Voorwaarts Mars winter 2015 - 2016

 

Embed or link this publication

Description

Voorwaarts Mars Magazine van Explore Mars Nederland

Popular Pages


p. 1



[close]

p. 2

COLOFON Redactie Voorwaarts Mars Hoofdredacteur: Cas Laansma Overige redactieleden: Artemis Westenberg Frans Blok Bert Kaal Ton Schuckman Jan van Evert Michel van Pelt Wim Holwerda Hans Klootwijk Richard Reekers Michel Ketelaars Emile Knetemann Inhoudsopgave 3 4 Redactioneel Feuilleton: Home is where the hab is Gelach in de ruimte Waar blijven de ruimtevliegtuigen? Revolutie in de ruimte Boekbespreking: Spaceflight Revolution – David Ashford Curiosity op Mars (2) Wordt Skylon het eerste echte ruimtevliegtuig? Krijg wat u toekom(s)t (5) De crash van de VSS Enterprise Op Mars met een rugzak 6 7 13 17 Stichting Explore Mars Nederland Amiranten 12, 2904 VB Capelle a/d IJssel Website: www.exploremars.nl E-mail: info@exploremars.nl Telefoon: 010-4510776 Voorzitter: Dra. Artemis Westenberg Penningmeester: Gerard Kuijpers Webmaster: Bert Kaal Redactie Voorwaarts Mars: Cas Laansma Verschijningsfrequentie Dit blad verschijnt onregelmatig. 18 21 24 26 29 Omslagillustratie: ruimtelijndienst van de toekomst, door Cas Laansma.

[close]

p. 3

Redactioneel Door Cas Laansma Het is alweer een tijdje geleden sinds de vorige uitgave van Voorwaarts Mars uitkwam, maar hier is dan toch weer een nieuw nummer. Het is een themanummer waarbij het thema dit keer gaat over ruimtevliegtuigen, wat volgens mij in de wat verdere toekomst het belangrijkste transportmiddel naar de ruimte zal worden. Een groot voordeel is dat ze net als gewone vliegtuigen, iedere keer opnieuw gebruikt kunnen worden. Een belangrijke ontwikkeling op dit gebied zijn de zogenaamde zuurstofademende motoren, waarbij de motoren zuurstof uit de lucht zuigen (net als bij gewone vliegtuigmotoren), i.p.v. die in een aparte tank mee te nemen. Dit scheelt dusdanig in gewicht dat een dergelijk ruimtevliegtuig in één keer een omloopbaan kan bereiken, zonder een extra trap of een draagvliegtuig. Het bedrijf Reaction Engines is koploper in deze ontwikkeling omdat het met zijn SABRE-motor een nieuwe doorbraak heeft bereikt. Het wordt wel de grootste doorbraak genoemd sinds de uitvinding van de straalmotor. Mogelijk wordt de Skylon - het ruimtevliegtuig dat met deze motoren wordt uitgerust - het eerste echte ruimtevliegtuig. Ook andere bedrijven experimenteren met herbruikbare lanceersystemen, zoals het bedrijf SpaceX van de beroemde miljardair Elon Musk. Musk wil zijn bedrijf ook gebruiken om een grote kolonie op Mars te stichten, waar volgens hem miljoenen mensen naar toe moeten. Een belangrijke toepassing van ruimtevliegtuigen in de toekomst is waarschijnlijk gewoon ruimtetoerisme en volgens sommige futurologen wordt dit mogelijk de grootste industrie van de toekomst. Een begin daarvan zien we al met sommige bedrijfjes die korte suborbitale ruimtetripjes willen aanbieden en waarbij soms ook gebruik gemaakt wordt van kleine ruimtevliegtuigjes, zoals bij Virgin Galactic en XCOR. Mogelijk zullen er ooit ruimtevluchten naar ruimtestations komen die niet duurder zullen zijn dan de huidige lijnvluchten van een gewone luchtvaartmaatschappij. De Lynx, het ruimtevliegtuigje van XCOR, is speciaal bedoeld voor korte toeristische ruimtevluchten. 3

[close]

