Big Falcon Rocket

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
(Doorverwezen vanaf Interplanetary Transport System)
Ga naar: navigatie, zoeken

De Big Falcon Rocket of BFR (eerder bekend als het Interplanetary Transport System ITS, en daarvoor als Mars Colonial Transporter of MCT) is een toekomstig volledig herbruikbaar ruimtevaartuig van SpaceX dat is bedoeld om 150 ton aan vracht of tot 42 mensen per vlucht in de ruimte te brengen. In expendable mode zou dat zelfs 250 ton kunnen zijn. Vluchten naar Mars (en terug) behoren tot de mogelijkheden. De BFR ligt momenteel bij SpaceX op de tekentafel en werd op 27 september 2016 door SpaceX oprichter en CEO Elon Musk op het International Astronatical Congress gepresenteerd als Interplanetairy Transport System. Een jaar later werd een verkleind, makkelijker haalbaar ontwerp met een bredere inzetbaarheid gepresenteerd met de naam Big Falcon Rocket. Het project staat onder directe leiding van Musk zelf[1].

Elon Musk wil in de toekomst met de BFR de Falcon 9, de Falcon Heavy en de Dragon 2 vervangen, bemande maanlandingen en marslandingen uitvoeren en zo mogelijk zelfs langeafstandsvluchten op aarde uitvoeren.

Geschiedenis[bewerken]

Voorgeschiedenis[bewerken]

In 2003, een jaar na de oprichting van SpaceX, gaf Musk al aan te dromen van het bouwen van een "Saturnus 6" [2]. Sinds 2007 heeft Musk kleine stukjes van zijn plannen voor Mars-kolonisatie vanaf de jaren 2020 gemaakt en meermaals bijgesteld. Een eerste vrachtmissie met de MCT zou in zijn planning in 2022 gelanceerd moeten worden En de eerste mensen komen in 2024 op Mars aan. Er wordt dan een begin gemaakt met de bouw van een zelfvoorzienende Martiaanse stad voor tienduizenden inwoners.

Vergelijking van SpaceX raketten Falcon 9 1.0 met Merlin 1C-raketmotoren, Falcon 9 1.1 met Merlin 1D-raketmotoren en een tien meter diameter Mars-draagraket met (toen nog) enorme Raptors zoals die in 2013 werd voorgesteld

In 2010 sprak Elon Musk eenmalig over een serie super-heavy-lift-raketten die "Falcon X", "Falcon X Heavy" en "Falcon XX" zouden heten. Deze waren goed bekeken uitvergrotingen van de Falcon 9 en Falcon Heavy en moesten zeer zware nog te ontwikkelen Merlin 2-raketmotoren gaan gebruiken. Musk toonde daarbij een artistieke impressie van dat plan [3]. Zowel de Merlin 2 als de Falcon X-serie kwamen niet verder dan de conceptuele fase. In de ontwikkeling van een zeer zware raketmotor werd RP1-kerosine als brandstof bij het Merlin 2-concept vervangen door Methaan voor de Raptor-raketmotor waarvan de ontwikkeling in 2012 werd aangevangen.

Ondertussen heeft SpaceX het bouwen lanceren en landen van raketten en ruimteschepen onder de knie gekregen met de Falcon 9, de Dragon en de Dragon 2. Veel van deze bekwaamheid en ontwikkelde technieken zijn nodig voor de veel grotere BFR.

Ontwikkeling[bewerken]

Er wordt sinds 2014 met meer prioriteit gewerkt aan een nieuwe, op methaan werkende raketmotor genaamd Raptor die een reusachtige draagraket met de werknaam BFR moet gaan voortstuwen. Deze draagraket zou net als de Falcon 9 en Falcon Heavy (deels) herbruikbaar zijn en met een landingsgestel uitgerust worden. Dat betekent dus dat de Raptors voor een landing ook in staat zouden moeten zijn als retroraketten te fungeren voor een zachte landing. BFR stond toen overigens voor "big fucking rocket". De BFR is nodig om de MCT uit de zwaartekracht van de aarde te krijgen. Maar de MCT, die het formaat zal hebben van zo'n honderd SUV's, kan door de kleinere zwaartekracht en dunnere Mars-atmosfeer zelfstandig terug naar de aarde vliegen[4]. De Raptor zou volgens Musk de effectiefste raketmotor ooit moeten worden met de gunstigste stuwkracht per kilogram brandstof verhouding ooit. Het record voor de gunstigste stuwkracht per kilogram brandstof verhouding is overigens al in handen van SpaceX dat dit record vestigde en door upgrades meermaals verbeterde met de Merlin 1D-raketmotor. De keuze voor methaan als brandstof is gemaakt omdat methaan "betrekkelijk gemakkelijk" uit de atmosfeer van Mars gewonnen kan worden. Een Mars-rakettrap zou dan kunnen landen en opnieuw volgetankt kunnen worden. Elon Musk heeft in 2015 aangegeven dat er een "vriendelijkere" naam voor de "BFR" bedacht gaat worden.

