Ondanks explosie komt Elon Musk dichter bij zijn nieuwe ruimtetijdperk

Het Starship-ruimtevaartuig van SpaceX is veel geavanceerder dan zijn concurrenten. Maar als het de dromen van CEO Elon Musk over interplanetaire vluchten wil waarmaken, is er nog veel werk aan de winkel.

De eerste vlucht duurde iets minder dan vier minuten. Met 30 van de 33 vurende motoren steeg de eerste Super Heavy-booster van SpaceX om 13:33 GMT (Greenwichtijd) op van het lanceerplatform in Boca Chica, aan de kust van Texas.

Een minuut later passeerde het de ‘max Q’, het punt waarop de spanning op het voertuig door de stuwkracht van de motoren en de weerstand van de atmosfeer een hoogtepunt bereikt.

Na twee minuten had de raket een hoogte van 20 kilometer bereikt en vloog het met 1.600 km/u, hoewel nog minstens twee van zijn motoren waren uitgeschakeld.

Maar in de derde minuut werd het duidelijk dat er iets mis was. De rest van de motoren was niet op het afgesproken tijdstip afgezet; de raket leek vreemd van richting te veranderen; de scheiding van de tweede trap, een prototyperuimteschip met de naam Starship, van de Super Heavy verliep niet zoals bedoeld.

Terwijl de video liet zien dat de raket bleef tuimelen, gaf John Insprucker, een ingenieur van SpaceX die commentaar gaf op de live feed van het bedrijf, een technisch understatement voor de eeuwigheid: “Dit lijkt duidelijk geen geplande situatie.”

Een paar seconden later, terwijl de raket duidelijk geen controle meer had, deed het flight termination-systeem wat het moest doen en blies het boven de Golf van Mexico op.

Goed nieuws en slecht nieuws

Wat er precies misging, was niet meteen duidelijk, althans voor externe waarnemers. Opstijgen met te weinig motoren en er meer verliezen tijdens de opstijging kan cruciaal zijn geweest, maar er zijn andere mogelijkheden.

Het goede nieuws is dat SpaceX zegt in een gezond tempo Super Heavy’s en Starships te bouwen; het zou in principe mogelijk moeten zijn de test redelijk snel te herhalen zodra de aard van het probleem duidelijk wordt en een oplossing wordt gevonden.

Het slechte nieuws is dat de structuur die de Super Heavy ondersteunt tijdens de lancering, zodanig beschadigd lijkt te zijn dat een nieuw ontwerp nodig is in plaats van een reparatie. Dat kan aanzienlijke vertragingen opleveren.

Het bedrijf en zijn vele supporters zullen het positieve benadrukken. De raket is de lucht ingegaan en door de max Q gegaan, iets wat hij nog niet eerder had gedaan. En het doel van testvluchten is het vinden van problemen in processen die niet op de grond kunnen worden getest. In die zin was de test een succes.

Al is dat een ietwat rooskleurig beeld, het is in wezen een eerlijk beeld. Als de vlucht geheel volgens plan was verlopen, zou dat een fenomenale prestatie zijn geweest. Een deel van de weg afleggen en klaar zijn om het binnenkort opnieuw te proberen, is zeker goed genoeg.

De mogelijkheid dat het Starship-systeem een enorme sprong voorwaarts in de ruimtevaart zal betekenen, blijft er een om zeer serieus te nemen.

Naar de maan en Mars

De Super Heavy is de krachtigste raket ooit gebouwd. Zijn stuwkracht bij het opstijgen zou normaal meer dan het dubbele zijn van die van de Saturnus V-raketten die mensen op de maan brachten, hoewel hij dat doel met drie uitgeschakelde motoren misschien niet helemaal heeft bereikt. Het Starship, dat als tweede trap moet fungeren, zal het grootste ruimtevaartuig zijn dat door één enkele lancering in een baan om de aarde wordt gebracht sinds de tijd van de spaceshuttle.

Als SpaceX de huidige problemen en de andere die het testprogramma zeker aan het licht zal brengen oplost, zal het Starship-systeem niet alleen grotere ladingen in een baan om de aarde kunnen brengen dan enige andere concurrent, maar ook tegen veel lagere kosten per ton dan de industrie ooit heeft gezien. Die lage kosten zijn een van de voordelen van een systeem met slechts twee onderdelen, die beide volledig herbruikbaar zijn.

Een ander voordeel is dat een systeem dat in korte tijd kan opstijgen, landen en weer opstijgen, nieuwe mogelijkheden biedt voor vluchten voorbij de baan om de aarde. Als het de hoop van Elon Musk, de baas van SpaceX, waarmaakt, zal het Starship-systeem in staat zijn menselijke bemanningen naar de maan en zelfs Mars te brengen.

