De onderzoekstak van het Amerikaanse leger, Darpa, maakte eind vorige maand bekend dat Boeing de aanbesteding van zo’n ruimtevliegtuig heeft gewonnen. Het aerospacebedrijf liet daarbij geduchte concurrenten achter zich.

Met de opdracht kan Boeing een proefversie bouwen van het toestel dat Defensie de XS-1 noemt; Boeing spreekt liever van de Phantom Express.

Wat de Amerikanen met het onbemande ruimtevliegtuig voor ogen staat, is ambitieus. Het moet een compleet herbruikbaar toestel worden dat in tien dagen tijd tien satellieten in een lage baan om de aarde kan afzetten. Het gaat dan om satellieten met een bescheiden omvang: maximaal 1360 kilo (3000 pond).

Die aanpak zou lanceringen met niet minder dan een factor tien goedkoper moeten maken. Het commerciële ruimtevaartbedrijf SpaceX rekent bijvoorbeeld minstens 60 miljoen dollar (54 miljoen euro) per lancering. Klanten zouden tot 30 procent korting krijgen wanneer de lancering plaatsheeft met een raket waarvan de eerste trap is gerecycled. Maar daarmee komen de kosten nog uit rond de 40 miljoen dollar (36 miljoen euro).

Darpa denkt met de Phantom Express de lanceerkosten te kunnen terugbrengen tot 5 miljoen dollar (4,5 miljoen euro). „De XS-1 zal geen traditioneel vliegtuig zijn, noch een gewone raket; meer een combinatie van beide. Niet alleen willen we zo de lanceerkosten met een factor tien omlaag brengen, we willen hiermee ook naar lancering op verzoek, in plaats van de frustrerend lange wachttijden waar klanten nu mee te maken hebben”, schreef Jess Sponable, programmamanager van Darpa. „We zijn zeer tevreden over de vooruitgang die Boeing heeft geboekt in de eerste fase van het XS-1-programma en zien ernaar uit om die samenwerking voort te zetten in fase 2 en 3: productie en lanceertesten.”

Praktijkproeven

Fase 2 loopt tot 2019 en in die periode zal Boeing het toestel ontwerpen, bouwen en testen. Het bedrijf zal bijvoorbeeld ook proeven doen met alleen de raketmotor om vast te stellen of het inderdaad mogelijk is om in tien dagen tijd tien lanceringen uit te voeren.

In fase 3 zal het toestel een aantal proeflanceringen doorlopen. Het doel is om de Phantom Express in 2020 twaalf tot vijftien ruimtevluchten te laten maken. Verlopen die praktijkproeven zonder problemen, dan wil Darpa het beoogde doel verwezenlijken: tien vluchten op tien opeenvolgende dagen. In eerste instantie zal het toestel nog zonder vracht vliegen en bij een snelheid van maximaal mach 5. „Als alles volgens plan verloopt, volgen daarop vluchten met een snelheid van mach 10 en zal lading in een lage baan om de aarde worden afgezet, in gewicht variërend van 400 tot 1360 kilogram.”

Hoeveel kilometer per uur 1 mach is, hangt af van de omgevingstemperatuur. Space.com-journalist Tariq Malik becijfert dat mach 5 vergelijkbaar is met een snelheid van 6125 kilometer per uur; mach 10 zou gelijk staan aan 12.250 kilometer per uur. Ter vergelijking: het internationaal ruimtestation ISS draait met een snelheid van 27.700 kilometer per uur om de aarde.

Het ruimtevliegtuig zelf zal trouwens maar een hoogte van zo’n 100 kilometer bereiken, de grens met de ruimte. De satelliet en een tweede rakettrap liften mee op de rug van het ruimtevliegtuig. Bij het bereiken van de grens met de ruimte koppelt die combinatie los, de tweede trap ontbrandt en zet de satelliet even later af in zijn baan om de aarde. Het ruimtevliegtuig keert ondertussen terug naar de aarde en landt als een gewoon vliegtuig.

