Toen de Amerikaanse ruimtevaartingenieur Grant Cates meedeed aan een loterij om een ticket te winnen voor de eerste ruimtemissie voor amateurastronauten, stelde zijn vrouw hem een simpele vraag: wat kan er misgaan op zo’n missie? Dat zette Cates aan het denken. Want als een ruimteschip niet op eigen kracht naar de aarde terug kan, bijvoorbeeld na een aanvaring met wat ruimteschroot, kunnen de reizigers alleen wachten tot de zuurstof op is.
Gelukkig ging het goed – missie Inspiration4 was een groot succes voor ruimtevaartbedrijf SpaceX. Afgezien van een defect toilet verliep de reis in de ruimtecapsule Crew Dragon op rolletjes, en op 18 september 2021 landden de vier ruimtetoeristen na drie dagen in een baan rond de aarde.
De ruimtetoeristen op de missie Inspiration4 keerden veilig terug naar huis. Maar bij problemen was het niet mogelijk geweest een reddingsvaartuig op hen af te sturen.
Grant Cates was niet aan boord, want hij won het felbegeerde ticket niet, maar Inspiration4 was niettemin van cruciaal belang voor hem. Cates kon zich niet aan het idee onttrekken dat het ontbrak aan een reddingsdienst in de ruimte die de vier toeristen te hulp had kunnen schieten als niet alleen het toilet het had begeven.
‘Er zijn veel gevaren verbonden aan de ruimtevaart, en wat het erger maakt is dat er geen plannen of middelen zijn om de bemanning tijdig uit een ruimtevaartuig in nood te redden,’ zegt Cates.
Het resultaat van zijn overwegingen was een 20 pagina’s tellend rapport over het gebrek aan veiligheid in de ruimte. Het rapport, gepubliceerd in het Journal of Space Safety Engineering, heeft voor opschudding gezorgd in de ruimtevaartindustrie. Cates heeft zijn sporen verdiend bij Aerospace, een organisatie die adviseert over ruimtemissies, en heeft 18 jaar ervaring als ingenieur bij het shuttleprogramma van NASA.
De gevaren van de ruimtevaart worden erger doordat er geen manier is om een ruimtevaartuig in nood te redden. Grant Cates, ruimtevaartingenieur
In het rapport doet Cates drie concrete veiligheidsaanbevelingen om ervoor te zorgen dat geen enkele astronaut in nood ooit aan zijn lot wordt overgelaten. Maar er is nog een lange weg te gaan, want op enkele punten is de veiligheid de laatste decennia juist minder geworden.
Ruimtepuin is levensgevaarlijk
De missie Inspiration4 was slechts een voorlopig hoogtepunt in de snelle ontwikkeling van het ruimtetoerisme. Steeds meer ruimtevaartbedrijven kunnen mensen de ruimte in sturen, en veel welgestelden zijn bereid de hoge tarieven te betalen.
In de nabije toekomst zullen zelfs particuliere ruimtestations gebouwd worden om als ruimtehotel te dienen – zoals het ruimtestation Orbital Reef, dat de ruimtevaartbedrijven Blue Origin en Sierra Space tegen 2030 klaar willen hebben.
Orbital Reef wordt een van de particuliere ruimtestations die als hotel zullen dienen. Daarmee zullen veel meer mensen de ruimte in willen, wat het risico op ernstige ongelukken vergroot.
Maar met meer verkeer in de ruimte neemt ook de kans toe dat er onderweg iets misgaat. Zo kunnen er fouten optreden in het computersysteem van het ruimteschip, de navigatieapparatuur of de motorsystemen die het vaartuig afremmen om het terug naar de aarde te brengen.
En een technisch mankement is niet het enige wat het leven van astronauten in gevaar kan brengen. Nog erger is het als een stuk ruimtepuin het hitteschild raakt en doorboort. Een ruimteschip heeft zoveel snelheid als het de atmosfeer raakt dat de lucht ervóór tot duizenden graden verhit wordt. Zonder schild zal de intense hitte zich snel verspreiden en de bemanning en passagiers doden.
Door een vraag van zijn vrouw begon ruimtevaartingenieur Grant Cates na te denken over de veiligheid van de ruimtevaart. Het resultaat was een 20 pagina’s tellend rapport.
Toen het ruimteveer Columbia in 2003 verongelukte, kwam dat juist doordat het hitteschild beschadigd was.
Tijdens de 16 dagen durende missie wist de bemanning gelukkig niet dat haar lot bezegeld was zodra de Columbia terug zou keren naar de atmosfeer. Maar de zeven astronauten hadden misschien door een ander ruimteveer gered kunnen worden.
Volgens sommige deskundigen zou het theoretisch mogelijk geweest zijn de Columbia in een baan om de aarde te laten draaien terwijl de shuttle Atlantis klaargemaakt werd voor lancering. De shuttles konden niet aan elkaar gekoppeld worden, maar de zeven astronauten hadden van Columbia naar Atlantis kunnen gaan via een stang tussen de vaartuigen.
