Raket en maan

Terug naar de maan – en nu voorgoed

NASA’s nieuwe maanraket is klaar voor vertrek. Hij moet het ruimtevaartuig Orion lanceren: een laatste test voor bemande missies. Na 50 jaar afwezigheid zijn de VS vastbesloten terug te keren naar de maan – om er te blijven.

NASA’s nieuwe maanraket is klaar voor vertrek. Hij moet het ruimtevaartuig Orion lanceren: een laatste test voor bemande missies. Na 50 jaar afwezigheid zijn de VS vastbesloten terug te keren naar de maan – om er te blijven.

NASA/Shutterstock

Een hels kabaal verbreekt de stilte van de anders zo vredige Pearl River aan de grens tussen Mississippi en Louisiana. Vier grote raketmotoren zijn ontstoken, en uitlaatgassen van 3300 °C heet komen met 13 keer de geluidssnelheid uit de straalpijpen van de raket.

In acht minuten jagen de motoren er ruim 2 miljoen liter brandstof doorheen. Ondertussen wordt 10 miljoen liter water in de vlammenkuil daaronder gespoten om de extreme hitte af te voeren en het lawaai te dempen. Als de motoren niet goed vastzaten, zou de hele 65 meter lange rakettrap de lucht in schieten.

Maar de raket gaat deze keer nergens heen, want het is slechts een laatste, grondige test van de rakettrap die het grootste deel vormt van NASA’s machtige maanraket Space Launch System (SLS). Over een paar maanden wordt de SLS gelanceerd, en als alles goed gaat wordt zijn kostbare lading, het ruimteschip Orion, in een baan om de maan gebracht.

De missie, Artemis I, is het begin van NASA’s grote plan van de jaren 2020: de volgende sprong voorwaarts voor de mens maken en terugkeren naar de maan. En dan niet voor een bliksembezoek, maar om een permanente basis en ruimtestation op te zetten.

Raketlancering

Als hij losgaat, zal de raket SLS het maanvaartuig Orion in acht minuten 157 kilometer ver van de aardbodem brengen.

© NASA

De eerste lancering is onbemand, maar over een paar jaar zullen astronauten met de Artemis II-missie rond de maan vliegen, en Artemis III zal voor het eerst sinds 1972 mensen veilig op de maanbodem zetten.

Destijds heette het project Apollo, en in de Griekse mythologie is Artemis de tweelingzus van Apollo – vandaar de naam van het nieuwe project.

Over een paar jaar hoor je: ‘Dit is een kleine stap voor een vrouw ... ’

Tot nu toe liepen er alleen witte mannen op de maan rond, maar dat zal veranderen met Artemis III. De eerste vrouw en de eerste niet-witte persoon zullen voet op de maan zetten.

SLS is de krachtigste raket ooit

Zelfs in een tijd waarin routinematig mensen naar het internationale ruimtestation worden gestuurd, is het project kolossaal. Het ruimtestation draait in een baan om de aarde op een bescheiden hoogte van circa 420 kilometer, terwijl de maan bijna 1000 keer zo ver weg is.

De reis is niet te maken met bestaande ruimteraketten of ruimtevaartuigen – er is iets geheel nieuws en groters voor nodig. Daarom bouwt NASA de krachtigste raket ooit. De SLS kan de zwaartekracht van de aarde overwinnen en vier astronauten met zo’n hoge snelheid wegsturen dat ze helemaal naar de maan kunnen komen.

De 98 meter hoge maanraket stijgt op van lanceerplatform 39B op het Kennedy Space Center in Florida, vlak bij de Atlantische kust. Bij de lancering zit hij vol met 1000 ton vloeibare brandstof.

NASA-raket
© NASA

1. Boosters leveren twee minuten turbo

Na het aftellen ontbranden de vier motoren van de eerste rakettrap en de twee motoren van de boosters. In slechts twee minuten komt de raket tot 45 kilometer hoogte, waar de boosters worden uitgezet en losgekoppeld.