Om 100.000 kg nuttige lading naar Mars te brengen is wel zeker dat de raket zo groot moet zijn, dat de Saturnus V (met 110 meter hoogte de grootste raket tot nog toe gebouwd) er nietig bij lijkt. In januari 2016 kreeg SpaceX een subsidie van het Amerikaanse ministerie van defensie voor het ontwikkelen van een prototype upperstage-uitvoering van de Raptor. In juli 2016 werd de eerste complete Raptor naar de SpaceX' eigen McGregor Test Facility in Texas vervoerd om testen te ondergaan. Het gaat dan nog om een verkleinde maar volledig werkende uitvoering van de Raptor. De eerste test vond plaats in september 2016 en foto's van die test werden een dag voor de presentatie van het ITS-ontwerp door Musk op Twitter geplaatst. Daarbij meldde Musk de beoogde technische gegevens voor de Raptor.

Lanceringen zullen waarschijnlijk plaatshebben vanaf SpaceX eigen ruimtehaven die in het Texaanse Boca Chica enkele kilometers van de Mexicaanse grens aan de Golf van Mexico in aanbouw is.

In eerdere plannen bestond de draagraket uit een of drie core-boosters met een diameter van 10 meter. Iedere core-booster zou negen Raptors in een octaweb ophanging hebben zoals de Merlin 1D motoren bij de Falcon 9 en Falcon Heavy zijn geplaatst.

In 2015 werd gesproken over een enkele booster met een diameter van 12,5 tot 15 meter.

Op sociale media en dan vooral op Reddit werd rijkelijk gespeculeerd over hoe de MCT en BFR er uit zouden zien. Op 17 september 2016 meldde Musk op Twitter dat gebleken was dat de MCT in staat is veel verder dan mars te kunnen komen en dat er dus een andere naam gekozen moest worden. Het publiek kwam massaal met suggesties[5]. Een dag later bevestigde Musk op Twitter de naam Interplanetary Transport System[6].

Het in 2016 gepresenteerde ontwerp: ITS[bewerken]

Op 27 september 2016 presenteerde Elon Musk het conceptontwerp van het ITS onder grote internationale mediabelangstelling op de International Astronautical Conference in Mexico. Het ITS zal uit drie grote onderdelen bestaan. Een booster-raket, een bemand ruimteschip en een ruimtetankschip [7]. Musk meldde dat het ontwerp gedurende de ontwikkeling er op details er wat anders uit komt te zien dan op de animatie, maar dat ze het ruimteschip wel zoveel als mogelijk erop willen laten lijken. Verder wil hij de bouw van zijn gedroomde stad op Mars niet zelf uitvoeren, maar de vlucht erheen faciliteren opdat anderen Mars gaan inrichten. Om gewicht te besparen zal het ITS grotendeels van composiet-materialen gebouwd worden.

De booster[bewerken]

Een voorstelling van de ITS-Booster tijden de vlucht terug naar de aarde. De motoren van middencluster worden ook als rem-raketten gebruikt.

De booster is een 77,5 meter lange herbruikbare raket-trap die het ruimteschip tot aan de rand van de ruimte brengt. Deze heeft een diameter van 12 meter die wordt voortgestuwd door 42 Raptors die voor gebruik in de atmosfeer zijn bedoeld en gezamenlijk een stuwkracht van 127 meganewton leveren. Ter vergelijking: dat is drie-en-een-half keer wat een Saturnus V-maanraket leverde. De Raptors zijn in 2 ringen en een middencluster geplaatst. De buitenste ring bevat 21 Raptors, de binnenste ring bevat er 14. Het middencluster bestaat uit een middelste Raptor met daaromheen zes Raptors. Dit middencluster is beweegbaar waardoor ermee te sturen is. De motoren van ringen er omheen zijn gefixeerd. Anders dan de Falcon 9-boosters, heeft de ITS-booster drie landingspoten en drie gridfins in plaats van vier. Bij het uitvallen van enkele motoren zal de raket door langer te branden toch zijn missie kunnen voltooien. Musk verwacht de landingstechnieken nog zo te verfijnen dat de booster terug op het lanceerplatform zou kunnen landen.

Het bemande ruimteschip[bewerken]

Het ITS-ruimteschip nadert de ringen van Saturnus
Voorstelling van een ITS ruimteschip op het oppervlak van Jupiters maan Europa.

Ook het eigenlijke ruimteschip heeft een diameter van 12 meter en drie landingspoten. Het Vehicle is 49,5 meter lang en is uitgerust met negen Raptors die gezamenlijk een maximale stuwkracht van 31 meganewton in de ruimte kunnen leveren. Drie Raptors zijn voor zeeniveau bedoeld (om te landen) en zes daaromheen geplaatste raptors hebben verlengde straalpijpen voor effectiever gebruik in het vacuüm van de ruimte. Het voorste deel van het ruimteschip is bedoeld voor de passagiers het achterste deel bestaat grotendeels uit brandstoftanks. Tijdens de presentatie werd een foto van een prototype LOX-tank getoond met een aantal SpaceX medewerkers ervoor, waardoor het enorme formaat van het ruimteschip zichtbaar werd. Deze tank sneuvelde overigens begin 2017 tijdens een test waarbij de druk bewust werd opgevoerd tot de tank het zou begeven.[8]. Aan boord is ruimte voor 100 ruimtekolonisten inclusief hun bagage. De voorkant bevat een groot raam in een gemeenschapsruimte die een soort restaurant of kantine moet zijn. De Raptors brengen het ruimteschip vanaf de rand van de ruimte naar een parkeerbaan (om de aarde). Daar wordt het bijgetankt om zijn weg naar Mars te vervolgen. Één zijde van het ruimteschip is voorzien van een hitteschild dat van achter iets langer is zodat het ook de Raptors beschermt tegen hitte die ontstaat tijdens het binnendringen van een atmosfeer. Op Mars kan het ruimteschip rechtstandig landen. Nadat het is bijgetankt met een installatie die methaan en zuurstof uit de Martiaanse atmosfeer kan winnen kan het ruimteschip terugvliegen. Het ruimteschip kan echter ook gebruikt worden voor bemande ruimtevaart naar manen van Jupiter of Saturnus.

Het tankschip[bewerken]

Een voorstelling van het bijtanken in de parkeerbaan.

Het tankschip wordt op dezelfde booster als het ruimteschip gelanceerd en is qua vorm en voortstuwing identiek. In de ruimte aangekomen zal het brandstof in het bemande ruimteschip laden waarmee het bemande ruimteschip naar Mars vliegt om er te kunnen landen. Het tankschip keert terug naar de aarde en landt daar rechtstandig.

Raptor[bewerken]

Foto van de eerste Raptor test op 25 september 2016

De voor het ITS ontwikkelde Raptor-raketmotor is kleiner dan eerder werd voorgesteld, ongeveer even groot als de Merlin 1-motoren van de Falcon-raketten, maar levert driemaal zoveel stuwkracht. De Raptor maakt gebruik van een zogenaamde "full-flow stage combustion-cycle". Als brandstof worden vloeibare methaan en vloeibare zuurstof gebruikt (methalox) die tot net boven de stollingstemperatuur zijn gekoeld. Door de brandstoffen zo extreem te koelen slinken ze en past er meer van in de tanks en door de leidingen. Deze techniek werd al eerder in de zuurstoftank van de Falcon 9-full thrust gebruikt.

De beoogde technische gegevens voor de vacuüm-Raptor zijn:

  • een specifieke impuls van 382 seconden; 3.500 kilonewton aan stuwkracht bij 300 bar.
  • een straalpijp met een diameter van ruim 4 meter.
  • de druk in de verbrandingskamer is 3 maal die van een Merlin 1D.
  • een expansieratio van 200

Voor de zeeniveau Raptor zijn de beoogde technische gegevens:

  • een specifieke impuls van 334 seconden; 3.050 kilonewton aan stuwkracht bij 300 bar.
  • de druk in de verbrandingskamer is 3 maal die van een Merlin 1D.
  • een expansieratio van 40

Formaat[bewerken]

Door het ruimteschip in de ruimte bij te tanken kan het formaat van de raket nog enigszins in de hand gehouden worden. Een totale lanceercombinatie is daardoor met een lengte van 122 meter, maar 12 meter hoger dan de Saturnus V. De combinatie is over bijna de gehele lengte 12 meter in diameter. Om dit in één keer te lanceren had de raket veel groter en duurder moeten zijn.

