Tegen het einde van dit decennium hoopt NASA’s Artemis-programma voor het eerst sinds 1972 weer laarzen op de maan te hebben geplaatst. Maar niet voor de snelle uitstapjes uit het Apollo-tijdperk; de ruimtevaartorganisatie wil regelmatig missies sturen bestaande uit internationale bemanningen naar het maanoppervlak, waar ze uiteindelijk permanente woon- en werkfaciliteiten zullen hebben.

Het doel is om van de maan een wetenschappelijke buitenpost te maken, en daarvoor is een infrastructuur nodig die veel capabeler is dan de Apollo Lunar Module (LM). NASA vroeg hun commerciële companions om bemande maanlanders te ontwerpen die tientallen tonnen naar het maanoppervlak konden transporteren, waarbij SpaceX en Blue Origin uiteindelijk contracten kregen om hun voertuigen de komende jaren te bouwen en te demonstreren.

Op het eerste gezicht lijken de twee landers weinig gemeen te hebben. Het SpaceX Starship is een slanke, torenhoge raket die eruitziet als iets uit een sciencefictionfilm uit de jaren vijftig; terwijl de Blue Moon-lander een meer conventioneel ontwerp gebruikt dat doet denken aan een gemoderniseerde Apollo LM. De tweedeling is opzettelijk. NASA gelooft dat er een ingebouwd niveau van operationele redundantie is dat wordt geboden door de bedrijven die twee zeer verschillende benaderingen gebruiken om hetzelfde doel te bereiken. Mocht een van de landers vertraging oplopen of op de een of andere manier gebrekkig blijken te zijn, dan zou het parallelle werk van het andere bedrijf onaangetast blijven.

Maar ondanks hun verschillen gebruiken beide landers één gemeenschappelijke technologie, en die is behoorlijk groot. Zo groot zelfs dat geen van beide landers de maan zal kunnen aanraken totdat deze kan worden geperfectioneerd. Wat nog erger is, is dat het tot nu toe een vrijwel geheel onbewezen technologie is die nog nooit op de vereiste schaal is gedemonstreerd.

Wordt leeg uitgevoerd

Logischerwijs geldt: hoe groter de lading die je in een baan om de aarde (of daarbuiten) wilt brengen, hoe groter de raket die je nodig hebt. Natuurlijk zijn er grenzen aan wat we kunnen doen op het gebied van materiaalkunde, motortechnologie en zelfs economie. Je kunt dus snel op het punt komen waarop een raket simpelweg te groot wordt om praktisch te zijn. Zodra je dat punt hebt bereikt, moet je gaan kijken naar andere manieren om je doelmassa in een baan om de aarde te krijgen. Voor projecten als het Internationale Ruimtestation betekende dit dat de structuur werd opgedeeld in kleinere modules die afzonderlijk konden worden gelanceerd en in een baan om de aarde konden worden geassembleerd.

Zowel SpaceX als Blue Origin hebben in wezen hetzelfde probleem: hun landers zijn, als je het drijfgas meetelt dat ze nodig hebben om op de maan te landen en weer op te stijgen, simpelweg te zwaar om te lanceren. Beide bedrijven ontwikkelen zwaargewicht boosters om hun respectievelijke landers goed uit de zwaartekracht van de aarde te krijgen en in een lage baan om de aarde te brengen, maar dat is het beste wat ze kunnen doen. Dus hoe krijgen ze astronauten naar de maan?

Hoewel de technieken enigszins verschillen, zullen beide bedrijven hun landers moeten laden met de drijfgassen die nodig zijn om de missies te voltooien terwijl ze zich al in de ruimte bevinden. En in beide gevallen zou de menselijke bemanning van de lander pas vanaf de aarde vertrekken als hun rit naar het maanoppervlak voldoende brandstof heeft gekregen en op hen wacht.

Blauwe maan

Volgens het huidige plan zal één enkele New Glenn-raket de Blue Moon-lander van de aarde kunnen tillen stuur het naar het Lunar Gateway Station. Maar eenmaal daar zal de lander niet genoeg drijfgas hebben om een ​​gemotoriseerde afdaling naar het maanoppervlak te maken, laat staan ​​om weer op te stijgen.

Dus zodra de lander de Lunar Gateway heeft bereikt, zullen er nog twee New Glenn-raketten worden gelanceerd. De ene zal een voortstuwings- en navigatiemodule aan boord hebben, en de andere een opslagmodule voor drijfgas. Eenmaal in een baan om de aarde zullen ze zich met elkaar verbinden en worden wat Blue Origin de Cislunar Transporter noemt.

Op dit punt zullen further New Glenn-raketten worden gelanceerd, elk met drijfgassen die in de Cislunar Transporter moeten worden geladen. Wanneer de Transporter gevuld is, gaat hij naar de Lunar Gateway, waar hij de lander kan ontmoeten en bijtanken. Het aantal lanceringen dat nodig is om de Cislunar Transporter te vullen is niet publiekelijk bekend, en het is heel goed mogelijk dat zelfs Blue Origin het exacte aantal pas zal weten als de {hardware} volwassener is.

