Kömyn valtakunta: helmikuuta 2021

Kantorakettien tarina alkaa toisen maailmansodan savuavien raunioiden keskeltä. Tai ei oikeastaan, sillä kiinalaiset olivat ampuneet raketteja jo tuhannen vuoden ajan. Modernien rakettienkin tarina alkaa jo 1903, kun rakettitieteen isä Konstantin Tsiolkovski (Константин Циолковский ) julkaisi tutkielmansa nestepolttoaineraketeista, ja osana tutkielmaansa rakettien liikeyhtälön: raketin loppunopeus = palokaasujen nopeus * ln ( lähtömassa / tyhjämassa). Siksi raketin massaa kannatti pudottaa pitkin lentoa niin paljon kuin mahdollista, ja vastaavasti palokaasuja kiihdyttää niin paljon kuin vain suinkin voitiin.

Varsinainen rakettitieteen soveltaminen Neuvostoliitossa alkoi kuitenkin 1931, kun venäläistynyt baltiansaksalainen Friedrich Zander nimettiin propulsiotutkimusryhmä GIRD:in johtoon. Zanderin ryhmä laukaisi onnistuneesti ensimmäisen nestepolttoainerakettinsa 1933.

~~Rasputin~~ Konstantin Tsiolkovski

Zander ei ehtinyt sitä nähdä: hän oli kuollut pilkkukuumeeseen maaliskuussa 1933. Vajaata vuotta aiemmin hän oli nimennyt ryhmänsä johtoon Sergei Korolovin (Сергей Павлович Королёв), lupaavan nuoren insinöörin, joka oli ollut osa ryhmää sen alusta saakka. Korolov taas vangittiin Stalinin vainoissa Gulagille 1938, kun maailma valmistautui toisen maailmansodan savuaviin raunioihin. Sen loppupuolella 1944 Korolov virallisesti vapautettiin – tosin suurimman osan vankeudestaankin hän oli viettänyt sharaskalla, insinöörityöleirillä – ja ylennettiin pian everstiksi. Ja nyt alkoi tapahtua.

Korolov lähetettiin Saksaan Neuvotoliiton miehitysvyöhykkeelle kopeloimaan ballistisia V-2 (oikeammin A-4 eli Aggregat- 4; Vergeltungswaffe 2 eli kostoase 2 on propagandanimi)–ohjuksia. Natseilla oli aarrearkullinen vastauksia valmiina, joten Korolov ryhmineen keskittyi luonnollisesti tähän rakettiin ja sen tuotannossa ja suunnittelussa käytettyjen teknologioiden siirtämiseen Neuvostoliittoon. V-2:n kopioita alettiin laukoa taivaalle lokakuussa 1947. Huhtikuun 14. 1948 tehtiin päätös tuottaa V-2:n kopio, joka sai nimekseen kronologisen yksinkertaisesti R-1 (1947 ammuttiin 11 saksalaista ja 10 Neuvostoliiton Kaliningradissa ilmeisesti saksalaisista osista koottua V-2:ta; R-1 oli kokonaan neuvostotuotantoa). Prototyyppituotanto oli jo käynnissä, ja ensimmäiset koelaukaisut ammuttiin syyskuussa 1948. R-1 hyväksyttiin palveluskäyttöön marraskuussa 1950. Joten kantorakettin tarina tavallaan alkaa toisen maailmanpalon savuavista raunioista.

R-1:tä seurasi pian yhtä loogisesti nimetty R-2, joka oli pidempikantamainen jatkokehitelmä. 1950 Korolov sai johtoon oman suunnittelutoimistonsa, OKB-1:n, missä alkoi huomattavasti kunnianhimoisempien rakettien kehitys.

V-2 oli 1940-luvulla ehdottomasti maailman kehittynein raketti. Sen rakettimoottori oli kirkkaasti maailman tehokkain, tuottaen 25 tonnia eli 245 kN työntövoimaa. Aikaisemmat yritykset rakentaa näin voimakas rakettimoottori olivat kaatuneet palamisen epävakauteen, mikä johti voimakkaasti vapisevaan ja pyörteilevään liekkiin mikä hajotti koko raketin. Saksalaisten ratkaisu oli jakaa palaminen pienempiin liekkikannuihin, jotka syöksivät palokaasunsa suureen pääkammioon, mistä kaasu pakeni edelleen pakosuuttimesta ulos. Rakenne oli suhteellisen raskas, ja sen monimutkaisuuden takia se oli tehtävä paksuhkosta teräksestä, jonka jäähdyttäminen taas oli hankalaa, sillä lämpö virtaa kappaleen läpi ominaislämmönjohtavuudella, joka taas on vakio. Näistä syistä V-2:n polttoaine oli matalaenergistä 75 % etanolia ja sen moottori matalapaineinen, mistä johtuen moottori oli massiivisesta työntövoimastaan huolimatta suhteellisen matalatehoinen ja hyötysuhteeltaan kehno.

Liekin kehittäminen suuressa palokammiossa oli edelleen ongelma, mistä johtuen Korolovin ryhmä tutki ja kehitti edelleen useampiliekkikannuista rakennetta. V-2:n moottorirakennetta ei voitu kuitenkaan sellaisenaan enää juuri kasvattaa, joten Korolov ja moottori-insinööri Valentin Glushko (Валенти́н Петро́вич Глушко́) käyttivät jo Tsiolkovskin esittämiä ideoita. Yksi tärkeimmistä oli regeneratiivinen jäähdytys (jota tosin myös V-2 käytti), eli polttoainetta pumpattiin ensin moottorin tai pakosuuttimen ympäri ennen sen syöttöä polttokammioon, jolloin polttoaine sitoi lämpöä matkallaan ja toimi siis jäähdytysnesteenä.

