Astronaut Frank Borman loopt langzaam en wat wankel op zijn benen over het dek van het vliegdekschip USS Wasp. Het is 1965, en samen met zijn collega Jim Lovell is hij net geland op de Stille Oceaan na een geslaagde missie in de ruimte.
En al zijn de jonge astronauten in topvorm, 14 dagen in de slechts 2,55 kubieke meter grote Gemini-capsule zijn hun niet in de koude kleren gaan zitten.
Nu, meer dan 50 jaar later, is reizen in een capsule nog altijd een zware bedoening. Astronauten worden van en naar het internationale ruimtestation ISS vervoerd met de Russische capsule Sojoez, waarin ze met z’n drieën als haringen in een ton zitten.
De reis naar het internationale ruimtestation ISS verliep tot nu toe in de krappe Sojoez-capsule, maar binnenkort krijgen de astronauten in de nieuwe Boeing CST-100 Starliner een stuk meer beenruimte.
Maar nu staan er twee gloednieuwe en veel ruimere capsules klaar om astronauten een prettige lift naar de ruimte te geven. De vaartuigen vinden zelf hun weg naar het ISS, waar ze zich aan vastkoppelen zonder dat er een instrument aan te pas komt.
Met grote ramen, comfortabele pakken en wifi bieden de twee capsules de astronauten niet alleen acceptabele werkomstandigheden, maar ze kunnen op termijn ook ruimtetoeristen in een baan rond de aarde brengen.
VS halen de Sovjet-Unie in
In 1961 maakte president John F. Kennedy bekend dat er een Amerikaan op de maan zou staan vóór het decennium voorbij was. In allerijl begon NASA de ruimtecapsules te ontwikkelen die dit konden waarmaken.
De capsules moesten complexe manoeuvres kunnen maken in de ruimte, voor een paar dagen stroom opwekken en bestand zijn tegen de hitte als ze met zo’n 40.000 km/h de atmosfeer van de aarde in schoten.
Al voordat de race naar de maan met Kennedy’s speech begon, werkte NASA aan ruimtevaartuigen. De eerste Amerikaanse capsules werden eind jaren 1950 gemaakt tijdens het Mercury-project. De capsule had met zijn diameter van 1,9 meter ruimte voor maar één persoon.
De nieuwe capsules vertrekken vanaf gerestaureerde platforms, en de astronauten komen erin via een speciale loopbrug.
De missies daarmee hadden simpelweg ten doel om eerder dan de Sovjet-Unie een man in de ruimte te krijgen. Al waren de Mercury-lanceringen succesvol, de reizen in de ruimte duurden slechts 15 minuten, en met hun ruimtereizen van een paar uur leken de Russen de Amerikanen altijd een stap voor te zijn.
Maar toen NASA in 1961 het Gemini-programma op touw zette, begon het machtsevenwicht te kantelen. De capsules voor dit project hadden plaats voor twee bemanningsleden en moesten NASA en haar astronauten meer ervaring opleveren met het maken van ingewikkelde manoeuvres in de ruimte.
Omdat Gemini andere vaartuigen in een baan om de aarde moest inhalen of aan zich moest koppelen, diende de stuurinrichting flink te worden verbeterd. De ingenieurs installeerden daarom acht raketstraalpijpen waarmee de Gemini zich als eerste actief in zijn baan kon verplaatsen, zonder alleen maar om zijn eigen as te draaien.
Astronauten testen hun nooduitgang uit de rakettoren: een 400 meter lange kabelbaan.
Tijdens de Gemini-missies verbleven de astronauten tot twee weken in de ruimte. Hier oefenden ze met ruimtewandelingen en leerden ze de techniek van de zogeheten rendez-vous, waarbij twee capsules elkaar treffen in dezelfde baan en zo gelijk opgaan dat ze stilstaan ten opzichte van elkaar.
De Gemini-missies voerden manoeuvres uit met het onbemande schip Agena Target Vehicle, en tot ontsteltenis van de Russen boekten de Amerikanen flinke vooruitgang.
In maart 1966 – tijdens de zesde bemande Gemini-missie, Gemini 8 – schreven de Amerikanen zich eindelijk de recordboeken in toen commandant Neil Armstrong en piloot David Scott erin slaagden om voor het eerst twee vaartuigen in een baan rond de aarde aan elkaar te koppelen.
Apollo maakt plaats voor vliegtuig
De ervaringen met Gemini kwamen goed van pas toen Buzz Aldrin, Neil Armstrong en Michael Collins op 16 juli 1969 naar de maan vlogen.
De maanlanding en Apollo-missies werden een groot succes en lieten er geen twijfel over bestaan dat de VS heersten in de ruimte. Na zes geslaagde landingen staakte NASA het programma om aan een vaartuig te werken dat kon worden hergebruikt en zo de ruimtevaart goedkoper zou maken.
