Miten avaruuteen laukaistaan?

Lähetämme satelliitteja ja avaruusaluksia avaruuteen laittamalla ne raketteihin, joissa on tonneittain ajoainetta. Polttoaineet antavat raketille tarpeeksi energiaa, jotta se pääsee ponnahtamaan pois Maan pinnalta. Maan painovoiman vetovoiman vuoksi suurimmat ja painavimmat avaruusalukset tarvitsevat suurimmat raketit ja eniten ajoaineita.

GRACE Follow-On -avaruusalus laukaistiin kiertoradalle toukokuussa 2018. Credit: NASA/Bill Ingalls

Miten raketti lähtee liikkeelle?

Muutama 300 vuotta sitten tiedemies nimeltä Isaac Newton määritteli kolme peruslakia, jotka kuvaavat asioiden liikkumista. Yksi laeista sanoo, että jokaiseen toimintaan liittyy yhtä suuri ja vastakkainen reaktio. Tämä on tärkein ajatus rakettien toiminnan taustalla.

Credit: NASA/JPL-Caltech

Jos katsot kuvia tai videoita laukaisusta, näet pakokaasujen virtaavan ulos raketin pohjasta. Pakokaasu on liekkejä, kuumia kaasuja ja savua, jotka syntyvät raketin polttoaineiden palamisesta.

Pakokaasu työntyy raketin moottorista alas kohti maata. Se on toimintavoima. Vastavoimana raketti alkaa liikkua vastakkaiseen suuntaan ja nousee maasta. Se on reaktiovoima.

Kun raketti lähtee liikkeelle, pysyykö se liikkeellä?

Se ei ole niin yksinkertaista. Maan painovoima vetää edelleen rakettia alaspäin. Kun raketti polttaa polttoaineita ja työntää pakokaasuja ulos, se luo ylöspäin suuntautuvan voiman, jota kutsutaan työntövoimaksi. Laukaisuun raketti tarvitsee niin paljon polttoainetta, että rakettia ylöspäin työntävä työntövoima on suurempi kuin painovoima, joka vetää rakettia alaspäin.

Credit: NASA/JPL-Caltech

Raketin on kiihdytettävä vähintään 17 800 mailia tunnissa – ja lennettävä suurimman osan ilmakehän yläpuolella kaarevalla radalla Maan ympäri. Näin varmistetaan, ettei sitä vedetä takaisin maahan. Mutta se, mitä seuraavaksi tapahtuu, on erilaista riippuen siitä, minne halutaan mennä.

Miten maapallon kiertoradalle pääsee:

Esitettäköön, että halutaan laukaista satelliitti, joka kiertää maapallon ympäri. Raketti laukaistaan, ja kun se pääsee tietylle etäisyydelle Maasta, se vapauttaa satelliitin.

Credit: NASA/JPL-Caltech

Satelliitti pysyy kiertoradalla, koska sillä on edelleen vauhtia – energiaa, jonka se on poiminut raketista – joka vetää sitä yhteen suuntaan. Maan painovoima vetää sitä toiseen suuntaan. Tämä painovoiman ja impulssin välinen tasapaino pitää satelliitin Maan kiertoradalla.

Credit: NASA/JPL-Caltech

Satelliitit, jotka kiertävät lähellä Maata, tuntevat voimakkaampaa Maan painovoiman vetoa. Pysyäkseen kiertoradalla niiden on kuljettava nopeammin kuin kauempana kiertävän satelliitin.

Kansainvälinen avaruusasema kiertää noin 250 mailia Maan yläpuolella ja kulkee noin 17 150 mailin tuntinopeudella. Vertaa tätä seuranta- ja tiedonsiirtosatelliitteihin, jotka auttavat meitä saamaan tietoa muihin NASAn tehtäviin ja muista tehtävistä. Nämä satelliitit kiertävät yli 22 000 mailin korkeudella ja liikkuvat paljon hitaammin – noin 6 700 mailia tunnissa – säilyttääkseen korkean kiertoratansa.

Credit: NASA/JPL-Caltech

Miten päästä toisille planeetoille:

Jos yrität päästä toiselle planeetalle, tarvitset nopealiikkeisen raketin voittaaksesi Maan painovoiman. Sitä varten sinun pitäisi kiihdyttää nopeutta noin 25 000 mph. Mutta sinun on myös keksittävä paras aika lähteä Maasta, jotta pääset kyseiselle planeetalle.

Vaikka esimerkiksi Mars ja Maa saavuttavat lähimmän etäisyytensä toisiinsa noin kahden vuoden välein. Tämä on paras aika lähteä Marsiin, koska sinne pääseminen vaatii vähiten polttoainetta ja aikaa. Sinun on silti laukaistava rakettisi oikeaan aikaan, jotta avaruusalus ja Mars saapuvat samaan paikkaan samaan aikaan.

Matkat on myös suunniteltava huolellisesti, jos haluat matkustaa aurinkokunnan ulkopuolelle. Jos esimerkiksi lähetät avaruusaluksen tutkimaan Saturnusta, haluatko kohdata Marsin ja Jupiterin matkalla sinne?