Glushko oli myös jo 1931 alkaen tehnyt kokeita pyörresuuttimilla, joissa polttoainevirta saadaan hajaantumaan tehokkaasti pieniksi pisaroiksi pyörteisellä liikkeellä. Vastaavasti hapettimen suutin toimi samoin. Glushko myös järjesti suuttimensa lomitettuna kuviona kehäksi, minkä keskelle suuttimet syöttivät, ja piti ne niin etäällä pakosuuttimesta, kuin mahdollista. Näin polttoaineella oli pisin mahdollinen aika sekoittua.

Glushkon ja Korolovin vankeuden aikana suuttimia oli kehittänyt Aleksei Isaev, joka keksi tavan käyttää korkeaenergistä polttoainetta korkeassa polttokammion paineessa: kammion sisäreuna oli ohut kerros kuparia, erinomaista lämmönjohdinta, jota tuki aaltoteräskerros, jota taas tuki kiinteä teräsvaippa. Aaltopellin raoissa ajettiin polttoainetta, joka sitoi kuparin kautta itseensä tehokkaasti lämpöä, ja teräsvaippa toimi rakenteen jäykkärinä kantaen mekaaniset kuormat. Osat kovajuotettiin toisiinsa käyttäen hopeaa juotostinana. Glushko käytti tätä keksintöä muokatessaan omaa rakettimoottoriaan ED-140. 1951 se kykeni polttamaan puhdasta happea ja kerosiinia 60 ilmakehän paineessa; V-2 kykeni polttamaan vesi-alkoholiseosta 15 ilmakehässä.

Glushkon injektorilevy

On tavallaan määrittelykysymys, onko Glushkon edelleen jatkokehittämä RD-107 yksi vai neljä moottoria, sillä erillisillä polttokammioilla on jokaisella oma pakosuuttimensa. Niitä kuitenkin ajetaan aina yhtenä yksikkönä, ja niiden polttoainejärjestelmä on yhteinen turbiini, joka saa energiansa vetyperoksidin H₂O₂ hajoamisesta katalyyttisessa reaktiossa, mistä vapautuneet happikaasu ja vesihöyry ajavat radiaaliturbiinia 3,8 megawatin teholla, joka ajaa akselillaan nestehapen (7,84 MPa paineella) ja lentokerosiinin (9,26 MPa paineella) radiaalikompressoreita. Happipuolella on lisäksi ruuvisyöttimet ja se syöttää ahdinta molemmilta puolilta, kerosiinipuolella taas aksiaalisyötin joka ruokkii ahdinta vain yhdeltä puolelta. Lisäksi turbiinin akselilta otetaan ylennysvaihteen kautta tehoa vetyperoksidin ja nestetypen pumpuille: vetyperoksidi ajetaan ulkoiseen reaktorikammioon hajoamaan, ja nestetyppi taas turbiinikammion ulkokehän putkistoon höyrystymään, missä se sitoo vetyperoksidin hajoamiskaasujen lämmön ja kiehuu kaasuksi, ja ajetaan edelleen ajoainesäiliöihin ponnekaasuksi. Käynnistysvaiheessa ajoaineet valuivat painovoimaisesti polttokammioon, kunnes kaasugeneraattori alkoi toimia akselin pyörimisen ajaessa sinne vetyperoksidia ja tuottaa turbiinille painetta, mistä eteenpäin toimintaa ajoi turbiiniteho. Moottori käytti siis ulkoista kaasugeneraattorisykliä.

RD-107

Moottorikammion ulkoseinämä on terästä, ja sisäseinä 6 mm kromipronssia, johon on jyrsitty 5 mm syviä kanavia missä regeneratiivinen jäähdytyskerosiini kulkee. Polttokammion sisällä kiehuvan nestehapen kohtaava kerosiini palaa 60 ilmakehän eli 6 MPa paineessa ja 3250 °C kuumuudella. Kierteisellä matkallaan pakosuuttimen juuresta 337 kierresuuttimen suutinlevylle moottorin yläpäässä kerosiini saavutti noin 210 °C lämpötilan (suutinlevyn uloimmat suuttimet eivät olleet kierresekoittimia, vaan puskivat kerosiiniverhon moottorikammion seinämää vasten jäähdyttämään sitä).

Turbiini ajoi ajoaineet myös Mihail Melnikovin (Михаил Мельников) suunnittelemia Vernier- eli apuraketeille, erillisille pienmoottoreille saman moottorikehdon ulkoreunalla. Näillä apuraketeilla ohjattiin ja vakautettiin rakettia nousussa, ja niitä oli RD-107:ssä kaksi, molemmat samalla puolella. RD-108 on muuten sama moottori, mutta siinä Vernier-raketteja on neljä, kehämäisesti 90 asteen välein.

Syy tähän eroon on rakettivaiheissa: raketin kiihtyvyyttä määrittää Tsiolkovskin lain mukaisesti sen lähtö-ja loppumassojen suhde. Raketit ovat valtavia, mistä johtuen myös niiden tyhjäpaino on suuri. Kun osa matkasta on lennetty, erityisesti alkumatka jolloin työntövoimaa tarvitaan voittamaan raketin oma massa ylipäätään irtoamaan maasta, alkaa massiivisesta rakenteesta osa olla kuollutta painoa, kun säiliöt alkavat olla huvenneet polttoaineesta eikä niiden tukirakenteita enää tarvita. Vastaavasti koska raketti ei enää kanna kuin murto-osaa polttoaineestaan, myös rakettimoottorin työntövoimasta osa jää tavallaan tarpeettomaksi: se kyllä kiihdyttää rakettia, mutta tehottomalla tavalla, sillä tämän työntövoiman tuottamiseen tarvitaan ylimääräistä massaa.

