tiistai 9. tammikuuta 2024

Avaruuskilpa: kaupallinen vaihe, tekninen umpikuja

Suurvaltojen kilpailu ”avaruuden valloittamisesta” lähti liikkeelle oikeastaan aika huomaamattomasti. Kysymyksessä oli kansainvälinen tiedehanke. Vuosi 1957 oli nimetty kansainväliseksi geofysiikan (eli maapallon tutkimisen) vuodeksi. Juhlavuoden kunniaksi suuret valtiot, USA, Englanti ja Neuvostoliitto ilmoittivat lähettävänsä maata kiertämään tutkimuslaitteita eli tekokuita. Julkinen sana ei juurikaan kiinnittänyt asiaan huomiota. Hanke ei kuitenkaan ollut mitenkään salainen. Rakettitekniikka ja avaruuslennon perusteet tunnettiin sinänsä hyvin, venäläinen kuuro opettaja Konstantin Tsiolkovski selvitti ne jo 1900–luvun alussa. Saksalainen Hermann Oberth julkaisi vuonna 1923 kansantajuisen tietokirjan, ja luonnosteli myös maata kiertävän miehitetyn avaruusaseman, Wohnrad, jossa keinotekoinen painovoima synnytettiin pyörimisliikkeen avulla (laite esiintyy Stanley Kubrikin elokuvassa Avaruusseikkailu 2001). Pienimuotoista tutkimus- ja kokeilutoimintaa tehtiin monissa maissa. Puolalaissyntyinen tiedemies Ary Sternfeld kirjoitti jo vuonna 1932 hämmentävän perinpohjaisen teoksen Initiation à la Cosmonautique (suomennettu vuonna 1958 nimellä Tekokuut ja avaruusalukset). Sodan aikana Natsi-Saksa kehitti rakettitekniikan käytännössä toimivalle tasolle (V2-ohjukset).

Kun sitten Neuvostoliitto ainoana maana lähetti vuonna 1957 avaruuteen Sputnik-1 satelliitin, kohu olikin yllättäen valtaisa. Neuvostopropaganda otti tietysti kaiken ilon irti tuosta tapauksesta, se politisoitui välittömästi. Erityisesti amerikkalaiset joutuivat paniikkiin. Heidän Vanguard-ohjelmansa takkuili, joten natseilta takavarikoitu V2- ohjus modifioitiin nimellä Jupiter-C tunnetuksi raketiksi, se vei piskuisen Explorer-1 satelliitin avaruuteen. Kun Neuvostoliitto vielä lisäsi etumatkaansa lähettämällä Juri Gagarinin avaruuteen, avaruustoiminnan luonne muuttui.

Presidentti Kennedy julistin haluavansa lähettää amerikkalaiset Kuuhun. Oli siirrytty ennakkoluulottomien kokeilijoiden ja nerokkaiden tiedemiesten sankariajasta raakaan kilpailuun. Amerikkalaiset avasivat rikkaan valtionsa anteliaan kassakirstun, vain raaka voima auttaisi, ja niinhän siinä kävikin. Avaruuskilpailu peitti alleen samanaikaisen ydinvarustelukilpailun – varmaan myös tarkoituksella. USA ja Neuvostoliitto valmistautuivat tuhoamaan toisensa massiivisilla ydiniskuilla, rakennettiin tuhansia järjettömän voimakkaita vetypommeja ja niiden kantajiksi ohjuksia (katso myös kirjoitukseni Oppenheimerista).

Oma nuoruuteni kului avaruuskilpailua seuratessa, se oli kuin pitkittynyt Formula-kisa sähläyksineen ja varikkokäynteineen. Näin jälkeenpäin on helppo huomata, että se oli loppujen lopuksi yllättävän nopeasti ohi. Vain noin kymmenessä vuodessa voittaja oli selvä. Kilpailun ratkaiseva tekijä oli teknologia: millaisella kalustolla kuuhun mentäisiin. 1960- luvun rakettiteknologia alkoi olla äärirajoilla. Kuuhun pääsemiseksi oli kaksi vaihtoehtoa. On rakennettava tavattoman voimakas kantoraketti. Ja sitä varten oli kehitettävä erittäin voimakas moottori. Amerikkalaiset valitsivat tämän vaihtoehdon. Moottoriteknologian venyttäminen uudelle tehoalueelle sisälsi valtavia riskejä. Jos se epäonnistuisi, peli olisi menetetty.

