NASA har som bekendt en plan om at vende tilbage til Månen – måske så tidligt som 2024.
Projektet hedder Artemis, og selv om det blev startet af Trump, ser Joe Biden ud til at støtte det.
Men lige som vi mente at have lidt styr på Artemis, traf NASA i april en beslutning, som er meget risikabel, men på længere sigt har mulighed for helt at ændre alle planer om, hvordan vi fremover skal flyve først til Månen og siden til Mars.
For NASA har nu købt et rumskib hos SpaceX ved navn Starship, som nok kan lande på Månen, men som oprindelig var beregnet til at sende mennesker til Mars.
Det er en beslutning, som har ført til mange kommentarer. Den bedste kommentar, vi har set, lyder: ’With Starship, NASA is buying the Moon, but investing in Mars’.
Starship har i øvrigt en stor lighed med de rumskibe, som Hollywood viste i science fiction film fra 1950'erne…
Med købet af Starship løber NASA en enorm risiko, der i yderste konsekvens kan forsinke Artemis i mange år, men også har mulighed for at skære årtier af de mere langsigtede planer om at flyve til Mars og måske længere ud i solsystemet.
Valget af Starship
Købet af Starship var bare en af de mange beslutninger, som NASA hele tiden må træffe for at gennemføre Artemis.
NASA havde brug for at købe et fartøj, som kunne lande på Månen, da NASA's eget rumskib, Orion, kun kan gå i bane om Månen, men ikke lande.
Tre store firmaer havde givet hver deres bud på en månelander, og NASA havde sådan set lovet at købe to, hvis der nu skulle opstå problemer med et af projekterne.
De tre projekter, som valget stod imellem, var udviklet af henholdsvis SpaceX, Blue Origin og Dynetics.
Her var SpaceX nok det mest kendte, fordi de allerede er meget aktive indenfor rumfarten. De har bygget Dragon-rumskibet, som NASA nu anvender til at sende astronauter op til ISS, samt Falcon-raketterne, der udmærker sig ved, at man her kan genanvende første trin, hvilket gør raketterne meget billige.
Blue Origin og Dynetics har holdt sig pænt til NASA's planer og derfor foreslået rumskibe, som alene var beregnet til at løse den stillede opgave, der går ud på at, fra en rumstation i bane om Månen, landsætte mindst to astronauter på Månen.
De to rumskibe kræver ikke de store tekniske gennembrud, og det nedsætter risikoen både for forsinkelser og store budgetoverskridelser. De burde derfor anses for forholdsvis sikre valg, hvis man bare vil til Månen uden de store problemer eller forsinkelser.
Det forslag, SpaceX kom med, var med en pris på 2,9 milliarder dollar det billigste, men alligevel langt det mest ambitiøse.
Sagt kort, så er Spaceship ikke bare en månelander, men et rumskib, der fra starten er beregnet til at flyve til Mars, måske for at kolonisere planeten.
Det er derfor en meget stor raket med plads til mange astronauter og mange ton gods – for rejsen til Mars er jo lang, og manglen på butikker i rummet betyder, at man skal tage alting med hjemmefra.
Så det tilbud, Elon Musk kom med, var en marsraket, der også kunne lande på Månen.
Den kan meget mere, end NASA har bedt om - til gengæld er det en meget risikabel investering. Men lykkes den, vil NASA's nuværende måneraket med det kedelige navn SLS (Space Launch System) pludselig virke meget gammeldags – og så vil SpaceX sikkert stå parat til at få en endnu større indflydelse på måneprogrammet.
Starship og drømmen om Mars
For at forstå betydningen af valget, er det nødvendigt at se lidt på historien bag Starship.
SpaceX begyndte at konstruere denne enorme raket for næsten 10 år siden, simpelthen fordi Elon Musk havde en vision om en dag at kolonisere Mars.
At bruge penge på et sådant projekt er nok ikke noget, et firma, som skal levere et overskud, normalt ville gå i gang med, men her er et eksempel på, at en mands visioner kan blive til virkelighed.
Det hjalp også godt, at SpaceX i de sidste 10 år har tjent en masse penge på deres Falcon-raket og Dragon-rumskib – og de håber også at kunne tjene mange penge på det enorme Starlink-projekt, der omfatter tusinder af internetsatellitter.
Så pengene er der, og det i et sådant omfang, at flere uheld ved de første opsendelser af Starship ikke har bragt projektet i fare.