Korolov, tai oikeammin matemaatikko Dimitri Okhotsimski ( Дми́трий Евге́ньевич Охоци́мский ) lähestyi asiaa ajattelemalla useita yhteenkoottuja raketteja. Viiden samanlaisen raketin yhdistelmä ei kanna yhtään sen kauemmas, kuin yksittäinen rakettikaan, ainoastaan sen kantama hyötykuorma on viisinkertainen. Jos osa raketeista sensijaan tankattaisiin vain osaksi täyteen, raketilla olisi viiden raketin työntövoima mutta vain osa sen massasta. Tällöin sekä Newtonin II lain että Tsiolkovskin rakettiyhtälön mukaan sen kiihtyvyys kasvaa. He kehittivät ajatusta edelleen, että lisärakettien massa oli tykkänään tarpeetonta kun suuri osa polttoaineesta oli kulunut, jolloin ne voitiin pudottaa, ja massasuhde kasvoi edelleen.

Lännessä samaa ongelmaa lähestyttiin hahmottelemalla useita, kerta kerralta pienempiä raketteja päällekkäin. Kummassakin lähestymistavassa on omat etunsa ja haittansa: venäläisessä klusterirakenteessa kaikki moottorit osallistuvat lentoon sen alusta saakka kunnes osa niistä hylätään tarpeettomina, kun taas päällekkäisessä rakenteessa ylempien vaiheiden moottorit ovat kuollutta painoa kunnes niitä tarvitaan. Rinnakkaisrakenteessa käytetään myös yhtä ja samaa moottorityyppiä, mikä alentaa suunnittelu-ja rakennuskustannuksia ja tekee tietyissä tapauksissa rakenteen muokkaamisesta helpompaa, kun eri vaiheiden välillä ei ole vaikeasti ratkaistavia riippuvuussuhteita, missä vaikka massan kasvaminen 2. vaiheessa pakottaisi tekemään muutoksia 1. tai 3. vaiheessa. Vastaavasti päällekkäisrakenteessa voidaan helposti käyttää erilaisia 2. tai 3. vaiheita eri tehtävien mukaan, jos toisia rakettivaihtoehtoja vain on saatavilla.

Rinnakkaisraketilla oli myös se etu, että kaikki moottorit käynnistyivät samaan aikaan maanpinnan tasolla, kun taas päällekkäisvaiheinen raketti joutuu laukaisemaan ylemmät vaiheesa lähes tyhjiössä, mikä on haaste ulkoista sytytintä käyttäville rakettimoottoreille. Tästä samasta ominaisuudesta tosin johtuu se ongelma, että rinnakkaisvaihesen raketin on kyettävä annostelemaan ajoaineita moottoreihin hyvin tarkasti synkronoidulla tahdilla, jottei raketti ala kallistua massakeskiön tai työntövoiman siirtyessä.

Tarve raketille kävi yhä huutavammaksi. Korean verinen sota oli juuri käyty, ja oli hilkulla etteivät neuvosto- ja jenkkisotilaat olleet ottaneet toisistaan mittaa henkilökohtaisesti (ilmasodassa näin kävi: osa MiG-15 –lentäjistä oli venäläisiä) ja kenraali Douglas MacArthur vaati äänekkäästi sodan päättämistä atomipommilla. Yhdysvalloilla oli käytännössä ydinasemonopoli, vaikka Neuvostoliitto oli jo tehnyt ensimmäiset ydinkokeensa; Neuvostoliitolla ei ollut 1950-luvun alussa muita raskaita pommikoneita, jotka kykenivät kantamaan atomipommia kuin amerikkalaisen B-29:n kopio Tupolev Tu-4, jonka kantama ei riittänyt Amerikan mantereelle eikä millekään pommikoneelle oltaisi millään saatu saattohävittäjiä. Amerikkalaisilla sen sijaan oli siivilleen nousevat strategiset suihkuilmavoimat, jotka vieläpä kykenivät operoimaan Euroopan liittolaismaista käsin. Neuvostoliitolla oli erinomaisia suihkuhävittäjiä, jotka kykenivät torjumaan uhan, mutta sensijaan amerikkalaisten kehitysvaiheessa oleva PGM-11 Redstone-ohjus oli yhtä torjumattomissa kuin natsien V-2 oli ollut toisessa maailmansodassa. Sen kantama oli strategisesti vaatimaton noin 300 km, mutta uhkana se oli merkittävä. Siihen pystyi vastaamaan vain vastapelotteella.

Korolovin suunnittelutoimisto oli antanut vastauksensa. Viimeinen V-2 –sukupuun tuotos, R-5M valmistui 1953, ja sen kantama oli huimat 1200 kilometriä; nelinkertainen Redstoneen nähden. Sen kärjeksi suunniteltu 400 kilotonnin vetypommi RD5-6 räjäytettiin Semipalatinskissa 12. elokuuta 1953, ja kevään 1955 aikana painolastin kanssa ammutuista 14:stä raketista 13 lähti onnistuneesti. Se hyväksyttiin palveluskäyttöön 1956.

R-5M kykeni kuitenkin vain vastaamaan amerikkalaisten lyhyen kantaman ohjuksiin Euroopassa, eikä uhannut Amerikan mannerta. Neuvostoliitto kaipasi kipeästi rakettia, jolla kantaa 5 tonnin massainen vetypommi 8000 kilometrin päähän.