Kijk hoe de ruimtecapsule na een val van 3 kilometer op aarde neerploft:
Het nieuwe ruimtevaartuig Boeing CST-100 wordt het eerste dat op de grond kan landen. Hier zie je hoe NASA een landing test: met behulp van parachutes en kussens ploft de ruimtecapsule na een val van 3 kilometer netjes op aarde neer.
Het idee van een ruimtevaartuig met vleugels bestond al bijna net zo lang als NASA zelf. Een punt daarbij was dat een aerodynamisch vaartuig een veel te hoge snelheid zou bereiken op de weg terug door de atmosfeer van de aarde.
Om die reden hadden alle NASA-capsules de vorm van een afgeknotte kegel: zo remde het vaartuig genoeg af en was het hitteschild nog net bestand tegen het plasma van samengeperste luchtmoleculen dat ontstaat voor een vaartuig dat met hoge snelheid afdaalt.
NASA vond echter oplossingen voor de aerodynamische problemen en op 12 april 1981 vertrok ’s werelds eerste herbruikbare ruimtevaartuig: de iconische spaceshuttle.
Flexibel ruimtepak heeft wifi
De astronauten krijgen een nieuw ruimtepak, dat 40 procent minder weegt dan eerdere versies maar net zo veel functies heeft.
Flexibele pasvorm maakt werken makkelijk
In de schouders en ellebogen zorgen tussenstukken ervoor dat de astronauten vrij kunnen bewegen, ook als het pak onder druk staat. Het pak is aan te passen via een rits op het bovenlichaam, waardoor het bij het zitten en staan nauw sluit.
Rits vervangt metalen kraag
De lichte helm is ingebouwd in het pak als een capuchon. Een rits aan de voorkant van de helm heeft de oude metaalkraag, die niet lekker zat, afgelost.
Pak reguleert constant de druk
De controle-eenheid van het pak houdt de juiste druk aan. Het pak is ontworpen voor de druk in de ruimtecapsule, maar kan een inwendige druk van minstens 0,24 bar aanhouden – de druk die op 10 kilometer hoogte heerst.
Ventilatiesysteem houdt het lichaam koel
Als de astronauten aan boord het te warm krijgen, kunnen ze hun pak op een ventilatiesysteem aansluiten dat hun temperatuur op peil houdt. Het pak is ademend maar luchtdicht, en voelt daardoor koel.
Astronauten praten met elkaar via wifi
De astronauten krijgen een helm op met een headset die aan het draadloze netwerk van de capsule is gekoppeld. Via de headset kunnen de bemanningsleden tijdens de hele missie praten met elkaar en met de regelkamer op aarde.
Bij het binnengaan van de atmosfeer trok de spaceshuttle zijn neus 40 graden op, zodat de brede onderkant de ergste hitte opving. De bodem was bedekt met 35.000 tegels van een isolerend materiaal dat uit 90 procent lucht bestond.
Ze verhinderden dat de hitte van het plasma de breekbare aluminium romp van de spaceshuttle bereikte. Helaas was de spaceshuttle dankzij die tegels geen goedkoop veer. Tussen de lanceringen moest elke plaat handmatig worden gecontroleerd, en ze braken of vielen veel vaker af dan NASA had gedacht.
Een beschadigde plaat kostte ook zeven astronauten het leven toen het ruimteveer Columbia in 2003 uit elkaar klapte op weg door de atmosfeer.
Het crisisteam van Kennedy Space Center van NASA houdt geregeld oefeningen om zich voor te bereiden op lanceringen.
Ruimtebedrijven gaan aan kop
Sinds de spaceshuttle er in 2011 uit ging, heeft NASA geen vaartuig dat astronauten van en naar het ISS kan vervoeren. Daarom moeten astronauten al ruim negen jaar naar Kazachstan om daar aan boord te gaan van de Sojoez: een capsule waarvan het basisontwerp uit de jaren 1960 dateert.
Al ruim tien jaar betaalt NASA daarom de bedrijven Boeing en SpaceX om de volgende generatie capsules te bouwen en testen. Dat werden de CST-100 Starliner en de Crew Dragon, en die zijn nu klaar om met een aantal passagiers aan boord te vertrekken.
Kapitein kan controle over zelfsturende capsule krijgen
De Starliner-capsule van Boeing kan zichzelf aan het ISS koppelen. Valt het systeem uit, dan pakt de commandant de joystick om het vaartuig naar het ruimtestation te leiden.
1. Display wijst de weg
Op het scherm voor de commandant staat een smal pad naar het ISS, dat hij moet aanhouden om het station niet scheef te naderen. Het grootste venster van de capsule zit boven het scherm, zodat de commandant zelf de afstand tot het ruimtestation kan zien.
2. Beugels krijgen het slot dicht
De capsule reikt uit naar het ruimtestation met een speciaal ontworpen koppelring, die vanuit het luik met circa 35 centimeter wordt verlengd. Dankzij drie beugels op het ISS en de capsule vallen de koppelingsmechanismen op de juiste manier in elkaar, waarna ze dichtgaan.
