De eventuele marsmannetjes zitten er al tijden met smart op te wachten. De Falcon Heavy wordt na jaren van vertraging eindelijk gelanceerd en dat betekent dat Elon Musks eigen, rode Tesla Roadster-sportauto een enkele reis 'in de richting van' Mars zal maken. De auto zou wat kleur betreft niet misstaan op de rode planeet, ook al komt het voertuig daar bij lange na niet in de buurt en zou hij daar dankzij de achterwielaandrijving en ontbrekende onderdelen waarschijnlijk binnen de kortste keren vastzitten in het zand.
Deze merkwaardige payload van de Falcon Heavy-raket is niet veel meer dan een leuke publiciteitsstunt; alles draait om de lancering van de Falcon Heavy zelf, de krachtigste raket die op dit moment operationeel is. Deze raket van SpaceX is in feite een grote variant van de Falcon 9-raket. In welke opzichten verschilt de nieuwe raket van de Falcon 9, wat wil SpaceX allemaal gaan lanceren met de Falcon Heavy en hoe spannend wordt de 'maiden flight' op 6 februari vanaf 19.30 uur Nederlandse tijd?
Hooggespannen verwachtingen?
In april 2011 maakte SpaceX bekend dat 'the world's most powerful rocket' een lanceerdatum had. In het persbericht kwam het bedrijf echter niet verder dan 'eind 2013 of 2014'; een concrete datum werd niet genoemd. Uiteindelijk werd 2013 of 2014 bij lange na niet gehaald. De raket bleek pas in het tweede deel van december vorig jaar te zijn geassembleerd, waarna het gevaarte begin januari rechtop werd gezet op het lanceerplatform op Cape Canaveral in Florida.
In de loop van januari gooide onder meer de kortstondige shutdown van de Amerikaanse overheid roet in het eten, maar snel daarna, op 24 januari, voerde de Falcon Heavy de langverwachte static fire-test uit, waarbij alle motoren werden aangezet. Vanaf dat moment kon een lanceerdatum niet lang meer op zich laten wachten; Musk maakte eind januari bekend dat getracht wordt de Falcon Heavy op 6 februari te lanceren.
Musk doet wel vaker erg optimistische voorspellingen over bijvoorbeeld launch windows en lanceerschema's, maar ten aanzien van de eerste Falcon Heavy-lancering toonde hij zich tot dusver verrassend realistisch. In juli vorig jaar zei Musk dat het een geweldig vehikel gaat worden, maar hij voegde daar meteen aan toe dat het veel moeilijker was dan gedacht om de Falcon Heavy te realiseren, wat waarschijnlijk mede heeft bijgedragen aan de vertraging van de maiden flight.
De topman van SpaceX gaf aan dat het eenvoudig klinkt om simpelweg twee boosters toe te voegen, maar dit veranderde alles. Zo zei hij dat bijvoorbeeld de trillingen met een factor drie toenemen en er meer wordt gevraagd van bepaalde onderdelen dan ze eigenlijk aankunnen. Daarnaast moest het hele middelste coreframe worden herontworpen, omdat de twee boosters aan weerszijden er anders te veel kracht op zouden uitoefenen. Ook moesten nieuwe ontkoppelingsmechanismen worden geïnstalleerd, zodat de twee boosters aan de zijkant kunnen worden afgestoten.
"Er is veel dat mis kan gaan", zei Musk. "Door alle risico's is er een goede kans dat de raket nooit de ruimte weet te bereiken. Ik wil er dan ook voor zorgen dat de verwachtingen daarop zijn afgestemd. Ik hoop dat de Falcon Heavy ver genoeg van het lanceerplatform afkomt, zodat het platform niet beschadigd raakt. Dat zou ik eerlijk gezegd zelfs al als winst beschouwen."
Op naar Mars?
Gelet op de niet al te hooggespannen verwachtingen wordt het dinsdagavond, mits de lancering volgens plan doorgaat, een nagelbijtmoment. In ieder geval is er tijdens de static fire test niets misgegaan, zoals in september 2016 wel het geval was met een Falcon 9-raket. Tijdens het testen van de motoren ontplofte de raket op het lanceerplatform van het Cape Canaveral Air Force Station. Of de Falcon Heavy en het lanceerplatform een grote vuurbal en verwoesting bespaard blijven, moet dinsdagavond blijken.
Als alles goed gaat, wordt de Tesla Roadster, inclusief David Bowies nummer Space Oddity, dat in een endless loop wordt afgespeeld, in de richting van Mars gestuurd. De payload gaat echter niet in een rechte lijn naar de rode planeet. Via een trans-mars injection wordt de payload in een heliocentrische baan gebracht, een baan om de zon. Gezien vanuit de zon is dit simpel gezegd een elliptische baan waarvan het verste punt samenvalt met de baan van Mars om de zon. De payload komt dus niet in een baan om Mars. Hij zal, als Musks wensen uitkomen, eindeloos door de ruimte vliegen, waarna het voertuig misschien 'miljoenen jaren in de toekomst wordt ontdekt door een buitenaards ras'.