OKB-1:n vastaus tähän vaatimukseen oli rakennettu Okhotsimskin rinnakkaisrakettimallin mukaan: sen keskusraketin (blokki A) ympärille lisättiin neljä samanlaista lisärakettia (blokit B,V,G ja D), joilla oli huomattavasti pienemmät ajoainesäiliöt (blokin A korkeus oli 28 metriä, sivublokkien 19,6 ja ne olivat kartioita, kun keskiblokki oli luonnollisesti lieriö). Sivublokit laukaistiin ensin, jos ne käynnistyivät, myös päävaihe sytytettiin. Lisäraketit paloivat 115 sekuntia, kun blokki A, eli päävaihe, paloi 299. Poltetuaan ajoaineensa sivurakettien ripustimien räjähtävät pultit laukaistaan, ja ne heittävät rakettikuoret hemmettiin. Päävaihe, jota nyt kutsutaan toiseksi vaiheeksi, jatkaa tästä itsekseen, kunnes polttoaineensa loputtua vapauttaa ydinkärjen ballistiselle lentoradalle. Neuvostovaltio oli vakuuttunut. Raketin kehitysmääräys annettiin 20.toukokuuta 1954. Se sai nyt nimensä R-7, ja GRAU-indeksin 8K71. Nimestä R-7 johtuu myös sen venäjänkielinen lempinimi, Семёрка, semjorka, ”seiska”. Korolov löi suunitelmat ja piirustukset lukkoon 11. maaliskuuta 1955, ja osien valmistus alkoi.

Suuri ja mahtava päätti rakentaa rakettialustan Kazakstanin Tjuratamiin. Nuhjuisen pikkukaupungin, Kazakstanin Raahen, kupeeseen rakennettiin teräksen ja betonin suuri illusioni, Baikonurin kosmodromi. Gargantuaanisen teräsbetonisen laukaisualustan ylle kohosi teräspalkkinen laukaisutorni, ja sen alla ammotti 45 metriä syvä liekkikuilu. Raketin koeampuminen oli perverssilla tavalla helppoa. Neuvostoliitto oli valtava. Mannertenvälisen raketin 8000 km kantama mahtui heittämällä sen sen sisään. Baikonurista on 6300 km Kamtsatkan niemimaalle, ohjuksen maalialueelle.

Baikonurin kosmodromi ja liekkikuilut

Raketin telemetria oli kattava. Yhteensä antureita on noin 700, ja niiden telemetriajärjestelmä Tral lähettää pulssiaikamodulaatiolla 6000 mittaustulosta sekunnissa multipleksattuna 48 radiokanavalla. Toinen järjestelmä, RTS-5, lähetti 50 000 tulosta sekunnissa 8 kanavalla. Tätä järjestelmää pitkin lähetettiin nopeasti muuttuva data, kuten moottorien värinä. Raketin lentoa mitattiin kahden radiomajakan (RUP-aseman, 250 kilometrin päässä eri puolilla laukaisualustaa) ja Baikonurin välisella kolmiomittauksella, minkä perusteella raketille annettiin ohjauskomentoja

Alkumatka luonnollisesti vastusti. Ensimmäinen koelaukaisu 15. toukokuuta 1957 päättyi 98 sekunnin lennon jälkeen, kun blokki D repi itsensä irti. Toinen taas 33 sekunnin lentoon 12 heinäkuuta , kun ohjausjärjestelmä meni oikosulkuun ja sai raketin pyörimään villisti akselinsa ympäri, mikä paiskasi kaikki sivuraketit levälleen pitkin maisemaa.

Sitten koitti elokuun 21. 1957. Nelikammioiset polttokammiot syöksivät mahtavat oranssit kerosiiniliekit tulikuiluihin. Maa vapisi 280-tonnisen raketin myskiessä tulta maaemon kehtoon 403 tonnin voimalla. 115 sekuntia myöhemmin sivurakettien ajoainesäiliöt tyhjenivät yhtaikaa, ja ohjausjärjestelmä laukaisi niiden räjähtävät pultit. Keskivaihe jatkoi nyt polttoaan yksin, kunnes senkin jättiläissäiliöt olivat tyhjät, ja se irrotti hyötykuormansa. Inertti koetaistelukärki nousi 1350 km lakipisteeseen, mistä se syöksyi ballistisella lentoradalla suoraan maalialueelle. Sen fenolihartsilla sidottu asbestilämpökilpi petti, joten se näkyi mahtavana ilotulituksena Kamtsatkan yllä, mutta se oli suhteellisen pieni työ korjata. Mannertenvälinen ohjus oli nyt todellisuutta.

Tässä kuvassa on paljon uudempi Sojuz

Kilpajuoksu maailmankaikkeuteen

Seuraavat tapahtumat järisyttivät maata niin kirjaimellisesti kuin kuvaannollisesti. Korolov oli esittänyt satelliitin laukaisua planeetan ympäri jo 1954. Presidentti Eisenhower julisti lehdistölle, että USA tulisi laukaisemaan satelliitin kansainvälisen geofysiikan vuonna 1958.

