Tuore tutkimus: höyrypallot avuksi satelliittien laukaisuun

Tekokuiden eli satelliittien laukaiseminen kiertoradalle olisi helpompaa, jos kantoraketti voitaisiin laukaista korkealta, missä ilmanvastus on pieni. Tästä syystä pieniä raketteja onkin toisinaan laukaistu lentokoneesta tai ilmapallosta käsin. Raketin nostaminen vety- tai heliumpallolla ei ole kuitenkaan kovin houkuttelevaa, koska vety on helposti syttyvää ja helium on kallista.

Ilmatieteen laitoksen tuoreessa tutkimuksessa esitetään, että rakettia kantavan pallon nostekaasuna käytettäisiin kuumaa vesihöyryä, mikä sekin on ilmaa kevyempi kaasu.

"Pallo täytetään kuumalla höyryllä maan pinnalla ja päästetään irti. Pallon kohotessa korkeuksiin osa vesihöyrystä tiivistyy. Veden tiivistyminen vapauttaa paljon lämpöenergiaa, mikä hidastaa jäähtymistä ja auttaa pitämään jäljellä olevan vesihöyryn edelleen kaasumaisessa olomuodossa", Ilmatieteen laitoksen tutkimuspäällikkö Pekka Janhunen kertoo. "Kun on päästy riittävän korkealle, hyötykuormana oleva raketti irrotetaan, se käynnistyy ja lentää avaruuteen. Pallo vastaavasti tyhjennetään vesihöyrystä, ja se vajoaa alas uutta käyttökertaa odottamaan."

Tutkimuksessa laadittiin tietokonemalli, jonka avulla simuloitiin vesihöyryllä täytetyn pallon kohoamista ja höyryn jäähtymistä maanpinnalta aina 18 kilometrin korkeuteen. Kuormana olevan raketin paino voi vaihdella; se voi olla esimerkiksi 10 tonnia, mikä riittää muutaman sadan kilogramman painoisen satelliitin laukaisuun. Höyrypallolla voi nostaa mitä tahansa muutakin kuin avaruusraketin, ja menetelmä on ainakin teoriassa halpa ja turvallinen.

Kuva: Nousun aikana paine alenee, jolloin kaasut laajenevat. Jos pallo täytetään höyryllä osittain (tapa 1), laajeneva höyry täyttää pallon nousun aikana. Jos alaosa täytetään kuumalla ilmalla (tapa 2), ilmaa poistuu alhaalla olevasta reiästä nousun aikana. Jos pallo täytetään höyryllä kokonaan (tapa 3), poistuva kaasu on höyryä.

Lisätietoja:

tutkimuspäällikkö Pekka Janhunen, Ilmatieteen laitos, 029 539 4635, pekka.janhunen@fmi.fi

The Aeronautical Journal -lehdessä julkaistu tutkimus on maksutta saatavilla osoitteessa https://arxiv.org/abs/1803.03111.

Tutkimusartikkelin viite: Janhunen, P., P. Toivanen ja K. Ruosteenoja, Steam balloon concept for lifting rocket to launch altitude, The Aeronautical Journal, 123, 600-616, 2019. http://doi.org/10.1017/aer.2019.10, https://arxiv.org/abs/1803.03111