De raketmotor van de Phantom Express zou veel lijken op de hoofdmotor van de spaceshuttle; een van de drie hoofdmotoren, om precies te zijn. De shuttlemotor tapte bij lancering zijn brandstof –vloeibare zuurstof en vloeibare waterstof– uit de roestbruine externe tank. De Phantom Express zal interne brandstoftanks krijgen.

Bij terugkeer naar de aarde was de spaceshuttle in feite een zweefvliegtuig. De bemanning kon met de roeren en stuurraketten alleen kleine koerscorrecties uitvoeren. Of de XS-1 ook als een zweefvliegtuig zal landen, zijn raketmotor zal gebruiken of misschien een ander type motor, is niet duidelijk.

Hoge verwachtingen

Het ruimtevliegtuig zal worden geconstrueerd door Phantom Works, de Boeingafdeling die onder meer ook de onbemande X-37B-ruimtevliegtuigen bouwde (zie ”Mysterieus klein ruimtevliegtuig”).

Ook al is de ontwikkeling van de XS-1 een Amerikaans defensieproject, doordat het toestel snel weer een volgende vlucht zal kunnen uitvoeren, kunnen ook commerciële partijen op termijn een satellietlancering boeken. „De Phantom Express moet de markt voor satellietlanceringen transformeren en betaalbaarder vluchten op aanvraag mogelijk maken tegen een lager risico”, aldus Darryl Davis, president van Boeing Phantom Works.

Bij de aanbesteding liet Boeing twee andere bieders achter zich: een team van Masten Space Systems en XCOR Aerospace en een groep die namens Northrop Grumman en Virgin Galactic in de race was.

Of het toestel aan de hoge verwachtingen zal beantwoorden, valt overigens nog te zien. Bij de ontwikkeling van de spaceshuttle werd gesteld dat een toestel dat zowel raket als vliegtuig was, goedkoper zou zijn en snel weer klaar voor vertrek. In de praktijk was de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA in de dertig jaar dat de ruimteveren vlogen circa 1 miljard dollar per missie kwijt en voerden ze in hun hoogtijdagen nog geen tien missies per jaar uit. Terwijl de spaceshuttle ooit werd gepresenteerd als een toestel dat een wekelijkse dienstregeling op de ruimte kon onderhouden voor slechts 7 miljoen per vlucht.

Toegegeven, met de ruimteveren voerde de NASA bemande vluchten uit waarvoor strenge veiligheidscriteria gelden. De Phantom Express is onbemand en feitelijk niets anders dan een herbruikbare brandstoftank.

Dat zo’n brandstoftank opnieuw gerecycled kan worden, bewees SpaceX onlangs met de lancering van een Falcon 9-raket waarvan de eerste trap een jaar daarvoor al eens was gebruikt. Elon Musk, CEO van SpaceX, sprak bij die gelegenheid de verwachting uit dat het bedrijf in de toekomst opgebrande eerste en tweede rakettrappen binnen een dag kan gereedmaken voor een volgende vlucht.

Het doel dat Darpa en Boeing voor ogen staat, lijkt dus haalbaar te zijn. De praktijk leert overigens wel dat deadlines voor de ontwikkeling van ruimtevaartuigen eigenlijk nooit worden gehaald. Laat het een aantal jaren later zijn dan voorzien, áls de betrokken partijen erin slagen om in tien dagen tijd tien satellieten te lanceren, dan is dat zonder twijfel een topprestatie.

Mysterieus, klein ruimtevliegtuig

Aerospacefabrikant Boeing heeft ervaring met de constructie van ruimtevliegtuigen. Zo bouwde het voor de Amerikaanse luchtmacht (USAF) twee experimentele X-37B-toestellen. Een van de toestellen landde begin mei op het Kennedy Space Center in Florida en voltooide daarmee een vierde missie, die 718 dagen had geduurd. Over het doel van de missies laat de Amerikaanse luchtmacht niet veel los.

Met een lengte van 8,9 meter en een breedte van 4,5 meter is de X-37B het kleinste ruimtevliegtuig ter wereld. Het kan niet op eigen kracht de ruimte bereiken, maar wordt gelanceerd met een Atlas V-raket.