p. 4

Feuilleton: Home is where the hab is Dagboek van een Marsonaut, Deel 7 – Voor God spelen Door Frans Blok 5 juli 2015 / sol 247 Over het oppervlak van Mars loopt een enorme scheur, als in het metselwerk van een oud verzakt huis. Dat is Vallis Marineris, een canyon in de overtreffende trap, vierduizend kilometer lang, op sommige plaatsen een paar honderd kilometer breed en tien kilometer diep. Je zou er de Himalaya in kunnen afzinken. Clarke Station, onze basis, ligt aan het westelijke uiteinde van Marineris. Vanuit onze habitat zijn de wanden van de kloof niet zichtbaar. Ze liggen achter de horizon, die op Mars verraderlijk dichtbij is. De vallei is hier nog tamelijk breed maar vertakt zich naar het westen toe in een doolhof van kleinere kloven, Noctis Labyrithus genaamd. bizar gebied waar de bodem eerder zwart dan rood was. Waarschijnlijk een vrij recente vulkanische aslaag, maar hoe recent? Een miljoen jaar? Duizend jaar? Honderd jaar? Dat zullen we uit moeten zoeken als we terug zijn op Clarke. Je moet elkaar wel een beetje aardig vinden om een week lang samen in zo'n klein wagentje te zitten. De hab is krap, maar een wereld vergelijkbaar bij deze krappe gezinsauto. Ik voel me weer tien jaar oud, op weg met mijn ouders en zusje naar Zuid-Frankrijk. Maar nu stuur ik zelf. En we kunnen niet iedere paar uur uitstappen om de benen te strekken. We hebben ieder een ruime stoel, die ook nog helemaal naar achteren geklapt kan worden, maar dat is al onze leefruimte. Het toilet, of wat daar voor doorgaat, zit achter mijn stoel, die tevens dient als schaamschot. Ik voel me kwetsbaar. We zijn hier nooit meer dan een halve meter verwijderd van de dodelijke buitenlucht. Maar tegelijkertijd geniet ik. Dit land is hartverscheurend mooi, mooier dan de Sahara, IJsland, Ladakh, en de Australische Outback bij elkaar. En puurder bovendien, want op Aarde vind je tot op zes kilometer hoogte mensen en hun tentenkampen, tempeltjes, weerstations, souvenirstalletjes. Hier is niets van dat alles. Het rode zand van Mars wordt voor het eerst sinds miljoenen jaren platgedrukt door de wielen van een voertuig. Soms zou ik dit landschap voor altijd zo ongerept willen houden, vrij van de toeristenstromen die ook hier eens op gang zullen komen. Wat een egoïstische gedachte. Wat voor recht heb ik om anderen deze schoonheid te onthouden terwijl ik zelf hier het eerste bandenspoor achterlaat? Halverwege de middag doemde in het zuidwesten een monsterlijk hoge rotswand op uit de rode nevel, de oostelijke begrenzing van Noctis Labyrinthus. We volgden op dat moment net een vallei die rechtstreeks het doolhof in voert en die naarmate we vorderden steeds dieper door het omliggende land sneed. Tegen het vallen van de duisternis reden we door een breed ravijn tussen torenhoge rotswanden. Een parkeerplaats Aimee, ik en de rover. Vanochtend om een uur of tien zijn we vertrokken op weg naar dat labyrint, Aimee en ik, in de rover, ons zeswielige vehikel. De eerste kilometers voerden door bekend gebied maar al gauw werd de satellietkaart onmisbaar. Veel meer dan tien kilometer per uur schoten we niet op. Het landschap is vrij chaotisch en het valt niet mee een route te vinden die zoveel mogelijk steile hellingen en rotsvelden vermijdt. Verder stoppen we regelmatig om een radiobaken te plaatsen of foto's te nemen. Ook namen we af en toe grondmonsters met de grijparm van de rover. Onder andere in een 4

[close]

p. 5

Het eerste karrepoor wordt getrokken, de eerste van velen. was snel gevonden. Waar we ook staan, we staan niemand in de weg. Daarna viel er weinig meer te doen dan schrijven in het dagboek en bellen met de basis. En roddelen over de rest van de crew. Volgens Aimee hebben Klaus en Olga iets met elkaar. Ik vind het moeilijk voor te stellen, een nerd van hier tot Hamburg samen met het Stuk van Siberië. Maar volgens Aimee hebben ze minstens twee maal enkele nachtelijke uren samen doorgebracht. Ondertussen vraag ik me af hoelang wij tweeën nog van elkaar af kunnen blijven. Als er ooit twee katten op het spek gebonden zijn, dan wij wel. Een warm lichaam binnen handbereik, na maanden van onthouding. Maar sex met een collega, dat is al niet verstandig als je een kantoorbaan hebt van negen tot vijf. En met deze baan zijn we letterlijk ruim vierentwintig uur per dag bezig, met nog vijfhonderd dagen voor de boeg. Na de roddels werd ons gesprek serieuzer. We hadden weer een discussie over terraforming. Een onderwerp waar we het hartgrondig over oneens zijn. Mogen we, in de toekomst, proberen Mars te veranderen? Mogen we hier een broeikaseffect op gang brengen, het zo warm maken dat hier weer vloeibaar water gaat stromen? Mogen we de atmosfeer zo dik maken dat er planten kunnen groeien? Ik zou niet weten van wie dat niet zou mogen. Het zou geweldig zijn om hier rond te kunnen lopen zonder zo'n ellendig ruimtepak. Het landschap zou veranderen maar zeker niet lelijker worden. En het zou fascinerend zijn die verandering te zien gebeuren. Misschien hebben we als mensheid zelfs wel de morele plicht het leven buiten de Aarde te verspreiden. Wij zijn, voor zover we weten, de eersten en misschien wel de enigen die daar ooit toe in staat zijn. Maar Aimee blijft terugkomen op haar stokpaardje: dat er misschien ergens onder de grond een bacterie leeft die misschien heel anders is dan Aardse bacteriën en ons geterraform misschien niet zou overleven. Het zijn mij een beetje teveel misschiens. Moet je daarvoor een hele wereld tot no go-area verklaren?. En zou zo'n bacterie, als die er is, ook niet juist heel blij kunnen zijn als het hier weer net zo warm en nat wordt als vier miljard jaar geleden? We mogen niet voor God spelen, zegt ze. Maar als wij niet voor God spelen, zeg ik, wie zal het dan wel doen? En daar moet ze toch ook wel weer om lachen. Ach, het is ook geen discussie waar we vandaag nog uit moeten komen. Terraforming is iets voor onze kinderen. En kinderen, daar moet ik op dit moment even niet aan denken. Zo ver het oog reikt rood zand... 5

[close]

p. 6

Gelach in de ruimte 6

[close]