Voordat de Tesla Roadster de aarde verlaat, moet nog een aantal cruciale stappen goed verlopen. De Falcon Heavy is een tweetrapsraket waarvan de eerste trap bestaat uit de twee boosters aan de zijkant en de middelste core, elk met negen Merlin 1D-motoren. Deze opereren op volle kracht tijdens de lancering en genereren daarbij een stuwkracht van 22.819kN op zeeniveau. Kort na de lancering wordt de burn van de motoren van de middelste core teruggeschroefd. Zodra de twee boosters aan de zijkant worden losgekoppeld, zullen de motoren van de middelste core weer op vol vermogen opereren. Nadat ook de middelste core is ontkoppeld, wordt de tweede trap aangedreven door een enkele Merlin-motor, die in vacuüm een stuwkracht van 934kN genereert en gedurende 397 seconden zal branden.
Falcon Heavy in perspectief
In feite is de Falcon Heavy dus een versterkt coreframe van de Falcon 9 met nog eens twee boosters, die aan weerszijden zijn gemonteerd. De Falcon Heavy heeft dus in totaal 27 raketmotoren, drie keer zoveel als waar de Falcon 9 over beschikt. Dat maakt dat Falcon Heavy een payload van 63.800kg in een lage baan om de aarde kan brengen, terwijl de Falcon 9 een vracht met een gewicht van maximaal 22.800kg aankan.
Ook andere huidige operationele raketten komen bij lange na niet in de buurt van de stuwkracht van de Falcon Heavy. De in 2011 door de NASA uit dienst genomen Space Shuttle kon een payload van 24.000kg in een lage baan om de aarde brengen. De Delta IV Heavy komt niet verder dan 22.560kg en bij de Europese Ariane 5 ES-raket van ESA is dat 20.000kg.
Dit alles staat in schril contrast met de Saturnus V-draagraket, die van 1967 en 1973 operationeel was en de eerste mens naar de maan bracht. Deze raket kon een vracht van 140.000kg in een lage baan om de aarde brengen. Een vergelijking tussen de twee gaat echter al vrij snel mank, want dit was geen commercieel inzetbare raket, die in vergelijking met de Falcon Heavy per lancering ook nog eens meer dan tien keer zo duur was en voor een heel ander doel is gebouwd, met technologie van meer dan vijftig jaar geleden.
Hergebruik van de rakettrappen
Recycling in de ruimtevaart, of beter gezegd het hergebruiken van onderdelen zoals rakettrappen, is een beproefd concept dat SpaceX al enkele jaren toepast bij de Falcon 9 om de kosten van de lanceringen zoveel mogelijk te drukken. Sinds december 2015 zijn twintig geslaagde landingen uitgevoerd en daarvan vonden er veertien plaats in 2017. Het ging hierbij steeds om een core van de eerste trap, waarvan de Falcon Heavy er drie heeft. Ook deze cores moeten na de ontkoppeling alle drie heelhuids op aarde terugkeren.
De twee boosters aan de zijkant zijn zogeheten Block 3-boosters, die doorgaans hooguit twee keer voor een lancering worden gebruikt. Beide boosters zijn al bij een eerdere Falcon 9-lancering gebruikt: een in juli 2016 bij een lancering voor het bevoorraden van het International Space Station, de andere in mei 2016 bij het lanceren van een Thaise satelliet.
Ook al worden deze boosters na de lancering van de Falcon Heavy waarschijnlijk niet meer gebruikt en eindigen ze wellicht in een museum, ze worden niet behandeld als wegwerpwaar. De twee boosters aan de zijkant moeten landen op twee landingsplekken op Cape Canaveral, terwijl de middelste core na ontkoppeling een eveneens verticale landing moet maken op een droneschip in de Atlantische oceaan. Musk heeft in maart vorig jaar aangegeven dat SpaceX in ieder geval wil proberen om ook de bovenste, tweede rakettrap van de Falcon Heavy terug te brengen naar de aarde. Hij acht de kans op slagen niet al te groot, maar noemde het 'het proberen waard'.
Dan is er nog het bovenste gedeelte van de raket, de neuskegel, die in feite het beschermende omhulsel van de payload vormt. Deze komt bij de eerste lancering van de Falcon Heavy nog niet in aanmerking voor hergebruik, maar SpaceX heeft eerder al wel tests uitgevoerd met het laten landen van deze omhulsels, in het Engels fairings genoemd. In maart slaagde het bedrijf van Musk er voor het eerst in om een fairing van een Falcon 9-raket te laten landen. Musk zei in april 2016 al dat het terughalen van fairings uiteindelijk ook een doel is van SpaceX. Het hergebruiken van dit onderdeel kan de kosten van lanceringen verder omlaagbrengen. De fairings, gemaakt van een honingraatstructuur van aluminium en koolstofvezel, kosten volgens Musk enkele miljoenen dollars.
