelmaansa Ranskan Hermes-avaruussukkulan. Hermes-sukkulan oli tarkoitus nousta maapalloa kiertävälle radalle Ariane 5 -kantoraketin avulla. Hermes -projekti päättyi kuitenkin rahoitusvaikeuksiin 1993.
ESAn kehitellessä Hermes -sukkulaansa, keskittyi Saksa omaan Sänger-avaruussukkulaansa. Myös Englanti suunnitteli HOTOL -sukkulan rakentamista. Molemmat projektit kuitenkin lopetettiin jo kauan ennen prototyypin rakentamista, syynä rahoitusongelmat.
Euroopan avaruusjärjestöllä ESAlla on kuitenkin edelleen oma avaruussukkulaohjelmansa, nimeltä Phoenix. Tavoitteena on saada sukkula käyttöön suunnilleen vuosina 2015–2020. ESA teki toukokuussa 2004 Kiirunassa sukkulan pienoismallilla koelennon, jolla testattiin onnistuneesti automaattista laskeutumista.
[muokkaa] Venäjä
- Pääartikkeli: Kliper
Venäjän avaruusjärjestö ja ESA kehittävät parhaillaan yhteistyössä Kliper-sukkulaa (englannin kielessä käytetään usein joskus ulkoasua Clipper), joka on nostava runko-tyyppinen avaruusalus. Kliper on suunniteltu Burania ja Yhdysvaltain sukkuloita halvemmaksi ja kevyemmäksi. Kliper on suunniteltu käytettäväksi 25 kertaa, jonka jälkeen se voidaan romuttaa.
[muokkaa] Teknisiä tietoja
- Massa: 13000 kg
- Kapasiteetti: 6 henkilöä ISS-avaruusasemalle, joista 2 aluksen lentäjiä, 4 matkustajia.
- Rahti: 400 kg
- Ratakorkeus: 200-500 km
- Laskeutuminen: vuoden 2004 suunnitelmassa 5-10 km korkeudesta laskuvarjojen varassa ja vuoden 2005 suunnitelmassa siipien varassa
Venäjän avaruusjärjestö ja ESA ovat suunnitelleet, että Kliper laukaistaisiin kertakäyttöisellä kantoraketilla, kuten Yhdysvaltain sukkulat. Myöhemmin voitaisiin kuitenkin siirtyä uudelleenkäytettäviin kantoraketteihin, vaikkakin sellaiset ovat vasta suunnitteluasteella.
Miehistön ja rahdin turvallisuus olisi arvioiden mukaan parempi kuin Yhdysvaltojen NASAn avaruussukkulalla, koska toisin kuin sukkula, Kliper voitaisiin varustaa pelastustornilla. Nostava runko (engl. lifting body) merkitsee sitä, että aluksen nostovoima paluulennolla aikaansaadaan rungon eikä siipien avulla. Myös Yhdysvaltain ilmavoimien 1950-luvun lopun DynaSoar-sukkulakaavailuissa pyrittiin minimoimaan siipi. Kliper voi nousta ainoastaan matalalle satelliittiradalle ja suorittaa sieltä maahanpaluun: avaruusaseman radalle nousemiseen se tarvitsee avaruushinaaja Paromia.
[muokkaa] Muut valtiot
Monilla valtioilla on suunnitelmat avaruussukkuloista paperilla, mutta itse sukkulan rakentaminen on aivan eri asia. Teknisten ongelmien lisäksi projektit ovat hyvin kalliita ja tähän mennessä vain Yhdysvallat on saanut miehitettyjä lentoja ilmaan. Suurin osa projekteista kaatuu rahoitusvaikeuksiin ja osa teknisiin. Vain harvalla valtiolla on sekä taloudellista että teknistä osaamista sukkulan rakentamiseen.
Venäjän ja muutamien Euroopan valtioiden lisäksi myös Japani on ilmaissut halunsa saada oma avaruussukkula. Japanin avaruusjärjestö JAXA kehitti 1980-luvulta vuoteen 2003 asti HOPE -sukkulaa, mutta projekti peruttiin. Vuoden 2005 alussa Japani ilmoitti olevansa jälleen kiinnostunut oman avaruussukkulansa rakentamisesta.
[muokkaa] Lähteet
- ↑ Lähteenä käytetty Tähdet ja Avaruus -lehden numeroa 5/2005
- Avaruuslennot, suomenkielinen sivusto miehitetyistä avaruuslennoista.
- Taulukko NASAn sukkuloiden lennoista (pääosin englanniksi).
- Sukkulan "käyttöohjeet" (HTML-muodossa) (englanniksi)