Maar er moeten nog heel wat mogelijkheden worden toegevoegd voordat dat werkelijkheid wordt. Zelfs als deze eerste test volledig was geslaagd, zou dat slechts het begin zijn geweest van een ontwikkelingsproces dat veel meer inspanningen en investeringen zal vergen.

Het vluchtplan voor deze eerste missie leek sterk op dat van de Falcon 9’s van SpaceX, de raketten waarmee het bedrijf de satellietlancering is gaan domineren. De booster van de eerste trap moest naar de rand van de ruimte vliegen en dan terugkeren naar de oppervlakte, terwijl de tweede trap in een baan om de aarde kwam.

Maar er waren twee cruciale verschillen. Wanneer een Falcon 9-booster terugkeert naar de aarde, zet hij zijn poten uit en landt hij. Als de Super Heavy de nodige manoeuvres had uitgevoerd om zo ver te komen, zou hij rechtstreeks in de Golf van Mexico zijn gestort.

De belangrijkste reden daarvoor is dat de Super Heavy wel bedoeld is om volledig herbruikbaar te zijn, net als de Falcon 9-boosters van de eerste trap, maar in tegenstelling tot een Falcon 9-booster geen poten heeft waarop hij kan landen. Uitzetbare poten die stevig genoeg zijn om hem te ondersteunen zouden een onaanvaardbare hoeveelheid gewicht toevoegen. In plaats daarvan zullen de Super Heavy’s neerkomen op de platformen vanwaar ze gelanceerd zijn, waar ze in de lucht worden opgevangen en gewiegd door enorme mechanische armen.

Lees hieronder verder

Het portaal op het lanceerplatform voor de testvlucht van donderdag, bij de fans bekend als ‘Mechazilla’, is uitgerust met zulke armen. Ze werden gebruikt om het Starship op te tillen en boven op de Super Heavy te stapelen op het Boca Chica-lanceerplatform, een paar dagen voor de lancering. SpaceX wil echter zeker zijn dat het weet hoe de grote boosters met de vereiste nauwkeurigheid naar de aarde kunnen worden teruggebracht, voordat het er een probeert te vangen. Het enige resultaat van de eerste test dat het bedrijf als een echte mislukking had moeten erkennen, was een explosie die het portaal uitschakelde. ‘Landingen’ op zee zijn de voor de hand liggende manier om vertrouwen te ontwikkelen in de prestaties van de booster alvorens te proberen er een in de lucht te vangen.

Het tweede verschil tussen de plannen voor de testvlucht en een standaard Falcon 9-vlucht was dat wanneer een Falcon 9 iets in een baan om de aarde brengt, het daar blijft totdat de operator besluit het terug te brengen. Het Starship dat boven op de Super Heavy zat, zou iets meer dan een uur in een baan om de aarde zijn gebleven, zelfs als alles perfect had gewerkt. Zijn motoren zouden het in een baan brengen die het boven de Stille Oceaan weer in de atmosfeer zou brengen, voordat het een volledig rondje om de aarde had gemaakt. Zijn laatste rustplaats zou een stuk zee zijn op ongeveer 100 kilometer van de noordwestkust van Kauai, het meest noordelijke hoofdeiland van Hawaï.

Uiteindelijk zullen Starships in een baan om de aarde gaan, satellieten uitzetten, dan weer binnenkomen en landen in de armen van een Mechazilla-portaal. Maar voordat dat kan gebeuren, moeten ze laten zien dat ze de terugkeer kunnen overleven.

Noch de Falcon 9-boosters, noch de Super Heavy raken de lagere atmosfeer snel genoeg om hitteschilden nodig te hebben. Het Starship doet dat wel, en daarom zijn de delen die de meeste hitte te verduren krijgen bedekt met zeshoekige thermische beschermingstegels. Hoe goed die werken, zal echter pas bekend zijn als het bedrijf in toekomstige tests probeert Starships in één stuk naar beneden te brengen. Het systeem is aanzienlijk ambitieuzer dan de hitteschilden die worden gebruikt op het veel kleinere Dragon-ruimtevaartuig van het bedrijf, dat momenteel wordt gebruikt om bemanningen van en naar het internationale ruimtestation te brengen. Dat aspect van het Starship-systeem gaat waarschijnlijk het verst buiten de mogelijkheden die SpaceX tot nu toe heeft laten zien.

Het bedrijf zegt dat een Starship gelanceerd door een Super Heavy in staat zal zijn om 100 tot 150 ton vracht in een baan om de aarde te brengen. Dat overtreft ruimschoots de capaciteit van de krachtigste commerciële draagraket van vandaag, de Falcon Heavy van SpaceX, die in feite bestaat uit drie aan elkaar vastgebonden Falcon 9’s die tot 64 ton kunnen tillen. De vracht die met een spaceshuttle kon worden getild was slechts 24 ton.