Waar wordt de Falcon Heavy nog meer voor gebruikt?
De eerste lancering van de Falcon Heavy op dinsdagavond is weliswaar niet bedoeld om een payload op het oppervlak van Mars te zetten, maar in de niet al te verre toekomst is het mogelijk wel de bedoeling dat de raket wordt gebruikt om een ruimtevaartuig op de rode planeet te laten landen. Het was oorspronkelijk de bedoeling dat al in 2018 een Red Dragon-capsule zou gaan landen op Mars, maar begin 2017 gaf Musk aan dat dit wordt uitgesteld tot ergens in 2020 en in juli 2017 bleek dat SpaceX dergelijke capsules niet zal gaan inzetten voor Marslandingen. Musk denkt dat er een betere manier is met grotere ruimtevaartuigen voor landingen op de rode planeet. De Red Dragon-capsule is een gemodificeerde versie van de Dragon-capsule, die door SpaceX wordt gebruikt om het International Space Station mee te bevoorraden.
Het idee was dat de Red Dragon voor de landing een achttal naar onderen gerichte, zogeheten SuperDraco-motoren gebruikt die in de romp van het vaartuig zijn verwerkt. Deze motoren hadden de afdaling van de Red Dragon door de ijle atmosofeer van Mars moeten vertragen, waardoor een zachte, veilige landing mogelijk is. Deze missie zal dus niet plaatsvinden, maar Musk heeft wel aangegeven dat hij grotere ruimtevaartuigen of -capsules via deze techniek met motoren op Mars wil laten landen. Musk doelt hiermee op de Big Falcon Rocket, de 'opvolger' van de Falcon Heavy.
De Falcon Heavy is in staat om payload van 16.800kg naar Mars te transporteren. In principe is dat genoeg om ook astronauten naar Mars te brengen, al is de Big Falcon Rocket daar veel beter geschikt voor. Deze reusachtige raket zal als het aan Musk ligt, mensen tot een 'interplanetaire diersoort' maken, waarbij gebruik wordt gemaakt van een herbruikbaar bevoorradingssysteem in de ruimte.
Ruimtevaartuigen van SpaceX die via de Big Falcon Rocket op Mars moeten gaan landen.
De raket die dinsdag de lucht in moet gaan, zal vooral gebruikt worden voor vrachtmissies waarbij satellieten in een baan om de aarde worden gebracht, bijvoorbeeld de wat zwaardere exemplaren van bijvoorbeeld de Amerikaanse overheid. Daarnaast wordt de raket ingezet voor maanmissies. Eind februari 2017 maakte SpaceX bekend dat het in 2018 twee particuliere ruimtetoeristen om de maan wil laten vliegen. De ruimtetoeristen zullen dicht langs de maan reizen, de maan vervolgens achter zich laten en dieper de ruimte ingaan om daarna terug te keren naar de aarde.
De missie zal plaatsvinden met het ruimtevaartuig Crew Dragon, de tweede versie van de Dragon-capsule, die tijdens de ruimtevlucht grotendeels autonoom zal opereren. De NASA heeft het leeuwendeel van de ontwikkelingskosten van de Crew Dragon voor zijn rekening genomen en omdat de NASA voorrang krijgt op SpaceX met missies met de Crew Dragon, is de kans groot dat de twee ruimtetoeristen tot 2019 moeten wachten. En dan mag er ook niets misgaan met de eerste testvluchten van de Dragon 2, die nog dit jaar plaatsvinden. Uiteindelijk moet de Falcon Heavy ook gebruikt worden voor bemande missies naar de maan of als science delivery platform voor wetenschappelijke missies naar bijvoorbeeld Europa, een maan van Jupiter die naar alle waarschijnlijkheid een oceaan heeft onder het oppervlak.
Animatie van de lancering van de Falcon Heavy.
Ook als de lancering dinsdagavond een succes wordt, betekent dat nog niet automatisch dat de Falcon Heavy een groot succes wordt. Voor 2018 staan nog slechts twee andere lanceringen in de boeken en eerder gaven twee leidinggevenden van SpaceX al aan dat nog geen enkele commerciële partij heeft gevraagd of de Falcon Heavy meer dan 20.000 kg in de ruimte kan brengen. Dat is ongeveer het maximale gewicht dat de nieuwste versie van de Falcon 9 in een lage baan om de aarde kan brengen. Het kan zijn dat bedrijven en overheden die satellieten in de ruimte willen brengen eerst de kat uit de boom kijken, maar of er straks ook vanuit commercieel oogpunt echt behoefte is aan een dergelijke krachtige raket, valt nog te bezien.