Raketti – määritelmä, toiminta, tyypit ja avaruuskäyttö

Tutustu raketteihin: määritelmä, toiminta, tyypit ja avaruuskäyttö — historia, polttoaineet, kantoraketit, miehitetyt ja miehittämättömät järjestelmät.

Raketti voi olla ohjus, avaruusalus, lentokone tai muu ajoneuvo, jota rakettimoottori työntää. Jotkut suuret raketit ovat kantoraketteja ja jotkut miehitettyjä (esim. Saturn V). Toiset raketit, esimerkiksi ohjukset, ovat miehittämättömiä. ("Miehitetty" tarkoittaa, että siinä on ihminen; "miehittämätön" tarkoittaa, että kone kulkee ilman ihmistä).

Määritelmä ja toiminnan periaate

Raketti liikkuu periaatteessa Newtonin kolmannen lain mukaisesti: jokaista vaikutusta vastaan syntyy yhtä suuri ja vastakkainen reaktio. Rakettimoottorin polttoaine palaa tai ionisoidaan ja kuumat kaasut tai ionit ammutaan voimakkaasti taaksepäin, jolloin raketti työntyy eteenpäin. Tämä työntövoima (thrust) on se voima, joka nostaa raketin tai siirtää sitä.

Historia lyhyesti

Kiinalaiset keksivät raketin käyttämällä ruutia. Varhaiset raketit olivat parhaimmillaan yksinkertaisia ja muistuttivat nuolten muotoa. Modernin rocketryn kehitys alkoi viimeistään 1800–1900-lukujen vaihteessa, ja 1900-luvulla kehitettiin tehokkaammat polttoaineet, ohjausjärjestelmät ja monivaiherakenteet, jotka mahdollistivat laukaisut avaruuteen.

Polttoaineet ja rakenteet

Useimmissa raketeissa käytetään edelleen kiinteää polttoainetta tulen sytyttämiseen, koska se on yksinkertaista ja luotettavaa. Suurimmissa kantoraketeissa käytetään usein nestemäisiä polttoaineita, koska ne tarjoavat paremman palotehokkuuden ja sitä kautta suuremman hyötysuhteen. Nestemäisen polttoaineen turvallinen käsittely on kuitenkin vaikeaa ja kallista. Joissakin raketeissa on sekä kiinteitä että nestemäisiä vaiheita (ns. hybridijärjestelmät).

Ionipotkurit (esim. ionipotkurit,) ja muut sähköiset työntöjärjestelmät tuottavat hyvin pienen jatkuvan työntövoiman, joten ne eivät sovi itseään nostaviin laukaisuksiin, mutta sopivat erinomaisesti pitkän matkan avaruuslentoon, kun ne viedään ensin avaruuteen perinteisellä raketilla.

Rakettien rakenne sisältää yleensä polttoainesäiliöt, moottorin, runkorakenteen, ohjausjärjestelmän, vaihevaihtoehtoja (multistage) ja hyötykuorman eli sen, mitä raketti kuljettaa (esim. satelliitit tai miehistö).

Tyypit ja käyttötarkoitukset

• Kantoraketit: kantavat satelliitteja ja miehitettyjä aluksia kiertoradalle ja sen yläpuolelle.
• Ohjukset: sotilaalliseen käyttöön tarkoitetut raketit, joita on sekä ballistisia että ohjattavia malleja (ohjukset).
• Satelliittien laukaisijat: pienemmät ja suuremmat kantoraketit, joiden tehtävä on saattaa satelliitit kiertoradalle.
• Äänielämykset ja viihde: ilotulitusvälineinä käytettävät raketit ovat pieniä mutta toimivat samojen periaatteiden mukaan.
• Tieteelliset ja avaruuslennot: mittaus- ja koeajoraketit, kuten tutkijat ja ääriolosuhteiden instrumentit sekä miehitetyt alukset.

Multivaiheisuus ja ohjaus

Useimmat kantoraketit ovat monivaiheisia (staged), eli ne koostuvat useasta vaiheesta, jotka irtoavat käytön edetessä. Tämä parantaa tehokkuutta, koska ei tarvitse kantaa tyhjiä tankkeja ja moottoreita loppuun saakka. Ohjaus tapahtuu gyroskooppien, kiertävien ohjauspintojen, rakettimoottorien työntösuunnan muutoksen (thrust vectoring) ja tietokoneohjatun navigoinnin avulla.

Nopeudet ja suorituskyky

Jotkut raketit lentävät nopeammin kuin äänen nopeus (Mach 1 eli noin 1 225 km/h). Maan matalalle kiertoradalle nousevat raketit saavuttavat tyypillisesti noin 7,8 km/s eli noin 28 000 km/h (19 000 mph). Maasta lähteminen vaatii tietyn määrän delta-v-kykyä, ja planeetalta karkuun pääseminen vaatii vielä suuremman nopeuden: Maan pakonopeus on noin 11,2 km/s (noin 40 300 km/h).

Avaruuskäyttö

Raketteja käytetään laajasti satelliittien, miehitettyjen lentojen, avaruusasemien huoltotehtävien ja tutkimuslaitteiden viemiseen avaruuteen. Ne mahdollistavat tutkijoiden ja teollisuuden palvelut, kuten tiedonkeruun, viestinnän ja kaukokartoituksen. Lisäksi raketteja käytetään planeettaluotaimien ja sondien laukaisuihin sekä yhä useammin myös kaupalliseen avaruusturismiin.

Turvallisuus ja ympäristö

Miehitetyt raketit suunnitellaan rajoittamaan kiihtyvyyttä ja tärinää miehistön suojelemiseksi, ja niissä on hätäpoistumisjärjestelmiä ja elämää ylläpitäviä järjestelmiä. Miehittämättömät raketit eivät kuitenkaan ole sidottuja samoihin ihmislähtöisiin rajoituksiin, mikä antaa suurempaa suorituskykyä ja joustavuutta.

Ympäristövaikutuksiin kuuluu paikallisten päästöjen ja roskien muodostuminen sekä mahdolliset kemiallisten aineiden vaikutukset. Uudemmat teknologiat pyrkivät vähentämään päästöjä, lisäämään uudelleenkäytettävyyttä ja parantamaan polttoaineiden ympäristöystävällisyyttä.

Merkittäviä laukaisuja

Juri Gagarin oli neuvostoliittolainen kosmonautti, josta tuli 12. huhtikuuta 1961 ensimmäinen ihminen, joka lensi avaruuteen. Hän oli mukana Neuvostoliiton laukaisemassa R-7-raketissa. Tällaiset historialliset lennot osoittavat, miten rakettiteknologia mahdollisti inhimillisen läsnäolon avaruudessa.

Yhteenveto

Raketti on laaja käsite, joka kattaa kaiken pienistä ilotulitteista suuriin kantoraketteihin ja asejärjestelmiin. Periaatteet perustuvat työntövoimaan ja reaktioperiaatteeseen, ja eri sovellukset vaativat erilaista polttoainetta, rakennetta ja ohjausta. Avaruusteknologian kehittyessä rakettien rooli kasvaa entisestään sekä tieteessä että kaupallisessa käytössä.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on raketti?

K: Laukaistaanko kaikki raketit maasta?

K: Miten raketit ovat syntyneet?

K: Millaista polttoainetta useimmat raketit käyttävät?

Kysymys: Mitä käyttötarkoituksia raketeilla on?

K: Kuka oli Juri Gagarin?

Hae kirjaimella