Snelweg naar de ruimte gaat open

Reizen naar de maan en Mars worden routine. Alleen al het komende jaar vertrekken er vier reuzenraketten, die krachtiger en betrouwbaarder dan ooit zullen worden.

Reizen naar de maan en Mars worden routine. Alleen al het komende jaar vertrekken er vier reuzenraketten, die krachtiger en betrouwbaarder dan ooit zullen worden.

Claus Lunau

Het gebrul is oorverdovend als NASA op 16 januari 2021 de gigantische raketmotoren van Space Launch System aanzet. Zirkoondeeltjes vonken in de lucht rond de vlammende raketstraalpijpen.

'Het was als een aardbeving,' merkte NASA CEO Jim Bridenstine na afloop op tijdens een persbriefing over de test, waarbij de raketmotoren tot het uiterste werden gedreven.

De motoren van Space Launch System leveren 15 procent meer vermogen dan de grootste raket die ooit heeft gevlogen, de maanraket Saturnus V.

De nieuwe reuzenraket zal in november 2021 voor het eerst worden gelanceerd. En nog drie nieuwe reuzenraketten maken binnenkort hun debuut.

snelweg ruimte Raket SLS links
© Claus Lunau

Het Starship van SpaceX zal deze zomer voor het eerst in een baan om de aarde gaan. De raket New Glenn van Blue Origin moet volgend jaar dezelfde reis maken. En de nieuwe raket Vulcan Centaur zal eind 2021 een lander naar de maan sturen.

De vier raketten luiden een nieuw ruimtevaarttijdperk in. Nu kunnen we nog veel meer – van robots tot ruimtetoeristen en astronauten – in een baan rond de aarde, naar de maan en helemaal naar Mars sturen.

Apollo-records gaan eraan

Geen van de nieuwe raketten zou mogelijk zijn geweest zonder de Duitse raketingenieur Wernher von Braun, die hielp bij de ontwikkeling van de V2-raket van de nazi’s. In 1945 ging Von Braun naar de VS, waar hij de leiding kreeg over het raketprogramma dat de ruimtewedloop met de Sovjet-Unie zou winnen. Het resultaat was de grootste raket ooit: Saturnus V.

Quiz: Dit is wél rocket science

Ben jij zo slim als een raketingenieur? Test je raketkennis met vijf vragen. De quiz is verdeeld in vijf vragen, van makkelijk naar moeilijk. We hebben de vijf vragen door dit artikel heen geplaatst.

Onthoud of je elke vraag goed of fout beantwoordt, en je krijgt een totaalscore aan het eind van het artikel.

Veel plezier!

Vraag 1:

Hoe heet het ruimtevaartuig waarmee SpaceX (Space Exploration Technologies Corporation) mensen naar Mars wil sturen?

  • Spaceship
  • Space Explorer
  • Starship
  • Star Explorer

Met een stuwkracht van 34,5 miljoen newton is de raket die 24 Apollo-astronauten naar de maan stuurde niet meer overtroffen.

Volgens Von Braun was de logische volgende stap de bouw van een herbruikbaar ruimtevaartuig, en zo kregen we de ruimteveren of spaceshuttles.

De shuttles hebben met hun 135 missies een belangrijke rol gespeeld bij de bouw van het ruimtestation ISS, dat op circa 400 kilometer afstand in een baan om de aarde draait.

Maar als we weer naar de maan gaan – en naar Mars – gaat het om andere afstanden. Zo is de maan 384.000 kilometer ver. Daarom komt er een nieuwe generatie raketten met meer vermogen en meer plek in het laadruim, ofwel de bemanningsmodule.

Op met name vier plaatsen is hard gewerkt: bij United Launch Alliance, dat raketten heeft gebouwd voor de beroemde rovermissies naar Mars; bij Blue Origin, het geesteskind van Amazon-miljardair Jeff Bezos; bij SpaceX, het bedrijf dat is opgericht door Tesla-miljardair Elon Musk; en last but not least bij NASA, het ruimteagentschap dat de Saturnus V heeft gelanceerd.

Alle vier de spelers zijn klaar met hun nieuwe reuzenraketten.

Nieuwe maanraket markeert nieuw tijdperk

Het is ruim 50 jaar geleden dat de mens voet op de maan zette, en de brute kracht van de Saturnus V is niet meer overtroffen. Maar dat gaat veranderen.

