Miksi avaruuteen menoon tarvitaan raketti?

Vierailija kirjoitti:

Vierailija kirjoitti:

Avaruuteen pääseminen ei vaadi valtavan paljoa. Sinne tosiaan yltää erikoistuneella rakettilentokoneella, kuten amerikkalaisella X15-koneella. Toinen vaihtoehto on suoraan ylöspäin menevä raketti, joka kiihdyttää muutaman kymmenen kilometrin korkeuteen, polttoaineen loputtua lipuu nopeutta menettäen avaruuden rajaksi määriteltyyn sadan kilometrin korkeuteen asti, ja putoaa sitten takaisin alas.

Avaruusaluksen kykyä liikkua mitataan yleensä termillä delta-v. Yksinkertaisesti delta-v kertoo sen, kuinka monta kilometriä sekunnissa alus voi kiihdyttää vauhtiaan ennen kuin polttoaine loppuu. Tälläisen suoraan ylös tähtäävän raketin vaadittu minimidelta-v on noin 1,4 km/s. Toisin sanottuna avaruuden tyhjiössä tämä raketti saavuttaisi noin 1,4 km/s nopeuden muutoksen.

Maapallon pinnalta lähtiessä iso osa tästä delta-v:stä kuluu maan painovoiman vastustamiseen sekä ilmanvastukseen, se on täysin totta. Ja periaatteessa sama raketti, laukaistuna 15 kilometrin korkeudesta, pääsisi huomattavasti pidemmälle ennen putoamistaan takaisin maan pinnalle. Tietenkään mitään isompaa rakettia on turha pakata lentokoneen kyytiin, mutta ehkä pienenpieni raketti mahtuisi matkaan?

Kaksi tärkeintä syytä miksei näin tehdä ovat, että raketin päävihollinen on painovoima, ja että avaruudessa pysyminen vaatii paljon paljon enemmän delta-v:tä. Ilmankehän paksuimmissa alimmissa kerroksissa raketin nopeus on vielä sen verran matala, että ilmanvastuksen vaikutus raketin delta-v-vaatimukseen on lopulta 0,2-0,3 km/s luokkaa (erittäin raaka arvio). Ei ihan mitätön luku, mutta kun ajattelee lentokoneesta laukaistavan avaruusraketin logistisia ja käytännöllisiä haasteita, tämä delta-v:n murto-osan säästö ei vaan riitä.

Mikä tärkeämpää, maan kiertoradalle päästäkseen pelkkä avaruuteen yltäminen on vasta matkan ensimmäinen askel. Raketin pitää myös kiihdyttää itsensä sivuttaissuunnassa riittävään nopeuteen, että painovoiman vaikutuksesta se "putoaa" ikuisesti maapallosta ohi. Matalilla kiertoradoilla tämä vauhti on noin 7,8 km/s. Kiertoradalle pääsyn minimidelta-v on avaruuteen vaadittava 1,4 km/s, plus kiertoradan vaatima 7,8 km/s, plus ~0,5 km/s koska käytännössä vasta 150 km korkeudessa ilmakehä on niin harvaa, että alus oikeasti pysyisi kiertoradalla. Voidaan hieman pyöristää ja sanoa että 10 km/s on kiertoradalle pääsyyn tarvittava delta-v. Tässä kohtaa lentokoneen tuoma parin sadan sekuntimetrin etu on täysin merkityksetön.

Sen verran haluan vielä sanoa, että järkevin tapa liikkua ilmakehässä on lentokone, koska lentämisen tavoite on yleensä tehdä matkaa sivuttaissuunnassa ja tätä sivuttaisliikettä voidaan hyödyntää nosteen tekemiseen siivillä. Mutta suoraan ylöspäin matkatessa lentokoneen vaatima sivuttaissuuntainen liike ei ole enää niin tehokasta. Teoriassa valtava heliumpallo voisi viedä pienen avaruusraketin korkealle, mutta silloinkin törmätään käytännön esteisiin ja kustannuksiin.

Tiesitkö että olet uskomattoman tylsä? Sinulla ei taida olla montaa ystävää.

Vain pari, jos niitä nyt voi sellaisiksi edes kutsua...