Neuvostoliiton asiantuntijat olivat vastaavassa tilanteessa. Vaihtoehtoinen lento-optio perustuisi useamman kantoraketin käyttöön. Miehistöalus ja kuualus lähetettäisiin eri raketeilla, ja telakoitaisiin yhteen avaruudessa. Neuvostoliitto oli jo onnistunut kehittämään kohtalaisen tehokkaita kantoraketteja, jotka osoittautuivat myös varsin luotettaviksi. Mutta ilmeisesti ratkaisu ei miellyttänyt poliitikkoja, siinä ei olisi tarpeeksi hohtoa. Siksi piti tehdä samaa kuin amerikkalaiset.

Neuvostoliiton jättiläismäisen kantoraketin työnimi oli N-1 (Nositel, eli nostaja). Se oli suunnilleen amerikkalaisen Saturnus-V raketin kokoinen. Mutta uutta tehokasta moottoria ei uskallettu kehittää. Siksi raketin ensimmäisen vaiheeseen asennettiin peräti 30 pienempää moottoria, kun amerikkalaisten Saturnus-raketissa moottoreita on viisi. N-1 raketilla tehtiin kaikkiaan neljä miehittämätöntä koelaukaisua, mutta kaikki epäonnistuivat, peli oli menetetty. Neuvostoliiton taktiikka oli nyt kiistää, että mitään kilpailua kuuhun olisi edes käyty. N-1-rakettia ei siis virallisesti ollut olemassa. Pateettisen tyhmä valhe, sillä amerikkalaiset vakoilusatelliitit olivat ottaneet siitä ja sen laukaisukentästä varsin tarkkoja kuvia. Toisaalta myös amerikkalaiset salasivat, että heillä oli kyky ottaa tällaisia kuvia.

On pohdittu, miksi Neuvostoliitto hävisi kilpailun Kuusta hyvästä etumatkasta huolimatta. Syyksi on esitetty huippuinsinööri Koroljevin menehtymistä syöpään hankkeen alkuvaiheessa. Ja paradoksaalisesti Neuvostoliitossa oli useita suunnittelutoimistoja, jotka kilpailivat hankkeesta ja vaikeuttivat päätöksentekoa. Tärkein syy lienee kuitenkin raha. Neuvostoliitto pystyi osoittamaan hankkeeseen vain pienen murto-osan resursseja verrattuna siihen, mitä amerikkalaiset kaatoivat Apollo-ohjelmaan. Byrokraattinen, hidas päätöksenteko, myöhästyminen alusta ja vakava aliresursointi ja kiire johtivat hutilointiin suunnittelussa ja tuotannossa. Vaikka raketin tekniikka oli konservatiivista, hanke kaatui laatuongelmiin.

Kun amerikkalaiset pääsivät Kuuhun, seurasi jonkinlainen neuvottomuuden tila. Loistelias Apollo-ohjelma keskeytettiin, Kuussa käytiin kaikkiaan kuusi kertaa, ja neljä jäljellä ollutta lentoa peruutettiin. Epäilemättä sieltä saatiin jonkin verran tutkimustietoa, mutta oliko se todella vaivan arvoista? Avaruuslennot olivat edelleen suunnattoman kalliita ja vaarallisia. Seuraava suuri hanke, STS eli avaruussukkula petti odotukset. Se ei ollut lainkaan halpa, eikä myöskään turvallinen. Sukkula oli myös tarkoitettu avaruuteen sijoitettujen asejärjestelmien huoltoon – mutta sellaisia ei tullutkaan (katso blogikirjoitus sukkulasta). Jouduttiin jopa nöyryyttävään tilanteeseen. Amerikkalaiset astronautit pääsivät kansainväliselle avaruusasemalle vain venäläisillä aluksilla. Ja Neuvostoliiton romahdettua myös venäläisten avaruusohjelma näivettyi.