p. 7

Waar blijven de Ruimtevliegtuigen? Michel van Pelt Na zeer enthousiast begonnen maar uiteindelijk teleurstellende ruimtevliegtuig-projecten van de jaren '80 en begin jaren '90 horen we tegenwoordig weinig meer over spaceplanes. Maar hoewel het ongebreidelde optimisme zeker voorbij is, gaan de ontwikkelingen op bescheidener schaal door. Nieuwe technologie en de lessen die tijdens de laatste grote opleving van 20 jaar geleden werden geleerd, maken het misschien mogelijk om de oude droom binnenkort alsnog te verwezenlijken. lossen; technologie die zelf ook weer met risico's kwam wat betreft technische en financiële haalbaarheid. De complexiteit nam voortdurend toe met als gevolg dat de verwachtte ontwikkelingskosten de pan uit rezen en de geplande datum voor de eerste vlucht steeds verder de toekomst in schoof. Om nog maar niet te spreken over het moment waarop een operationele versie van de machine in gebruik zou kunnen worden genomen. De economische voordelen werden steeds onzekerder, want het gebruik van die ingewikkelde spaceplanes had steeds minder van doen met dat van normale straalvliegtuigen. Nog afgezien van de astronomische ontwikkelingskosten, was het niet ondenkbaar dat de vluchtkosten uiteindelijk zelfs hoger zouden uitvallen dan die van conventionele lanceerraketten. Met in het achterhoofd de wat dat betreft slechte ervaringen met de Space Shuttle, trokken de betrokken overheden uiteindelijk de stekker eruit: binnen korte tijd werden in de vroege jaren '90 alle ambitieuze ruimtevliegtuigprojecten beëindigd. Na een korte opleving van verticaal opstijgende alternatieven aan het eind van de jaren '90, met ontwerpen als de ROTON Rotary Rocket (met een raketaangedreven helikopter-rotor), de vleugelloze Kistler K-1 en de Venture Star lifting body, leek het afgelopen met de herbruikbare lanceerders in het algemeen en ruimtevliegtuigprojecten in het bijzonder. Op bescheidener schaal gaat de ontwikkeling van technologie en concepten echter nog steeds door. De illusie voorbij Aan het eind van de jaren '80 werd over de hele wereld hard gewerkt aan wat de volgende generatie lanceervoertuigen had moeten worden. Om grote ontwikkelingen in het gebruik van de ruimte mogelijk te maken, moesten de lanceerkosten drastisch naar beneden. Het was duidelijk dat zoiets met 'wegwerpraketten' niet ging lukken: daar waren de haalbare reducties in lanceerprijzen niet groter dan enkele tientallen procenten, terwijl reducties van een factor 10, 100 of zelfs meer vereist werden. Wat de wereld nodig had, waren volledig herbruikbare ruimtevliegtuigen, het liefst bestaand uit een enkele trap. Er leek daarom midden jaren '80 een race te zijn losgebarsten om als eerste zo'n spaceplane op de markt te brengen; op het spel stonden de wereldwijde lanceermarkt, technologische superioriteit en een dominante (militaire?) positie in de ruimte. Een land met een operationeel ruimtevliegtuig zou tegen geringe kosten op elk moment elk punt in een lage aardbaan kunnen bereiken. Concepten die tot dan toe economisch onrendabel en onpraktisch waren, zoals ruimtehotels, ruimtefabrieken, 'space solar power' satellieten, geregelde inspectie van verdachte kunstmanen en hypersoon intercontinentaal luchtvervoer, zouden opeens mogelijk worden. De ruimtevloot voor de vroege jaren 2000 bestond, op papier, uit de Amerikaanse X-30 NASP, de Britse HOTOL, de Duitse Sänger-II, de Japanse JSSTO, de Russische Tu-2000 en de Franse STAR-H en Space Transportation System 2000. Echter, hoe verder de ontwikkeling van deze ruimtevliegtuigen voortschreed, hoe ingewikkelder de systemen werden. Telkens bleek nog weer een nieuwe technologie nodig te zijn om gevonden problemen in het ontwerp op te Skylon, de reïncarnatie van HOTOL In een klein bedrijf in Groot Brittannië kreeg de in 1988 gestopte HOTOL een bescheiden doorstart. HOTOL was een eentraps-ruimtevliegtuig met een geavanceerd type motor dat de functies van een turbojet, een ramjet en een raketmotor combineerde. British Aerospace was verantwoordelijk voor het ontwerp van het systeem, terwijl Rolls Royce voor de revolutionaire motoren zou zorgen. Het had van normale vliegvelden moeten kunnen opstijgen, maar het ontwerp werd uiteindelijk zo zwaar dat het gebruik zou moeten maken van een met raketmotoren aangedreven lanceerwagen. Dat betekende dat HOTOL effectief een tweetrapssysteem werd met alle extra operationele nadelen van dien. Het betekende ook dat het gebruik van bestaande startbanen nabij bewoond 7

[close]