Kantoraketti noudattaa samaa Tsiolkovskin lakia, kuin ballistinen ohjuskin. Sen tehtävä on kuitenkin eri: Ballistinen ohjus pyrkii nousemaan mahdollisimman korkealle, jotta sen paraabelilentorata kantaisi mahdollisimman kauas sen palatessa painovoiman vaikutuksesta takaisin Maahan. Kantoraketti sensijaan pyrkii kasvattamaan hyötykuormansa vaakasuuntaisen nopeuden niin suureksi, että sen nopeusvektorin tangenttikomponentti on yhtä suuri kuin maan vetovoima m*g. Siksi kantoraketit käyttävät polttoaineestaan suuren osan kiihdyttääkseen kiertoratanopeuteen, keräävät siis vaakasuoraa nopeutta eivätkä pystysuoraa korkeutta. ICBM:t nousevat ballistisilla radoillaan yli 2000 km maanpinnan yläpuolelle, kantoraketit noin 200...400 km niiden kuormasta ja tehtävästä riippuen. Jokseenkin stabiili kiertoratanopeus on 200 km korkeudessa on 7,8 km/s ja 1500 km korkeudessa 7,12 km/s.

Raketin hyötysuhdetta taas kuvaa ominaisimpulssi, työntövoima / raketin massavirta tai palokaasujen nopeus / Maan putoamiskiihtyvyys. Ominaisimpulssi siis kuvaa kuinka paljon ajoaineita raketin tulee käyttää saavuttaakseen tietyn työntövoiman. Raketin hyötysuhde siis kasvaa, kun palokaasujen nopeus kasvaa. R-7:n ominaisimpulssi oli noin 300 sekuntia, (vertailun vuoksi: Saturn V:n 2. ja 3. vaiheiden impulssi on noin 450 s, sillä ne käyttävät vielä korkeaenergisempää vetyä polttoaineenaan. Avaruussukkulan apurakettien impulssi taas on noin 250 s. Suihkumoottorien tuhansien sekuntien impulssit eivät ole vertailukelpoisia, sillä niiden ajoainevirrassa ei oteta huomioon ilmakehästä saatavaa hapetinta) se oli 50-luvun puolivälissä erinomainen, sillä raketilla oli korkeaenerginen polttoaine ja suhteellisen kevyt rakenne verrattuna massavirtaansa. Korolovin mahtisonni kykeni tekemään tempun.

Se oli 4. lokakuuta 1957, kun R-7 jälleen syöksi polttokammioihinsa kerosiinia ja Baikonurin liekkikuilut täyttyivät helvetin leikeistä. Mustan kömyn keskeltä taivaalle nousi lyhyempi R-7, sillä se ei kantanut 5,5 tonnin ydinkärkeä. Sen hyötykuormana oli 83,6 kg satelliitti, Sputnik-1. R-7 irrotti kouristaan 58-senttisen pallon, jolla oli neljä antennievää. Maata kiersi nyt ensi kertaa keinotekoinen satelliitti, jonka ainoa tehtävä oli lähettää yksinkertaista piip-piip-ääntä 20,005 MHz ja 40,002 MHz taajuuksilla.

Outoa kyllä, neuvostolehdet eivät juuri huomioineet Sputnikia. Sensijaan lännessä se oli katastrofi: neukkulainen teknologia oli ottanut yliotteen, ja musertavan sellaisen. Kuka tahansa radioamatööri kykeni kuuntelemaan sen piipitystä. Neuvostoliitolla oli nyt raketti, joka kykeni käytännössä kantamaan fuusioydinkärjen Amerikan mantereelle, kun taas Yhdysvalloilla ei ollut vastaavaa ohjusta. CIA laski, että 84-kiloisen satelliitin laukaisemiseen oltaisiin tarvittu 890 kN työntöboimaa, ja amerikkalainen Redstone-raketti kykeni tuottamaan 670 kN. Todellisuudessa R-7 myski ulos 4400 kN, neljä ja puoli miljoonaa newtonia. USA oli yllätetty housut kintuissa.

Sputnik tunkeutui ilman rasvaa Eisenhowerin maailmaan, ja mies koki ensiluokan paskahalvauksen. Yhdysvallat oli nauttinut ensin ydinasemonopolista, sitten strategisesta pommikoneylivoimasta vuosikausia. Nyt Neuvostoliitto oli sekä teknologisesti, teollisesti että tieteellisesti saavuttanut tyrmäysvoiton.

Eisenhower ei ollut selvinnyt krapulastaan, kun Baikonurissa maa valisi jälleen 3. marraskuuta 1957. Jälleen kerran liekkikuilujen läpu syöksyi kerosiiniliekkien tulva. Jäällleen R-7 nosti kiertoradalle hyötykuorman. Nyt se ei ollut piipittävä pallo: se oli Sputnik-2, kartiomaisen kapselin sisällä läähättävä koira, Laika. Se oli ensimmäinen elävä olento Maan kiertoradalla. Neuvostoliiton voitto oli nyt nöyryyttävä tyrmäys.

Eisenhower oli aiemmin kieltänyt satelliittien koelaukaisut, koska ei ollut olemassa oikeuskäytäntöä siitä, minne asti valtioiden ilmatilan suvereniteetti oikein ulottui. Toisekseen hän ei halunnut käyttää kokeisiin sotilasraketteja, mikä ei olisi ollut poliittisesti hyväksi toisen maailmansodan kenraalille ja Korean sodan aikaiselle presidentille. Siksi kostoiskuun määrättiin laivaston Vanguard-raketti, joka oli täysi raakile. Jo sen hyötykuormaksi kyhätty 1,8-kiloinen mikrosatelliitti oli säälittävä. Vielä nöyryyttävämpi oli yritys laukaista se joulukuun kuudentena 1957: ykkösvaiheen rakettimoottorin polttoaineputkessa tapahtui paineenlaskua, eikä siinä ollut takaiskuventtiiliä, joten liekki pääsi polttoainekanavaan, poltti sen puhki ja päästi polttoaineet tykkänään raketista ulos mikä edelleen räjäytti sen lennon kestettyä 1,2 metriä. Onneton satelliitti putosi raketin nokasta kuin varpusenkyynel, ja sen radio alkoi lähettää piipitystä palavalta laukaisualustalta. Kaikki tämä tapahtui TV-kameroiden edessä. Nöyryytys oli nyt täydellinen: Neuvostoliitto vittuili vielä YK:n yleiskokouksessakin, että he voivat tarjota teknillistä apua kehitysmaille. Maailma kuunteli henkeään pidätellen neuvostorakettien jyrinää. R-7 piteli käsissään 20. vuosisadan avaimia. Korolevin avaruuskynttelikkö oli vuosisadan murhakulli. Avaruusaika, rakettien epookki, oli koittanut.

Tässä vaiheessa Eisenhower sai aimoluokan paskahalvauksen, ja kaapista kaivettiin ummehtunut natsi. Von Braun totesi happamasti, että he olivat tienneet jo 1955 Neuvostoliiton ehtivän ensin eikä Vanguard-ohjelmalla ollut toivoakaan tehdä sille yhtään mitään. Ovelalla natsilla oli kuitenkin hihassa ässä, oli ollut jo kaksi vuotta: Von Braun oli kehittänyt armeijalle Huntsvillessä jo 1953 PGM-11 Redstone-ohjuksen, jota jatkokehitettiin edelleen PGM-19 Jupiter –IRBM:ksi. Osana tätä ohjelmaa von Braunin ryhmä kehitti myös Jupiter-C:n, joka ei ollut Jupiter, vaan oikeastaan Redstonen pidennetty versio. Se oli tarkoitettu Jupiterin taistelukärkien maahanpaluun testaamiseen, mutta von Braun kehitti siitä myös Juno I -kantoraketin lisäämällä vapaasti kelluvaan kärkeen neljännen vaiheen. Tämä alusta moottoreineen laitettiin pyörimään jo laukaisualustalla, mikä antoi sille hyrrävoimaa pitämään sen vakaana ja näin sillä voitiin nostaa ryönää avaruuteen ilman ohjainsiipiä, gyroskooppeja ja ohjausraketteja. Tämä oli yksinkertaisin tapa tehdä kiertoratakykyinen kantoraketti, mutta Jupiter-C ja Juno I samalla osoittivat, että tarkan kiertoradan saavuttamiseen vaadittaisiin ohjailukykyinen raketin ylimmäinen vaihe.

Rotaatiostabiloitu Juno I myskäisi lopulta 1. helmikuuta 1958 USA:n ensimmäisen satelliitin, Explorer 1:n. Vaikka se oli Sputnikia pienempi, JPL:n suunnitelemalla satelliitilla oli hyötykuorma: geigerputki kosmisen säteilyn mittaamiseen, lämpötila-anturit ja pölynilmaisin, eli se oli ensimmäinen varsinainen tiedesatelliitti. Se myös teki ensimmäisen tieteellisen satelliittihavainnon: James Van Allen, joka myös oli satelliitin pääsuunnittelija, havaitsi mittarin hiljenevän 2000 km korkeudessa mutta saturoituvan 500 km korkeudessa. Myöhemmät satelliitit vahvistivat havainnon: Explorer 1 lensi Maan magneettikentän vangitsemien aurinkotuulihiukkasvöiden läpi. Nämä vyöhykkeet tunnetaan nykyään Van Allenin vöinä. Von Braun oli ansainnut kannuksensa.

USA oli kuitenkin yllätetty housut kintuissa. Neuvostoliitto panosti luonnontieteisiin vahvemmin kuin USA, ja se näkyi myös rakettien koossa: R-7 myski 4,4 meganewtonia työntövoimaa, kun Juno I tyytyi 416 kilonewtoniin ja PGM-19 Jupiterkin 667 kilonewtoniin. Paskahalvauksen saanut Eisenhower päätti näyttää neukuille mistä kana pissii. Hän jyräsi kongressissa läpi lain siviiliavaruushallinnon, NASA:n, muodostamiseksi aiemmasta aerodynamiikan instituutti NACA:sta heinäkuussa 1958. Seuraavana vuonna armeijan avaruusohjelmat siirrettiin NASA:aan ja 1960 Redstonen asevarikko muutettiin Marshallin avaruuskeskukseksi. Von Braun oli sen johtaja. Saturnus-ohjelma alkoi.

Sillä välin panoksia kovennettiin Neuvostoliitossa. Muutaman epäonnistuneen yrityksen jälkeen Luna 2- luotain iskeytyi ensimmäisen ihmiskäden jälkenä Kuuhun 13. syyskuuta 1959. Luna 3 seurasi perässä pari viikkoa myöhemmin, kuvaten ensimmäistä kertaa Kuun pimeän puolen. USA:n Ranger-ohjelman luotaimet epäonnistuivat jatkuvasti, ja ensimmäinen onnistunut luotain, Ranger 7, saatiin Kuuhun vasta heinäkuussa 1964.

