Helikopter in de ruimte

Onderhoud van ruimteraketten kost veel tijd en geld. De `Roton' vergt pas na veel vluchten een grote beurt. De nieuwe ruimtependel is een kruising tussen een eentrapsraket en een helikopter.

DEZE MAAND wordt in de Mojavewoestijn in Californië de eerste proefvlucht gemaakt met een prototype van een nieuw soort ruimtependel. Deze `Roton' is een kruising tussen een eentrapsraket met roterende motor en een helikopter met een vrijdraaiende hefschroef. Roton moet het eerste voertuig worden dat in zijn geheel in een baan om de aarde komt en ook weer in zijn geheel terugkeert: het zogeheten single stage to orbit-principe (SSTO). Volgens de bouwer, Rotary Rocket Company, zal deze ruimtependel de lanceerkosten van satellieten met een factor vijf kunnen reduceren.

De huidige raketten worden éénmaal gebruikt en bestaan uit delen die successievelijk worden afgeworpen en op aarde vallen of in de dampkring verbranden. Bij de space shuttle worden de grote stuwstoftank en de twee vaste stuwstofraketten weliswaar heelhuids geborgen, maar deze ruimtependel heeft na iedere vlucht een grote onderhoudsbeurt nodig (vooral vanwege de slijtage van de vele hittewerende `tegels' onder de romp) die zeer veel tijd en geld kost. De Roton zou echter alweer na enkele dagen kunnen worden gelanceerd en pas na vele vluchten groot onderhoud vereisen.

De Roton is 19 meter hoog en heeft aan een basis een diameter van 6,7 meter. Hij wordt aangedreven door een motor die op vloeibare zuurstof en kerosine werkt. De tank met zuurstof zit in het bovenste deel van het voertuig. Daaronder bevinden zich het vrachtruim, de cabine voor twee bemanningsleden, de kerosinetank en het motorcompartiment. In de neuskap bevindt zich een rotorkop, waaraan vier rotorbladen van 7 meter lang zijn bevestigd. Zij zijn tijdens de lancering plat tegen de buitenwand van het voertuig geklemd. Vele delen van het voertuig zijn gemaakt van met koolstofvezels versterkte kunststoffen, waardoor de Roton volgetankt slechts 180 ton weegt.

vuurrad

De motor bestaat uit een metalen schijf van 6,6 meter diameter die langs de omtrek 96 kleine verbrandingskamers heeft. Vóór de lancering wordt deze schijf op een toerental van 720 omwentelingen per minuut gebracht. Dan worden de kleppen geopend die de stuwstoffen bij de as van de schijf binnenvoeren. De centrifugale kracht zorgt er dan voor dat zij onder hoge druk in de verbrandingskamers worden geperst. De roterende motor (die wel wat lijkt op het `vuurrad' van siervuurwerk) is dus tevens centrifugaalpomp.

De motor weegt slechts 1,8 ton en levert een stuwkracht van 225 ton. Tijdens het opstijgen wordt de rotatie in stand gehouden doordat de straalpijpen 1,5° geheld zijn in de richting van de rotatie. Speciale afdichtingstechnieken zijn nodig om te voorkomen dat de stuwstoffen bij de as van de schijf naar buiten lekken en een explosie veroorzaken. Het gevaar van lekkage zou echter gering zijn omdat op deze afdichtingen slechts een druk van 1,5 atmosfeer komt te staan. De hoogste druk treedt immers pas op bij de verbrandingskamers.

Als de Roton een satelliet in een baan om de aarde heeft gebracht, wordt hij omgedraaid en terug in de dampkring gestuurd. De rotorbladen worden ontkoppeld en onder een hoek van 45° omhoog gezet (zoals de baleinen van een omgeklapte paraplu), waardoor zij het dalende voertuig stabiliseren. Het ietwat uitbollende, ringvormige hitteschild aan de onderzijde van het voertuig zorgt er voor dat zowel de motor als de rotorbladen zo veel mogelijk buiten de heetste delen van de langsstromende lucht blijven. Het hitteschild en de huid van het voertuig worden overigens gekoeld met water.

Eenmaal afgedaald tot een hoogte van 8.500 meter worden de rotorbladen in een horizontale stand gezet en gaan ze steeds sneller draaien. De Roton zal dan via het principe van autorotatie (waarbij de langsstromende lucht de rotatie van de rotorbladen in stand houdt) als een helikopter afdalen. Dit is dezelfde techniek die helikopterpiloten aanwenden als hun motor is uitgevallen. Vlak voor de landing wordt het toerental opgevoerd met behulp van stuwraketjes aan de uiteinden van de rotorbladen en wordt de invalshoek (pitch) van die bladen zodanig veranderd dat zij een maximale lift geven. Zo kan de Roton voorzichtig landen.

Het idee om een ruimtevaartuig via een hefschroef weer op aarde te laten landen is niet nieuw. Al in de jaren zestig werd daarmee, door Bell, Karman en NASA, geëxperimenteerd. Weinigen weten dat zelfs werd overwogen om de Apollo-maancapsules zo weer op aarde te kunnen terugkeren. Het idee raakte echter uit de gratie en in de latere plannen voor single stage to orbit- voertuigen werd uitsluitend gebruik gemaakt van raketmotoren. Twee jaar geleden werd het idee opnieuw gepresenteerd door een aantal aerospace-veteranen, die voor de verwezenlijking van die techniek de Rotary Rocket Company oprichtten.

lichtgewicht

De Roton is voor het grootste deel gebouwd door Scaled Composites in Mojave, een onderneming die gespecialiseerd is in het maken van lichtgewicht lucht- en ruimtevaartuigen. De oprichter van Scaled Composites, Burt Rutan, bouwde de Voyager, het vliegtuigje waarmee in 1986 voor het eerst op één tank brandstof rond de wereld werd gevlogen. Ook de draagstructuur van de Pegasus (een raket die vanonder een vliegtuig wordt gelanceerd) en de Delta Clipper (de eerste eentrapsraket die werkelijk vloog, maar waarvan de ontwikkeling drie jaar geleden werd stopgezet) werden door Scaled Composites gebouwd.

De Roton zal vooral worden gebruikt voor het in lage banen om de aarde brengen van satellieten voor telecommunicatie met een gewicht tot 3,2 ton. De komende tien jaar zullen naar verwachting 1600 van zulke satellieten omhoog gaan. Rotary Rocket Company denkt hen voor 7 miljoen dollar per stuk te kunnen lanceren, wat neerkomt op 2200 dollar per kilogram: een factor vijf goedkoper dan nu bij een lancering met een gewone raket wordt berekend. De lucht- en ruimtevaartindustrie en de NASA volgen de ontwikkelingen dan ook met grote belangstelling.

De eerste onbemande en nog motorloze Roton, het Atmospheric Test Vehicle (ATV) wordt nu op de testbasis in de Mojavewoestijn in gereedheid gebracht voor een eerste proefvlucht. Tijdens deze vlucht worden de stuwraketjes in de vleugeltips gebruikt om de ATV als een helikopter naar een hoogte van 3000 meter te laten opstijgen en vervolgens op eigen kracht op aarde te laten landen. Als de test slaagt, zal de ATV worden bemand. In de loop van het volgende jaar hoopt de onderneming de eerste Roton in een baan om de aarde te kunnen brengen.