Matkalla avaruuteen?

[Tarinankertoja]

Hienosti maasta nähtynä (yks monista)

Linkki: https://twitter.com/fallingstarIfA/status/1574583529731670021

 

[Amerikanihme]

Ymmärsin kyllä, että on kaksois asteroidi. Tuo pienempi mihin osuttiin niin sen "lounaispuolella" on tuommoinen pitkulainen objekti. Eli siis kai pakko olla sen pienemmän asteroidin korkeampi kohta joka vielä heijastaa valoa takaisin. On vain oudon muotoinen mielestäni siihen nähden miten kuvittelisi tuon mötikän jatkuvan siellä varjon puolella.

Ehkä jonkun isomman kraatterin reunavalli, joka näyttäytyy lähes suorana viivana heijastaessaan auringonvaloa? En tiedä, tämä on vain arvaus.

 

[Tarinankertoja]

Jarla hereillä asioista :-)

Fingerpori - 1.10.2022 - Sarjakuvat | HS.fi

Lue sarjakuva Fingerpori

www.hs.fi

 

[Tarinankertoja]

Pari päivää sitten Juno lensi Europan läheltä.. hienoja kuvia ja vertailu Galileon 20 vuotta vanhoihin on mahdollista (näitä tutkailuja odotellessa)

JunoCam : Processing - Mission Juno

Uusia luotainhan on Europa Clipper ja on lähdössä 2024 tutkiin Europaa ja sen geysirejä.

 

[Tarinankertoja]

Kirjottakaapa Googleen "DART mission"


..nythän on julkastu dataa, missio onnistui yli odotusten. Tästä on todellakin hyvä jatkaa astroidiuhan puolustuskyvykkyyden kehittämistä!

Toki siis astroidi tai komeetta pitää havaita ajoissa, jotta näillä keinoin onnataan, mutta sitä kohti ollaan menossa. Joku damokle -komeetta voi tietty tulla puskista, mutta sellasta se elämä maailman kaikkeudessa on.

 

[Rantojen mies]

Kävikö tuossa siis niin, että kappaleen lentorata muuttui ~30 kertaa enemmän kuin ounasteltiin, eikä syytä ole vielä siis tiedossa?

On kyllä hienoa, jos tuollaisiin kappaleisiin voidaan oikeasti vaikuttaa.

 

[Harzan]

Tunnetko, kuinka vauhti kiihtyy? Maapallo pyörii nyt ennätysnopeudella

Maapallo teki pyörimisen nopeusennätyksen tänä kesänä. Nyt edessä saattaa olla sekunnin vähentäminen kellosta.

www.iltalehti.fi

Kyllä ennustan, että nyt ruvetaan rakentamaan valtavan kokoista jarruvarjoa maapallolle. Tuppurainen on jo luvannut, että Suomi kyllä maksaa.

 

[Glove]

Älä ala nyt kehittämään mitään purjetta jooko.

Minäkin näissä avaruusketjuissa aina pyörin, mutta se on vain jotta saisin rauhan loppuelämäkseni kun en bonjaa Newtonin perusplanetaarista yhtälöä saati Einsteinin kehittyneimpiä raapustuksia ja aina olen kysymässä huolissani että jos meidän palloon osuisi merkittävä asteroidi niin voisiko se syöstä pienen planeettamme helvettiin tai syöstä Aurinkoon. Siis muuttaa meidän haurasta rataa.

Ilmeisesti näin ei tule käymään. Vaikka huolissani olenkin niin luulen ihan nyyttonimaisesti meidän kiertävän tässä senkin jälkeen kun aurinko on pamahtanut. Ei ole syytä uskoa toisin.

Käryhän ihmiskunnalle tulee käymään kun aurinko laajenee. 500 miljoonan vuoden päästä maapallolla alkaa olla liian kuuma elämälle ja joskus 3 miljardin vuoden kuluttua aurinko on laajentunut niin paljon, että se nielaisee maapallon ja se on loppu sitten. Luultavasti ihminen tuhoaa pallon ja itsensä jo hyvän aikaa ennen sitä.

 

[hablaa]

Aiheesta kiinnostuneet varmasti ovat tästä tietoisia, mutta varmuuden vuoksi vielä - Artemis 1:n seuraava laukaisuyritys on huomenna n. klo 8:04 paikallista aikaa.

Hitsi kun en muista katsoinko Youtubesta vai luinko jonkin nettiartikkelin aurinkokunnan tulevaisuudesta, siinä siis pohdittiin ja spekuloitiin juuri mikä on Aurinkokuntamme kohtalo. Senkin jälkeen kun Aurinko on pamahtanut ja hyytynyt valkoiseksi kääpiöksi.

Jos "proton decay" ei ole juttu, niin saattaa olla että nähdään supernova meidänkin aurinkokunnassa:



...mutta tuohon menee ns. "hetki", että ei välttämättä kannata laittaa kalenterimerkintää ihan heti.

 

[LiiAaa]

Kahdeksan minuuttia laukaisuun. Hesarissa live jos kiinnostaa.