Nyt, puoli vuosisataa ensimmäisestä kuulennosta, avaruuskilpailu näyttää taas aktivoituneen. Syynä saattaa olla Kiinan pyrkimys liittyä avaruusvaltoihin, ja ilmeisesti USA:ssa ajatellaan, että haasteeseen on taas vastattava. Mitään erityistä uutta hyötyä ei ole näkyvissä. Myös Mars on mainittu, se taas on suunnattoman kaukana, riskit ja kustannukset aivan toista luokkaa. Kilpailu on siis edelleen lähinnä poliittinen ja ideologinen. Ehkä koetaan, että katsomoon on vaihtunut uusi sukupolvi. Venäjä taas on pudottautunut pois vapaaehtoisesti, sen resurssit on suunnattu muualle, vanhan imperiumin lopulliseen tuhoamiseen.

Avaruuskilpa poikkeaa edellisestä ottelusta siten, että USA luottaa aiempaa enemmän yksityisen teollisuuden resursseihin. Teknologisesti ollaan edelleen samassa umpikujassa kuin 50 vuotta sitten, eli perinteinen rakettitekniikka ei ole ottanut laadullista harppausta. Uutta on lähinnä rakettikerosiinin eli RP-1 polttoaineen korvautuminen nesteytetyllä metaanilla, siitä saadaan tehokkuusetua. Hyvin poikkeava toimija näyttää olevan Elon Muskin luotsaama Space-X yhtiö. Sen tehokkain kantoraketti Super Heavy muistuttaa oudosti Neuvostoliiton epäonnistunutta N-1 rakettia. Sen sijaan, että kehitettäisiin hyvin voimakas rakettimoottori, käytetään useita pienempiä, mutta teknologialtaan vakaampia moottoreita. Super Heavyyn asennetaan suurimmassa versiossa kaikkiaan 27 Raptor- moottoria, kun N-1 raketissa moottoreita oli 30.

Avaruusinsinöörit ovat kyllä pitkään haaveilleet laadullisesta harppauksesta, joka tekisi avaruuslennoista samanlaista rutiinia kuin normaalista lentoliikenteestä. Aiemmin ideoitiin ydinkäyttöisiä avaruusaluksia, mutta monestakin syystä konsepti on hylätty. Nykyinen kehityssuunta on aika lailla selvä. Se on monikäyttöinen avaruuslentokone, jonka raketit käyttävät kiihdytysvaiheessa ilmakehän happea. Se olisi merkittävä suorituskyvyn lisä, sillä nykyisten rakettien polttoaieen painosta suurin osa on happea. Avaruuslentokone olisi yksivaiheinen, ja se vain tankattaisiin lentojen välillä.

Avaruuslentokoneen kehittäminen sisältää merkittäviä teknisiä haasteita, ja se tulisi varsin kalliiksi. Siksi yksityinen teollisuus ei sellaiseen halua investoida. Avaruussektorilla ei ole näköpiirissä sellaista kaupallista potentiaalia, että teollisuus ottaisi riskejä. USA:n avaruushallinnon johtama Venture Star- hanke keskeytettiin vuonna 2001, ja konseptia demonstroimaan kehitetty pienempi alus X-33 on ilmeisesti museoitu.

Euroopassa brittivetoinen avaruuslentokonetta kehittävää Skylon-hanke etenee edelleen, tosin melko niukalla rahoituksella. Sen ensimmäinen moottoriprototyyppi SABRE on kuitenkin päässyt testausvaiheeseen. Hanke saattaa saada synergistä tukea, sillä yhtiö kehittää myös hiilivapaata ilmailuteknologiaa.