Groter en goedkoper

Het is ook meer dan dat van de drie grote nieuwe draagraketten waaraan andere bedrijven werken: de Ariane 6, die wordt ontwikkeld door ArianeGroup, een joint venture van Airbus en de Franse defensieaannemer Safran; de Vulcan Centaur, een project van ULA, een joint venture van Lockheed Martin en Boeing; en New Glenn die wordt ontwikkeld door Blue Origin, een bedrijf dat is opgericht door Amazon-voortzitter Jeff Bezos. Een operationeel Starship-systeem zal niet alleen groter zijn dan al die systemen. Omdat het volledig herbruikbaar zal zijn, zou het ook veel goedkoper moeten zijn. Voor Ariane 6 en Vulcan Centaur geldt een ‘één keer en gedaan’-aanpak, hoewel ULA hoopt zijn eerstetrapmotoren van de Vulcan te kunnen recupereren. New Glenn is ontworpen om een volledig herbruikbare eerste trap te hebben, zoals de Falcon 9 dat heeft.

Het Starship-systeem moet echter meer doen dan ladingen in een baan om de aarde brengen. NASA heeft een versie van het Starship gekozen om mensen naar het maanoppervlak te brengen. Musk heeft altijd gepland dat het Starship hen naar Mars zal brengen. Voor beide zaken is nog een nieuwe technologie nodig: bijtanken in de omloopbaan.

Lees hieronder verder

Een raket heeft brandstof en oxidatie nodig om te kunnen werken. Voor de Raptor-motoren die zowel de Super Heavy als het Starship aandrijven, is de brandstof vloeibaar methaan en de oxidator vloeibare zuurstof. Tegen de tijd dat het Starship zijn baan bereikt, is de voorraad van beide verbruikt. Als het verder moet, moet worden bijgetankt. Om dat mogelijk te maken, is SpaceX van plan een vloot van Starships te bouwen die als tankers zijn geconfigureerd.

Het plan voor NASA’s eerste Artemis-maanlanding, die in de tweede helft van dit decennium moet plaatsvinden, laat zien hoeveel inspanning er nodig zal zijn. De eerste stap in het plan is de lancering van een Starship dat is geconfigureerd als tankstation in een baan om de aarde. Een volgende reeks tankermissies vult het met vloeibare zuurstof en methaan. De overeenkomst van SpaceX met NASA suggereert dat er veertien tankermissies nodig zouden zijn, Musk heeft inmiddels gezegd dat het met aanzienlijk minder mogelijk is. Zodra het tankstation vol is, wordt een speciale versie van het Starship naar boven gestuurd om aan te meren, bij te tanken en te vertrekken naar een baan rond de maan. Daar neemt het astronauten aan boord die dezelfde baan op een andere manier hebben bereikt, en brengt het hen naar de oppervlakte. Als hun missie erop zit, brengt het hen terug naar de omloopbaan.

Om dat te laten werken zijn twee dingen nodig. Een daarvan is de technologie om twee ruimtevaartuigen aan elkaar te koppelen, aanzienlijke hoeveelheden zeer koude vloeistof van het ene naar het andere te verplaatsen, en ze vervolgens los te koppelen. Automatisch koppelen gebeurt al vrij routineus. Het overbrengen van grote hoeveelheden vloeistof is dat niet.

Het tweede is dat zware lanceringen een alledaagse ervaring worden. Als je voor elke bemande missie veel tankers moet laten vliegen, moet je de tankers snel kunnen omdraaien en raketten door je lanceerinstallatie laten gaan met een snelheid die veel hoger ligt dan nu. SpaceX lanceert momenteel iets meer dan eens per week Falcon 9’s. Dat is sneller dan enig ander bedrijf of land ooit heeft bereikt. Maar om een aanzienlijk aantal bemande Starships naar bestemmingen voorbij de baan om de aarde te vliegen, zal SpaceX dagelijks lanceringen moeten kunnen uitvoeren, mogelijk nog vaker.

Als het de dromen van Musk over interplanetaire vluchten wil waarmaken, moet het Starship-systeem heel wat verder worden ontwikkeld. De Super Heavy’s moeten met feilloze precisie kunnen terugvliegen naar hun landingsplaatsen, het Mechazilla-systeem moet zijn magie routinematig kunnen uitvoeren, de Starships moeten de terugkeer naar de aarde onder de knie krijgen, en het hele systeem moet kunnen werken met een snelheid die de industrie zich nooit eerder had kunnen voorstellen.

Het is verleidelijk om de bouw van de krachtigste raket ooit te zien als het gemakkelijke deel. Maar het was niet gemakkelijk, en het is gebeurd. SpaceX heeft een opmerkelijke reputatie op het gebied van innovatie. Er liggen nog veel obstakels in het verschiet, maar het is niet moeilijk voor te stellen dat ook die worden overwonnen.