Waarom Blue Origin SpaceX (bijna) na-aapt met nieuwe raket

Elon Musk heeft voorlopig de grootste maar Jeff Bezos was de eerste. Blue Origin, het ruimtevaartbedrijf van Amazon-baas Bezos, kaapte in 2015 een primeur weg voor de ogen van SpaceX door de kleine New Shepard-raket na de lancering veilig op begane grond te laten landen. Het zou nog tot het einde van 2015 duren alvorens SpaceX hetzelfde kon doen met de weliswaar veel krachtigere Falcon 9-raket. Intussen lijkt SpaceX landen met de Falcon onder de knie te hebben, al is het nog wachten op een eerste herlancering van een gebruikte raket. Die zal vermoedelijk rond het einde van maart plaatsvinden.

Bezos en Blue Origin konden al wel meerdere vluchten maken met dezelfde kleine Shepard maar het succes met de kleine suborbitale raket kan je niet zomaar vergelijken met de uitdaging die het landen van een groter exemplaar met zich meebrengt. De ambities van Blue Origin zijn niet ondergeschikt aan die van SpaceX. Bezos wil ook grote raketten de ruimte in schieten. Net als zijn rivaal weet de miljardair maar al te goed dat de toekomst van de ruimtevaart aan de herbruikbare lanceersystemen is, dus ook hij wil de eerste trap van zijn raket recupereren na de lancering.

New Glenn

In een YouTubevideo stelde Blue Origin het nieuwe tuig officieel voor. Zoals reeds bekend zal de nieuwe raket New Glenn heten, naar de recent overleden John Glenn. John Glenn was het laatste nog levende lid van de Mercury 7, de eerste lading Amerikaanse astronauten. De naamgeving volgt op die manier het precedent gezet door de New Shepard, die de naam van Alan Shepard draagt. Hij was de eerste Amerikaan in de ruimte.

https://www.youtube.com/watch?v=BTEhohh6eYk

Wie een beetje mee is met SpaceX en de Falcon 9, zal een déjà vu-gevoel krijgen bij het bekijken van de video. Net als SpaceX wil ook Blue Origin het gros van zijn lanceertuig recupereren. Daartoe is de raket uitgerust met inklapbare landingspoten, opnieuw naar analogie met de Falcon 9. Ook de vinnen op de booster komen bekend over. Tot slot lijkt Bezos van plan om net als Musk een mobiel lanceerplatform in de oceaan in te zetten om zijn raket te laten landen.

Die gelijkenissen zijn geen toeval. Er zijn immers niet zoveel manieren om een raket succesvol te laten landen na een lancering. Een korte analyse maakt duidelijk waarom Bezos dezelfde keuzes maakt als Musk.

Logische gelijkenissen

De inklapbare poten spreken voor zich. Een raket moet landen zoals ze opstijgt: verticaal. De poten mogen de aerodynamica echter niet beïnvloeden en moeten dus verstopt blijven tot wanneer ze nodig zijn. De vinnen dienen om de booster te sturen wanneer hij terug naar de aarde valt. SpaceX ondervond tijdens tal van explosieve tests dat dergelijke vinnen noodzakelijk zijn om de terugkeer naar de aarde efficiënt en gecontroleerd te laten verlopen.

SpaceX kiest echter voor een soort wafelijzervinnen terwijl Blue Origins systeem meer aan een vliegtuig doet denken. Het is niet duidelijk in welke mate de modern ogende vinnen en kleine vleugels representatief zijn voor het finale design, aangezien New Glenn nog ontwikkeld wordt.

Het gebruik van een landingsplatform op zee is misschien wel de meest frappante gelijkenis maar ook die hoeft niet te verbazen. Zowel de Falcon 9 als de toekomstige New Glenn gebruiken het gros van hun brandstof om hun vracht op weg te zetten naar een baan om de aarde. Wat overblijft, is vaak niet genoeg om de raket af te remmen en 180° de andere richting uit te sturen. Het is veel efficiënter om de eerste trap een soort ballistisch traject te laten afleggen en de booster zelf op te wachten. Aangezien raketlanceringen in de regel rond de evenaar plaatsvinden hebben Musk en Bezos met dezelfde geografische beperkingen te maken: hun booster zal steeds boven water neerkomen.

Hoverslam

Er is één belangrijk verschil te bespeuren tussen de Falcon en de toekomstige New Glenn. Bezos lijkt zijn nieuwe raket langzaam te willen neerzetten op het landingsplatform met een kort moment waarop de booster ter plekke in de lucht hangt, net voor touchdown. Musks aanpak is bruter: de Falcon remt net genoeg af om precies stil te staan op het landingsplatform. Bezos gebruikte de zweeftechniek ook al met New Shepard. Het systeem heeft voordelen: door kort boven het landingsplatform te zweven, kan de raket eventuele foutjes corrigeren en zachter landen.

Het is nog maar de vraag of Bezos de zweeftechniek van New Shepard zomaar kan overzetten naar New Glenn. Zweven kost immers meer brandstof. De Falcon 9 heeft naast brandstofefficiëntie nog een andere goede reden om meteen voor een landing te gaan: het ding is fysiek niet in staat om een stabiele positie te behouden boven het grondoppervlak.

De Falcon 9 wordt aangedreven door negen Merlin 1D-raketmotoren. Een Merlin-raketmotor levert tussen de 60 procent en de 100 procent van zijn maximale stuwkracht. Aan 60 procent is één Merlin 1D nog steeds krachtig genoeg om de hele eerste trap opnieuw de lucht in te schieten. Wanneer de raket terugkomt zonder tweede trap, zonder vracht en met nauwelijks brandstof aan boord weegt ze immers niet zo veel. Om te zweven moet de motor net genoeg stuwkracht leveren om de Falcon 9 in de lucht te houden maar niet zoveel dat het geheel terug omhoog vliegt. De oplossing is de ‘hoverslam’, een techniek waarbij de snelheid van de raket wordt teruggebracht naar 0 m/s net wanneer het gevaarte de grond raakt. Blue Origin zal dus een motor moeten maken die krachtig genoeg is om een geladen raket de ruimte in te schieten, maar bij terugkeer zacht genoeg kan branden om het zweven te faciliteren.

Details ter zijde is het een goede zaak dat Musks systeem navolging krijgt. Het toont aan dat hij niet de enige is die in herbruikbare ruimtevaart gelooft en dat kan de ontwikkeling van betaalbare lanceersystemen en de bijhorende ontsluiting van de ruimte alleen maar ten goede komen.