SpaceX: Hoe Elon Musk de commerciële ‘space race’ wint

Ruimtevaart Woensdag vertrekt de bemande Crew Dragon-capsule van SpaceX richting het ISS. Eindelijk heeft Amerika weer eigen ruimtevervoer, commercieel vervoer nog wel.

De Crew Dragon van SpaceX op een foto van 4 maart 2019, toen de capsule – bij die vlucht opbemand – bezig was om zich vast te koppelen aan een module van ruimtestation ISS. De kegel van de module staat open, wat zicht biedt op het koppelingsmechanisme.
De Crew Dragon van SpaceX op een foto van 4 maart 2019, toen de capsule – bij die vlucht opbemand – bezig was om zich vast te koppelen aan een module van ruimtestation ISS. De kegel van de module staat open, wat zicht biedt op het koppelingsmechanisme. Foto NASA/EPA

Woensdag 27 mei wordt een mooie dag voor de Amerikaanse ruimtevaart – als alles goed gaat. Voor het eerst sinds 12 april 1981, het debuut van de eerste Space Shuttle, lanceert Amerika een nieuw bemand ruimteschip. Om 22:32 Nederlandse tijd vertrekken astronauten Robert Behnken en Douglas Hurley aan boord van de Crew Dragon-capsule, boven op een Falcon 9-raket. Einddoel: het internationaal ruimtes

tation ISS.

Amerikaanse vlag

Als trofee en teken van de nieuwe tijden nemen Hurley en Behnken op hun terugreis een Amerikaanse vlag mee terug, die in 1981 meevloog op eerste Shuttle-vlucht, en die in 2011 door de laatste Shuttle-bemanning aan boord van het ISS werd achtergelaten.

Maar er valt woensdag nog een andere primeur te vieren en een duidelijke breuk met het verleden: Crew Dragon is het eerste commercieel ontwikkelde bemande ruimtevaartuig. Zowel capsule als raket is volledig ontwikkeld door het Amerikaanse ruimtevaartbedrijf SpaceX van Elon Musk, de internetmiljardair achter de elektrische auto’s van Tesla, een lange reeks andere wilde technologieprojecten en een stroom van vaak uitdagende uitspraken en beloftes, waaronder het voornemen om Mars te koloniseren. Als de Demo-2 missie van aankomende woensdag slaagt, is SpaceX officieel gecertificeerd om astronauten naar het ISS te brengen.

Al na het verongelukken van Space Shuttle Columbia in 2003 besloot NASA het Space Shuttle-programma op termijn te beëindigen. Het herbruikbare ruimtevaartuig was gevaarlijk en peperduur gebleken. Na de laatste geplande vlucht van Atlantis in 2011 zou een nieuw systeem klaar moeten staan om de Amerikaanse onafhankelijkheid in de ruimte voort te zetten.

De NASA koos ervoor om een klassieke raket te gaan ontwikkelen, met rakettrappen die na gebruik afgeworpen worden en verbranden in de atmosfeer. Maar de ontwikkeling van deze Ares-raket, met bijbehorende Orion-capsule voor de bemanning, kampte vanaf het begin met forse vertragingen en budgetoverschrijdingen, een kwaal waar meer NASA-programma’s aan lijden. Tussen 2006 en 2009 liepen de kosten voor de ontwikkeling van alleen de Ares-raket op van 28 miljard naar 40 miljard dollar. Na één testlancering in 2009 werd het programma opgedoekt. En ook de opvolger, de gigantische SLS-raket, is inmiddels duurder uitgevallen en ernstig vertraagd: de eerste bemande lancering van deze NASA-raket staat voor 2022 gepland.

Intussen groeide NASA’s vrachtprogramma wél uit tot een succes. In plaats van zelf ruimteschepen te ontwerpen en te laten bouwen door een technisch conservatieve en dure lucht- en ruimtevaartindustrie, liet de NASA het brengen van vracht naar het ISS helemaal over aan het bedrijfsleven. Meerdere ruimtevaartbedrijven mochten met zelf ontwikkelde ruimtevaartuigen concurreren om de lucratieve contracten om het ISS te bevoorraden.

Dit bood een kans aan een nieuwe lichting ruimtevaartstart-ups zoals SpaceX, maar ook oudere bedrijven zoals Orbital Sciences deden mee. In 2012 werd de eerste Cargo Dragon aan het ISS gekoppeld door de Nederlandse astronaut André Kuipers. In 2013 volgde de Cygnus van Orbital.

In vervolg daarop tuigde de NASA ook een ‘commercieel’ programma op om astronauten naar het ISS te brengen en weer terug te laten keren. Technisch is dat een veel grotere uitdaging vanwege de veel hogere veiligheidseisen: een vracht mag nog wel verloren gaan, dode astronauten zijn een catastrofe.