p. 8

gebied onmogelijk werd vanwege de geluidsoverlast en daarnaast moeilijkheden bij het combineren van normaal vliegverkeer en het gebruik van een raketwagen op een druk, commercieel vliegveld. De combinatie met de geavanceerde, vaak nog experimentele technologie die HOTOL ook met gebruik van een raketwagen nog nodig had, betekende dat het project teveel technisch en economisch risico met zich meebracht. In 1988 trok de Britse overheid zich terug uit het project, en kort daarop vertrok ook Rolls Royce. Niet veel later richtten Alan Bond en een aantal Rolls Royce werknemers die onder zijn leiding aan de ontwikkeling van de motor hadden gewerkt een nieuw bedrijf op. Reaction Engines Ltd ging HOTOL voortzetten met in eerste instantie de nadruk op de motoren, nu SABRE genoemd, voor 'Synergistic Air Breathing Engine'. Een cruciaal onderdeel daarvan is de 'pre-cooler'. Bij hypersone snelheid wordt de lucht door de vorm van de luchtinlaat sterk gecomprimeerd, wat gepaard gaat met extreme hitte. Om de superhete lucht te koelen en zo te voorkomen dat de motoren smelten wordt het door een grid van buisjes geleid waardoor vloeibaar helium stroomt; dit brengt de temperatuur van rond de 1000 graden Celsius terug tot ongeveer minus 140 graden. Het ontwerp van deze precooler luistert zeer nauw, want een te hoge temperatuur van de ingaande lucht heeft nadelige invloed op de prestaties en constructie van de motor, terwijl bij te grote koeling het water in de lucht ijs kan gaan vormen dat de luchtstroom hindert. Het HOTOL-ontwerp evolueerde binnen Reaction Engines tot die van de huidige 'Skylon' (vernoemd naar een futuristisch kunstwerk dat in 1951 werd gepresenteerd tijdens het Festival of Britain en waar de romp van het ruimtevliegtuig sterk op lijkt). De ontwerpers zeggen voor alle tekortkomingen in de originele HOTOL oplossingen te hebben gevonden. Een van de grootste problemen van HOTOL was de stabiliteit: omdat tijdens de vlucht de tanks leegraken terwijl de motoren achterin niet van gewicht veranderen, verschoof het zwaartepunt van het vliegtuig steeds verder naar achteren. Het bleek onmogelijk een aerodynamisch ontwerp te maken waarbij HOTOL zowel bij de start (met volle tanks) als tijdens de supersone vlucht en de landing (met lege tanks) onder controle kon worden gehouden. In plaats van helemaal achterin zijn bij Skylon de motoren halverwege de romp geplaatst, aan het eind van de deltavleugels: terwijl de tanks voor en achterin het vliegtuig leek raken, blijft het zwaartepunt daarmee vrij-wel op dezelfde plek. Een ander voordeel van dit ontwerp is dat de motoren niet langer zoals bij HOTOL volledig in de romp geïntegreerd zijn. Net als bij moderne verkeersvliegtuigen kunnen ze daarom onafhankelijk van de rest van het ruimtevliegtuig worden getest, en ook voor snelle reparaties of vervanging door nieuwe of zelfs verbeterde motoren heeft dit grote voordelen. De raket-aangedreven lanceerwagen - een grote handicap van het HOTOLconcept - is voor Skylon niet meer nodig, wat het oude idee van starten en landen vanaf een normaal vliegveld weer mogelijk maakt. Hoewel daarvoor wel de startbaan tot 5.6 km verlengd en versterkt moet worden om de zware Skylon te kunnen dragen. Wat betreft geluidsoverlast verwachten de ontwerpers dat Skylon binnen de normen voor vliegvelden in bewoond gebied kan blijven. Artistieke voorstelling van een Skylon ruimtevliegtuig op het vliegveld. [Adrian Mann & Reaction Engines Limited] 8

[close]

p. 9

Robuust ontwerp Veiligheidseisen dicteren dat een vliegtuig bij het afbreken van de start net voor het opstijgen, toch voor het einde van de startbaan stil moet kunnen staan, mocht er zich tijdens de 'take-off run' een probleem voordoen. Dat betekent dat Skylon, die door de grote hoeveelheid stuwstof aan boord een stuk zwaarder is dan het grootste verkeersvliegtuig, extreem goede remmen moet hebben. Om het gewicht van die remmen te minimaliseren maken ze voor de koeling gebruik van water: bij het remmen kort na de start kan dit via stoom de wrijvingswarmte afvoeren en zo voorkomen dat de remmen in brand vliegen, en na een geslaagde take-off kan het water simpelweg overboord worden gepompt zodat het loze gewicht van enkele duizenden kilogrammen niet mee hoeft worden genomen. Tijdens de landing is Skylon, met lege tanks, zo licht dat waterkoeling van de remmen niet nodig is. De behuizing van de SABRE motoren hebben een banaan-vorm, omdat de inlaat recht op de inkomende lucht gericht moet staan, terwijl Skylon onder een hoek met de luchtstroom moet vliegen om voldoende lift op te wekken. Elk van de twee motoren kan (in theorie) in 'airbreathing mode' een maximale stuwkracht van maar liefst 1,350,000 Newton leveren; evenveel als een Ariane 5 Vulcain II raketmotor. In 'rocket mode' moet een SABRE zelfs 1,800,000 Newton kunnen halen. Het geweld van de twee SABRE's moet het mogelijk maken 12,000 kg in een lage baan rond de aarde te brengen. Het aerodynamisch ontwerp van Skylon zorgt er voor dat het vliegtuig bij terugkeer in de damp- kring al op grote hoogte sterker begint af te remmen dan bij de Space Shuttle het geval was. Daarmee blijft de huid van Skylon tijdens de afdaling relatief koel en volstaat voor het overgrote deel van de romp en vleugels een hitteschild van versterkte keramische platen. Door de turbulente luchtstroom rond de vleugels tijdens de re-entry zullen sommige delen van het vliegtuig echter actief gekoeld moeten worden door middel van stromen koud waterstof. In 2011 concludeerde een beoordeling van Skylon door ESA, dat financieel bijdraagt aan de benodigde technologie-ontwikkeling, dat het ontwerp "does not demonstrate any areas of implausibility". Reaction Engines verwacht dan ook dat het Skylon-ontwerp binnenkort zowel technisch als economisch gezien solide genoeg zal blijken om grootschalige investeringen aan te trekken. Het bedrijf schat dat klanten voor ongeveer $650 miljoen (equivalent aan de prijs van een groot verkeersvliegtuig) een Skylon zullen kunnen kopen, bij een minimale productie van 90 ruimtevliegtuigen. Vroege gebruikers ervan zouden zo'n $30 tot $40 miljoen per vlucht moeten uitgeven, maar met een groeiend aantal Skylons dat meer en meer vluchten maakt moet de prijs zich kunnen stabiliseren rond de $10 miljoen. Vergeleken met een Ariane 5 ECA, die voor rond de $150 miljoen iets minder gewicht in een lage aardbaan kan brengen, zou dat een flink economisch voordeel betekenen. Momenteel is Reaction Engines bezig met het testen van een experimentele versie van de precooler en wil het binnenkort een werkend schaalmodel van een SABRE bouwen voor 9