Vier nieuwe reuzenraketten staan klaar op het lanceerplatform om vier verschillende taken uit te voeren.

snelweg ruimte Vulcan Centaur rakettrap
© Claus Lunau

Het werkpaard – Vulcan Centaur

  • Taak: De raket zal in 2021 de lander Peregrine naar de maan brengen.
  • Lengte: 61,6 meter.
  • Draagvermogen: 27 ton naar een lage baan om de aarde.
snelweg ruimte SLS maanexpres
© Claus Lunau

De maanexpress – Space Launch System

  • Taak: De hoofdrolspeler in NASA's programma om mensen in 2024 op de maan te zetten.
  • Lengte: 111 meter.
  • Draagvermogen: 130 ton naar een lage baan om de aarde.
snelweg ruimte New Glenn vrachtraket
© Claus Lunau

De vrachtwagen – New Glenn

  • Taak: Zal vracht – en daarna bemanning – naar de ruimte brengen.
  • Lengte: 95 meter.
  • Draagvermogen: 45 ton naar een lage baan om de aarde.
snelweg ruimte Starship toeristenbus
© Claus Lunau

De toeristenbus – Starship

  • Taak: De eerste grote missie wordt een bemande toeristische trip rond de maan in 2023.
  • Lengte: 120 meter.
  • Draagvermogen: 100 ton naar een lage baan om de aarde.

Space Launch System wordt namelijk krachtiger dan de Saturnus V.

De nieuwe raket hebben we te danken aan Wernher von Braun, want hij leunt zwaar op technologieën die zijn ontwikkeld voor de spaceshuttles. Die hadden drie hoofdmotoren, de zogeheten RS-25’s. De SLS krijgt vier verbeterde RS-25’s, die nu 109 procent van hun oorspronkelijke maximale vermogen kunnen leveren. De motoren hebben onder meer nieuwe 3D-geprinte metalen onderdelen gekregen.

Aan de zijkanten van de hoofdraket bevinden zich vastebrandstofraketten, geleend van de spaceshuttle, maar met slechts 25 procent extra brandstof elk.

De SLS zal worden geproduceerd in zes versies, die steeds groter worden naarmate de omvang van de missies toeneemt.

De eerste versie, Block 1 genaamd, kan 70 ton in een lage baan om de aarde brengen, terwijl de laatste versie, Block 2, maar liefst 130 ton over dezelfde afstand kan vervoeren.

Quiz: Dit is wél rocket science

Vraag 2:

Als een raket zijn motor aanzet en opstijgt, volgt hij een van de basiswetten van de natuurkunde, die zegt dat actie altijd even groot is als reactie, maar dan omgekeerd. Welke beroemde natuurkundige formuleerde deze wet?

  • Galileo Galilei
  • Albert Einstein
  • Niels Bohr
  • Isaac Newton

Dankzij Space Launch System kunnen astronauten vanaf 2028 permanent ofwel in een baan rond de maan ofwel in bases op de maan verblijven. In negen missies zal de reuzenraket het grootste deel van het bouwmateriaal voor het station en de basis – en natuurlijk de astronauten – naar de maan brengen.

De maan is ook de bestemming van de Vulcan Centaur. Deze raket is de veel grotere opvolger van de Atlas V, die onder meer de rover Perseverance naar Mars heeft gestuurd.

De Vulcan Centaur moet vóór eind 2021 de lander Peregrine op de maan afzetten.

De 62 meter lange Vulcan Centaur kan circa 27 ton lading in een lage baan om de aarde brengen. Ter vergelijking: de Atlas V kreeg hooguit 20 ton mee.

snelweg ruimte Vulcan Centaur rechts
© Claus Lunau

De Vulcan Centaur kan worden geconfigureerd in vier versies met nul, twee, vier of zes vastebrandstofraketten op de centrale cilinder van de raket.

Hierdoor kan de Vulcan Centaur worden aangepast aan verschillende missies.

Verder kunnen veel onderdelen worden geborgen en hergebruikt, zoals de BE-4 motoren, die een mengsel van vloeibare zuurstof en aardgas verbranden. Daarmee blijven de motoren in veel betere staat dan met traditionele raketbrandstof als kerosine.

Quiz: Dit is wél rocket science

Vraag 3:

Welk percentage van het totale gewicht van de raket Saturnus V bestond uit brandstof?

  • 75%
  • 80%
  • 85%
  • 90%

De BE-4 is ontwikkeld bij Blue Origin voor de New Glenn. En waar van de Vulcan Centaur alleen de motoren kunnen worden hergebruikt, kan het hele centrale deel van New Glenn opnieuw worden afgevuurd.

Hiermee hebben de ingenieurs een belangrijke uitdaging van het nieuwe ruimtetijdperk getackeld: als we de weg naar de ruimte serieus willen vrijmaken, is hergebruik van essentieel belang.

Hierdoor wordt bespaard op tijd, materiaal en arbeid. En daarmee kunnen we vaker vliegen en een echte raketdienst naar de ruimte opzetten.