Video | Nasan raketti lähti kohti Kuuta: tältä näyttää Maa aluksesta kuvattuna

Kuuraketti Artemis 1:n kohosi Maan kiertoradalle keskiviikkona aamulla kello 8.47 Suomen aikaa. Lähtö lykkääntyi kolmesti elo–marraskuun aikana.

www.hs.fi

 

[Tarinankertoja]

Artemis I on matkalla SLS:n viemänä.. vihdoin.

Artemis kiertää kuun kahdella lähiohituksella ja paluu Kuuhun on alkanut. Tärkeä NASA:n rahotuksen kannalta ja olihan hieno ja informatiivinen NASA:n lähetys.

Cubesateliitteja, eli pikkusateliitteja joilla testaan eri asioita on mukana 10kpl, on aurinkopurjetta ja kuunanalysointia aurinkotutkimusta jne jne

 

[douppi]

James Webb -teleskoopin uskomaton kuva paljastaa, miltä näyttää kun tähti syntyy – Aurinkokunnan kokoinen prototähti loistaa avaruudessa kuin valtava tiimalasi

Syntyvä tähti on iältään vasta 100 000 vuotta, mikä on tähden elinkaaressa häviävän lyhyt aika.

www.tekniikkatalous.fi

On nämä vaan niin... järki lähtee. Mutta samalla niin kiinnostavaa ja kiehtovaa.

 

[Con Tsales]

James Webb -teleskoopin uskomaton kuva paljastaa, miltä näyttää kun tähti syntyy – Aurinkokunnan kokoinen prototähti loistaa avaruudessa kuin valtava tiimalasi

Syntyvä tähti on iältään vasta 100 000 vuotta, mikä on tähden elinkaaressa häviävän lyhyt aika.

www.tekniikkatalous.fi

On nämä vaan niin... järki lähtee. Mutta samalla niin kiinnostavaa ja kiehtovaa.

Nää on kyllä kovaa kamaa. Jos haluaa tuntea itsensä todella pieneksi, niin kannattaa tutustua aiheeseen.

 

[Euro71]

Nasa kehittänyt plasmamoottorin, jonka nopeuksien pitäisi nousta kymmenkertaisiksi nykyisiin moottoreihin verrattuna.

Nasa on kehittänyt tätä moottoria (VASIMR) jo vaikka kuinka kauan (vuodesta 1977). VASIMR on yhden tyypin sähköinen moottori (ionimoottori) ja sellaisia on ollut avaruudessa käytössäkin jo pitkään. Esimerkkinä vuonna 1998 lähetetty DS-1:

Deep Space 1 - Wikipedia

en.wikipedia.org

Ionimoottorien (ml. VASIMR) pakosuihkun nopeudet (ve = g * Isp) todellakin ovat hurjia kemiallisiin raketteihin verrattuna. Niiden pääsääntöiset ongelmat ovat (1) teho-paino -suhde, (2) skaalattavuus isommille tehoille, (3) teho, ja (4) työntövoima.

Riittävän tehon ja hyötysuhteen tuottaminen on ongelma VASIMR:llekin, ja samoin silläkin on ongelma teho-paino -suhteen kanssa. Teho-paino -suhde vaikuttaa alusten skaalautuvuuteen. Tällä hetkellä ionimoottoreita on käytetty onnistuneesti luotainten radanmuutoksiin, mutta isommille kuormille tarvittaisiin suurempitehoisia moottoreita, jotka itse olisivat kevyempiä eivätkä siten veisi tilaa hyötykuormalta.

VASIMR:llä on perinteiseen ionimoottoriin verrattuna yksi kaavailtu etu: sen työntövoima on säädeltävissä. Raketeille:

P = ½ Fv = ½ dm * v²

Kun teho pidetään vakiona, niin suihkun nopeuden muuttaminen pudottaa työntövoimaa, ja päinvastoin eli työntövoimaa voidaan lisätä suihkun nopeutta pienentämällä. Tavallisessa ionimoottorissa sekä työntövoima että suihkun nopeus ovat aika lailla vakioita, VASIMR:lla säädettäviä. Toki VASIMR:lla on muitakin mahdollisia etuja.

Hienoa, että tälläkin saralla edistystä tapahtuu. Tämähän tulee tuomaan Marsin jo ihan "käden ulottuville".

VASIMR:n kehityksen myötä Mars ei valitettavasti ole vielä yhtään sen lähempänä kuin nytkään. "Marsiin kuudessa viikossa" on mainoslause. Lähinnä tuolla tarkoitetaan sitä, että on mahdollisesti olemassa moottori, jolla voidaan antaa tarpeellinen delta-v tuollaiselle "kuuden viikon radalle" jollain järjellisellä massasuhteella. Tuollaiselle "kuuden viikon radalle" päästään kyllä kemiallisellakin raketilla, mutta (1) hyötykuorma jää pieneksi, ja (2) matka ei ole erityisen taloudellinen. Jotta tuollaista mainoslausetta voidaan arvioida, niin pitää tietää, mikä on kaavailtu massasuhde, mikä on hyötykuorma ja millaiset ovat kaavaillun moottorin parametrit.