NASA-raket
© NASA

2. Eerste trap brengt Orion naar de ruimte

Na acht minuten, op 157 kilometer hoogte, is ook de eerste rakettrap door zijn brandstof heen. Deze trap wordt losgekoppeld en het ruimteschip Orion gaat samen met de bovenste trap in een baan om de aarde.

Raket
© NASA

3. Tweede trap geeft een laatste zetje

Na een uur en 25 minuten stuurt de tweede rakettrap Orion in een langgerekte baan rond de aarde, wat voor het ruimtevaartuig het laatste zetje naar de maan is. Voor de rest van de reis moet de Orion het doen met zijn eigen raketmotor en stuwraketten.

De reis naar de maan wordt peperduur. NASA verwacht dat de kosten van het Artemis-programma eind 2025 zullen zijn opgelopen tot 86 miljard dollar (ruim 73 miljard euro). En het Artemis-programma stopt niet met de maanlanding, want er staan nog veel meer missies op stapel.

Op termijn zal een internationaal ruimtestation worden gebouwd dat in een baan om de maan zal gaan draaien en als halte voor maanreizigers zal fungeren. Lunar Gateway, de ‘poort naar de maan’, wordt gebouwd door de VS, Europa, Japan en Canada samen.

Het doel: een basis op de maan

Zodra de Gateway er is, zal er een maanbasis worden opgezet bij de zuidpool van de maan. Astronauten zullen daar weken of maanden kunnen verblijven om maanstenen te verzamelen, wetenschappelijke experimenten uit te voeren en op ontdekking te gaan in maanwagens. Tegen die tijd zal ook de eerste Europeaan voet op de maan zetten.

Astronauten op de maan

Het Artemis-programma is de eerste stap op weg naar een maanbasis waar astronauten maanden achtereen kunnen verblijven.

© NASA

Het tijdschema ligt nog niet vast, maar alle onderdelen voor de onbemande Artemis I-missie zijn nu geconstrueerd en verscheept naar het Kennedy Space Center in Florida, waar ze in elkaar worden gezet tot een ruimteraket van 98 meter hoog.

Vanuit dit ruimtevaartcentrum aan de Atlantische kust van Florida zal de raket ook worden gelanceerd, eind 2021 of begin 2022.

De missie kan worden gezien als de laatste beslissende test van het raketsysteem en moet volledig volgens plan verlopen, wil het hele Artemis-project geen vertraging oplopen. NASA is daarom bezig de vele onderdelen van de raket nog een laatste keer te testen voor de lancering, zodat de droom van bemande maanvluchten met Artemis II en III werkelijkheid kan worden.

In het Stennis Space Center in Mississippi worden de motoren voor de ruimteraket getest – dezelfde plaats waar eind jaren 1960 de motoren voor de maanraket Saturnus V werden getest.

De raketmotoren zijn bij elkaar echter 15 procent krachtiger dan de motoren waarvan de Saturnus V was voorzien.

Raketmotoren zijn tweedehands

Die motoren zaten overigens in enkele shuttles die in 2011 zijn afgedankt, want NASA probeert de kosten van de SLS laag te houden door hardware en technologieën van eerdere missies te hergebruiken.

De eerste vier Artemis-missies krijgen opgeknapte en licht verbeterde versies van 16 raketmotoren die op verschillende shuttles zaten.

Artemis

In New Orleans werd de 64,6 meter lange hoofdtrap van de raket uitgerust met vier gerecyclede motoren van de spaceshuttles, waarna hij 65 kilometer noordwaarts werd gevaren naar het testcentrum van NASA in Mississippi.

© NASA

Bij de lanceringen van de SLS eindigt de eerste rakettrap in z’n geheel als schroot op de oceaanbodem, en de motoren zien we daarna niet meer terug.