[close]

p. 10

grondtesten van de 'airbreathing mode', de 'rocket mode' en de overgang daartussen. Een 'Nacelle Test Vehicle' is gepland voor het testen van de vorm van de behuizing en de luchtinlaat van de motor. Deze NTV moet door middel van een startraket een snelheid van Mach 5 (vijf keer die van het geluid) bereiken; snel genoeg om met een ingebouwde ramjet realistisch de 'airbreathing mode' te kunnen simuleren. Ook de moeilijk op de grond te testen of met een computer te simuleren schok-interactie tussen de behuizing en de vleugel moet ermee onderzocht worden. De luchttoevoer en controlesystemen van de NTV zullen vrijwel identiek zijn aan die van de echte SABRE nacelle. Al met al verwacht Alan Bond dat "…we could have a Skylon plane leaving Heathrow airport sometime during this century" (voor de liefhebbers, op internet is alvast een schaalmodel van de Skylon te verkrijgen). schreven met ruimtetoerisme-promotor Patrick Collins). Hypersone bommenwerpers Intussen lijkt het meeste geld aan onderzoek aan hypersone vliegtuigen - en daarmee aan ruimtevliegtuig-technologie - te worden uitgegeven in de Verenigde Staten, en dan vooral voor militaire toepassingen. Zo werden binnen NASA's Hyper-X programma twee vluchten uitgevoerd met de kleine X-43A, een onbemand experimenteel vliegtuig met een geavanceerde scramjet. Een scramjet is een ramjet waarbij de inkomende lucht niet tot subsone snelheid hoeft te worden afgeremd voor een effectieve verbranding. Dat betekent dat scramjets bij veel hogere snelheden kunnen worden gebruikt dan ramjets. De X-43A's werden naar hypersone snelheid gestuwd door een Pegasus raket, een lanceervoertuig dat vanonder de vleugel van een omgebouwd verkeersvliegtuig wordt gedropt (zoals indertijd de X-15). De laatste X-43A zette in november 2004 het record voor een luchtverbruikende straalmotor: de scramjet werkte 10 seconden bij een snelheid van maar liefst Mach 9.6. De ontwikkeling werd voorgezet met de vergelijkbare X-51, die in mei 2010 voor het eerst vloog. De behaalde snelheid was "slechts" Mach 5, maar de motor brandde maar liefst 200 seconden. De tweede vlucht en derde vlucht in het X-51 programma, in 2011 en 2012, waren geen succes, maar in mei 2013 werkte de ramjet 210 seconden en versnelde het vliegtuigje van Mach 4.8 naar 5.1. Brittania rules the skies Plannen voor ruimtevliegtuigen zijn in Groot Brittannië sowieso erg populair, misschien omdat deze voor dit land een mogelijkheid vormen om weer een leidende positie in lanceerders te bemachtigen: behalve Skylon zijn er ook plannen voor de Spacecab, een ontwerp waar het kleine bedrijf Bristol Spaceplanes al sinds 1991 aan werkt. Spacecab is een twee-trapssysteem met een Concorde-achtige eerste trap en een raketaangedreven tweede. De 'carrier aircraft' heeft vier gewone turbojet straalmotoren voor het opstijgen en versnellen tot Mach 2. Vervolgens stuwen twee raketmotoren het geheel naar Mach 4, waarna een klein raketvliegtuig met deltavleugels zich van de grotere eerste trap losmaakt om op eigen kracht een baan om de aarde te bereiken. Naast twee piloten kan het ruimtevliegtuig zes passagiers of een equivalent aan vracht meenemen. Volgens Bristol Spaceplanes is hun ontwerp zeer conservatief en vereist het geen fundamenteel nieuwe technologie. Na Spacecab volgt in hun visie de Spacebus, waarbij het moedervliegtuig wordt uitgerust met nieuw ontwikkelde turbo-ramjetmotoren waarmee Mach 4 kan worden bereikt. Met raketmotoren zou vervolgens Mach 6 kunnen worden bereikt voordat de tweede trap wordt losgekoppeld. Deze zou groter zijn dan die van de Spacecab, met plaats voor 50 passagiers. David Ashford, de directeur van het bedrijfje, heeft zijn ideeën een paar jaar geleden samengevat in het zeer leesbare boek "Space-flight Revolution", en daarvoor in het mooi geïllustreerde "Your Spaceflight Manual - How You Could be a Tourist in Space Within Twenty Years" (ge- De X-51 wordt, bevestigd aan een B-52, eerst op grote hoogte gebracht en vandaar gelanceerd. Hoewel veel mensen ervan overtuigd zijn dat de V.S. al een herbruikbaar hypersoon spionage/ruimtevliegtuig in gebruik hebben (onder de naam 'Aurora', of 'Blackstar') lijkt het erop dat de ontwikkeling van zo'n systeem in werkelijkheid nog veel ontwikkelingswerk zal vergen. In 2011 maakte DARPA bekend dat hun tweede Falcon 10

[close]

