Gaat Boeings Starliner-capsule dan eindelijk na de nodige vertragingen het ISS bereiken? Dit artikel zoomt onder meer in op de aanstaande lancering, de noodzaak van deze capsule naast die van SpaceX en welke problemen het Starliner-programma parten speelde.
Wernher von Braun had er weinig vertrouwen in. De Duitse raketwetenschapper die na de Tweede Wereldoorlog een belangrijk aandeel had in het Amerikaanse ruimtevaartprogramma, gebruikte in de jaren 50 met zijn ontwerpteam niet al te vleiende woorden om de Atlas-raket aan te duiden: 'slap luchtschip' en 'opgeblazen concurrentie'. De zorgen kwamen voort uit het feit dat de Atlas een zeer lichtgewicht, dun, roestvrij stalen frame had dat met name zijn structuur en vorm kon behouden door de hoge druk in de brandstoftanks. Zou die druk wegvallen, dan zou de raket bezwijken onder zijn eigen gewicht. De raket kon de eerste fase na de lancering niet overleven door de intense aerodynamische krachten, zo was de gedachte.
De zorgen bleken onterecht. De eerste Atlas-testvlucht in 1957 verloor weliswaar stuwkracht op ruim 3048 meter boven het lanceerplatform, waarna een paar pirouettes volgden en de inmiddels oncontroleerbare raket voortijdig werd opgeblazen, maar de dunne buitenkant en het frame bleven intact, ook al werden de limieten gedurende enkele seconden aanzienlijk overschreden. De raket begon zijn leven als intercontinentale raket om kernkoppen te vervoeren, maar werd later vooral een transportraket voor communicatiesatellieten en wetenschappelijke missies. Ook stond de raket aan de basis van het in een baan om de aarde krijgen van de astronauten John Glenn, Scott Carpenter, Walter M. Schirra, Jr. en Gordon Cooper.
Dat laatste gebeurde allemaal in 1962 en 1963. Sindsdien zijn er geen bemande vluchten meer met de Atlas uitgevoerd. Zestig jaar na dato komt daar wellicht verandering in. Op 19 mei moet na de nodige vertraging Boeings op een Atlas V-raket geplaatste Starliner-capsule dan eindelijk het International Space Station bereiken. Dat wordt een onbemande vlucht, maar als alles goed gaat, gaat er later dit jaar of in 2023 eindelijk bemanning mee naar het ISS. De VS heeft dan naast SpaceX ook United Launch Alliance om bij aan te kloppen om het ISS te bereiken. Waarom waren deze oplossingen in de ogen van de Amerikanen nodig, wat heeft tot de vertragingen met de Starliner geleid, hoe verhoudt deze Boeing-capsule zich tot die van SpaceX en wat kunnen we allemaal verwachten van de missie van 19 mei?
Commercial Crew Program en noodzaak ervan
NASA startte in 2009 het Commercial Crew Program. Zoals de naam al suggereert is het door NASA en de Amerikaanse overheid gefinancierde programma bedoeld om de ontwikkeling van private bemande ruimtecapsules te stimuleren. Deze moeten gelanceerd worden naar een lage baan om de aarde om zo het ISS te bereiken. SpaceX bleef samen met Boeing over als de twee winnaars. Boeing kreeg in 2014 4,8 miljard dollar toegekend voor de ontwikkeling van zijn CST-100 en SpaceX 3,1 miljard dollar voor de ontwikkeling van de Crew Dragon.
/i/2001393829.jpeg?f=imagenormal)
De in de Verenigde Staten gevoelde noodzaak om deze bedragen uit te geven is niet zo vreemd. De VS had in het verleden zijn eigen manier om het ISS te bemannen: de Space Shuttles. Discovery was de eerste die zich in 1999 aan het ISS koppelde. De dodelijke ongelukken en vooral de enorm hoge kosten van het Space Shuttle-programma maakte dat er in de zomer van 2011 al een streep door ging. De Space Shuttles werden verbannen tot museumstukken. Op dat moment was er alleen nog de Russische Sojoez-capsule om het ISS te bereiken.