De oude Apollo-capsules

In de race waren drie Amerikaanse ruimtevaartbedrijven. De luchtvaart- en defensiegigant Boeing, met de CST-100 Starliner: een kegelvormige capsule die sterk lijkt op de oude Apollo-capsules. De Starliner kan gelanceerd worden op meerdere raketten, waaronder het NASA-werkpaard de Atlas V maar ook op de Falcon 9 van SpaceX.

De Sierra Nevada Corporation deed mee met de Dreamchaser, een soort minispaceshuttle die verticaal wordt gelanceerd op een Atlas V-raket, en bij terugkeer landt als een vliegtuig op een landingsbaan.

De derde kandidaat was de Crew Dragon van SpaceX. Een variant op de Cargo Dragon. SpaceX had zelf al zijn eigen Falcon 9-raket ontwikkeld met een aanpak die sterk afweek van wat in de ruimtevaart gebruikelijk was. In plaats van eindeloze studies, computersimulaties en papieren certificering, koos SpaceX voor veel bouwen, testen en verbeteren.

SpaceX ontwikkelde raketten en ruimtevaartuigen zo veel mogelijk in eigen huis, een fabriek in het Californische Hawthorne. Zelfs de raketmotoren, faalgevoelige wonderen van hightech loodgieterswerk die brandstof en zuurstof onder druk samenbrengen en laten verbranden, ontwikkelt en bouwt SpaceX zelf. Zo worden de SuperDraco-stuwmotoren voor de Dragon 3D-geprint.

Ook baarde Musk opzien en ongeloof door zijn voornemen om rakettrappen na gebruik terug te laten vliegen naar de aarde voor hergebruik. Pas in 2016 lukte het SpaceX om een Falcon 9-rakettrap rechtstandig te laten landen op een ponton in de Atlantische oceaan, na vele explosieve mislukkingen.

Inmiddels is het landen en hergebruiken routine, en is de Falcon-9 een van de goedkopere en meestgebruikte raketten op de commerciële ruimtevaartmarkt. SpaceX adverteert met een instapprijs van 62 miljoen dollar per lancering. Ter vergelijking: voor een lancering van een Atlas V die ooit door Lockheed en Boeing is ontwikkeld, betaal je snel het dubbele.

Al in 2014 viel de Dreamchaser af, maar de race tussen de Starliner van Boeing en de Dragon van SpaceX is nog in volle gang. Aanvankelijk leek Boeing, met zijn ruime ervaring en financiële steun van NASA, de beste papieren te hebben.

Veilig landen

Bemande capsules bouwen is de eredivisie van de ruimtevaarttechniek. Wie een herbruikbare bemande capsule wil lanceren moet een aantal zaken kunnen afvinken. Er is de besturingselektronica en de hardware, die ook voor vracht- en satellietvluchten nodig is. Maar daar bovenop zijn er het life support-systeem dat astronauten ook in moeilijke omstandigheden in leven houdt, zonnecellen voor energie en een koppelingssysteem voor een rendez-vous met het ISS. Voor de terugweg is het hitteschild van belang dat de mensen in hun capsule moet beschermen tegen de grote wrijvingshitte van de dampkring. En daarna moet de capsule ook nog veilig zien te landen.

Maar een van de grootste technische verschillen met een vrachtcapsule is het ontsnappingssysteem, om de capsule met bemanning razendsnel weg te schieten als er iets misgaat met de raketlancering, bijvoorbeeld een explosie. Het ontbreken van zo’n systeem kostte de bemanning van de Space Shuttle Challenger in 1986 het leven. Zowel de Crew Dragon als de Starliner gebruikt daarvoor krachtige stuwraketten. Bij de Starliner zitten die onder de capsule, bij de Crew Dragon aan de zijkant, zichtbaar door vier grote uitsparingen.

Aanvankelijk wilde SpaceX deze raketten ook gebruiken om de Dragon te laten landen na het terugkeren in de dampkring. Het ruimtevaartuig zou dan beheerst naar het aardoppervlak afdalen (en later eventueel ook het oppervlak van de Maan of Mars). Maar NASA wilde hier niet aan, en koos voor een traditionelere splashdown: afdalen boven zee onder drie gigantische parachutes. Ook de Starliner landt met parachutes, maar dan op land, een Amerikaanse primeur. De Russische capsules landden altijd al op land.

Het waren de stuwraketten die SpaceX in april 2019 zijn grootste test-tegenslag opleverden, toen een Crew Dragon op een testbank explodeerde. De stuwraketten werken op een giftige, chemisch reactieve combinatie van hydrazine en distikstoftetraoxide, die onmiddellijk ontbranden als ze met elkaar in contact komen. Er was distikstoftetraoxide in een heliumleiding gelekt, waarbij een ventiel fataal beschadigde, met de explosie tot gevolg.