Герой Советского Союза

Oikeastaan ainoa merkittävä jäljellä oleva askel olisi miehitetty avaruuslento. Sekä Neuvostoliitossa että Yhdysvalloissa värvättiin avaruuslentäjiksi nuoria ja kokeneita hävittäjä- ja koelentäjiä. Pooli, josta ammennettiin, oli kermaa geenipoolikakun pinnalta. Hävittäjälentäjät ovat valmiiksi hyvin valikoitua joukkoa, joiden on oltava kunnoltaan ja aisteiltaan erinomaisia. Lisäksi hävittäjälentäjillä on oltava henkisiä kykyjä: heidän on kyettävä tekemään havaintoja ja niiden pohjalta päätöksiä salamannopeasti, kyettävä niin taktiseen kuin strategiseen ajatteluun, johdettava sekä omaansa että yksikkönsä taistelua tilanteen muuttuessa nopeasti. Amerikkalainen ilmasotastrategi John Boyd kuvaa prosessia OODA-loopissaan: se lentäjä, joka tekee havainnot ja päätökset nopeammin, on aina niskan päällä, sillä häntä hitaampi joutuu aloittamaan prosessin alusta, koska olosuhteet ovat muuttuneet toisen lentäjän jo muuttaessa niitä.

Tämän lisäksi laivasto ja ilmavoimat hyvin teknologiaan nojaavina asevoimien haaroina suurvalloissa ja pitkälti vähäisemmissäkin nationalistisssa yksiköissä jos eivät suorastaan vaadi, vähintään rohkaisevat upseereitaan opiskelemaan korkeakoulututkinnon. Avaruuslentäjiksi koulittiin siis niin fyysisiltä ja henkisiltä hyvyiltään kansakuntien valioyksilöiden joukosta parhaat, todellinen valiojoukko.

Yhdysvalloissa tähän eliittikaartiin valittiin 7 astronauttia, Neuvostoliitossa kuusi kosmonauttia. Yhdysvallat oli valmisteluissaan hyvin pitkällä, ja ensimmäinen avaruuteen nouseva astronautti, Alan Shepard John Glenn varamiehenään kävivät läpi tiivistä koulutusta Mercury –alukseensa. Tammikuun 31. 1961 Mercury koeponnistettiin ampumalla missiolla Mercury-Redstone 2 simpanssi Ham 253 kilometrin korkeuteen. Lennolla Mercury-aluksen maanpinnalla käytettävän ilmaventtiilin sulkuventtiilin sulkusokka oli tärinästä irronnut, ja päästänyt paineen laskemaan avaruudessa 7 kilopascaliin (merenpinnan tason paine on 101 kPa). Ham oli turvassa istuinkapselissaan, mutta tämä vika oli no-go, miehitetyn lennon estävä. Lisäksi automaattijärjestelmä oli keskeyttänyt lennon happisäiliöiden tyhjennyttyä ennenaikaisesti. Nämä viat oli korjattava enenkuin Shepard voitaisiin myskäistä taivaalle.

Se oli aurinkoinen päivä Baikonurin kosmodromissa, huhtikuun 12. 1961. Lämpenevä kevätsää muuttui kirkkaaksi infernoksi kello 11:07. Mahtava tulen hyökyaalto syöksyi läpi kosmodromin liekkikuilujen, ja majesteetillinen avaruuskynttelikkö R-7 kohosi jälleen kerran Kazakstanin arojen ylle. Raketti ei oikeastaan ollut R-7, vaikka olikin: se oli Vostok-K, GRAU-indeksiltään 8K72K. Se erosi R-7:stä lähinnä sillä, että sen hyötykuormana oli kolmas rakettivaihe Luna-luotainten laukaisuun käytetyn Luna-vaiheen suuremmalla yksikammioisella RD-109 –kerosiini/LOX –moottorilla varustettuna. Vaiheen ympärillä oli ballistinen suojakuori, joka heitettiin pois ykkösvaiheen sivurakettien mukana. Kuoren sisältä paljastui lieriömäinen huoltomoduli, jonka nokassa lepäsi alumiininen pallo kuin paistettu muna pyttipannussa. Pallo oli muokattu Zenit-tiedustelusatellitin runko, jonka sisällä oli kamerapaketin sijaan neuvostoilmavoimien yliluutnantti Juri Gagarin (Юрий Алексеевич Гагарин). Hyväntuulinen Gagarin säteili VHF – ja HF –taajuuksilla punatähden loistoa maailman kuunnellessa sydän kurkussa. Ihminen oli nyt astunut avaruuteen.

Juri Gagarin. Kuva: Picture-alliance

Neuvostoliiton suuruudenpäivät olivat koittaneet. Se oli jo 1949 laukaissut ensimmäisen atomipomminsa, käynnistänyt maailman ensimmäisen ydinvoimalan Obninskissä 1954 (ja GOELRO-projekti rakensi yhä vain ylimassiivisempia voimalaitoksia pitkin valtavaa Neuvostoliittoa), saavuttanut strategisten suihkupommittajien operationaalisen kypsyyden 50-luvun puolivälissä, laskenut merille ensimmäiset ydinsukellusveneensä (projekti 627/ November-luokan hyökkäyssukellusvene 1958, projekti 658 / Hotel-luokan ohjussukellusvene 1959), rakentanut 20 000 suihkuhävittäjää, näyttänyt kapinoivalle Unkarille mistä kana pissii 1956, nöyryyttänyt Yhdysvaltoja perinpohjaisesti laukaisemalla ensimmäisen tekokuun avaruuteen lokakuussa 1957 ja ampumalla alas S-75 Dvina –ilmatorjuntaohjuksella Gary Powersin ohjaaman U-2 –vakoilukoneen vappuna 1960. Äiti Venäjä oli jakanut Nikita Hrustsoville kuningasvärisuoran politiikan suuressa korttipelissä. Maailma kuunteli nyt henkeään pidätellen neuvostorakettien jylinää.