Na de eerste vier missies zijn er dus gloednieuwe motoren nodig, die het bedrijf Aerojet Rocketdyne voor NASA zal bouwen – onder meer met behulp van 3D-printing om de productie te vereenvoudigen.

De Orion zal ook worden hergebruikt, althans het deel van het vaartuig dat de astronauten het laatste stuk terug naar de aarde brengt en in de oceaan landt.

Naast de bemanningsmodule bestaat het ruimtevaartuig uit een servicemodule waarmee de astronauten onder meer in de ruimte kunnen navigeren. Tijdens de landing zal de servicemodule, gebouwd door de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, loslaten en in de atmosfeer verbranden.

Maar voordat de Artemis I-missie er is, moet de reusachtige SLS-raket ervoor zorgen dat de Orion de snelheid van bijna 40.000 km/h haalt die nodig is om de maan te bereiken.

Zodra de SLS zijn rol heeft vervuld en het ruimtevaartuig op koers ligt naar de maan, zal de zwaartekracht van de aarde proberen het af te remmen, dus de zeer hoge aanvangssnelheid is noodzakelijk – anders zou de Orion gewoon weer terugvallen.

Testpop gaat vooruit

De eerste missie moet bewijzen dat de SLS zijn werk kan doen en dat alle systemen van de Orion perfect werken. Het ruimteschip moet correct in de ruimte kunnen navigeren en het er enkele weken kunnen uithouden.

De ruimtecapsule zal ook de veeleisende terugreis door de atmosfeer moeten doorstaan, waarbij de temperatuur kan oplopen tot 2500 °C. Een groot hitteschild zal onderweg de hitte absorberen, en zodra de Orion door de atmosfeer is afgeremd, vouwen drie parachutes zich uit voor een zachte landing in zee.

Om na te gaan aan welke schokken en versnellingen toekomstige astronauten zullen worden blootgesteld, zal de testpop, die ‘Commander Moonikin Campos’ is gedoopt, worden uitgerust met sensoren en tijdens de Artemis I-missie in een van de astronautenstoelen van de Orion plaatsnemen.

Artemis testpop

Tijdens de Artemis I-missie zal een testpop met sensoren onder meer uitwijzen wat astronauten kunnen verwachten aan hitte en schokken wanneer het ruimteschip door de atmosfeer van de aarde raast.

© NASA

De naam Campos werd gekozen ter ere van elektronicus Arturo Campos. Vooral dankzij hem zijn de astronauten van de pechmissie Apollo 13 veilig teruggekeerd.

De sensoren en andere metingen van de pop zullen de wetenschappers vertellen of de astronauten tijdens de reis aan schadelijke straling zijn blootgesteld.

Privébedrijf regelt de landing

Artemis I staat al op stapel, maar het is niet zeker wanneer de eerste astronauten in de Orion boven op de maanraket zullen klimmen om de eerste maanvlucht te maken sinds de afloop van de Apollo-missies in 1972. Als alles goed gaat, zou dat al eind 2023 kunnen gebeuren. De Artemis III-missie, inclusief een maanlanding, zou het jaar daarop een feit kunnen zijn, althans volgens NASA.

Of de ambitieuze plannen standhouden, valt te betwijfelen. Weinig mensen met verstand van ruimtevaart geloven dat er in 2024 al een nieuwe generatie astronauten op de maan zal rondlopen. Het is onwaarschijnlijk dat de technologie in drie jaar klaar zal zijn. Het wordt vooral krap met de gloednieuwe en nog niet geteste maanlander die astronauten het laatste stuk naar de maan moet brengen.

SpaceX

De maanlander Starship bestaat alleen nog als prototype. Het bedrijf erachter, SpaceX, moet er vaart achter zetten, wil het Starship in 2024 klaar zijn om astronauten op de maan te zetten.

© SpaceX

NASA heeft het particuliere ruimtevaartbedrijf SpaceX ingehuurd om de maanlander te ontwerpen en te bouwen voor 2,9 miljard dollar (2,5 miljard euro). Het vaartuig wordt gebaseerd op het ruimteschip Starship van SpaceX, dat nog een prototype is en in Texas wordt getest.