Sterrenschip

Starship is uniek omdat het feitelijk de bovenste entice vormt van zijn boosterraket, de Superheavy. Om een ​​baan om de aarde te bereiken, zal Starship dus het overgrote deel van de drijfgassen waarmee het op aarde was geladen, moeten verbruiken. Eenmaal in een stabiele baan zal het ruimtevaartuig voldoende drijfgas hebben om te manoeuvreren, maar lang niet genoeg om de reis naar de maan te maken.

Om het maangebonden ruimteschip van brandstof te voorzien, zal SpaceX verschillende “tanker”-versies van het ruimtevaartuig lanceren. Deze tankschepen zullen worden gestript tot het strikt noodzakelijke om massa te besparen in vergelijking met de landerversie, wat betekent dat ze meer drijfgassen binnen hetzelfde quantity kunnen vervoeren. Elke herbruikbare tanker zal bij de lander aanmeren en zoveel mogelijk drijfgas overbrengen, terwijl er nog voldoende aan boord overblijft om zijn eigen touchdown op aarde te voltooien.

In sommige versies van het plan zullen deze tankers hun drijfgassen feitelijk overbrengen naar een derde “Depot”-variant van het Starship voordat de lander zelf wordt gelanceerd. Hoewel de toevoeging van een derde Starship-variant deze aanpak iets duurder en complexer zou maken, is het voordeel dat de lander aan de grond kan blijven totdat het Depot gevuld is, waardoor het tankproces beter bestand is tegen eventuele vertragingen die kunnen optreden tijdens het lanceren van de ruimteschip. tankers.

Internet als bij de Blue Moon-lander is het momenteel onbekend hoeveel lanceringen er nodig zullen zijn om de lander volledig van brandstof te voorzien, maar schattingen schatten het aantal ergens tussen de 10 en 20. De enige manier waarop dit tankproces economisch haalbaar of zelfs praktisch zal zijn, is als de tankers en Superheavy-boosters die ze lanceren snel en betaalbaar kunnen worden teruggevlogen.

Zeer gemotiveerde ontwikkeling

Ondanks het feit dat zowel Blue Origin als SpaceX het succes van hun respectievelijke maanlanders hebben laten afhangen van de mogelijkheid om ze snel en veilig bij te tanken terwijl ze zich in een baan om de aarde bevinden, bestaat er eenvoudigweg geen precedent voor een dergelijke operatie. Research tot nu toe hebben zich geconcentreerd op het bijtanken van kleine satellieten relatief eenvoudige monostuwstoffen zoals hydrazine. Maar het bijvullen van de tanks op Starship of Blue Moon betekent dat honderden tonnen cryogene vloeibare zuurstof, methaan en waterstof autonoom tussen ruimtevaartuigen moeten worden verplaatst. De koppelingen, pompen, leidingen, kleppen en isolatie die nodig zijn om dat soort drijfgasoverdracht mogelijk te maken, zijn nog nooit in de ruimte getest en er kunnen vele iteraties nodig zijn om deze te perfectioneren.

Als Artemis astronauten naar de maan wil terugbrengen, is dit een probleem dat snel moet worden opgelost. Voor hun deel, Het directoraat Ruimtetechnologiemissie van NASA heeft in 2020 verschillende contracten gegund ontworpen om verschillende aspecten van de orbitale drijfgasoverdracht te bestuderen. SpaceX kreeg specifiek een garantie van $ 53,2 miljoen als ze konden demonstreren dat ze 10 ton vloeibare zuurstof tussen twee tanks aan boord van een Starship tijdens de vlucht konden verplaatsen. Hoewel lang niet zo advanced als het verplaatsen van vloeistoffen tussen twee voertuigen, zou deze vroege check toch enkele kritische gegevens moeten opleveren en SpaceX de kans moeten geven om een ​​deel van de betrokken {hardware} te testen.

In een recente presentatie waarin de voortgang van het Artemis-programma werd beschreven, werd onthuld dat SpaceX dit zou kunnen doen probeer de demonstratie van het overbrengen van drijfgas tijdens de volgende testvlucht van Starship, hoewel een NASA-functionaris later verduidelijkte dat “er geen definitieve beslissingen over de timing zijn genomen.” Het kan zijn dat SpaceX een volledige orbitale demonstratievlucht onder hun riem wil krijgen voordat ze overgaan tot de check met drijfgas, maar de klok tikt. Als ze de overdracht van drijfgas in 2024 niet kunnen aantonen, zal de toch al kwetsbare Artemis-tijdlijn vrijwel zeker uiteenvallen.

Simpel gezegd: er is in de nabije toekomst geen terugkeer naar de maan mogelijk zonder drijfgasoverdrachten in de ruimte. Maar nu miljarden {dollars} aan Artemis-contracten op het spel staan, zullen zowel SpaceX als Blue Origin zeer gemotiveerd zijn om deze technische hindernis zo snel mogelijk te overwinnen.