Daarom vindt ruimtevaartingenieur Grant Cates het voorbereid zijn op noodsituaties de belangrijkste veiligheidsmaatregel. Hij denkt aan samenwerking tussen alle ruimtevaartorganisaties op aarde, waardoor op elk moment een reddingsvaartuig gelanceerd kan worden dat kan aankoppelen bij een ruimtecapsule in nood en de bemanning kan oppikken.
Een alternatief voor een klaarstaande raket is een onbemande ruimteambulance in een lange baan om de aarde.
Deze maatregelen zijn simpel en liggen voor de ruimtevaartnaties binnen de technische mogelijkheden. Grant Cates, ruimtevaartingenieur
Voor dit soort reddingsacties moeten de ruimtevaartuigen wel met elkaar verbonden zijn, anders kunnen de astronauten niet overstappen.
De versie van het ruimtevaartuig Crew Dragon, dat astronauten naar het internationale ruimtestation (ISS) brengt, kan met een koppelmechanisme veilig op het ruimtestation worden aangesloten. Maar een stop bij het ISS behoorde niet tot het reisschema voor de missie Inspiration4, dus koos SpaceX ervoor het koppelingssysteem te vervangen door een panoramisch raam, waarmee de ruimtetoeristen van het uitzicht konden genieten.
Volgens Grant Cates vormde het ontbreken van een koppelingssysteem een ernstige tekortkoming.
‘Deze maatregelen zijn simpel en liggen voor alle ruimtevaartnaties binnen de technische mogelijkheden, hetzij individueel, hetzij gezamenlijk,’ licht Cates zijn veiligheidsaanbevelingen toe.
Reddingsdienst rukt uit
1. Ruimteambulance rond de aarde
Het Amerikaanse miniruimteveer X-37B kan een paar jaar rond de aarde draaien en kan een gestrand ruimtevaartuig snel te hulp schieten. Als alternatief kan een ruimteraket met een reddingsvoertuig paraat staan op de aarde.
2. Standaardkoppeling voor vaartuigen
Astronauten in nood moeten kunnen overstappen op een andere ruimtecapsule of een ruimtestation. Daartoe moeten de ruimtevaartuigen van alle landen uitgerust zijn met koppelpoorten volgens een gemeenschappelijke norm.
3. Vloten van ruimtecapsules
Bij langere ruimtemissies naar de maan of Mars beveelt Grant Cates aan dat er altijd meerdere ruimtevaartuigen tegelijk gestuurd worden. Als er op het ene vaartuig iets misgaat, kan de bemanning naar een ander uitwijken.
Toeristen reizen zonder drukpak
SpaceX is tot nu toe het enige particuliere bedrijf dat mensen in een baan om de aarde kan brengen voor langdurige ruimtereizen, maar Blue Origin en Virgin Galactic bieden toeristen korte uitstapjes.
Bij Blue Origin worden tot zes toeristen alleen de ruimte in gestuurd op de 18 meter lange New Shepard-raket, waarbij de hele reis slechts 11 minuten duurt. Virgin Galactic kan ook zes passagiers kwijt in SpaceShipTwo, dat door twee piloten bestuurd wordt.
Voor beide geldt dat ruimtetoeristen slechts drie minuten in gewichtloosheid kunnen doorbrengen, wat een van de charmes van ruimtereizen is. De ruimte in de cabines is beperkt, maar het is mogelijk om een koprol te maken en wat rond te zweven.
De man achter Blue Origin is Amazon-oprichter en multimiljardair Jeff Bezos. Toen hij op 20 juli 2021 zelf de ruimtereis maakte, droeg hij geen ruimtepak en ruimtehelm, maar een blauwe overall en een cowboyhoed – misschien om te symboliseren dat de ruimtevaartindustrie nog steeds het Wilde Westen is als het op wetgeving aankomt. Er zijn geen regels voor de veiligheid van astronauten: ruimtetoeristen nemen zelf het risico en moeten alleen geïnformeerd worden over de gevaren van de ruimtevaart.
Toeristen kunnen een reisje naar de ruimte maken met het raketvliegtuig SpaceShipTwo. Maar ze dragen geen drukpak dat bescherming biedt als de cabine doorboord wordt.
Op korte reizen dragen de astronauten geen drukpak zoals gebruikt wordt voor de langere ruimtereizen, bijvoorbeeld naar een baan rond de aarde of naar de maan. Pakken en helmen beschermen tegen de plotselinge daling van de druk die optreedt als het ruimtevaartuig doorboord wordt. In dat geval verdwijnt de lucht snel, en zonder pak zijn de astronauten ten dode opgeschreven.
Iemand die aan het vacuüm van de ruimte wordt blootgesteld verliest binnen 15 seconden het bewustzijn, en na een paar minuten treedt de dood in door zuurstofgebrek en bellen in het bloed. Dit was het lot van drie Sovjet-kosmonauten in 1971, toen het gebruik van drukpakken nog niet standaard was.
Het ontbreken van drukpakken op de toeristische vluchten van Blue Origin en Virgin Galactic heeft tot enige kritiek geleid, onder andere van de International Association for the Advancement of Space Safety, die de veiligheid in de ruimte wil bevorderen. Passagiers krijgen misschien maar een paar minuten in de ruimte, maar bij een drukdaling zijn ze er onherroepelijk geweest.