Lisäksi monissa tuollaisissa spekulaatioissa lasketaan ainoastaan TMI C3-pisteestä eikä niissä huomioida lainkaan hyötykuorman jarruttamista Marsin radalle tai pintaan. Tunnettu tosiasia on se, että jos tavoitteena ei ole muuta kuin saada aikaiseksi kraateri Marsin pintaan mahdollisimman lyhyellä matka-ajalla, niin se kyllä onnistuu. Sen sijaan kuorman saaminen ehjänä pinnalle saakka on monin verroin vaativampi tehtävä.

 

[Tarinankertoja]

NEWS: Venäjän Sojuz moduli vuotaa jäähdytysaineitta? telakoituna ISS:lle. Tämä voi vahingoittaa ISS:n instrumentteja tai tehdä Sojuzista kyvyttömän palata maahan miehistön kanssa. Laukaiseeko Venäjä "hätä" Sojuzin ylös, vai mitä tapahtuu.. elämme mielenkiintoisia hetkiä ISS:n turvallisuuden ja toimintavarmuuden kannalta.

Linkki: https://youtu.be/fgaJldMa3MY?t=1106

 

[Euro71]

Vähän vanhempia postauksia tältä syksyltä:

Se, että päästään pitemmälle avaruusmatkailussa vaatii sen, että kehitetään täysin uusi moottori, joka ei toimi nesteellä.

Tarkoitat varmaan kemiallisia raketteja? Kemiallinen raketti saa energiansa ajoaineeseen varastoidusta kemiallisesta energiasta (ruuti, APCP, LH2-LOX eli "Hydrolox", RP1-LOX eli "Kerolox" jne).

Sähkö voisi olla vastaus, mutta miten alus voi ladata matkallaan?

Sähköä käytetään ionimoottoreissa, joita on käytetty luotaimissa. Sähkö tulee aurinkopaneeleista (kun ollaan tarpeeksi lähellä Aurinkoa). Kauempana (esim. Jupiterin radan tienoilla tai kauempana) sähköä voi saada paristoista ja sellaisista, mutta niitä on käytetty tosi vähän. Myös säteilytys (BEP, Beamed Energy Propulsion) on suunnittelupöydällä.

Tosiasia kuitenkin on se, ettei maan painovoimakuilusta nousta kuin kemiallisella raketilla, mutta matkailu sitten aurinkokunnassa onkin eri juttu.

Joo. Planeetan pinnalta nouseminen vaatii työntövoimaa (täytyy olla suurempi kuin gravitaatiokiihtyvyys, jotta raketti irtautuu pinnasta). Koska raketin teho on kiinni työntövoimasta ja pakosuihkun nopeudesta, niin ellei tehoa saada lisättyä, pakosuihkun nopeus "jää piippuun". Se puolestaan näkyy raketin massasuhteessa: Saturn- ja SLS Block 1 -rakettien massasuhteessa ei ole kauheasti eroa, vaikka ajallisesti niiden välillä on yli 50 vuotta.

Olet hyvin avannut teknologioita. Kun kerran olen tätä samaa aihetta pyöritellyt, niin teen tähän lyhyen yhteenvedon ja omat jaotteluni teknologioiden suhteen.

- - -

Tässä jonkinlainen lyhyt yleiskatsaus kenttään.

Avaruusalusten moottorit on tarkoitettu nopeuden muuttamiseksi. Kappaleen rata avaruudessa on yksikäsitteisesti määritelty paikka- ja nopeusvektorilla, ja koska paikkavektoria ei voi muuttaa (ilman teleportaatiota), niin rata muutetaan nopeutta muuttamalla.

Moottorit voi jakaa ensin karkeasti ajoaineellisiin ja ajoaineettomiin moottoreihin. Tällä hetkellä käyttökelpoinen ajoaineeton moottori on nk. aurinkopurje, joka tavalla tai toisella (purjeella, sähköisesti, magneettisesti) välittää Auringosta tulevan hiukkasvirran liike-energiaa aluksen liike-energiaksi.

Ajoaineellisia moottoreita on vaikka kuinka paljon. Niissä tärkeimmät komponentit ovat ajoaine (propellant) ja sen liikuttamiseksi käytössä oleva energia. Ajoaineen liike-energia muuttaa aluksen liike-energiaa Tsiolkovskin rakettiyhtälön mukaisesti:

delta-v = ln(m0 / mf) * ve

Massasuhde (m0 / mf) voidaan merkitä kirjaimella R. Koko logaritmi voidaan merkitä kertoimella k, eli k = ln(R) kertoo sen, miten ajoaineen liike-energia muuttuu aluksen liike-energiaksi: delta-v = k * ve. Logaritmisen luonteensa vuoksi massasuhde kasvaa järjettömäksi, jos tavoitellaan isoa kerrointa (R = e^k) eli pakosuihkun nopeus (ve) on pieni suhteessa tavoiteltuun aluksen nopeuden muutokseen (delta-v).