3. Ring trekt capsule naar binnen
De koppelring wordt nu naar de capsule getrokken. Hij werkt als stootkussen, waardoor de capsule de luchtsluizen van het ISS niet beschadigt. Als de ring op z’n plek is, wordt de druk tussen de vaartuigen gelijkgetrokken en kan het luik naar het ISS open.
Net als de spaceshuttle zijn de nieuwe capsules ontworpen voor hergebruik, maar ze hebben wel weer de vorm van een afgeknotte kegel, waarmee astronauten veel veiliger in de cabine zitten.
Het hitteschild van de Crew Dragon van SpaceX is gemaakt van één stuk PICA-X. Dit materiaal smelt weg tijdens de afdaling in de atmosfeer en voert zodoende veel hitte af. Maar wanneer de buitenste laag van het schild verkoolt, veranderen de eigenschappen van het materiaal en wordt het, net als de tegels van de spaceshuttle, extreem isolerend en beschermt het de capsule dus tegen de hitte.
Het schild kan een aantal keren worden hergebruikt en is sneller en goedkoper te vervangen dan de duizenden tegels van de spaceshuttle.
Bovendien kan de Crew Dragon-capsule – in tegenstelling tot de spaceshuttle – ook in veiligheid worden gebracht als plotseling de draagraket daaronder explodeert. In de buitenwand van de capsule zitten 18 raketmotoren die in een fractie van een seconde kunnen aangaan en de capsule binnen 1,2 seconde kunnen wegschieten van de raket.
De motoren maken gebruik van zogeheten hypergolische chemicaliën, die spontaan ontbranden zodra ze met elkaar in contact komen, zodat de astronauten erop kunnen vertrouwen dat ze altijd aan gaan.
De test met de Crew Dragon was zeer belangrijk, want hij werd op 2 maart 2019 zonder mensen aan boord gelanceerd en circa een dag later automatisch aan het ISS gekoppeld. Een astronaut van het ISS, Anne McClain, sprak van een nieuw tijdperk in de ruimtevaart. Bijna een week later landde de capsule in de Atlantische Oceaan nadat hij zonder problemen door de atmosfeer van de aarde heen gekomen was.
De Starliner moet op Amerikaanse bodem landen en niet zoals andere capsules in zee.
NASA’s tweede nieuwe vaartuig, de CST-100 Starliner van Boeing, heeft ook allerlei tests doorstaan, en de ruime capsule is met zijn vele verbeteringen beter te recyclen en veiliger om in te vliegen.
Nieuw is dat de capsule alleen met bouten in elkaar zit – hij heeft niet één lasnaad, want zo’n verbinding is in elke constructie de zwakste schakel. Ruimtecapsules staan zwaar onder druk, zowel tijdens de reis door de atmosfeer als in het vacuüm van het heelal, dus zelfs een microscopisch klein kiertje kan al dodelijk zijn. Daarom hebben ingenieurs van Boeing het vaartuig veiliger en beter recyclebaar gemaakt – de capsule kan bijvoorbeeld tien keer heen en weer van het ISS naar de aarde zonder noemenswaardig onderhoud.
Nieuw ruimteveer kan zacht landen
Het ruimteveer vloog voor het laatst in 2011, maar nu komt het klassieke ontwerp terug. Het nieuwe vaartuig Dream Chaser zal net als de capsules Dragon en Starliner in de jaren 2020 bemanningen en benodigdheden naar het ISS brengen.
Met zijn 9 meter lengte is hij slechts een kwart zo lang als de oorspronkelijke spaceshuttle en heeft hij ruimte voor zeven passagiers. Met een krachtinwerking van nog geen 1,5 g tijdens de afdaling – tegen 3 g voor het ruimteveer en 4-8 g voor andere capsules – kan de Dream Chaser de meest comfortabele landing ooit maken.
Klein als hij is kan het vaartuig op een gewone startbaan voor commercieel luchtverkeer landen, wat hem ideaal maakt voor ruimtetoerisme.
Ruimtetaxi voor toeristen
Door de betrouwbaarheid van de nieuwe vaartuigen blijft de prijs van een heelalticket binnen de perken. Beide bedrijven denken dat de prijs van een zitplaats zover zal dalen dat zelfs particulieren een kaartje kunnen betalen. In eerste instantie hebben de twee capsules 28 procent van de prijs die NASA betaalt per ticket afgehaald.
Beide capsules zijn dan ook ontworpen met het oog op comfort en vermaak. De Crew Dragon heeft vier grote ramen, zodat passagiers de lucht van blauw naar zwart kunnen zien gaan en de kromming van de planeet onder zich kunnen waarnemen.
De cabine van de Starliner heeft internet, zodat de toekomstige ruimtetoeristen zichzelf kunnen vermaken tijdens de reis naar het ISS, die enkele dagen kan duren. Of het nu voor werk of voor het plezier is, de reis naar de ruimte wordt veel comfortabeler.