Herbruikbare raketten maken de weg vrij

In het verleden werden raketten gelanceerd waarvan de onderdelen vervolgens neerstortten op aarde omdat hun brandstof op was.

Met de nieuwe generatie raketten verandert dit. Grote raketonderdelen kunnen na het vervoeren van hun lading voortaan weer landen.

Dit is de kern van de ontwikkeling van de raket New Glenn, die als vrachtvaartuig kan fungeren en vooral satellieten, maar uiteindelijk ook mensen, de ruimte in zal sturen.

snelweg ruimte New Glenn links
© Claus Lunau

De raket kan minstens 25 keer worden hergebruikt.

Het onderste deel van de raket heeft vinnen die hem veilig terug naar beneden kunnen leiden zodra hij zich heeft losgekoppeld, en de bovenste delen gaan verder richting ruimte.

De zeven hoofdmotoren remmen de New Glenn af en zes hydraulische landingspoten klappen uit voordat hij de grond raakt.

De raket New Glenn krijgt een tweemaal zo groot laadvermogen als de huidige raketten en kan zeker 25 keer worden hergebruikt. Daarmee kunnen we een permanente vrachtroute naar de ruimte opzetten voor satellieten, bouwmaterialen en sondes.

snelweg ruimte New Glenn stap 1
© Claus Lunau

1. Draagraket brengt lading weg

De zeven BE-4-motoren onder aan de raket worden aangedreven door vloeibare zuurstof en aardgas. Het gas verbrandt relatief schoon in vergelijking met traditionele raketbrandstof als kerosine, wat betekent dat de motoren kunnen worden hergebruikt.

snelweg ruimte New Glenn stap 2
© Claus Lunau

2. Draagraket keert terug

Het onderste deel van de raket, dat nu het grootste deel van zijn brandstof heeft verbruikt, ontkoppelt zich van het bovenste deel en daalt af. Dankzij de vinnen kunnen de raketonderdelen uiteindelijk op een schip landen.

snelweg ruimte New Glenn stap 3
© Claus Lunau

3. Vracht komt rond de aarde

De zijkanten van de laadruimte laten los. De lading, bijvoorbeeld een satelliet, wordt naar een baan rond de aarde gestuurd. Terug op aarde kan er een nieuwe lading op de eerste rakettrap worden gemonteerd.

Nu de hergebruiktechnologie er is, heeft de New Glenn nog maar één ding nodig om zijn rol te vervullen: ruimte.

De 95 meter lange raket heeft aan de bovenkant een laadruim met een diameter van 7 meter. Hierdoor is het volume van het vrachtruim ruim tweemaal zo groot als dat van een actieve raket.

In totaal zal de New Glenn 45 ton lading in een baan om de aarde kunnen brengen.

Quiz: Dit is wél rocket science

Vraag 4:

Natuurkundigen hebben het over een specifieke snelheid die een vaartuig moet bereiken om uit het gravitatieveld van een planeet te kunnen wegkomen. Hoe noemen we deze snelheid?

  • Ontwijkingssnelheid
  • Ontsnappingssnelheid
  • Oneindigheidssnelheid
  • Opvliegsnelheid

Waar de New Glenn bestemd is voor vrachtvervoer, zal het Starship van SpaceX een ambitieuzere lading vervoeren: mensen.

Volgens de publieke aankondigingen van het bedrijf zal de raket plaats bieden aan 100 mensen, want het krijgt een veel groter bemand vaartuig dan alle vorige raketten.

Terwijl de bemanning van de oude maanmissies met de Saturnus V en de nieuwe met de SLS in de neus van de raket zat en zal zitten, wordt bijna de halve lengte van het Starship bestemd voor het bemande gedeelte.

Het bemande vaartuig wordt op een 70 meter lange draagraket geplaatst, wat de totale lengte op 120 meter brengt.

De gecombineerde raket, die ook Starship wordt genoemd, zal ruim 100 ton lading in een baan rond de aarde kunnen brengen en moet een volledig herbruikbare raket worden. Hij moet astronauten naar de maan sturen, maar ook gebruikt kunnen worden als transportmiddel naar andere planeten in het zonnestelsel, zoals Mars.

snelweg ruimte Raket Starship rechts
© Claus Lunau

Het Starship is een nieuwe constructie van staal in plaats van bijvoorbeeld aluminium. Dit maakt het vaartuig relatief goedkoop en ook bestand tegen de lage temperaturen van de ruimte.

Het Starship kan ‘op zijn buik’ door de atmosfeer afdalen en met behulp van bewegende vinnen weer rechtop komen, waarna het verticaal landt – en klaar is voor de volgende lancering.