De maanlanding van het Starship zal veel groter en gecompliceerder zijn dan die van de Apollo-maanlander, die eind jaren 1960 en begin jaren 1970 mensen naar de maan bracht.

Met behulp van de draagraket Super Heavy, die ook door SpaceX wordt ontwikkeld, zal het Starship van tevoren gelanceerd en in een baan om de maan gebracht worden, dus voordat de Orion daar aankomt. De twee ruimtevaartuigen worden vervolgens aan elkaar gekoppeld en twee Orion-astronauten stappen over op het Starship, dat op de maan zal landen.

NASA heeft het particuliere bedrijf SpaceX ingehuurd om de Starship maanlander te bouwen, die astronauten veilig naar de maan en terug zal brengen – als een taxi tussen de Orion en de maanbodem.

Ruimtetaxi
© SpaceX/NASA

1. Astronauten stappen over in de ruimte

Zodra de Orion tijdens de Artemis III-missie in een baan om de maan is gekomen, maakt hij verbinding met het Starship, dat vooruit is gegaan. Twee van de vier astronauten stappen over op het Starship, waarna de lander wordt losgekoppeld.

Raket
© SpaceX

2. Starship landt zachtjes in het zuiden

Terwijl twee astronauten in de Orion blijven, dalen de andere twee langzaam af naar de maanbodem. De raketmotoren van het Starship zorgen voor een zachte landing bij de zuidpool van de maan, waar de astronauten de kans hebben ijs te vinden.

Voet op de maan
© NASA

3. ‘Een kleine stap voor een vrouw ...’

De astronauten – een vrouw en een man – moeten 50 meter afdalen uit het hoge vaartuig voordat ze voet op de maan kunnen zetten. De week daarop maken ze vier wandelingen en verzamelen ze 35 kilo stenen om mee terug te nemen.

Het Starship wordt circa 50 meter hoog, en de astronauten zullen zich in de bovenste helft bevinden wanneer het vaartuig op de maan landt. Ze zullen waarschijnlijk met een lift afdalen naar de maanbodem.

Maar eerst moet het ruimtevaartuig worden voltooid en vervolgens zonder en met bemanning worden getest in een baan om de aarde. Daarna volgt er nog een onbemande maanlanding, waarna het eindelijk menens wordt.

NASA had kunnen kiezen voor een minder ingewikkelde maanlander die sneller klaar zou zijn, maar de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie zwichtte voor het enorme potentieel van het Starship.

Door zijn imposante afmetingen kan het Starship heel veel vracht vervoeren, wat nodig zal zijn wanneer er een maanbasis wordt opgericht.

Leven op de maan

Het Starship kan op termijn een sleutelrol spelen bij het vervoer van vracht en astronauten tussen een vaste maanbasis en het ruimtestation Lunar Gateway.

© SpaceX

Tegen die tijd is het ruimtestation Gateway een permanente tussenstop op de reis naar de maan, en zijn er van de SLS nog krachtiger versies, die tot 46 ton lading in een baan om de maan kunnen brengen. Vanaf hier zal het ruimteschip een sleutelrol spelen bij het vervoer van de vracht naar de maanbodem. Op termijn kan een variant van het Starship mogelijk ook mensen naar Mars brengen.

Kraters kunnen water bevatten

Een van de beweegredenen achter het Artemis-project is dat NASA astronauten naar Mars wil sturen. De maan is een opstapje naar de rode planeet, waar astronauten tot twee jaar lang op zichzelf aangewezen zullen zijn.

Op de maan kan NASA het ruimtevaartuig testen dat mensen naar Mars moet brengen door het aan de Gateway te koppelen en astronauten daar maanden te laten verblijven. En als we ons op de maan kunnen vestigen en overleven door de natuurlijke hulpbronnen optimaal te benutten, komt de droom van Mars weer een stukje dichterbij.