Allereerst is dat om redenen van redundancy niet ideaal. Stel dat er een langdurig probleem zou optreden met de Sojoez of de daarvoor gebruikte draagraketten, dan zou er een situatie kunnen ontstaan waarin het ISS uiteindelijk zelfs onbemand zou zijn. Dat zou een behoorlijk risico betekenen, omdat er dan niemand kan ingrijpen als iets misgaat. In oktober 2018 werd het risico van de afhankelijkheid van een enkel systeem duidelijk. Toen was er een niet-dodelijk ongeluk tijdens een Sojoez-lancering. De pauze in de vluchten naar het ISS duurde uiteindelijk een paar maanden. Stel dat het onderzoek veel langer had geduurd of dat de afloop een stuk ernstiger was geweest, dan had het zomaar kunnen gebeuren dat het ISS zonder bemanning had komen te zitten. De aan het ISS gekoppelde Sojoez-capsule kan eigenlijk niet langer dan 200 dagen blijven hangen, waardoor de in oktober 2018 aanwezige bemanning rond Kerstmis wel terug naar huis had gemoeten.
/i/2002534168.jpeg?f=imagenormal)
Daarnaast spelen ook prestige, nationale trots en de wens om de afhankelijkheid van Rusland te beperken een rol. Na het afdanken van de Space Shuttle en het annuleren van het Constellation-programma, wat in 2014 de Space Shuttles had moeten opvolgen, had de VS geen eigen manier meer om het ISS te bereiken. De afhankelijkheid van Rusland en Poetin is in de huidige tijd met de oorlog in Oekraïne helemaal een probleem, maar toen werd daar ook al met argusogen naar gekeken. De Russische oorlog in Georgië in 2008 speelde toen een rol, maar ook los van die bezwaren vonden velen de afhankelijkheid van Rusland onverstandig.
Geld was misschien nog wel de belangrijkste reden. Het Commercial Crew Program is ook niet bepaald gratis, maar een Russisch stoeltje voor een retourvlucht naar het ISS kostte NASA al gauw 80 miljoen dollar. Die rekening begon aardig op te lopen. Nu kost een stoeltje in de Crew Dragon al ongeveer 55 miljoen dollar en in de Starliner zal dat zelfs 90 miljoen dollar zijn. In die zin kan er moeilijk over serieuze kostenbesparingen worden gesproken, maar er speelt nog iets mee. Twee Amerikaanse private programma's betekent ook meteen werkgelegenheid. Dat laatste is iets wat de Amerikaanse politiek graag ondersteunt, ook als daar een stevig prijskaartje aanhangt.
Starliner en Crew Dragon
Als alle details in ogenschouw worden genomen en puur wordt afgegaan op het uiterlijk, lijken de Starliner en de Crew Dragon zeer verschillend. Ook als je kijkt naar het interieur ziet de Crew Dragon er wat ergonomischer, ruimer en vooruitstrevender uit. De Starliner moet het zonder wc doen en dat betekent ophouden en luiers om. Ook wat de controls betreft is Starliner wat traditioneler met vooral fysieke knoppen en meters, terwijl Crew Dragon wel eens wordt omschreven als een vliegende iPad met veelal aanrakingsgevoelige schermen.
SpaceX Crew Dragon
Tegelijk zijn ze in grote lijnen redelijk vergelijkbaar. Er kunnen hetzelfde aantal astronauten mee. De Crew Dragon is wat gemakkelijker om binnen te komen, maar beide capsules zijn een ruimteparadijs in vergelijking met de ontzettend krappe Sojoez-capsule waar met moeite plaats is voor drie personen. Verder kunnen de capsules van Boeing en SpaceX handmatig en autonoom worden gevlogen en ze bevatten beide een ontsnappingssysteem op basis van kleine, in de capsule geïntegreerde, pusherraketmotoren.
Boeing CST-100 Starliner
Door die motoren kunnen de capsules van SpaceX en Boeing zichzelf bij problemen snel lanceren van de draagraket. Daar is geen launch escape system tower voor nodig zoals bij de Sojoez. Deze ontsnappingssystemen van de Starliner en Crew Dragon zijn full-envelope, wat betekent dat op de gehele weg naar de ruimte ontsnappingsmogelijkheden zijn: er zijn geen vluchtfases waarin dat onmogelijk is, zoals bij de Space Shuttle. Bij beide capsules monitoren sensoren en computers de situatie en als bepaalde parameters worden overschreden, wordt het ontsnappingssysteem geactiveerd.
