NASA wil van alles opblazen: Opblaasraketten brengen ons naar Mars
Raketten hebben last van een fundamenteel probleem: ze zijn te krap. Maar nu hebben ingenieurs opblaasbare raketten en hele Marsbases ontworpen die overal kunnen worden opgepompt. Daarmee komen toekomstige missies in het zonnestelsel nu iets
Een schotelvormig vaartuig stijgt op aan boord van een ruimteraket.
Na een baan om de aarde van ongeveer een uur opent de neus van de raket en duikt de ronde constructie naar buiten, en tijdens zijn afdaling bereikt hij een snelheid van 29.000 km/h.
Door de weerstand van de dampkring wordt het vaartuig gedurende zijn val gloeiend heet.
In het water van de Stille Oceaan wacht een schip met NASA-ingenieurs.
Eigenlijk zou de botsing met de dampkring het vreemde vaartuig moeten doen opbranden.
Maar de constructie kan transformeren en ongedeerd in het water storten: het vaartuig is namelijk opblaasbaar.
Vlak voordat het vaartuig uit een Atlas V-raket kwam, werd er stikstof ingepompt, waardoor hij bijna vervijfvoudigde en zo werd afgeremd tijdens de afdaling.
Het is 10 november 2022 en NASA heeft voor het eerst succesvol geëxperimenteerd met een opblaasbaar hitteschild, en dat kan een sleutelrol gaan spelen in de ruimtemissies van de toekomst.
Elke missie wordt begrensd door de ruimte in de neus van de raket. Ruimtevaartorganisaties hebben plannen om het hele zonnestelsel te verkennen, maar het laadruim in hun raketten is voorlopig te krap om voldoende materiaal – en mensen – mee te nemen zonder in te leveren op veilige omstandigheden tijdens de landing.
NASA’s nieuwe, opblaasbare hitteschild wordt aan boord van een schip gehesen nadat het onbeschadigd in de Stille Oceaan is gestort.
Het opblaasbare schild lost dat probleem op, maar hitteschilden zijn niet het enige dat ruimtevaartorganisaties en ruimtevaartbedrijven willen opblazen.
Grote opblaasbare verblijven moeten ook onderdak bieden aan mensen als we de maan en Mars willen koloniseren.
Raketten zijn te klein
Opblaasbare ruimtevaarttechnologie, zoals het nieuwe hitteschild van NASA, moet een probleem oplossen waar de industrie al lang mee worstelt: de beperkte ruimte in raketten.
Zelfs de grootste raketten kunnen geen voorwerpen groter dan 4,6 meter doorsnee meenemen.
Het internationale ruimtestation ISS is met 108 meter het grootste door de mens gemaakte object in de ruimte, maar er waren meer dan 30 missies voor nodig om het station te bouwen.
De vezels in het hitteschild zijn 15 keer zo sterk als staal.
In principe zouden bases op de maan en Mars op dezelfde manier gebouwd kunnen worden als het ISS, maar zelfs met een nieuwe generatie grotere raketten zou dat maar duur en omslachtig zijn.
Daarom werken ingenieurs onder andere aan 3D-printtechnologie, zodat we bewoningsmodules kunnen printen van het gesteente dat op andere planeten te vinden is. Maar dan moet de ingewikkelde printertechnologie wel daarheen gebracht worden, en dus is het een plan voor de lange termijn.
De opblaasbare modules zijn efficiënter, eenvoudiger en betrouwbaarder, omdat ze opgevouwen worden vervoerd.
Astronautenhuis ontvouwt zich in de ruimte
NASA’s baanbrekende test van het opblaasbare hitteschild LOFTID slaagde dankzij het ontwerp van het schild. Het bestaat voornamelijk uit holle cilinders van synthetische vezels die 15 keer zo sterk zijn als staal.
De vezelstructuur wordt opgeblazen met stikstof, waardoor het schild bijna vervijfvoudigt in grootte.
Opblaasbaar hitteschild geeft zachte landing
Het nieuwe opblaasbare hitteschild van NASA heeft zijn eerste ontmoeting met de dampkring overleefd nadat een Atlas V het had gelanceerd.
1. Hitteschild wordt gevuld met stikstof
Op een hoogte van 125 kilometer boven het aardoppervlak wordt het hitteschild opgeblazen met stikstof en groeit daarmee van 1,3 tot 6 meter, voordat het met 29.000 km/h de dampkring raakt.
2. Keramische vezels zijn bestand tegen hitte
Het hitteschild wordt 1600 °C als het door de atmosfeer gaat. De onderkant wordt beschermd door een deken van keramische vezels, gevoerd met isolatiemateriaal, waardoor het schild de hoge temperaturen kan weerstaan.
3. Het schild ploft ongedeerd in zee
De snelheid neemt af tot ongeveer 800 km/h voordat de parachute zich ontvouwt, waardoor het hitteschild verder wordt afgeremd. De parachute valt rustig in zee en wordt op een schip gehesen.
De opblaasbare technologie is al eerder getest op het internationale ruimtestation ISS. De gedeeltelijk opblaasbare Bigelow Expandable Activity Module (BEAM) is sinds 2016 aan het station bevestigd, waardoor astronauten in het ISS 16 kubieke meter extra ruimte hebben.
Dit inspireerde NASA, en het bedrijf Sierra Space heeft de opdracht gekregen om een nog veel grotere opblaasbare ruimtemodule te ontwikkelen, de Large Integrated Flexible Environment (LIFE).
De opgeblazen LIFE-module van Sierra Space geeft astronauten 300 kubieke meter ruimte.
LIFE kan door bestaande raketten worden gelanceerd en worden opgeblazen tot een cilinder van 8 meter doorsnee en 8 meter lang. De module kan vier tot twaalf astronauten huisvesten en omvat alles van slaapvertrekken tot een ledverlichte kruidentuin.
LIFE is gemaakt van een luchtdicht urethaan met het synthetische materiaal vectran eromheen, een lichte stof die vijf keer zo sterk is als staal. Het flexibele materiaal wordt keihard zodra het is opgeblazen.
De opblaasbare module LIFE kan op ruimtemissies 12 mensen huisvesten.
Het is de bedoeling dat astronauten tegen het eind van dit decennium kunnen intrekken in LIFE.
Dan wordt het particuliere ruimtestation Orbital Reef gelanceerd, en de LIFE-modules moeten in dat station komen.
Mars-habitats worden opgeblazen
De Oostenrijkse architect Thomas Herzig houdt zich al zijn hele carrière bezig met opblaasbare architectuur, en samen met ESA heeft hij bases ontworpen voor de maan en Mars.
De bases zullen gemaakt worden van doorzichtig plastic, zodat de bewoners, en vooral de planten die zowel zuurstof produceren als voedsel worden, kunnen profiteren van het zonlicht.
20 meter in diameter moet een hitteschild zijn om een ruimtecapsule van 20 ton te beschermen tijdens een Marslanding
De daken van de modules zijn bedekt met een laag stof en grind tegen straling en meteorieten.
Zonlicht kan dus niet rechtstreeks van boven komen, maar moet via grote spiegelmembranen vanaf de zijkant de modules in worden gereflecteerd.
Basis wordt opgeblazen op Mars
De architect Thomas Herzig heeft opblaasbare huizen ontworpen, maar ook kassen waar Marsbewoners fruit en groenten kunnen verbouwen. Op het oppervlak worden plastic modules uitgerold en opgeblazen tot woonruimtes van 450 m².
1. Plastic buizen vormen de basis
De basis bestaat uit 50 meter lange buizen van het robuuste en transparante plastictype ETFE. De buitenste buizen zijn voor kassen, de binnenste voor woningen. De buizen zijn versterkt met Dyneema-kunststof, zodat ze kunnen worden opgeblazen.
2. Grindlaag beschermt tegen straling
Er komt een drie meter dikke laag stof en grind bovenop de habitat. Marsstof beschermt de bewoners tegen schadelijke straling en meteorieten. Het werkt ook als isolatie, waardoor astronauten binnen beter warm kunnen blijven.
3. Basis wordt opgeblazen
De zwaartekracht op Mars is veel zwakker dan op aarde. Als de basis daarom wordt opgepompt tot de helft van de normale druk op aarde, is dat al voldoende om het gewicht van de grindlaag te kunnen weerstaan.
4. Licht wordt gereflecteerd in het huis
Direct zonlicht op Mars bevat gevaarlijke straling. Daarom komt het licht de modules binnen via spiegelmembranen die alleen het gewone, zichtbare licht weerkaatsen, terwijl de schadelijke straling doorgaat naar de aarde.
Herzig heeft een opblaasbare module van ongeveer 450 vierkante meter ontworpen, die relatief snel kan worden opgebouwd.
Vóór het opblazen is het hele ding een rol van slechts zes meter lang, die gemakkelijk met bestaande raketten naar Mars kan worden vervoerd.
Hitteschild garandeert zachte landing
Het ontwerpen van de ‘habitats’ is één ding. Maar voordat astronauten zich op Mars kunnen vestigen, moeten ze heelhuids daar aankomen.
En daar moet de vliegende schotel van NASA bij helpen.
Een ruimtevaartuig moet een snelheid van ongeveer 40.000 km/h hebben om Mars te bereiken, en daarna is afremmen een grote uitdaging. Maar de luchtweerstand in de atmosfeer van Mars helpt het vaartuig af te remmen.
Hoe meer oppervlak van het ruimtevaartuig in contact komt met de atmosfeer, hoe groter de weerstand, en dus de afremming. Grote opblaasbare hitteschilden zijn daarom perfect om een maximale luchtweerstand te bereiken en de lading te beschermen tegen de hoge temperaturen tijdens de landing.
Maar de atmosfeer van Mars is dun. Het hitteschild moet dus groot zijn om een ruimtecapsule van 20 ton voldoende af te remmen om de uiteindelijke afdaling met grote parachutes te maken.
NASA heeft berekend dat een hitteschild hiervoor ongeveer 20 meter doorsnee moet zijn. En een ruimtecapsule heeft alleen plek voor zo’n groot schild als het opgevouwen kan worden vervoerd.
Na de succesvolle test van het opblaasbare hitteschild van zes meter zal NASA nu beginnen met de ontwikkeling van grotere prototypen, terwijl ingenieurs, architecten en wetenschappers doorgaan met het ontwikkelen van opblaasbare ruimtevaartuigen en habitats.
Op die manier kan de opblaasbare technologie ons extra ruimte geven voor ruimtereizen, een zachte Marslanding en beschutting op het oppervlak.
Zo is het ineens veel realistischer dat we de rode planeet de komende decennia kunnen gaan koloniseren.