VIDEO: Zie hoe de Orion het maanstation zal bouwen

NASA-wetenschappers hopen dat astronauten water in de vorm van ijs vinden op de bodem van kraters op de zuidpool van de maan. Dat kan voor drinkwater en irrigatie van gewassen worden gebruikt, waardoor een maanbasis minder afhankelijk zou zijn van bevoorrading vanaf de aarde.

Bovendien kan water worden gesplitst in zuurstof om te ademen en waterstof. In gekoelde, vloeibare vorm kunnen zuurstof en waterstof dienen als raketbrandstof.

Maanstenen tonen het verleden

Natuurlijk is de maan op zich al interessant, want er is nog veel dat we niet weten. Zo is het geologische verleden nog niet volledig in kaart gebracht, al denken de meeste planeetonderzoekers dat de maan is gevormd toen de aarde in de begintijd van het zonnestelsel, circa 4,5 miljard jaar geleden, op een ander hemellichaam knalde.

Bij die enorme botsing raakte het materiaal van de twee hemellichamen vermengd, en toen het stof neerdaalde waren daar de aarde en de maan die we nu kennen. Nieuwe studies van maanstenen die door Artemis-astronauten zijn meegebracht, kunnen uitwijzen of deze theorie juist is.

Toeristen treden in de voetsporen van astronauten.

Bedrijven als SpaceX beschouwen de maan als een exotische bestemming voor toeristen die erg goed in hun slappe was zitten.

SpaceX heeft een missie aangekondigd onder de naam dearMoon, waarbij de Japanse miljardair Yusaku Maezawa acht mensen zal uitnodigen voor een zesdaagse reis rond de maan in het Starship. Dit project zou al in 2023 van start kunnen gaan, waarna er ook maanlandingen volgen.

China is ook in de race

Niet alleen Amerika heeft plannen om een basis op de maan te vestigen. Met name China heeft grote ambities op het gebied van bemande ruimtevaart. Het land heeft al lang astronauten in een baan om de aarde gebracht en zijn eigen ruimtestation bezocht, dat de komende jaren zal worden uitgebreid.

China en Rusland gaan samenwerken om een internationaal onderzoeksstation op de maan te bouwen, en de Chinezen zijn bezig met de ontwikkeling van de reusachtige raket Chang Zheng 9, die even groot is als de SLS en in 2030 gelanceerd zou moeten worden.

Chinese raket

China werkt aan de ontwikkeling van de superraket Chang Zheng 9, die 53 ton vracht naar de maan zal vervoeren. Dat is meer dan de geplande versies van de SLS aankunnen.

© Stocktrek/Alamy/Imageselect/Shutterstock

Ergens halverwege de jaren 2030 zullen de eerste Chinezen voet op de maan zetten, maar tegen die tijd zullen er waarschijnlijk nog veel meer Amerikanen op de maan hebben rondgelopen dan de 12 die er al geweest zijn.

En hopelijk zijn ze tegen die tijd ook allemaal veilig thuisgekomen. Al heeft nog geen enkele astronaut de reis naar de maan gemaakt met de SLS, de terugkeer met de Orion is meermaals getest, waarbij de parachutes zich naar behoren uitvouwden en de capsule landde in zee zoals verwacht.

Landing op zee

NASA heeft de terugkeer van de astronauten getest door de ruimtecapsule Orion aan parachutes te laten afdalen en op zee te laten landen onder verschillende hoeken en met diverse snelheden.

© NASA

Mogelijk zet ook een Europeaan het komende decennium voet op de maan, na een lift met de SLS en het Starship. Maar daarvoor moet Artemis I eerst een succes worden, zodat het tijdschema voor de volgende Artemis-missies overeind blijft.

De cruciale generale repetitie die eraan zit te komen, zal uitwijzen wanneer we de volgende grote sprong voorwaarts voor de mens mogen verwachten.