p. 11

Hypersonic Technology Vehicle (HTV 2) uit elkaar was gevallen vanwege onbegrepen hypersone aerothermodynamische problemen. De motorloze HTV werd naar een snelheid van Mach 20 gelanceerd en vloog zes minuten lang op extreem hoge snelheid door de hoge atmosfeer. Te snel, is nu gebleken: de huid van het vliegtuigje was ontworpen om weg te branden als gevolg van de intense hitte van de compressie van de lucht die het raakt, maar dat ging veel sneller dan was verwacht op basis van computermodellen en laboratorium-testen. Op de plaatsen waar de huid verdween, ondervond de HTV schokgolven die een factor honderd sterker waren dan de constructie aankon. De eerdere HTV 1 test was ook geen succes, waarschijnlijk om dezelfde reden. DARPA lijkt dus nog een lange weg te moeten gaan voordat het door hen gedroomde automatische hypersone vliegtuig, waarmee elk punt op de aardbol binnen een uur bereikt moet kunnen worden, werkelijkheid is. Meer algemeen laten de problemen met de HTV zien dat de kennis en techniek nog niet volwassen genoeg is voor de volledige ontwikkeling van een herbruikbaar, luchtademend ruimtevliegtuig. nodig is voor de ontwikkeling van een operationeel ruimtevliegtuig. De nadruk voor de nabije toekomst blijft liggen op de verdere verfijning en kosten-optimalisatie van niet-herbruikbare raketten. De laatste vijftig jaar was het volledig herbruikbare ruimtevliegtuig altijd de "volgende generatie lanceerder", waarbij het elke tien jaar ook weer tien jaar verder de toekomst in schoof; "Hypersonics is the future of aeronautics… and it always will be", zeggen velen in de Amerikaanse luchtmacht. In plaats van vliegtuigen die met combinaties van straal- en raketmotoren een veel betaalbaardere pendeldienst met de ruimte zouden kunnen onderhouden, werd steeds toch weer gekozen voor conventionele niet-herbruikbare raketten met lagere ontwikkelingsrisico's. AVATAR Sinds het einde van de grote spaceplane-projecten twintig jaar geleden heeft India grote stappen gemaakt in haar technische ontwikkeling. Het land bouwt nu succesvolle lanceerraketten en werkt aan een concept dat bekend staat als AVATAR, voor 'Aerobic Vehicle for hypersonic Aerospace TrAnspoRtation'. Dit ruimtevliegtuig zal opstijgen met gebruik van turbo-ramjetmotoren en volle brandstoftanks, maar met lege tanks voor de zuurstof die het later nodig heeft voor zijn raketmotoren. Tijdens de vlucht door de atmosfeer wordt lucht verzameld die vervolgens vloeibaar wordt gemaakt met behulp van warmtewisselaars met vloeibare waterstof (vergelijkbaar met het ACE principe van het oude Japanse JSSTO spaceplane ontwerp). Een nieuw idee is de volgende stap, waarbij de vloeibare zuurstof van de rest van de vloeibaar gemaakte lucht wordt gescheiden en in de tot dan toe lege tanks wordt opgeslagen. Op het moment dat AVATAR moet omschakelen op pure raketvoorstuwing zijn die tanks vol met het benodigde vloeibare oxidans. Een ambitieus, geavanceerd en zeer ingewikkeld concept. Artistieke voorstelling van de X-33. Wie durft het aan? Ondanks dat er door vele bedrijven en agentschappen aan diverse concepten en technologieën wordt gewerkt, blijven de beschikbare budgetten bescheiden in vergelijking met wat er De problemen die de grote spaceplane-projecten van de jaren '80 torpedeerden blijven obstakels die grote investeringen in de weg staan: onzekere economische voordelen, hoge ontwikkelingskosten, lange ontwikkelingstijden en grote technische en economische risico's. In 2001 werd bijvoorbeeld de Amerikaanse X-33, een verticaal gelanceerd, horizontaal landend testmodel voor de grotere Venture Star, geannuleerd vanwege grote technische problemen. Er was op dat moment al meer dan een miljard dollar aan het project uitgegeven, en er was al veel hardware gebouwd, waaronder een volledig lanceercentrum. Op dat moment waren de geschatte kosten voor de uiteindelijke Venture Star maar liefst $35 miljard, exclusief de kosten voor het oplossen van de fundamentele problemen die tijdens de ontwikkeling van de X-33 de kop opstaken. De ontwikkeling van een groot, geavanceerd vliegtuig als de Airbus A380 kostte dertien jaar, die van de Ariane 5 twaalf jaar, en de ontwikkeling van het F-22 gevechts-vliegtuig maar liefst 20 jaar. Het is zeer waarschijnlijk dat de ontwikkelingsduur van een ruimtevliegtuig ook zeker twee decennia zal bedragen, en dat is 11

[close]

p. 12

Artistieke voorstelling van het Stratolaunch concept. [Stratolaunch Systems] een erg lange tijd voor overheden (meer dan vier presidentiële ambtstermijnen in de VS) en zeker voor commerciële investeerders. Intussen heeft SpaceX met haar Falcon raketten bewezen dat er wat betreft het verlagen van lanceerkosten voor conventionele raketten nog steeds mogelijkheden zijn, wat het economische nut van herbruikbare lanceerders nog moeilijker te bewijzen maakt (al werkt SpaceX aan een herbruikbare versie van de eerste trap van haar Falcon 9 raket, en heeft het daarmee al enkele testvluchten uitgevoerd). De ontwikkeling van een operationeel ruimtevliegtuig lijkt daarom voorlopig nog een groot en (te) kostbaar avontuur. Aan de andere kant zijn er momenteel veel activiteiten op het gebied van sub-orbitale raketvliegtuigen voor toeristische vluchten en experimenten, zoals Scaled Composites' SpaceShipTwo en XCOR's Lynx. Deze machines kunnen de grens van de ruimte bereiken (100 km voor SpaceShipTwo) en leiden mogelijk tot verdere ontwikkelingen die een echt orbitaal ruimtevliegtuig zouden kunnen opleveren. Scaled Composites heeft al aangegeven die ambitie te hebben. Echter, de huidige generatie van deze raketvliegtuigen vliegt, met een maximale snelheid van Mach 3, meer dan acht keer te langzaam voor een satellietbaan; in termen van kinetische energie (die via voorstuwing en dus stuwstof verkregen moet worden) is dat bijna een factor 70 te weinig. Een orbitaal ruimtevliegtuig is dus geen kwestie van wat relatief kleine verbeteringen aan de suborbitale concepten, maar een enorme stap in schaal. Om toch nog enigszins optimistisch af te sluiten: het nieuwe bedrijf Stratolaunch Systems van Microsoft pionier Paul Allen ontwikkeld momenteel een nieuw lanceersysteem bestaande uit een enorm (subsoon) Scaled Composites draagvliegtuig en een 'air-launched' raket. Dit zou misschien de basis kunnen vormen voor een tweetraps herbruikbaar lanceersysteem, als de raket wordt vervangen door een ruimtevliegtuig. Waarschijnlijk nog wel het meest positieve van de recente commerciële ruimtevaartontwikkelingen is dat bedrijven als Virgin Galactic, SpaceX en Stratolaunch via hun huidige projecten misschien veel geld gaan verdienen; misschien zelfs wel genoeg om te kunnen investeren in echt routinematige vluchten naar de ruimte. Zonder de noodzaak voor grote hoeveelheden belastinggeld (en dus langdurige politieke steun) en gebruikmakend van de hypersone technologie die momenteel door militaire organisaties wordt ontwikkeld, is er zo misschien nog een lichtpuntje aan het eind van de ruimtevliegtuigtunnel. Een eerdere versie van dit artikel verscheen in het blad Ruimtevaart, nummer 4 van 2012, van de Nederlandse Vereniging voor Ruimtevaart (NVR). De auteur schreef ook een boek over raketvliegtuigen, 'Rocketing Into the Future; The History and Technology of Rocket Planes', dat recent door Springer Praxis Books is uitgegeven. 12