Het laatste deel van de terugvlucht is waarschijnlijk het belangrijkste verschil wat het ontwerp betreft. De Crew Dragon wordt vertraagd door vier parachutes en landt uiteindelijk in zee, terwijl de Starliner op vaste grond zal neerkomen. Dat laatste zal in de Verenigde Staten gebeuren: landingsparachutes worden uitgeklapt en om de klap op de grond verder te verzachten worden grote, met stikstof en zuurstof gevulde airbags uitgeklapt.
| Starliner | Crew Dragon | |
| Hoogte | 5 meter | 8,1 meter |
| Breedte | 4,5 meter | 3,7 meter |
| Massa (leeg) | 13 ton | 9,5 ton |
| Bemanning (maximaal) | 7 | 7 |
| Volume drukcabine | 11m³ | 10m³ |
| Volume (vracht)ruimte zonder druk | geen | 14m³ |
| Levensduur | 60 uur vrije vlucht en 210 dagen aan ISS | 7 dagen vrije vlucht en 210 dagen ISS |
| Draagraket | Atlas V | Falcon 9 |
| Herbruikbaar | Ja, tot tien keer, mits niet vaker dan eens per zes maanden wordt ingezet. | Ja (SpaceX bouwt geen nieuwe Crew Dragon meer, zal refurbishment toepassen) |
Eerdere problemen
Vooralsnog zijn SpaceX en Boeing niet aan elkaar gewaagd. De Crew Dragon heeft al meerdere keren astronauten heen en weer gebracht, maar dat geldt niet voor de Starliner. Sterker nog, de capsule heeft het ISS nog steeds niet bereikt. Dat had anders moeten zijn. De capsule had in april 2019 voor het eerst gelanceerd moeten worden, maar dat werd uitgesteld tot augustus, onder meer om de abort-engines beter te testen en om 'onnodige schemadruk te vermijden'.
Dat zou al in april zijn, maar Boeing maakte toen al bekend dat de lancering tot augustus moest worden uitgesteld om onder andere de abort-engines beter te testen en om 'onnodige schemadruk te vermijden'. Ook de lancering in augustus werd meerdere keren uitgesteld. Na dat uitstel zijn er nog de nodige tests uitgevoerd, zoals een pad abort test. Uiteindelijk moest het dan in december 2019 gaan gebeuren. Deze Orbital Flight Test 1 werd geen succes. Starliner kwam in een verkeerde baan om de aarde en wist daardoor het ISS niet te bereiken, al kwam de capsule wel veilig weer terug aan op aarde. NASA en Boeing identificeerden drie serieuze afwijkingen die aan de basis van de gefaalde testvlucht stonden. Die zijn grotendeels te scharen onder de categorie 'softwareprobleem'.
Allereerst was er een fout met de Mission Elapsed Timer, het interne kloksysteem van Starliner. De capsule was geprogrammeerd om enkele manoeuvres uit te voeren aan de hand van de missietimer. Door een fout in de code synchroniseerde Starliner zijn klok met de Atlas V-draagraket voordat de terminal count, de aftelling kort voor de daadwerkelijke lancering, begon. De stap om dit pas na het begin van deze aftelling te doen, ontbrak. Dit leidde tot een afwijking van elf uur met de correcte tijd. Daardoor dacht Starliner na het loskomen van de draagraket dat het zich op een ander punt in de ruimte bevond dan in werkelijkheid het geval was. Het ruimtevaartuig dacht dat het een orbital insertion burn uitvoerde, die nodig is om in de juiste, hogere baan van het ISS te komen, terwijl dat in werkelijkheid niet gebeurde. De computer van de capsule bepaalde dat er flink wat brandstof gebruikt moest worden om de juiste hoogte te handhaven, vanuit de veronderstelling dat de juiste baan om de aarde al was bereikt.