Tästä päästään energiaan ja tehoon. Kun meillä on X kg ajoainetta ja Y J energiaa, niin tästä voi laskea ajoaineen teoreettinen suihkutusnopeus (E = ½mv² --> v = sqrt(2E/m). Teho [J/s] on hetkellinen energiankulutus, jonka kaava raketille on P = ½mv² = ½Fv, jossa m on dot-m eli massavirta [kg/s]).

Mistä se energia otetaan?

Kemiallisilla raketeilla energia tulee ajoaineesta itsestään. Sillä on kuitenkin rajansa, esim. LH2+LOX -reaktio antaa n. 15 MJ/kg, joka rajaa nestevetyraketin ajoaineen suihkun teoreettiseksi maksiminopeudeksi noin 5.5 km/s (Isp ~ 550 s).

Sähköisillä raketeilla (ionimoottorit) ajoaineen kiihdytys tehdään sähköisesti. Sähköä voidaan saada voimalasta. Periaatteessa ionimoottorin energianlähteeksi voitaisiin rakentaa RP1+LOX -generaattori, mutta hyötysuhde jäisi pienemmäksi kuin polttaa kerosiini ja happi nestemoottorilla.

Yleisimmin sähköä saadaan "aurinkovoimalasta" eli aurinkopaneeleilla. Tällöin raketti on itse asiassa BEP-raketti, sen energianlähde on ulkoistettu (Aurinko) ja vastaanotetaan "antennilla" alukseen. Samaa periaatetta voidaan kyllä käyttää muutenkin: maassa oleva mikroaaltolähetin säteilyttää energiaa alukseen, joka jonkinlaisella "antennilla" ottaa sen vastaan ja käyttää sen ajoaineen kiihdyttämiseen.

Säteilynä tulevaa energiaa ei tarvitse muuttaa sähköksi, jos se saadaan kätevästi suoraan ajoaineen lämmöksi, ja lämmöstä ajoaineen liike-energiaksi suutimella kuten kemiallisissa raketeissa.

Lämpöydinraketilla energia otetaan ydinpolttoaineesta. Kuten kemiallisissa raketeissa, lämpö muutetaan kineettiseksi energiaksi suutimella. Siinä puolestaan yksi kriittinen tekijä on polttokammion lämpötila. LH2-LOX -raketilla polttokammiossa ajoaineen lämpötila on noin 2000C, samoin NERVA:ssa:

NERVA - Wikipedia

en.wikipedia.org

NERVA polttaa uraania todella säästeliäällä liekillä pitääkseen lämpötilan aisoissa. Sen pakosuihkun nopeus on kuitenkin kaksinkertainen kemiallisiin raketteihin verrattuna, mutta se johtuu siitä, että se käyttää ajoaineena pelkkää vetyä. Kevyemmällä aineella on enemmän liike-energiaa samassa lämpötilassa.

Ydinraketin pakosuihkuun saa nopeutta nostamalla lämpötilaa. Suurin mielenkiinto tällä saralla kohdistuu nk. "kaasuydinmoottoreihin", Gas Core Nuclear Rocket eli GCNR:

Gas core reactor rocket - Wikipedia

en.wikipedia.org

Kun ydinpolttoaineen lämpötila menee satoihin tuhansiin tai miljooniin asteisiin, jotta se voi lämmittää ajoaineen samaan lämpötilaan, niin ongelmia tietysti syntyy siitä, ettei mikään aine sellaista kestä. Siksi esimerkiksi VASIMR-moottorin kanssa tehty työ magneettikentillä hallitusta suihkusta voi edesauttaa myös GCNR-rakettien kehityksessä.

- - -

NASA on valinnut kolme yritystä (lisäksi kaiketi SpaceX itekseen) kehittää ydinkäyttöstä rakettimoottoria tyhjiössä matkustamiseen. Perustuen siis siihen, että ydinmylly lämmittää vetyä todella kuumaksi ja lykkää tän ulos. Tämä on yli kaks kertaa tehokkaampaa kuin polttaa sitä vetyä hapen kanssa perinteisessä moottorissa. Jep, vetyä pitää olla tankissa. Vety on paljon tilaa vievä polttoaine, eikä sitä oikein kannata nostaa maasta, mutta yleisimpänä alkuaineena sitä löytyy muualtakaan, kuten kusta ja Marsista. Tällänenhän oli jo miltei valmiina, Nerva, mutta Nixon lopetti sen rahotuksen seiskytluvun alussa.

Juuri näin.

Sitten jo nyt on käytössä ionimoottorit. Niiden työntövoima on vähänen, mutta ne on todella tehokkaita, vähän polttoainetta vaativia (ja periaatteessa voivat kerätä lisää lentäessään) ja ISP on 2000 -5000 sekuntia. Näitähän on siis käytössä tällä hetkelläkin, StarLink satelliitit käyttää, samoin komeettaluotiamet jne.