Met deze herbruikbare technologie hoeft SpaceX niet voor elke lancering een nieuw Starship te bouwen, waardoor de reis van de ruimtetoerist nu echt kan beginnen.

Als allereerste testvlucht zal SpaceX de Japanse miljardair Yusaku Maezawa en maximaal acht andere ruimtetoeristen in 2023 op een ruimtereis van een week sturen, waarbij het Starship langs de maan zal vliegen.

Maar het Starship is ook bedoeld om helemaal naar Mars te gaan. En dat kan alleen door onderweg bij te tanken.

Quiz: Dit is wél rocket science

Vraag 5:

Hoe noemen we het getal, in m/s (of km/h), dat bepaalt hoeveel een raket op een bepaald moment kan versnellen en/of vertragen?

  • Alpha o
  • Delta v
  • Alpha maximus
  • Gamma maximus

Het systeem werkt als volgt: een Starship vol brandstof gaat in een baan rond de aarde en wacht op een bemand Starship. Zodra het aankomt, koppelen ze zich aan elkaar en wordt de brandstof overgebracht naar het bemande vaartuig.

Als de tank is volgegooid, kan het bemande Starship een veel langere ruimtereis maken – het meest brandstofintensieve deel van de reis is vanaf de aarde naar de omloopbaan.

Het Starship dat als pompstation heeft gediend, kan nu weer op aarde landen.

Op die manier kunnen – volgens directeur Elon Musk – tot 1000 Starships tanken en in een baan rond de aarde wachten. Om de 26 maanden zijn de banen van de aarde en Mars gunstig, en dan vliegen de vele vaartuigen tegelijk weg.

Het Starship brengt ruimtetoeristen naar de maan, maar de grote bestemming wordt Mars. Door onderweg bij te tanken kan een zwerm Starships ongeveer om de twee jaar naar Mars vliegen.

snelweg ruimte Starship stap 1
© Claus Lunau

1. Starship met brandstof stijgt op

De draagraket Super Heavy stuurt een Starship vol brandstof in een baan rond de aarde. De Super Heavy koppelt zich los en landt weer op aarde. De draagraket tankt bij en er wordt een bemand Starship op geplaatst.

snelweg ruimte Starship stap 2
© Claus Lunau

2. Bemand Starship tankt bij

Het bemande Starship wordt ook in een baan om de aarde gebracht, koppelt zich vast aan het wachtende Starship vol brandstof en tankt bij. Een voor een worden bemande Starships klaargemaakt, die nu in een baan om de planeet afwachten.

snelweg ruimte Starship stap 3
© Claus Lunau

3. Starship zet koers naar Mars

Om de 26 maanden liggen de banen van de aarde en Mars op één lijn en kunnen we naar de rode planeet vliegen met het meest efficiënte gebruik van brandstof. Een hele zwerm Starships – in de toekomst wel 1000 – vliegt op Mars af.

De Starship-lijndienst weerspiegelt het nieuwe tijdperk van de ruimtevaart dat we met de vier nieuwe, grote raketten ingaan.

Ze mogen dan groter en krachtiger zijn dan hun voorgangers, maar belangrijker is dat ze niet voor eenmalige of beperkte missies zijn gebouwd. Elke raket moet allerlei taken uitvoeren en is gemaakt van gebruikte en herbruikbare onderdelen, zodat meer raketten met kortere tussenpozen kunnen worden gelanceerd.

Dus we kijken naar een toekomst waarin er altijd een grote raket klaarstaat op het lanceerplatform.

Waar de Apollo-missies vijf decennia geleden moederziel alleen op de Saturnus V meeliftten, zal de zwerm nieuwe missies op de vier nieuwe raketten snel achter elkaar vertrekken.

En waar de ogen van de wereld destijds gericht waren op de maan, zijn NASA, United Launch Alliance, Blue Origin en SpaceX vandaag al verder in het zonnestelsel aan het kijken: naar Mars. Raketten als deze openen niet alleen een route naar de ruimte, maar ook de deur naar de rode planeet.

Quiz: Dit is wél rocket science

Uitslag:

Het uur van de afrekening is aangebroken: hoeveel weet je echt over raketwetenschap?

1 juist: Waarschijnlijk meer geluk dan wijsheid. Terug naar af.
2 juist: Je bent een paar keer naar de natuurkundeles geweest.
3 juist: Goed gedaan. Je hebt niet vaak bij natuurkunde gespijbeld en misschien wel eens een raketlancering gevolgd.
4 juist: Heb je soms een beetje zitten te sjoemelen?
5 juist: Ga eens kijken bij de vacatures van NASA.

Je kunt nog veel meer lezen over reizen naar de maan en Mars in onze artikelen: