SpaceX wil een gigantische raket naar Mars sturen

De toekomst van ruimtevaart wordt aangedreven door ionenmotoren en warp drives, toch? Nou, nog niet. Er is nog steeds wat onontgonnen gebied in de wereld van vloeistof-aangedreven raketten, die sinds de jaren vijtig ruimteschepen aandrijven. SpaceX verkent dit gebied met hun nieuwe Raptor-motor. Als Elon Musk zijn zin krijgt, zal het die motor zijn die de eerste kolonisten naar Mars gaat brengen.

Het lijkt er nu op dat de Raptor ontwikkeld gaat worden om 1 miljoen pond aan stuwkracht gaat opleveren, wat zeker een stap vooruit is. SpaceX' bestaande motoren leveren nu rond de 147.000 pond stuwkracht. De Raptor zal zelfs de centrale raketmotor van de Space Shuttle gaan verslaan, die 375.000 pond stuwkracht leverde. In andere woorden wordt de Raptor een gigantische motor die alleen nog verslagen wordt door de F-1 in de kolossale Satorun V-raket.

Kan SpaceX een raketmotor bouwen die zich kan meten met deze reuzen? Het bedrijf heeft veel succes gehad bij het ontwikkelen van hun motoren. Hun Merlin 1-D, dat de traditionele mix van kerosine en vloeibare zuurstof gebruikt, heeft de hoogste stuwkracht tot gewicht-ratio van alle bestaande raketmotoren. Niettemin gebruikt het nog steeds de techonolgie van alle voorgaande raketmotoren.

Vloeistofaangedreven rakettten werken door een brandstof en een oxidatiemiddel te mengen in een verbrandingskamer, voordat het mengsel aangestoken wordt en uit de onderkant wordt geblazen. Om genoeg kracht te ontwikkelen, moet er een grote hoeveelheid brandstof en oxidatiemiddel gebruikt worden, onder hoge druk. De aanvoer van vloeistof wordt gedreven door een turbopomp, een systeem dat aangedreven wordt door een beetje brandstof voor te verbranden. Om het oxidatiemiddel de verbrandingskamer in te krijgen, gebeurt hetzelfde.

Vloeistofaangedreven motoren gebruiken normaal gesproken een beetje brandstof in de voorverbranding; het grootste deel van de vloeistoffen worden meteen de verbrandingskamer ingespoten. Maar wat nou als dit niet het geval was?

De Amerikaanse luchtmacht en NASA hebben beide een zogenaamd "full-flow cycle" overwogen, die alle brandstof door de turbopumps stuurt. Dat heeft één belangrijk voordeel: meer brandstof en meer oxidatiemiddel door de preburners drijven de turbopumps harder, waardoor de druk in de verbrandingskamer toeneemt. En de motor dus meer kracht kan leveren.

Een full-flow-ontwerp is in de VS nog nooit gebruikt, maar het is wel wat SpaceX wil maken voor hun Raptor-motor.

SpaceX onthulde hun nieuwe motor bij de AIAA Joint Propulsion-conferentie in juli 2010. Ze zouden gebruikt worden bij de toekomstige Falcon X en Falcon XX-raketten. De eerste nieuwe motor was de Merlin 2, een motor met een soortgelijk ontwerp, maar efficiënter dan de Merlin 1-D. De tweede motor die gepresenteerd werd was de Raptor, een verbrandingsmotor die vloeibare zuurstof en waterstof gebruikt om zware raketten aan te drijven.

De keuze voor vloeibare zuurstof en waterstof was een interessante. Vloeibare waterstof is moeilijk om mee om te gaan, moet geïsoleerd blijven en heeft een lagere dichtheid dan kerosine. Dat betekent dat een waterstoftank voor een Falcon-raket een stuk groter moet zijn dan huidige kerosinetanks. Wisselen naar vloeibaar waterstof zou dus ook hogere kosten betekenen voor een bedrijf dat zich richt op het verlagen van de prijs van ruimtevaart.

Elon Musk bleef zinspeelde continue op de verandering in raketmotor na de conferentie van 2010. Hij liet ook iets vallen over een vloeibaar methaan- en zuurstofraket die genoeg stuwkracht heeft om zijn Mars Colonial Transporter te lanceren - een herbruikbaar systeem dat in theorie 100 kolonisten tegelijk naar de rode planeet kan transporteren.

Het wisselen van kerosine voor methaan geeft ongeveer dezelfde prestatie. Kerosine is net iets lichter, maar methaan is efficiënter als brandstof. Het is ook mogelijk om methaan te scoren op Mars, en het is een schonere brandstof die weinig troep in de pijpen van de raketmotor overlaat.

Eind 2013 onthulde SpaceX dat hun Raptor de krachtigste verbrandingsmotor op vloeibaar methaan en zuurstof is. Met negen van deze full-flow motoren zou SpaceX een ontzettend krachtige manier in handen hebben om mensen op Mars te krijgen.

Raptor is nog niet helemaal klaar om gigantische ladingen de ruimte in te schieten, maar het komt er in de buurt. SpaceX zal de Raptor-motor testen in samenwerking met de NASA bij de Stennis Space Center in Mississippi. Musk hoopt dat SpaceX hun Raptor-raket binnen tien jaar klaar kan hebben voor interplanetaire vluchten.