Juuri näin. Monissa ionimoottoreissa tuo ajoaineen vähäisyys on jopa vaatimus, sillä monet niistä käyttävät ajoaineena raskaita jalokaasuja, joita ei ole saatavilla määrättömästi.

Tästä sellanen isoon alukseen soveltuva kehitys on VASIMIR moottorit (ISP jopa 10k). Tämä toki vaatii jälleen ydinvoimalaa sähköntuotantoon ja iso sellanen taas tuottaa niin paljon hukkalämpöä, että siitä eroon pääseminen.. mutta teknisesti siis mahdollinen.

Voi olla, että ydinvoimalan kanssa VASIMR jää vähän piippuun, koska silloin moottorin + voimalan massa kasvaa niin suureksi, että hyötykuorma jää pieneksi. Mutta VASIMR:llä on monta etua puolellaan verrattuna nykyisiin ionimoottoreihin, ja itse seuraan kiinnostuneena ionisoidun ajoaineen hallintaa magneettisella suutimella.

Yksi sähkösen moottorin kehityspolku on MET moottori, jossa mikroaalloilla kuumennetaan vettä ja vesihöyryplasma liikuttaa alusta.. tässä konseptissa on monia hyviä puolia, kun vesi suojaisi aluksen sisällä olevia, ei myrkyllisiä aineita, ei ydinmateriaaleja, pitkät voimantuottoajat.. mutta toki energiavaade on aikas iso, eli sitä sähköä käytännössä kuitenkin pitäsi tuottaa ydinmyllyllä. Pienimuotosena tämmönen on jo testissä minisatelliittikoossa.

Vesi ajoaineena on toisaalta todella haluttu (myrkytön, helppo varastoida), toisaalta ei (suuremman molekyylipainon takia suihkun nopeus jää pienemmäksi kuin vedyllä). Tällaiseen moottoriin voidaan ottaa tarvittava energia samoin kuin muihinkin sähköisiin moottoreihin.

Aurinkopurjetta on testattu ja toimii kyllä. Nopea se ei ole, mutta ”ilmaista” työntövoimaa, joka ei lopu sisäplaneettojen alueella lainkaan. Ja onhan tätä ajateltu Starshot projektinkin työntövoimakskin (siis sen, jossa Proxima Centauri:lle lennettäs 20 vuodessa)

Näinpä.

..futuristista tietty on puhua fuusiomoottoreista, mutta nyt kun näitä yksityisten kehitysprojekteja, jotka ei perustu Tokmak systeemeihin, katsoo, niin ne on pienikokosia ja kevyitä ja jos toimii, lennätettävissä myös avaruuteen… sit joskus.

Piirrustuspöydällä on tällainen fuusiomoottorikonsepti, DFD eli Direct Fusion Drive:

Direct Fusion Drive - Wikipedia

en.wikipedia.org

Kyllä tuolla on toki vielä paljon matkaa jäljellä, ennen kuin se lennättää aluksia avaruudessa, mutta erilaiset lämpöydinmoottorit ovat suurenkin kiinnostuksen kohteena.

 

[Tarinankertoja]

joo, tietty mainitaan nyt Orion myös tässä yhteydessä.. Ja on kai ketjussa ollutkin. siis ydinräjähdyksien työntövoimaan perustuva rakettimoottori. Maan painovoimakuopastakin tällä kyllä noustas, jos vaan possauteltas tarpeeksi ydinlatauksia ilmakehässä :-D ..

mutta siis Freeman Dyson ("Interstellar Transport" 1968) oli ihan tosissaan tällä konseptilla Alpha Centauruiin lentämisestä ja jopa Carl Sagan ideoi tätä hukkaamaan maapallon ydinasevarastot... Dysonhan oli pahoillaan, että tältä konseptilta lopetettiin rahotus, koska uskoi oikeasti konseptiin.

 

[Euro71]

Tuossa oli puhetta tästä "pikavauhtia Marsiin" -mainoslauseesta ja erilaisista konsepteista sen saavuttamiseksi:

Säteilynä tulevaa energiaa ei tarvitse muuttaa sähköksi, jos se saadaan kätevästi suoraan ajoaineen lämmöksi, ja lämmöstä ajoaineen liike-energiaksi suutimella kuten kemiallisissa raketeissa.

Avaan vähän tätä konseptia. Lehtijuttu:

Riding a laser to Mars

Could a laser send a spacecraft to Mars? That's a proposed mission from a group at McGill University, designed to meet a solicitation from NASA. The laser, a 10-meter wide array on Earth, would heat hydrogen plasma in a chamber behind the spacecraft, producing thrust from hydrogen gas and...

phys.org

Jutun aiheena oleva artikkeli:

https://arxiv.org/pdf/2201.00244.pdf

Konseptissa alus nostetaan Falcon-9 -raketilla kiertoradalle, jossa sille annetaan laser-asemalla tarvittava potku Marsiin nopeasti vievälle radalle. Artikkelissa on luvussa 4 laskettu erilaisia skenaarioita. 4 GW:n asemalla Marsiin saataisiin lähetettyä 45 päivän radalla 40 tonnia (ajoainetta 20 tonnia), ja tavallisemmalla 180 päivän radalla 130 tonnia (ajoainetta 15 tonnia).

