Rusningstrafik i rymden

I dag kostar det Nasa i genomsnitt 182 000 kronor per kilo gods som sänds ut i rymden, medan kilopriset hos de privata rymdbolagen kan vara så lågt som 45 000 kronor. Det har lett till fler uppskjutningar, vilket har skapat köer vid ramperna.

Använder sig av jordens rotation

När en ny rymdflygplats planeras är det viktigt att välja rätt plats för var den ska ligga. Det är framför allt två saker projektörerna behöver tänka på. För det första måste den ligga i ett öde område så att raketerna har bra säkerhetsavstånd åt alla håll. För det andra behöver man tänka på vid vilken breddgrad rymdflygplatsen ska placeras, det avgör vilka tjänster man kan erbjuda.

Världens mest kända uppskjutningsplats för raketer, Kennedy Space Center i USA, är ett exempel på båda dessa överväganden. Därifrån sändes Apolloexpeditionerna upp med Saturn V, historiens mest kraftfulla raket.

Den 110 meter höga raketen utvecklade en kraft på 33 miljoner newton, över hundra gånger mer än en jumbojet. Medan Saturn V ännu bara fanns på ritbordet stod det klart att raketen behövde en uppskjutningsplats som kunde hantera dess storlek och kraftutveckling. Därför började Nasa år 1962 köpa upp mark utanför USA:s östkust, på Merritt Island i Florida.

Platsen valdes bland annat ut för att Florida är en av de delstater i USA som befinner sig närmast ekvatorn. En plats nära ekvatorn ger två fördelar.

För det första roterar jorden i maximal hastighet österut. En raket startar visserligen lodrätt från marken, men efter hand som den tar sig ut ur atmosfären vänder den nosen vågrätt. Om inte raketen uppnår en hög hastighet parallellt med jordytan kan den inte placeras i omloppsbana, utan börjar då falla tillbaka så snart motorerna stängs av.

Det krävs en vågrät hastighet på cirka 28 000 kilometer i timmen för att en raket ska kunna placeras i låg omloppsbana runt jorden. Om en raket sänds upp vid ekvatorn har den redan från början en vågrät hastighet på 1 650 kilometer i timmen tack vare jordens rotation och behöver därmed mindre bränsle för att placeras i omloppsbana.

Den andra fördelen med uppskjutningar nära ekvatorn är att man befinner sig rakt under en av de mest eftertraktade omloppsbanorna runt jorden, geostationär omloppsbana.

Det är praktiskt för exempelvis tv- och kommunikationssatelliter, eftersom de då följer planetens rotation. Sett från jorden står alltså satelliten alltid stilla på himlen, vilket är anledningen till att tv-paraboler kan behålla sin signal.

En annan eftertraktad omloppsbana runt jorden passerar polerna. Då flyger satelliterna flera gånger per dygn vinkelrätt mot ekvatorn över nord- och sydpolen samtidigt som planeten roterar.

På så sätt för banan dem över hela jordens yta under ett dygn. Denna omloppsbana används därför ofta av kartläggnings- och övervakningssatelliter. Satelliter i polär omloppsbana sänds som regel upp från rymdflygplatser närmare polerna.

Ny sorts rymdflygplats efterfrågas

Avstånden i rymden runt jorden är så pass stora att det får plats miljontals satelliter i omloppsbana. Det är bra, för under de kommande åren förväntas antalet satellituppskjutningar explodera.

Vikten är den största begränsningen vid rymdresor. Den tekniska utvecklingen med allt mer datorkraft på allt mindre plats har gjort att satelliter i dag kan byggas små som skokartonger med lika bra eller ännu bättre funktionalitet än vad hundratals kilo tunga satelliter hade för några årtionden sedan.

Dessa små satelliter kan sändas upp i grupper om över hundra åt gången. Efter hand som kilopriset för att sända ut utrustning i rymden har sjunkit har betydligt fler företag och länder haft råd att köpa uppskjutningar. I november 2018 uppskattade analysföretaget Euroconsult att närmare 7 000 små satelliter kommer att sändas upp under de kommande tio åren.

Det är en sexdubbling jämfört med det föregående årtiondet. Uppskjutningsplatser som Kennedy Space Center har byggts för att hantera stora men få uppskjutningar. Därför är de dåligt rustade att snabbt göra rampen klar för användning igen. Det ökade antalet uppskjutningar kräver följaktligen fler rymdflygplatser med plats för många små uppskjutningar.

En sådan har företaget Rocket Lab byggt i Nya Zeeland. Med sin egen lättviktsraket Electron, som bara är 17 meter hög och väger 12,5 ton, hoppas man kunna göra en uppskjutning vart tredje dygn.

Ingenjörer skräddarsyr ramperna

De nya, mindre uppskjutningsplattformarna kan i dag utformas med betydligt högre precision än tidigare. I dag använder ingenjörerna 3D-program för att rita och testa utformning och material innan bygget inleds.

Med ett datorprogram kan de exempelvis beräkna hur långt bort lågorna kommer att slungas från en raket som startar, beroende på bränsletyp och raketens vikt. Det gör det möjligt att anpassa plattformen till uppskjutningen, vilket ingenjörerna har dragit nytta av på den nya plattformen 39C på Kennedy Space Center.

Den ligger i samma komplex som den historiska Apollo- och rymdfärjeplattformen 39A.