Lanceringen[bewerken]

Volgens de plannen van 2016 Zou in eerste instantie het ITS vanaf Lanceercomplex 39A van het Kennedy Space Center gelanceerd worden. Het is volgens Musk groot genoeg. LC-39A wordt momenteel voor de Falcon Heavy en Falcon 9 gebruikt. LC-39A was ook het Lanceercomplex voor de meeste Maanvluchten van het Apolloprogramma en later één van de twee lanceerplaatsen van het spaceshuttleprogramma.

Herbruikbaarheid, kosten en doel[bewerken]

De grote onderdelen van het ITS kunnen allemaal landen en opnieuw gelanceerd worden en zijn bedoeld voor 12 tot 15 vluchten. Door herbruikbaarheid moeten de kosten per vlucht betaalbaar worden. Musk streeft naar een ticketprijzen van 200.000 dollar. Een bedrag dat in zijn visie veel mensen kunnen betalen wanneer ze hun huis verkopen. Anders dan bij de plannen van Mars One is een vlucht terug ook mogelijk, met methaan en zuurstof gewonnen op Mars (zie ook boven). Maar hij verwacht dat het grootste deel van de mensen daar geen gebruik van maakt. In 46 tot 106 jaar tijd moet het aantal kolonisten op Mars een miljoen zijn. Dat is volgens Musk het minimumaantal mensen dat nodig is voor een zelfstandige zelfvoorzienende samenleving. Middels terravorming moet Mars dan een leefbare planeet worden en de mensheid multiplanetair.

Het in 2017 gepresenteerde ontwerp: BFR[bewerken]

In het voorjaar van 2017 gaf Elon Musk al aan dat het ontwerp van het ITS verkleind zou worden. Op 29 september 2017 presenteerde hij zijn ontwerp op de International Astronautical Conference in het Australische Adelaide.

De naam Interplanetairy Transport System lijkt losgelaten te zijn. Musk sprak weer van “de codenaam BFR”. Eerder had ook Gwynne Shotwell de term BFR gebruikt en uitgelegd dat de afkorting nu voor Big Falcon Rocket staat, waarmee de afkorting zijn profane betekenis verloor.

Er zijn een aantal redenen om de BFR kleiner te maken. In de rakettenfabriek in Hawthorn passen geen raketten met een 12 meter diameter. De BFR zal een diameter van 9 meter hebben. Door de BFR multifunctioneel te maken kan SpaceX de ontwikkelingskosten terugverdienen. De BFR zal in staat zijn om tot ongeveer 150 ton aan vracht in een lage baan om de aarde te brengen en daarbij volledig herbruikbaar zijn. Musk wil op den duur de Falcon 9 en de Falcon Heavy vervangen door de BFR. De lanceerkosten per kilogram vracht zouden veel lager zijn dan die van welke raket tot nog toe gebouwd.

De BFR zal in staat zijn op de maan te landen en zonder daar bij te tanken weer op te stijgen en terug te keren naar de aarde. Op Mars is bijtanken met op Mars gegenereerde brandstof wel nodig voor de terugvlucht.

Andere belangrijke verschillen met het 2016 ontwerp:

  • De booster zal nu 31 Raptor-motoren in plaats van 42 hebben.
  • Het ruimteschip zal vier vacuüm Raptors en twee zeeniveau Raptors hebben en is 48 meter lang. Ook zijn er twee kleine deltavleugels aan de onderkant aangebracht om tijdens terugkeer in de atmosfeer het schip te stabiliseren en te besturen. Aan boord is ruimte voor 42 mensen in plaats van 100.
  • Alle motoren van het ruimteschip/tweede trap zijn kantelbaar.
  • Het tankschip en het passagiersschip koppelen aan met hetzelfde systeem waarmee ze aan de booster zitten. Dus niet buik aan buik.
  • De totale combinatie zal 106 meter lang zijn en een diameter van 9 meter hebben.
  • Ook in deze verkleinde vorm gaat het nog steeds om de krachtigste raket ooit.
  • De straalpijp van de Raptor voor zeeniveau zal een diameter van 130 cm hebben. De diameter van straalpijp van de Raptor voor het vacuüm 240 cm.


Aangezien Musk de Falcon 9 en de Falcon Heavy wil vervangen door de BFR komt er dus ook een uitvoering van de tweede trap die satellieten kan afzetten.