Kyseessä on nk. BEP-konsepti (BEP, Beamed Energy Propulsion). Maassa on 100 MW asema, josta suunnataan lasersäde alukseen. Aluksessa on peili, jolla säde suunnataan lämmityskammioon. Tällöin aluksen ei itse tarvitse kuljettaa mukanaan energialähdettään. Tällä tietysti päästään itse moottorin huikeaan massa-teho -suhteeseen, kuten jutussa kerrotaan: "A great advantage of laser-thermal propulsion mission concept presented by Duplay et al. is its extremely low mass-to-power ratio, in the range 0.001–0.010 kg/kW"

Tässä konseptissa laserilla säteilytetty energia käytetään suoraan ajoaineen lämmittämiseen. Ajoaineena on vety. Ajatus on se, että lasereilla vety lämmitetään "polttokammiossa" noin 40,000 asteeseen, jolloin suihkun laskennalliseksi nopeudeksi saataisiin noin ve ~ 30 km/s (Isp ~ 3000 s). Näistä parametreista (teho ja suihkun nopeus) voidaan laskea, että työntövoima on noin 6.8 kN ja massavirta noin 250 g/s. Suihkun ominaisenergia on siten noin 450 MJ/kg (vrt. LH2-LOX -raketin noin 10 MJ/kg).

Kuten artikkelista voi lukea, niin tuo kammion korkea lämpötila on iso ongelma. Tässä artikkelissa vanhaan konseptiin (ajoaineen lämmitys säteilyllä [laser, maser, aurinko] peilien avulla) on tuotu mukaan ajatuksia hyvin kuuman ajoaineen hallinnasta GCNR-konsepteista (kts. luku 3.1), josta jo edellisessä ehdin vähän kertoa. Kammioon tarvitaan myös läpinäkyvä ikkuna, josta lasersäde pääsee läpi ajoainetta lämmittämään.

Ajoaineen korkean lämpötilan lisäksi ongelma on se, että laserilla saadaan lähinnä annettua lähtönopeus. Sitä on vaikea käyttää jarruttamiseen Marsin tuntumassa, ja artikkelissa esitetään, että alus tekeekin vain ohituksen (jota korjataan laserasemalla sen verran, että alus palaa Maan tuntumaan). Kuorman (1 tonni) saaminen edes Marsin radalle todetaan ongelmalliseksi, saatikka sen saaminen ehjänä pintaan. Tällaisenaan alus siis kelpaisi Marsin pommittamiseen Maasta käsin.

Onko konsepti tuulesta temmattu? Ei ole. Onko se toteutuskelpoinen? Ehkä tulevaisuudessa, mutta ei nyt. Konsepti nojaa keskeisiltä osiltaan teknologiaan, jota ei vielä ole. Konsepti keskittyy Mars-lennossa enimmäkseen vain yhteen osaan eli TMI:n (Trans-Mars Injection) antamiseen alukselle. Kaavailtu hyötykuorma on pieni, sen saaminen Marsin kiertoradalle tai pinnalle on ongelmallista, eikä itse kantoaluksen saaminen takaisin Maan tuntumaan välttämättä ole hyödyllistä: jos alus aiotaan jarruttaa takaisin Maan kiertoradalle, sillä täytyy olla sitä varten ajoainetta varastossa, joka heikentää sen suorituskykyä.

 

[Tarinankertoja]

Laserin totetus tossa lienee hankalin näin äkkiä ajatellen. Sen kanssa Starshot on myös ongelmissa.. toki heillä tuo tarkkuus ja kohteiden lukumäärä on eri luokkaa, mutta nimenomaan maanpäälle rakennettavan riittävän tehokkaan ja tarkan laserin toteuttaminen ei ole ihan ongelmatonta. Maalla kun on ilmakehtä ja pilvet ja se liikkuu kokoajan, enkä nyt puhu mitään edes voimanlähteestä ja sen hinnasta, käytännössä omasta ydinmyllystä

 

[Euro71]

Laserin totetus tossa lienee hankalin näin äkkiä ajatellen.

Laser on yksi ongelma. Tehoa menee hukkaan niin ilmakehään, aluksen peiliin, lämmityskammion "ikkunaan" kuin itse lämmityskammioon. Vähän tuntuu itsestäni vaikealta ajatella, että säde lämmittäisi vain ajoaineena toimivan vedyn sinne 40,000 asteeseen, ilman, että esimerkiksi lämmityskammion ikkuna lämpenisi samalla sen verran paljon, että antaisi periksi.

Sen kanssa Starshot on myös ongelmissa.. toki heillä tuo tarkkuus ja kohteiden lukumäärä on eri luokkaa, mutta nimenomaan maanpäälle rakennettavan riittävän tehokkaan ja tarkan laserin toteuttaminen ei ole ihan ongelmatonta.

Starshotilla taitaa olla kyllä muitakin ongelmia. Esimerkiksi purjeen materiaalista ei ole vielä mitään tietoa, sen kun pitäisi heijastaa gigawattien tehoinen lasersäde kärähtämättä itse. Vähän kanssa mietin, että miten miniatyyrialukseen saadaan sen verran tehokas viestintäjärjestelmä, että se kantaa esimerkiksi Alfa Centaurilta Maahan saakka. Starshotin alukset ovat myös sellaisia, että ne tekevät vain ohituksen, ne siis eivät asetu radalle tekemään havaintoja. Havaintolaitteena on lähinnä pelkkä kamera.

- - -

Pääasiassa kait mun sanoma on se, että erilaisia moottorikonsepteja on ihan pilvin pimein. Lähes jokainen niistä kiertää saman tai samanlaisen asian parissa: mistä saada energiaa, ja millä tavalla energia saadaan ajoaineen liikkeeksi?

Kemiallinen energia on suorituskykynsä suhteen tiensä päässä. Jos meillä on 1 kilo vedyn ja hapen seosta, niin siitä ei sille kilolle saada enempää energiaa kuin se 15 MJ. Rakettimoottorin hyötysuhde on hämmentävän hyvä, esimerkiksi sukkulan päämoottorilla RS-25:llä noin 65-70%. Kemiallisten rakettien parannukset eivät olekaan 50-70 vuoteen kohdistuneet suorituskykyyn, vaan muihin tekijöihin kuten taloudellisuus, luotettavuus ja niin edelleen.

Siksi katsetta on suunnattu näitä BEP-konsepteja kohti, jossa energia saadaan ulkoisesta lähteestä joko sähkönä tai lämpönä, sekä ydinpolttoaineisiin (fissio tai fuusio).

Sinällään kemiallisilla raketeilla kyllä päästään aika pitkälle, mutta mitä vaativammaksi menee reissu, sen pahemmin massasuhde laittaa kapuloita rattaisiin.

Maan pinnalta kiertoradalle delta-v ~ 10 km/s. Massasuhde on moottorista ja vaiheista riippuen luokkaa 15-30. Mercury painoi noin 1.5 tonnia ja se vietiin kiertoradalle 120 tonnin painoisella Atlas-raketilla. Falcon-9 nostaa kiertoradalle noin 20 tonnia ja painaa 550 tonnia.

Kuun pinnalta kiertoradalle delta-v ~ 1.7 km/s. Koska yksinkertaisillakin kemiallisilla moottoreilla päästään helpohkosti 2-3 km/s suihkun nopeuksiin (itsehapettavalla APCP-monopropellantilla noin 2.5 km/s), niin massasuhde on edullinen. Esimerkiksi kiinteää APCP:tä käyttävällä moottorilla massasuhde alukselle on 1.9 eli jokaista kuivamassan kiloa kohti tarvitaan 0.9 kg ajoainetta(*). Apollo-lentojen Kuumodulin nousualus (Lunar Ascend Module) painoi tyhjänä 2.1 tonnia ja tankattuna 4.7 tonnia (massasuhde 2.2). Se laskettiin Kuun pinnalle modulissa, joka kaikkineen painoi noin 15 tonnia.

(*) Sukkulan boosteri, jota käytetään myös Artemis-lennon SLS-raketissa, sisältää APCP:tä noin 500 tonnia. Kuussa tällä yksittäisellä boosterilla nostettaisiin kiertoradalle 550 tonnia tavaraa. Maapallolla boosteri ei pääse kiertoradalle edes yksinään ilman muuta kuormaa.

Ero on siis aivan huikea! Syy on lennon vaatima delta-v ja se, että kemiallisista raketeista ei voi puristaa ve:tä enempää irti.

Maan pinnalta päästäisiin kiertoradalle hyvinkin yksinkertaisilla SSTO-aluksilla (SSTO, Single Stage To Orbit), jos meillä olisi moottori, joka olisi samassa teholuokassa nykyisten kemiallisten moottorien kanssa(**) eli noin 1000 MW, ja jonka suihkun nopeus olisi 10 km/s. Tällainen moottori on jo (ollut) olemassa: NERVA.

(**) Merlin-1D ~ 1000 MW, RS-25 ~ 5000 MW, F-1 ~ 11500 MW, NERVA ~ 1000 MW.

Jos suihkun nopeus saataisiin nostettua noin 13-15 km/s, niin massasuhde olisi 1:1 - 10 tonnia kiertoradalle tarvisi 10 tonnia ajoainetta. Tällaisella moottorilla olisi iso kerrannaisvaikutus lähes kaikkeen avaruustoimintaan - 550 tonnin painoisen kaksivaiheisen Falcon-9 -raketin sijaan meillä olisi 40 tonnin painoinen yksivaiheinen raketti, joka veisi matalalle kiertoradalle yhtä paljon kuormaa (20 tonnia).

Vaikka tässä on esimerkkinä ollut Maan pinnalta nousu, niin sama tietysti pätee myös avaruudessa. Siellä toki työntövoimalla on paljon pienempi merkitys eli pyrkimys on käyttää tehoa mahdollisimman paljon suihkun nopeuden kasvattamiseen.