Een Falcon 9-raket voor vertrek naar het ISS in 2017. De voorraden bevinden zich aan boord van de Dragon-capsule van SpaceX. De Dragon is alleen geschikt voor vracht.
Foto Bill Ingalls/NASA/EPA
Een Falcon 9 kort voor hij ontploft in 2015. De Dragon-capsule aan boord ging na de explosie ook verloren – de software had de reddingsparachutes voor de capsule niet geactiveerd.
Foto Mike Brown/Reuters
Test van de ontsnappingsmodule van de Crew Dragon-capsule in januari 2020.
Foto Joe Skipper/Reuters

Onverrichterzake geland

Dezelfde test slaagde wel op 19 november 2019, maar SpaceX leek inmiddels op achterstand te staan, want een maand later lanceerde Boeing de Starliner al voor een onbemande testvlucht naar het ISS. Maar ook deze test ging mis, door een softwarefout. Eenmaal in een veilige baan om de aarde vergiste de Starliner-computer zich in de tijd, en verspilde te veel brandstof om later nog veilig naar het ISS te vliegen. De capsule landde grotendeels onverrichterzake.

Daardoor kreeg SpaceX toch weer de voorsprong. Op 19 januari volgde een laatste beproeving van het ontsnappingssysteem, waarbij een Falcon 9-raket expres opgeblazen werd na de lancering. De Dragon-capsule reageerde perfect op het onheil, schoot zichzelf los en landde veilig in zee.

Het was de laatste hindernis vóór de bemande Demo-2-demonstratievlucht van komende woensdag, waarbij Crew Dragon zijn officiële NASA-certificering moet verdienen.

Even dreigde SpaceX-topman Elon Musk de lancering politiek te maken, door zich fel uit te spreken tegen de coronamaatregelen die zijn Tesla-fabriek in Californië stillegden. ‘FREE AMERICA NOW’, twitterde hij in navolging van president Donald Trump, en de fabriek bleef draaien tegen de wetten van de staat in.

In quarantaine

Op de lancering hebben de coronamaatregelen geen beslissende invloed. De astronauten zelf zijn al sinds twee weken voor de lancering in quarantaine, zoals gebruikelijk.

Het grootste coronaprobleem ligt waarschijnlijk op het bord van de lokale autoriteiten van Brevard County, dat het schiereiland Merritt Island omvat waarop het Kennedy Space Center ligt. Bij iedere grote lancering lopen de stranden, bruggen en wegen rond het eiland vol met kijkers die het spektakel en het oorverdovende lawaai van een raketlancering niet willen missen.

Vóór de coronacrisis al werden een half miljoen mensen verwacht, maar nu zijn parken, stranden, hotels afgesloten. NASA heeft het publiek dringend verzocht om vooral niet te komen kijken naar de nu al historische lancering.

Astronaut André Kuipers ‘De stijl is strak en futuristisch’

Foto Bas Czerwinski/ANP

„De lancering, ja die ga ik zeker volgen. Een lancering is een enorm indrukwekkende gebeurtenis: het felle licht, het lawaai, de trillingen in je buik. Nog spannender dan zelf in de raket zitten. Dan ben je supergeconcentreerd, alles heb je eindeloos geoefend in een simulator, met steeds weer andere problemen. Daarbij vergeleken is een echte lancering heel rustig.

„Ik denk dat dit een heel goede ontwikkeling is. Na het stoppen van de Space Shuttle in 2011 had je alleen de Sojoez, nu heb je meerdere alternatieven: Crew Dragon, en straks ook Starliner. De eerste Dragon, het vrachtschip, heb ik in 2012 bij het ruimtestation aangekoppeld.

„Het leek wel of ik in een sciencefiction-film terechtkwam: de stijl was strak, futuristisch en spacy, heel anders dan het functionele ontwerp van NASA. Het is duidelijk dat Elon Musk van show houdt.

„Voor mijn training ben ik ook in de SpaceX-fabrieken geweest: allemaal jonge mensen met heel veel verantwoordelijkheid, die nieuwe dingen mogen doen. Ja, het gaat ook wel eens mis, ook SpaceX heeft explosies gehad, maar ze zijn steeds teruggekomen.

„Toen Crew Dragon begon, hoopte ik dat ik er misschien nog eens mee zou vliegen, maar ja alles gaat trager dan je denkt in de ruimtevaart. Maar goed, wie weet wat er gebeurt met ruimtetoerisme.

„Ik verwacht een goede afloop. En zo niet, dan is het uitpuzzelen wat er is misgegaan, en dan gaan we weer verder. Er zit geen grens aan technologische ontwikkeling.”