[close]

p. 13

Revolutie in de ruimte SpaceX wil raketten spotgoedkoop maken Door Jan van Evert - www.spacenews.nl In mei onthulde de Amerikaanse firma SpaceX de Dragon V2, de bemande versie van de Dragon, het eerste commerciële ruimtevrachtschip, dat al enkele vluchten naar het ruimtestation ISS heeft gemaakt. In de wat verdere toekomst wil het bedrijf een volledig herbruikbare raket ontwikkelen, met als doel de kosten voor lanceringen met een factor honderd te verlagen. Een revolutie in de ruimtevaart. De NASA is al enkele jaren afhankelijk van Rusland voor het vervoer van astronauten naar het ruimtestation ISS. Zeker sinds de verstoorde relatie met Rusland door de crisis in Oekraïne, is dat voor veel Amerikanen een situatie waar ze knap zenuwachtig van worden. Vandaar dat met spanning wordt gewacht op de eerste bemande lancering van de Dragon. In 2006 startte NASA het COTS-programma (Commercial Orbital Transportation Services), dat de kosten voor vervoer naar de ruimte moet verlagen door het uit te besteden. In december 2008 verleende de NASA een contract ter waarde van 1,6 miljard dollar aan SpaceX voor twaalf vrachtvluchten van de Dragon naar het ISS. Behalve de Dragon heeft ook de Cygnus van Orbital Sciences al vracht naar het ISS gebracht. Anders dan de onbemande versie, kan de Dragon V2 aan het ISS koppelen zonder hulp van de robotarm van het ruimtestation. De onbemande Dragon bestaat uit twee gedeelten: het voorste deel, waarmee aan het ruimtestation wordt gekoppeld, is een drukcabine en daarachter bevindt zich een gedeelte dat niet op druk wordt gehouden en waaraan ook de zonnepanelen zijn bevestigd. Hoewel er nog geen mensen meevliegen, is de capsule nu al van ramen voorzien. De Dragon is ook het eerste ruimtevrachtschip dat herbruikbaar is, het kan ook lading naar de aarde terugbrengen. Langzame start Musk, een internetmiljonair, richtte SpaceX in 2002 op toen E-bay Paypal voor anderhalf miljard dollar overnam. Hij was de grootste aandeelhouder van Paypal en investeerde honderd miljoen dollar van de opbrengst in zijn nieuwe bedrijf. Musk droomt ervan om uiteindelijk mensen naar Mars sturen, dat is zijn voornaamste drijfveer geweest om SpaceX op te richten. "I would like to die on Mars; just not on impact" is een veel geciteerde uitspraak van hem. Hij beweert dat hij binnen tien tot twintig jaar mensen op Mars kan laten landen voor een bedrag van slechts vijf miljard dollar. Dat is een fractie van de tientallen miljarden dollars die de NASA en de ESA voor zo'n onderneming nodig denken te hebben. Musk wil zelfs tienduizend mensen naar Mars sturen. Gevraagd of dat niet een beetje veel is, antwoordt hij: "uiteindelijk willen we geen tienduizend mensen op Mars - we willen miljoenen". Musk had zich in het begin als doel gesteld om binnen twee jaar een raket te ontwikkelen die slechts zes miljoen dollar per lancering zou kosten, maar dat was natuurlijk geen erg realistische planning. Zeker niet als je bedenkt dat SpaceX niet alleen een nieuwe raket ontwikkelde, maar ook de motoren hiervoor zelf ontwierp en bouwde. De eerste vlucht van deze Falcon-1 raket vond vier jaar later plaats op 26 maart 2006. De raket, die op kerosine en vloeibare zuurstof werkt, eindigde al na 41 seconden in zee. Een lek in een brandstofleiding veroorzaakte een brand waardoor de motor werd uitgeschakeld. Ondertussen was de prijs van de raket al opgelopen Impressie van de Dragon V2 die aan het ISS koppelt. 13

[close]