De veiligheid zou toenemen als de passagiers de hele reis vastgebonden zijn en een drukpak dragen, maar dan worden er minder tickets verkocht, want juist gewichtloosheid is een belangrijk verkoopargument.
Maan is de volgende halte
Op 23 september 1983 zaten twee kosmonauten klaar voor de lancering toen de honderden tonnen brandstof in de Sojoez-raket onder hen vlam vatten. Maar gelukkig was het reddingssysteem ontworpen om bemande ruimtevaartuigen in zo’n situatie in veiligheid te brengen. Zes seconden voordat de enorme raket explodeerde, werd het ruimteschip door kleine raketmotoren van de opgetild, en de kosmonauten landden veilig met een parachute op enige afstand van het lanceerplatform.
Ruimteraketten zijn al verschillende keren voor of vlak na de lancering ontploft, waardoor ruimtevaartorganisaties tot nu toe de meeste energie hebben gestoken in veiligheidsmaatregelen voor dit onderdeel van de ruimtevlucht.
De shuttles hadden geen reddingssysteem, waardoor zeven astronauten omkwamen toen de Challenger kort na de lancering in 1986 ontplofte. Tegenwoordig hebben alle bemande ruimtemissies een systeem om de lancering af te breken: een van de maatregelen om astronauten van de lancering tot de landing te beschermen.
Veiligheidsuitrusting beschermt astronauten
Elke fase van een ruimtemissie kent zijn eigen gevaren waarop ruimtevaartingenieurs proberen te anticiperen. De veiligheidsmaatregelen moeten bij ongevallen de astronauten redden.
1. Noodraket vertrekt bij explosie
Als de raket tijdens de lancering onder de astronauten ontploft, treedt het noodsysteem van het ruimteschip in werking. Kleine raketmotoren op de capsule helpen de astronauten van de raket weg te komen, zodat ze veilig aan een parachute kunnen landen.
2. Raket koppelt los bij motorstop
Als de raket eenmaal ver in de atmosfeer is, kan een motorstoring of iets dergelijks betekenen dat het ruimteschip nooit een baan om de aarde bereikt. In dat geval laat de raket de capsule los, die landt aan een parachute.
3. Drukpakken redden levens bij botsing
Door een botsing met een meteoriet of ruimtepuin kan lucht uit de capsule lekken. Mensen verdragen het vacuüm van de ruimte niet, maar astronauten kunnen overleven met een drukpak, dat zich met lucht vult als het vaartuig lek raakt.
4. Extra parachutes geven een zachte landing
De capsule landt aan een parachute. NASA gebruikt er drie of vier, zodat de landing ook veilig is als een ervan niet werkt. De Russen en Chinezen gebruiken één grote, maar hebben een reserve voor het geval de hoofdparachute het begeeft.
Hoewel NASA’s volgende maanvoertuig, Orion, wel een noodreddingssysteem krijgt, vindt Grant Cates het minder veilig dan het ruimtevaartuig dat gebruikt werd voor de Apollomissies eind jaren 1960 en begin jaren 1970, omdat het Apollovoertuig uit twee delen bestond: een commando- en servicemodule, waar de astronauten het grootste deel van hun tijd doorbrachten, en een maanlander.
Die tweedeling bleek van cruciaal belang te zijn voor de drie astronauten op de Apollo 13-missie toen de zuurstof- en stroomvoorziening beschadigd raakte door een explosie in de commando- en servicemodule. Maar door technisch vernuft wist de bemanning de maanlander als reddingsboot te gebruiken. De astronauten moesten de kou en het gebrek aan drinkwater trotseren in de kleine module, die maar voor twee personen ontworpen was, maar ze brachten het er allemaal levend vanaf.
De Orion zal geen eigen maanlander aan boord krijgen, maar de astronauten zullen overstappen op een ander vaartuig dat in een baan om de maan op hen wacht.
Ze krijgen wel nog een tweede kans om zichzelf bij een ongeluk in veiligheid te brengen, want NASA heeft vergevorderde plannen om een ruimtestation te bouwen in een baan rond de maan, in samenwerking met het Europees Ruimteagentschap (ESA), het Japanse JAXA en het Canadese CSA. De Orion zal zich daardoor kunnen koppelen aan het ruimtestation, Lunar Gateway, waar astronauten maandenlang kunnen verblijven.
Als een bemande maanmissie een ongeluk krijgt, kan de bemanning terecht in het ruimtestation Lunar Gateway, dat volgens de plannen permanent om de maan gaat draaien.
De maan wordt de volgende grote ruimtebestemming, niet alleen voor westerse landen maar ook voor China en Rusland, die plannen hebben voor een soortgelijk ruimtestation en een basis op de maan. Grant Cates hoopt dat de maanrace het startschot wordt van een internationale ruimtereddingsdienst, zodat de familie van astronauten zich nooit zo veel zorgen zal hoeven te maken als zijn eigen vrouw destijds.