 

[Tarinankertoja]

Vähän kanssa mietin, että miten miniatyyrialukseen saadaan sen verran tehokas viestintäjärjestelmä, että se kantaa esimerkiksi Alfa Centaurilta Maahan saakka.

Tähän äkkiä sen verran, että tämä ei ole mitenkään ratkaisematon ongelma kun käytetään parviälyä ja laukasusysteemiä, jossa näitä miniatyyriluotaimia on matkalla kohteeseen kokoajan, eli ne muodostavat ketjun AC:tä tänne asti jolloin yksitäinen lähetysteho ei tartte olla suuri. Prosessointi on näiden parvessa, samoin kuin havainnointi (yksittäisen ohilennon aika ei ole merkityksellinen kun niitä on tuhansia). Näitä siis pitää tietty olla tuhansia lingottuna sen parivuosikymmentä jatkuvana virtana kohti kohdetta...

Mutta jatketaan

 

[Amerikanihme]

Hiljaista on, onko kukaan matkalla avaruuteen? Space Tourism -yhtiöistä ei ole kuulunut oikein mitään, lukuun ottamatta Virgin Galacticin tytäryhtiön Virgin Orbit:in konkurssia. Elon Muskikaan ei ole viime aikoina uhannut lähtevänsä lähivuosina Marsiin. Mistäs nyt kiikastaa? Onko avaruuslentojen rutiinilaukaisu osoittautumassa jälleen kerran liian haastavaksi ja kalliiksi, vai onko motivaatio hukassa?

 

[Vanha Len]

Päästäis nyt edes kuuhun. Ei vaan kykene ymmärtämään tätäkin asiaa. Siellä kun on käyty saakeli monta kertaa mutta nyt ei vaan pysty. Liikaa säteilyä ja liian vaarallista. Ollaan tyhjiössä ja pitää ohittaa tiettyjä avaruuden kerroksia. 60-luvulla tämä onnistui kevyesti, kuten sen jälkeenkin. Tänään kuitenkaan ei. On todella vaikeaa. Pitää kehittää avaruusasuja säteilyn vuoksi sekä aluksia. Ei ollut aikoinaan niin vaikeaa ja kuussa käviöillä ei ollut hätää. Jotenkin ihmetyttää tämä asia.

 

[HokiJone]

Päästäis nyt edes kuuhun. Ei vaan kykene ymmärtämään tätäkin asiaa. Siellä kun on käyty saakeli monta kertaa mutta nyt ei vaan pysty. Liikaa säteilyä ja liian vaarallista. Ollaan tyhjiössä ja pitää ohittaa tiettyjä avaruuden kerroksia. 60-luvulla tämä onnistui kevyesti, kuten sen jälkeenkin. Tänään kuitenkaan ei. On todella vaikeaa. Pitää kehittää avaruusasuja säteilyn vuoksi sekä aluksia. Ei ollut aikoinaan niin vaikeaa ja kuussa käviöillä ei ollut hätää. Jotenkin ihmetyttää tämä asia.

Mistä nämä väitteet ovat peräisin?

Tässä ainakin heti googlaamalla löytyi viime kuulta (heh) hesarin artikkeli, jossa NASA arvioi miehitetyn kuulennon tapahtuvan 2025

Avaruuslennot | Nasa: Ihminen palaa puolen vuosisadan tauon jälkeen kuuhun

Neljä astronauttia kiertävät Kuun Artemis 2 -lennolla marraskuussa 2024. Lämpökilpi kesti hyvin kuumuutta Artemis 1 -koelennolla.

www.hs.fi

Vai oliko tämä viestisi joku kulunut vihjailu, että viime kuureissu oli feikattu? Amatööripohjalta arvioisin, että avaruusharrastuksen ollessa aivan pirullisen kallista, niin Kuuhun menemisessä ei ole ollut tieteen nimissä järkeä mennä tässä välissä. Rahat on käytetty muiden taivaankappaleiden tutkimuksiin, kuten Marsin.

 

[Ikävänkantaja]

Päästäis nyt edes kuuhun. Ei vaan kykene ymmärtämään tätäkin asiaa. Siellä kun on käyty saakeli monta kertaa mutta nyt ei vaan pysty. Liikaa säteilyä ja liian vaarallista. Ollaan tyhjiössä ja pitää ohittaa tiettyjä avaruuden kerroksia. 60-luvulla tämä onnistui kevyesti, kuten sen jälkeenkin. Tänään kuitenkaan ei. On todella vaikeaa. Pitää kehittää avaruusasuja säteilyn vuoksi sekä aluksia. Ei ollut aikoinaan niin vaikeaa ja kuussa käviöillä ei ollut hätää. Jotenkin ihmetyttää tämä asia.

60-luvulla Kuuhun (tai ainakin Kubrickin studioille) päästiin vieläpä aluksilla, joiden tietokoneissa oli prosessitehoa jonkun nykyisen taskulaskimen verran, jos sitäkään. Ihan tosta vaan! :D