Uppskjutningsrampens enda permanenta konstruktion är en betongplattform på vilken ingenjörerna med hjälp av en mobil arsenal kan installera de moduler som krävs för en viss uppskjutning.

Den viktigaste modulen är det upphöjda uppskjutningsstöd på vilket raketen fästs. Under stödet kan ingenjörerna placera ut kvadratiska lådor av stål med vinklade plattor som avleder lågorna 85 grader åt sidorna, det vill säga i princip vinkelrätt bort från plattformen. På så sätt skonas betongplattformen så mycket som möjligt.

Både stödet och lådorna vilar på en stålmatta som rullas ut och fästs i plattformen. Mattan absorberar värmen från raketen så att lågorna orsakar minimal skada på plattformen.

Jätteraketerna kommer

Samtidigt som satelliterna och raketerna blir mindre och rymdflygplatserna erbjuder en ökad flexibilitet rör sig rymdfarten även i motsatt riktning. En ny generation av jätteraketer är nämligen under utveckling.
Nasa har snart byggt färdigt sin nya jätteraket Space Launch System, med en lyftkapacitet på 130 ton.

Samtidigt utvecklar den kinesiska rymdstyrelsen raketen Chang Zheng 9 som har en kapacitet på 140 ton, medan företaget SpaceX satsar på sin farkost Starship, som med hjälp av en enorm lyftraket kan frakta minst 100 ton och är helt återanvändbar. I jämförelse kan världens i dag mest kraftfulla raket, Falcon Heavy, bära med sig cirka 64 ton.

Dessa imponerande farkoster ställer helt andra krav på rymdflygplatserna. Nasas gamla rymdfärjas plattform 39A är för närvarande den enda som kan hantera Falcon Heavy. Till skillnad från 39C:s mobila plattform är den permanenta installationen på 39A omgiven av kraftfulla vattenkanoner som sprutar in över en miljon liter vatten under raketen när motorerna startas.

Huvudsyftet med vattnet är inte att kyla ned plattformen under raketen utan att dämpa den akustiska chocken från motorerna. Luftbubblor i vattnet absorberar ljudvågorna, pressas ihop och värms så att chockvågen dämpas väsentligt från en ljudnivå på cirka 200 till 150 decibel.

Så kraftiga tryckvågor är inte bara livsfarliga för människor utan kan även skada raketen när vågorna reflekteras av plattformen. 150 decibel motsvarar ljudet av ett jetflygplan på 25 meters håll och är inte livsfarligt, men kan spränga en människas trumhinnor.

Rymdresan börjar vågrätt

En tredje trend på rymdflygplatserna är vågräta start- och landningsbanor, såsom de ser ut på världens flygplatser. Sådana testas bland annat på Spaceport America i USA. Flera privata företag, som vill erbjuda rymdturister en snabbtur strax över hundra kilometers höjd (den officiella gränsen för rymden), följer utvecklingen med stort intresse.

Förra sommaren testade Virgin Galactic sitt SpaceShipTwo, som består av ett flygplan och en raketdriven rymdfarkost. Flygplanet startar som ett helt vanligt plan och stiger till cirka 15 000 meters höjd. Där kopplas rymdfarkosten loss, varefter raketmotorn startas.

På mindre än åtta sekunder accelererar farkosten till över tusen kilometer i timmen. Accelerationen fortsätter i ytterligare 62 sekunder, tills raketen når sin topphastighet – 4 200 kilometer i timmen – varefter motorn stängs av. Resten av vägen svävar farkosten ut på andra sidan av den så kallade Karmanlinjen på hundra kilometers höjd.

Moderskeppet och raketfarkosten återvänder var för sig till rymdflygplatsen och landar som ett vanligt flygplan. SpaceShipTwo kommer att ha plats för åtta personer, två piloter och sex passagerare.

Rymdturism på gång

Nasas planer på att i framtiden utvidga Kennedy Space Center inkluderar även landningsbanor, men på ett annorlunda sätt. I stället för att köra på hjul ska rymdflygplanen skjutas iväg på en bana med elektriskt ledande spår. Flygplanet accelereras upp i hög hastighet innan det lättar, varefter så kallade scramjetmotorer tar över driften.

En vanlig jetmotor suger in luft framtill och komprimerar den med hjälp av turbiner innan den antänds och med hög kraft skjuts ut baktill. I en scramjetmotor skapar flyg­planets fart kompressionen av luften i motorn. Det gör att flygplanet kan komma upp i en hastighet som är tio gånger så snabb som ljudets, vilket räcker för att nå ut i rymden.

Den stora fördelen med de vågräta startteknikerna är dels att de kan byggas i många delar av världen, dels att de kan inlemmas i redan existerande flygplatser.

Experter anser att framtiden för rymdflygplatserna är att de integreras i större städer på samma sätt som flygplatser i dag. Förr eller senare kommer de extremt snabba farkoster som håller på att utvecklas och som kan nå ut till rymden att användas för att flyga från kontinent till kontinent, via rymden. Det skulle spara mycket tid, bland annat för att det finns mer plats i rymden och för att luftmotståndet är betydligt lägre.

Med Space Hub Sutherland tar Europa nu det första steget på vägen mot att bli en del av framtidens världsomspännande nätverk av rymdflygplatser, där det på avgångstavlorna både står destinationer till andra sidan jorden och bortom planeten.