Sådan fungerer Starship-raketten
Starship er en totrinsraket, men navnet bruges nu mest om det andet trin. SpaceX har truffet tre helt afgørende valg ved konstruktionen:
1) Raketten skal bygges af rustfrit stål, som er billigt. Det er måske ikke helt så let som de supermoderne legeringer, der normalt anvendes, men det letter konstruktionen. Desuden tåler stål bedre opvarmning end de lette kul-fiber materialer, som man tidligere overvejede. Og da Starship skal genanvendes, kommer den jo ud for gentagne gange at blive opvarmet under turen ned gennem atmosfæren.
2) Starship skal alene bruge flydende metan og flydende ilt som brændstof. Det er et godt raketbrændstof, men dog ikke helt så effektivt som flydende brint – men igen: Flydende metan er både billigt og langt lettere at anvende end flydende brint. Flydende metan kræver en temperatur på -160 grader, mens brint først bliver flydende ved -253 grader, altså en temperatur næsten 100 grader lavere. Keep it simple…
3) Bortset fra mindre styremotorer skal begge trin kun anvende en type raketmotor kaldet Raptor, som også er produceret af SpaceX. Det er en stor motor med en løftekraft på 2 MN, stort set svarende til at kunne løfte en vægt på 200 ton.
Første trin hedder for tiden Super Heavy (men der er ofte navneskift), og det drives af ikke mindre end 28 Raptor-motorer.
På toppen sidder så selve Starship, der er udstyret med seks Raptor-motorer. Disse seks motorer sender Starship i bane om Jorden, og efter en optankning ude i rummet tændes motorerne igen, så kursen kan sættes mod Månen. Når brændstoftankene er tømt, vejer Starship omkring 120 ton.
Men Starship er meget mere end bare et øvre trin på en raket. Det er nemlig også et rumskib med plads til op mod 40 kabiner til astronauter eller passagerer, et stort lastrum, et køkken og en ’stormcelle’ - et lille strålingsbeskyttet rum, hvor man kan gemme sig, hvis der kommer voldsomme udbrud på Solen.
En tankstation i rummet er nødvendig
Et af de store problemer er, at Starship kun kan flyve til Månen eller Mars, hvis det tankes op ude i rummet. For at forlade banen om Jorden og flyve videre mod Månen eller Mars, skal rumskibet øge sin hastighed med mange tusinde kilometer i timen.
\ Om artiklen forfattere
Helle og Henrik Stub er begge cand.scient'er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.
I snart 50 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.
De står bag bogen 'Det levende Univers' og skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk, hvor de går under kælenavnet 'Stubberne'.
Det kræver store mængder brændstof i form af flydende metan og flydende ilt. Dette brændstof skal så sendes op med et eller flere tankrumskibe, men den virkelige udfordring er i den vægtløse tilstand at overføre dette brændstof til Starship.
Det er bestemt ikke nogen simpel opgave, og vi har kun meget begrænset erfaring med optankning i rummet – og slet ingen erfaring med at overføre måske flere hundrede ton brændstof.
Men det tager SpaceX-ingeniørerne som en udfordring, og de er allerede nu ved at konstruere en udgave af Starship, der kan bruges som tankrumskib.
Meningen er, at i hvert fald det første tankrumskib skal opsendes før Starship, således at tankrumskibet er på plads ude i rummet, når Starship ankommer.
Selv om SpaceX er kendt for at kunne bygge billige raketter, så vil en ekstra opsendelse af et, måske flere, store tankrumskibe koste en hel del.
Men planen er også, at Starship skal kunne genbruges, og det kan godt bringe prisen så langt ned, at det godt kan betale sig at optanke i rummet.
På lang sigt er der ingen tvivl om, at optankning i rummet bliver en nødvendighed. Men hvis man vil til Månen hurtigt, så er det nu noget af en satsning at indføre denne helt nye teknik.
Raptor-motorerne er for kraftige til månelanding
Et andet problem er de seks store Raptor-motorer. De er nødvendige for at sende Starship fra en bane om Jorden og til enten Månen eller Mars.
Men de er alt for store og kraftige til en landing på Månen, hvor tyngdekraften kun er 1/6 af Jordens tyngdekraft.
Ikke bare bruger de store motorer masser af brændstof, men bruger man dem, vil de slynge en masse støv op fra måneoverfladen, som vil genere udsigten.