p. 14

lancering kost zestig miljoen dollar, veel minder dan een Atlas V-401 die 90 miljoen kost. Dat is een fors verschil, maar niet de helft minder zoals SpaceX beweert. De NASA concludeerde na een onderzoek dat de ontwikkeling van de Falcon-9 ruim 300 miljoen dollar had gekost, een fractie van de minimaal 1,7 miljard dollar die ze verwacht hadden. De eerste lancering van de Falcon-9 vond plaats op 4 juni 2010 en was dit keer meteen een succes. Inmiddels bestaat de orderportefeuille van SpaceX vrijwel uitsluitend uit Falcon-9 lanceringen. In 2005 begon SpaceX met de ontwikkeling van de Dragon. Op 8 december 2010 werd deze voor het eerst gelanceerd door een Falcon-9 en plonsde na twee rondjes om de aarde in de Stille Oceaan voor de kust van Californië. Net als de Apollo-capsule is de Dragon voorzien van een hitteschild en landt hij aan parachutes. Om de kosten zo laag mogelijk te houden, koos Musk niet alleen voor een gedeeltelijk herbruikbaar ruimteschip, maar liet hij ook een traditioneel koppelings-systeem achterwege. Zodra de Dragon het ISS tot minder dan tien meter genaderd is, wordt hij vastgegrepen door een robotarm van het ruimtestation, en door een van de bemanningsleden handmatig aan het station gekoppeld. Na een week keert de capsule weer terug naar de aarde - het achterste deel met de zonnepanelen wordt niet opnieuw gebruikt. SpaceX wil de Dragon in de toekomst ook verhuren als vrij vliegend mini-ruimtelaboratorium onder de naam DragonLab. Landing op Mars met een Dragon van SpaceX. tot 6,7 miljoen dollar. De tweede poging op 22 maart 2007 eindigde weer in een mislukking en ook de derde lancering liep uit op een fiasco. Na het afstoten van de eerste trap bleef de motor nog enkele seconden draaien waardoor deze op de tweede trap botste, die hierdoor in de oceaan stortte. Pas bij de vierde poging kwam het gewenste succes: op 28 september 2008 bracht de Falcon-1 een dummy lading in een baan om de aarde. De eerste commerciële lancering was op 13 juli 2009, toen een Maleisische aardobservatiesatelliet gelanceerd werd. Kostenbesparing De belangrijkste methode die SpaceX gebruikt om kosten te besparen, is het opnieuw gebruiken van delen van de raket. De eerste trap van de Falcon-1 landt aan een parachute in zee en wordt, net als de boosters van de Space Shuttle, door een schip geborgen. En dat is best bijzonder, want de Falcon is de enige raket die deze mogelijkheid heeft. Daarnaast probeert Musk het ontwerp van zijn raketten zo eenvoudig mogelijk te houden door in alle trappen kerosine en vloeibare zuurstof te gebruiken. Verder heeft hij allerlei technische verbeteringen toegepast om het gewicht van de raket te beperken. Zo is de brandstoftank van de tweede trap gemaakt van dezelfde lichtgewicht aluminium-lithium legering die voor de externe tank van de Space Shuttle gebruikt werd. Musk was al lang voor de eerste Falcon-1 lancering begonnen met het ontwikkelen van een veel grotere raket: de Falcon-9. Deze heet eenvoudig zo omdat de eerste trap ervan negen motoren heeft. De Falcon-9 kan tien ton lading in een lage omloopbaan brengen, wat vergelijkbaar is met de Delta IV van Boeing en de Atlas V van Lockheed Martin. Maar een Falcon-9 De Dragon V2. 14

[close]

p. 15

Elon Musk neemt plaats in zijn eigen Dragon V2. Nieuw ontsnappingssysteem De bemande versie van de Dragon die SpaceX ontwikkelt, is iets groter dan de Russische Sojoez (een inhoud van 10 m3 tegenover 8,5 m3) waarmee André Kuipers naar het ISS is gevlogen. Maar met zeven astronauten in plaats van drie, zal het toch een krappe bedoening worden. Hoewel met een maximum lengte van 1,98 m de astronauten wel een stuk langer mogen zijn dan in de Sojoez. Voor de Dragon is een geheel nieuw ontsnappingssysteem bedacht. Tot nu toe worden ruimtecapsules uitgerust met een ontsnappingsraket die er bovenop bevestigd wordt.Vanwege het grote gewicht ervan wordt deze al enkele minuten na de lancering afgeworpen. De Dragon heeft in plaats hiervan acht ingebouwde raketmotoren die de capsule van de raket kunnen lostrekken. Het grote voordeel hiervan is dat deze dus met het ruimteschip terugkeren op aarde en opnieuw gebruikt kunnen worden, wat een grote kostenbesparing oplevert. Een bijkomend voordeel is dat deze motoren ook gebruikt kunnen worden om de capsule op land te laten landen, of … op een andere planeet! Dat is geen sciencefiction: de NASA heeft al interesse getoond in deze mogelijkheid en wil misschien al in 2018 onder de codenaam Red Dragon een met een grondboor uitgeruste Dragon op Mars laten landen. Om op vaste grond te kunnen landen, is de nieuwe Dragon voorzien van vier landingspoten. Er blijft echter ook een parachute aan boord voor noodgevallen. "Je zult in staat zijn om overal op aarde te landen met de nauwkeurigheid van een helikopter," zei Musk tijdens de presentatie. De Dragon V2 is uiteraard voorzien van de nieuwste technieken: de bediening van de systemen gebeurt voor het grootste deel via aanraakschermen. Alleen voor cruciale functies worden nog ouderwetse schakelaars gebruikt. Het nieuwe ruimteschip is ook uitgerust met een verbeterd hitteschild dat pas na tien vluchten vervangen hoeft te worden. De nieuwe Dragon bespaart de NASA een hoop geld: een kaartje voor een astronaut zal nog maar twintig miljoen dollar kosten, veel minder dan de 70 miljoen die de Russen hier voor vragen. De Dragon V2 die onthuld werd, is echter nog lang niet vluchtklaar. "Er is nog een miljard dollar nodig om het ruimteschip klaar te maken voor bemande vluchten", vertelde Musk na de onthulling. En dat is een probleem, want zoveel geld wil het Amerikaanse Congres niet toekennen aan dit project. Musk, een rasoptimist, verwachtte desondanks al eind 2014 een eerste testvlucht van de Dragon V2. Naar Mars Om naar de rode planeet te vliegen, heb je natuurlijk een veel grotere raket nodig en die komt er binnenkort. Waarschijnlijk wordt in 2016 de eerste Falcon Heavy gelanceerd, een Falcon-9 die is uitgerust met verbeterde motoren, en die is uitgebreid met twee vloeibare brand- 15

[close]

Comments

no comments yet