Eerder maakte SpaceX al bekend dat de in aanbouw zijnde lanceerbasis bij Boca Chica in Texas voornamelijk voor de BFR zal worden ingericht. SpaceX is van plan een grote voorraad Falcon 9’s en Falcon Heavy’s te bouwen zodat ze daarna de ruimte hebben om hun personeel voor de ontwikkeling van de BFR in te zetten. SpaceX zou al in mei 2018 willen beginnen met de bouw van de eerste BFR en zou het systeem in 2022 werkend willen hebben. Aan het eind van zijn presentatie toonde Musk een animatie van een suborbitale passagiersvlucht van New York naar Shanghai waarbij lanceer-en-landingsplatform in zee worden gebruikt.

Latere toelichting en ontwerp aanpassing[bewerken]

Tijdens een Reddit AMA op 14 oktober 2017 schreef Elon Musk dat er sinds de presentatie een en ander in het ontwerp van de BFR ruimteschepen is aangepast. Er zullen drie in plaats van twee Raptors voor zee niveau komen. Ook gaf hij inzicht in de Raptor. Het is een motor waarvan de grootte en kracht makkelijk aan te passen is. De kleine stuwmotoren voor de besturing zullen ook op methalox werken en de verbrandingskamer lijkt veel op die van de Raptor, maar is drukgevoed. Dit is zo omdat deze snel moeten kunnen starten en een turbopomp teveel tijd nodig heeft om opgang te komen.

Om de BFR te testen wil Musk beginnen met suborbitale vluchten van slechts enkele honderden kilometers. De snelheden van deze testvluchten liggen nog zo laag dat een hitteschild op dit testvoertuig nog niet nodig is. [9]

Voorbereiding[bewerken]

Nog voor de BFR klaar is had SpaceX al onbemande ruimteschepen van het type Dragon 2 naar Mars willen sturen. SpaceX gebruikt voor deze Red Dragon-missies de Falcon Heavy als draagraket. De missies moeten vanaf 2020 beginnen om hun technieken te testen en meer over het landen op Mars te leren. Eerdere plannen voor een Red Dragon-missie in 2018 bleken niet haalbaar en werden uitgesteld tot de volgende lanceermogelijkheid. In de loop van 2017 werd duidelijk dat het landingsgestel van de Dragon 2 dat door het hitteschild naar buiten moest komen niet aan de veiligheidseisen voldeed. Hierop werd besloten dit ontwerp los te laten en tot zeelandingen over te gaan. Bijgevolg betekende dit dat de Red Dragon niet kon doorgaan aangezien er op Mars geen vloeibaar water is. Musk kwam in tussentijd ook tot de conclusie dat een propulsieve landing op Mars met motoren aan de zijkant van het schip niet de beste manier is. Inmiddels is de verkleinde BFR in ontwikkeling en zet Musk daar vol op in.

In een Q&A na de presentatie in 2016 gaf Musk aan in 2017 een nieuwe (definitieve) versie van de Falcon 9 (block 5 uitvoering) te willen introduceren. Velen gingen ervan uit dat deze de nieuwe krachtiger Raptors zal gebruiken en de basis van de technologie van het ITS zal bewijzen. Dit bleek echter niet het geval, de Falcon 9 block 5 gebruikt net als zijn voorgangers Merlin 1D-motoren. Wel kondigde Musk in juli 2017 aan eerst een kleine versie van de BFR te willen bouwen, dit nog steeds zeer krachtige lanceertuig zou echter niet specifiek voor interplanetaire vluchten maar ook voor commerciële zeer zware vrachten bedoeld zijn.[10][11] Op 29 september 2017 zal Elon Musk een update geven op de International Astronautical Conference in het Australische Adelaide.

Kritiek[bewerken]

Ook is er scepsis. Zo denken veel critici dat SpaceX niet in staat is zo'n groot project op tijd te kunnen realiseren. "De voor 2013 beloofde Falcon Heavy vliegt anno 2016 immers ook nog niet" en veel Falcon 9 vluchten liepen grote vertraging op. Elon Musk bracht daar tegenin dat de Falcon Heavy in eerste instantie een concept was en verbetering van de Falcon 9 meer prioriteit kreeg. De Falcon Heavy kreeg pas een tijdschema toen er klanten voor waren. De BFR heeft echter wel vanaf het begin een strak ontwikkelingsschema.

Anderzijds is er de mening dat de BFR een betaalbaar alternatief voor NASA's Space Launch System zou zijn, aangezien die enorm "over budget" is geraakt. Zeker met het BFR concept uit 2017 komen de mogelijkheden van BFR en zwaarste uitvoering van SLS overeen. Aangezien de BFR herbruikbaar is in tegenstelling tot het SLS zou dit enorm op de lanceerkosten besparen.

Externe Link[bewerken]

Zie ook[bewerken]

Bemande ruimtevaart naar Mars