Løsningen er, at det 50 meter høje Starship ikke skal anvende de store Raptor-motorer, som sidder i bunden af raketten, men i stedet 24 mindre styremotorer, som også er drevet af flydende metan og ilt. Disse motorer sidder så højt oppe på raketten, at det er såre begrænset, hvad de kan hvirvle op af støv.
Man kan dog ikke bare træde ud på Månen, for besætningen sidder oppe i toppen, og der er lang vej ned. Det er på nuværende tidspunkt uklart, om de ligefrem skal tage en elevator ned…
SpaceX giver NASA problemer
Når NASA træffer en så stor afgørelse, giver det ofte problemer med de firmaer, som ikke får kontrakten. Det er også tilfældet her.
Blue Origin, der ejes af rigmanden Jeff Bezos, har indgivet en formel klage over ’fejl i indkøbsprocessen’, noget, som NASA ikke har villet kommentere på. Der klages også over, at NASA kun har valgt én leverandør, selv om den oprindelige plan var, at NASA skulle vælge to leverandører.
Her viser historien da også, at det er klogt ikke at satse alt på en enkelt leverandør.
NASA har jo netop to leverandører til de rumskibe, som sender astronauter op til ISS, nemlig SpaceX og Boeing.
SpaceX har allerede leveret varen og sendt astronauter op til ISS med deres Dragon-rumskib.
Men Boeing løb ind i store tekniske problemer, især med deres software. Det har ført til en næsten to år lang forsinkelse, og man regner nu med, at vi skal helt frem til slutningen af 2021, før Boeings rumskib, Starliner, kan opsende de første astronauter – og til den tid er SpaceX allerede i fuld gang med at sende turister ud i rummet med deres Dragon-rumskib.
Bezos fra Blue Origin har jo fuldstændig ret i, at det nedsætter sikkerheden for NASA kun at have én leverandør – og så lyder det også mærkeligt, at det uhyre ambitiøse SpaceX-projekt skulle være det billigste. På nuværende tidspunkt ved vi bare to ting:
- NASA har ikke fået de nødvendige midler til Artemis, og det gør det næsten umuligt at betale for at have to leverandører.
- NASA har flere kritiske kommentarer til de to projekter, som ikke blev valgt
Sandsynligvis er alt gået helt efter reglerne, men det vil vi vide mere om, når klagen er behandlet senest 4. august.
Kan NASA overleve SpaceX?
Der er en lille drejning på historien, der godt kan få en til at tænke over konsekvenserne af afgørelsen.
Som planen er nu, skal astronauterne opsendes med NASA's eget rumskib, Orion, og SLS-raketten, som er en slags arvtager til den gamle Saturn 5-måneraket.
Orion skal mødes med Starship ude ved Månen. Her stiger astronauterne så ombord på Starship, som sørger for resten af turen ned til Månen og returrejsen til Orion, der har ventet ude i rummet. Det er Orion, som skal bringe astronauterne tilbage til Jorden.
Men Starship kan udstyres med et varmeskjold, så den også kan flyve hele vejen tilbage til Jorden, så i princippet kan måneflyvningen gennemføres uden brug af Orion.
Og som om det ikke er nok, kan SpaceX kan også godt med tiden undvære SLS-raketten. Starship er nemlig stor nok til at kunne løse alle de opgaver, som var tiltænkt SLS.
Og hvis Starship ender med at kunne genbruges, vil den også blive billigere end SLS, som er en meget ’klassisk’ konstruktion som ikke er beregnet til genbrug.
\ Læs mere
For NASA har det altid været vigtigt at kunne fordele arbejdet med rumprojekter over mange stater, da arbejdspladser er et virkeligt godt argument, når pengene skal bevilges.
Det kan godt være, at SpaceX-ingeniørerne er vældig dygtige, men SpaceX er et firma, og kan ikke bare sådan udlicitere en masse arbejde af politiske grunde. Alene af den grund er brugen af SpaceX politisk set ikke nær så god en ide som NASA's egen måde at fordele arbejdet på– og moderne rumfart er i meget høj grad styret af politik.
SpaceX er nu så stort et firma, at firmaet efterhånden vil få en enorm indflydelse på hele rumprogrammet. Derfor bliver det centrale spørgsmål om måske bare 10 år, hvordan forholdet skal være mellem NASA og de store rumfirmaer som SpaceX ved udforskningen og anvendelsen af rummet.
Alt tyder på, at vi står overfor ’interesting times’ i rumfarten.