Op de grond beseften ze dat er een probleem was en gaf het commando om de orbital insertion burn te starten, maar dit commando werd niet ontvangen. Er bleek een communicatieprobleem te zijn. Het vluchtcontroleteam op de grond was niet in staat om de controle van de capsule over te nemen. Dit was niet zozeer een probleem met een antenne of het communicatiesysteem aan boord van Starliner; het werd toegeschreven aan interferentie, een 'high noise floor' vanaf de grond, afkomstig van frequenties van telefoonmasten. Om dit op te lossen werd aanbevolen om een externe RF-filter te installeren om out-of-bandinterferentie te voorkomen.
Er werd nog een andere afwijking geconstateerd. Ook dit was bepaald geen kleine. Na de afwijking met de Mission Elapsed Timer bekeken NASA en Boeing ook andere vluchtfasen waar software invloed kon hebben op het succes van de missie. Ze stuitten op een softwareprobleem bij het afstoten van de servicemodule. Die module is het onderste deel van de capsule, dat afgescheiden is van het deel voor de bemanning. Enkele uren voordat het ruimtevaartuig terug in de atmosfeer zou komen, werd deze fout pas ontdekt en gecorrigeerd. Door de fout zouden de motoren van de servicemodule op de verkeerde manier zijn ontstoken. Daardoor zou die module niet veilig zijn weggevlogen om te worden afgedankt, maar zou die op het bemanningsgedeelte zijn gebotst. Jim Chilton, senior vicepresident bij Boeing Space and Launch, merkte droogjes op dat 'niets goeds kan voortkomen als de twee ruimtevaartuigen tegen elkaar botsen'.
:strip_exif()/i/2005088606.jpeg?f=imagegallery)
Oorspronkelijk had de tweede testvlucht al bemand moeten zijn, maar in april 2020 besloot Boeing dat deze ook nog zonder mensen zou plaatsvinden. Deze Orbital Flight Test 2 moest gelijk zijn aan de gefaalde OFT-1, maar dit keer het ISS bereiken. Deze herkansingsvlucht had op 30 juli 2021 moeten plaatsvinden, maar dat werd meer dan eens uitgesteld en uiteindelijk zelfs voor onbepaalde tijd opgeschort toen er voortijdig problemen aan het licht kwamen. Van de 24 oxidatiekleppen in het aandrijvingssysteem van het ruimtevaartuig bleken er 13 vast te zitten in de verkeerde positie. Deze kleppen regelen de toevoer van het oxidatiemiddel distikstoftetraoxide. De juiste werking ervan is belangrijk voor aandrijving in de ruimte, maar ook voor ontsnappingsmanoeuvres in geval van nood. Met Starliner nog op het lanceerplatform wist Boeing negen exemplaren los te maken, maar vier bleven hardnekkig vastzitten, dus de capsule moest terug naar de fabriek voor onderzoek.
Boeing denkt dat een deel van de oxidator binnen de kleppen ontsnapte, ondanks afsluitingen met Teflon. Teflon werd bewust gekozen omdat het volgens Boeing 'compatibel met de oxidator' was, terwijl dat niet voor andere afsluitmaterialen gold. Boeing gaf echter ook aan dat de oxidator soms toch door het Teflon-materiaal kan gaan en denkt dat het ontsnapte oxidatiemiddel zich mengde met extra vocht en de vochtigheid van de lanceerlocatie. Dat leidde tot een reactie en de creatie van salpeterzuur. Dat zou weer met het aluminium van de behuizing van de kleppen hebben gereageerd, leidend tot corrosie en kleppen die in dichtgeklapte positie bleven zitten. Destijds begreep Boeing niet waarom deze problemen niet eerder aan het licht kwamen tijdens tests. Inmiddels heeft Steve Stich, de Commercial Crew Program Manager van NASA, laten weten dat het een 'moeilijke acht maanden waren, maar dat het probleem met de oxidizer isolation valves is opgelost'. Technici hebben onder meer 'een potentieel vochtpad' in de elektrische connectoren van de kleppen afgesloten. Ook wordt vocht uit de kleppen gehouden met stikstofgas en wordt het oxidatiemiddel later ingeladen.