Gagarinista tuli itsetuntonsa huipulla paistattelevan ydinasesuurvallan sankari. Vostok-1:n (Itä-1) ohjausjärjestelmä laukaisi jarrurakettinsa, mikä sai sen kiertymään kiihtyvästi Maata kohti kiertoratanopeuden laskettua. Huoltomoduli irtosi, ja avaruuskuula syöksyi ilmakehään vakauten massakeskiöllään oikeinpäin. Ilmakehän kompressio jarrutti sitä 8 G kiihtyvyydellä, ja 7000 metrin korkeudessa Gagarinin heittoistuin toimi. 4500 metriä alempana Vostok-1:n jarruvarjot avautuivat, samoin Gagarinin laskuvarjo, ja molemmat laskeutuivat Saratovin oblastiin. Maanviljelijät katselivat ihmeissään laskuvarjon varassa laskeutuvaa oranssihaalarista miestä, jonka valkoiseen kypärään oli maalattu aakkoset СССР. Gagarin keräsi varjonsa ja huusi: ”Älkää pelätkö! Olen neuvostokansalainen, ja palannut avaruudesta! Minun täytyy löytää puhelin, jolla soittaa Moskovaan!”

Kaksi päivää palattuaan häntä kuljetettiin avoautossa riemusaatossa läpi Moskovan, missä Hrustsev juhlallisesti ojensi tälle suurvallan korkeimman arvomerkin, Neuvostoliiton sankarin arvonimen (Герой Советского Союза). Karismaattinen ja esiintymistaitoinen Gagarin oli palannut avaruudesta majurina, ja nousi hetkessä maailmanluokan supertähdeksi. Mies oli pienikokoinen, 157-senttinen, joten varikolta pikaisesti noudetut univormut olivat hänen yllään liian suuria, mutta aina hyväntuulisesti esiintyvä Gagarin ei moisesta piitannut, ja miksi olisikaan: hän oli nyt sankari, lentäjä ja ammattisotilas uransa huipulla, ja osin juuri siksi, että pienikokoisena mahtui Vostok-kapseliin ongelmitta. Gagarin kiersi hyväntahdonlähettiläänä ympäri maailmaa, ja valloitti sydämiä kaikkialla hymyllään ja sukkelalla huumorillaan. Voitto oli täydellinen.

Epilogi

R-7:n tarina mannertenvälisenä ohjuksena päättyi melko pian: Strategiset ohjusjoukot luopuivat R-7A:sta 1968. Sen korvasivat uudemmat ohjukset, sillä R-7 vaati suuret, raskaat ja hyökkäykselle alttiit kiinteät laukaisulaitteet, ja se piti tankata nestemäisillä polttoaineilla laukaisualustalla, joista nestehappi oli vaikeasti käsiteltävää superkylmää nestettä. Sensijaan kantorakettina se jatkoi. Sillä oli nyt saavutettu suuria voittoja, joten se oli propagandalle tärkeä. Lisäksi se kehittyi koko ajan, ja osoittautui mahtavan muuntautumiskykyiseksi. Se oli valmistuessaan ollu suorituskyvyllään maailman terävintä kärkeä, joten sen kapasiteetti riitti suureen määrään tehtäviä. Vostok-ohjelmaa jatkettiin Gagarinin Vostok-1:n jälkeen. Ne olivat kaikki uusia suuria voittoja. Vostok-2:lla laukaistiin elokuussa 1961 avaruuteen German Titov, joka kiersi maapalloa kokonaisen päivän. Vostok 3 ja 4 laukaistiin 15. elokuuta 1962 peräkkäin, ja ne lähestyivät 6,5 km etäisyydelle toisistaan, siis näköetäisyydelle – telakoituminen kiertoradalla oli mahdollista. 16. heinäkuuta 1963 Vostok-6 kantoi avaruuteen ensimmäisen naisen, avaruustsubula Valentina Tereshkovan (toista, Svetlana Savitskajaa, saatiinkin odottaa sitten 1982 saakka. Kolmas ja samalla ensimmäinen amerikkalainen ja ylipäätään ei-venäläinen oli Sally Ride 1983). R-7 oli ansainnut kannuksensa.

Valentina Tereshkova

Ne kannukset ovatkin mahtavat. R-7:stä kehitettiin nopeassa tahdissa lähinnä erilaisia kolmosvaiheita kantavat Voskhod, Molnija (nelivaiheinen) ja Sojuz. Myös itse R-7 –ytimen rakennetta vahvistettiin, laajennettiin ja moottoreita suurennettiin. Sojuz-perhe on laajentunut todella monihaaraiseksi vuosien saatossa, sillä se on käytössä yhä. R-7 –rakettiperhe on koko avaruusliikenteen todellinen kulmakivi. Sillä on ammuttu luotaimia ässehtimään kiertoradalle, eksentriselle polaariradalle, Kuuhun, Venukseen ja Marsin sekä avaruuslentäjiä niin itsenäisissä aluksissa kiertoradalle, kuin Saljut- Mir- ja ISS-avaruusasemille. Vuoteen 2000 mennessä 1628 R-7 –varianttia on laukaistu avaruuteen. Laukaisujen onnistumisprosentti on tyrmäävä 97,5 %. Semjorka lentää yhä, 64 vuotta ensilaukaisunsa jälkeen. Jokainen laukaisu jättää taivaalle mahtavan, hetkellisen monumentin, kun sivuraketit irtoavat. Ilmiö nimettiin tarinan todellisen sankarin mukaan Korolovin ristiksi.

Korolovin risti

Semjorka on monumentaalinen esimerkki. Mannertenvälisestä ydinohjuksesta tuli avaruustutkimuksen kivijalka. Miekka todellakin taottiin auroiksi. Itäblokin avaruuskynttelikkö on sankareiden tarina.