Slot
Starliner zit al enkele dagen bovenop de 52 meter hoge Atlas V-raket in afwachting van enkele tests en controles, om op 19 mei te bewijzen dat driemaal scheepsrecht is. 24 uur na de lancering moet het ruimtevaartuig bij het International Space Station komen en aankoppelen om vervolgens vijf tot tien dagen later weer naar de aarde terug te keren. Als dit keer alles goed gaat en er komen geen nieuwe problemen boven water, zal waarschijnlijk het oordeel volgen dat Boeing ook heeft aangetoond dat het systeem geschikt is om mensen te vervoeren. De eerstvolgende vlucht moet de Crew Flight Test zijn met astronauten aan boord. Wanneer die plaatsvindt, zal pas duidelijk worden na de komende succesvolle missie.
Ervan uitgaande dat de missie van 19 mei succesvol verloopt, zal er op termijn daadwerkelijk sprake zijn van redundancy: dan zijn er twee Amerikaanse privaat ontwikkelde systemen om astronauten in het rond de aarde vliegende laboratorium te krijgen. Dat mag wel wat kosten. Elk stoeltje van de Starliner is een stuk duurder dan een Crew Dragon-stoeltje en Boeing kreeg ook al meer geld voor de ontwikkeling van zijn capsule. En SpaceX vliegt al vrolijk rond, terwijl Boeing zijn capaciteiten nog moet bewijzen. Niet geheel onverwacht kon SpaceX-baas Elon Musk het eerder ook niet laten om zijn concurrent United Launch Alliance, de maker van Atlas V-raket, nog eens flink te bekritiseren, omdat de niet-herbruikbare raketten van deze joint venture tussen Boeing en Lockheed Martin volgens hem een 'volledige verspilling van het geld van de belastingbetaler zijn'.
Dit soort kritiek over de kosten gaat ook vaak gepaard met een gebrek aan vertrouwen in Boeings softwarecapaciteiten. Na de gefaalde eerste testvlucht was de NASA niet mals in zijn kritiek: "Er was geen eenvoudige oorzaak voor de twee softwarefouten die nog aanwezig waren tijdens de vlucht. Softwaredefecten, vooral in complexe code van ruimtevaartuigen, zijn niet onverwacht. Er waren echter talloze gevallen waarin de kwaliteitsprocessen van Boeing-software de gebreken hadden moeten of kunnen ontdekken."
/i/2001850505.jpeg?f=imagenormal)
Gelet op deze kritiek zal het 19 mei misschien wel erop of eronder zijn voor Boeing. Mocht alles goed gaan en er uiteindelijk ook mensen met Starliner omhoog gaan, dan zijn er dus twee Amerikaanse opties. De Atlas V-raket zal niet heel lang meer gebruikt worden, maar voorlopig zal dat geen probleem zijn. Tory Bruno, de ceo van United Launch Alliance, zei eerder dat Boeing de Starliner niet heeft gecertificeerd om te vliegen met de opvolger van de Atlas V (de Vulcan Centaur-raket), maar dat hij geen problemen voorziet. Volgens hem zal ULA genoeg Russische RD-180-raketmotoren voor de Atlas V hebben, zodat deze raket voorlopig de draagraket voor Starliner zal zijn. Hij stelt dat er genoeg van deze motoren zijn om de verwachte regelmaat van Starliner-vluchten tot in 2028 mogelijk te maken. Nu maar hopen dat het ISS ook zo lang zal meegaan, iets dat er met de huidige spanningen tussen Rusland en de VS niet zekerder op is geworden.
/i/2005310282.png?f=fpa_thumb)
/i/2005087348.png?f=fpa)
:strip_exif()/i/2005310000.jpeg?f=fpa)
:strip_exif()/i/2004788520.jpeg?f=fpa)
/i/2004696860.png?f=fpa)
/i/2000655303.png?f=fpa)
/u/189240/av70.png?f=community){kind=small}
/u/98125/Tweakers-_avatar.png?f=community){kind=avatar}
:strip_icc():strip_exif()/u/204061/crop591d528256d44.jpeg?f=community){kind=small}
/u/263454/wie%2520dit%2520leest%2520is%2520gek.png?f=community){kind=small}
/u/45865/crop62338715be02f.png?f=community){kind=small}
:strip_exif()/u/48159/calvin.gif?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/235026/crop65142fb180712_cropped.jpg?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/237082/rugby_ball.jpg?f=community){kind=small}