Voordat er onder NASA's huidige Artemis-plan één astronaut voet op de maan kan zetten, voorziet de missiearchitectuur in minstens 15 afzonderlijke raketlanceringen, uitsluitend om de maanlander die in een baan om de aarde wacht bij te tanken. Dat getal komt zelden voor in de hoogtepunten van een lanceringsuitzending, maar het zegt meer over hoe moeilijk deze terugreis werkelijk is dan welk beeld dan ook van een raket die van het lanceerplatform opstijgt.
Artemis is NASA's campagne om opnieuw astronauten op de maan te zetten, waarmee een leemte wordt gedicht die sinds 1972 bestaat, en het ruimteagentschap plant dat de bemanning de eerste vrouw ooit zal omvatten die op het maanoppervlak loopt. Er ruim vijf decennia later opnieuw naartoe gaan is uitgegroeid tot een veel grotere technische puzzel dan de oorspronkelijke maanlandingen ooit waren.
De onderdelen van die puzzel omvatten een nieuwe raket, een capsule die al vlieguren op haar naam heeft staan, en een klein ruimtestation dat is gebouwd om het grootste deel van zijn bestaan zonder bemanning aan boord door te brengen. Samen verklaren ze waarom "terugkeren naar de maan" een veel ingewikkelder zin is dan het klinkt.
Vijftig jaar op de dag af
Toen de Artemis I-capsule uiteindelijk landde in zee, was de datum geen toeval: ze kwam neer precies 50 jaar op de dag af na Apollo 17, de laatste missie die een bemanning op het maanoppervlak zette. NASA hoefde daarvoor echter niet zo ver terug te kijken naar reeds beproefde hardware. Orion, de capsule die het hart van Artemis vormt, had jaren eerder al een reis naar de ruimte op zijn naam staan — een vlucht in december 2014, met een andere raket, uitgevoerd puur om te controleren of het hitteschild een terugkeer uit de diepe ruimte kon doorstaan.
Die kloof tussen een capsule met een voorsprong en een raket die nog jaren van gereed was, laat zien waar de meeste vertragingen bij Artemis eigenlijk vandaan kwamen. Orion was grotendeels bewezen technologie; het voertuig dat het moest vervoeren, was dat niet.
De raket, de nooduitgang en een capsule met wat kilometers op de teller
De raket die Orion uiteindelijk van het lanceerplatform tilde, is het Space Launch System, waarvan de eerste trap steunt op hardware die NASA al vertrouwde: vier RS-25-motoren, dezelfde motorfamilie die de spaceshuttlevloot drie decennia lang heeft aangedreven.
Op papier is de SLS de krachtigste raket die ooit is goedgekeurd om een menselijke bemanning te vervoeren, met een stuwkracht van 39 meganewton bij het opstijgen — meer dan enige andere bemande draagraket in de geschiedenis. Ruwe stuwkracht vertelt echter niet het hele verhaal. Als je meerekent hoeveel massa hij werkelijk richting de maan kan duwen, levert de SLS ongeveer 27 metrische ton op een maangebonden baan, nog maar ongeveer de helft van wat de Saturn V uit het Apollo-tijdperk kon dragen met zijn nuttige last van 48,6 metrische ton. Een grotere motor betekent niet automatisch een grotere lading.
Voordat al die kracht bij een bemande vlucht wordt gebruikt, test NASA eerst het ontsnappingsplan. De Ascent Abort-2-test was ontworpen rond één specifiek worstcasescenario: of Orions lanceringsontsnappingssysteem de capsule en haar bemanning van de SLS kan wegtrekken als er iets misgaat op het moment tijdens de opstijging waarop het ruimtevaartuig de zwaarste aerodynamische belasting ondervindt.
Een ruimtestation gebouwd om leeg te vliegen
Zodra Orion de maanruimte bereikt, voorziet het plan dat de capsule aankoppelt bij Gateway, een station dat is ontworpen om de allereerste internationale voorpost te worden die ooit in een baan om de maan is gebouwd.
Gateway zal bescheiden zijn volgens de normen van orbitale voorposten — ongeveer 20 meter lang, tegenover de ruim 50 meter van het internationale ruimtestation ISS — maar het is toch ontworpen om een bemanning periodes van maximaal drie maanden aan boord te laten wonen.
Meestal is er echter niemand thuis. Gateways eigen baan om de maan brengt het station ongeveer 1.000 keer verder van de aarde dan een station in een lage baan om de aarde, en de voorpost wordt ontworpen om lange periodes onbemand te functioneren, inclusief het via robotsystemen afhandelen van zijn eigen onderhoud terwijl het wacht op de volgende bemanning.
Een lus van zes dagen, geen cirkel
Gateway zal ook niet gewoon om de maan cirkelen. De geplande halobaan is een uitgerekte ellips van zesenhalve dag, die tot slechts 7000 km van het maanoppervlak nadert voordat hij weer terugbuigt naar ongeveer 70.000 km in de diepe ruimte.
Die vreemde vorm lost een reëel probleem op: de meeste raketten hebben eenvoudigweg niet genoeg kracht om in één reis rechtstreeks van de aarde naar het maanoppervlak te vliegen en weer terug. Gateway is juist bedoeld om als tussenstation te dienen — eerst het station bereiken, en dan een aparte, kleinere sprong naar het oppervlak maken en weer terug omhoog.
De eerste twee modules die het station moeten vormen, zijn NASA's power and propulsion element en een bewoningsmodule genaamd HALO, die ook een communicatierelais genaamd Lunar Link moet meedragen, plus een paar Europese instrumenten die zijn gebouwd om straling te monitoren.
Waarom één maanlanding 15 lanceringen vergt
Dat cijfer van vijftien lanceringen uit de opening komt voort uit de manier waarop de huidige maanlander aan zijn brandstof komt. In plaats van al vol te worden gelanceerd, is de lander ontworpen om te worden bijgetankt nadat hij een baan om de aarde heeft bereikt, wat betekent dat een aparte tankraket moet vliegen, aankoppelen en drijfstof overdragen — herhaaldelijk — voordat er ook maar een bemanning aan boord klimt. Minstens 15 van die lanceringen zijn nodig om de lander bij te tanken voor slechts één bemande landingspoging, waardoor de eigenlijke afdaling naar het oppervlak bijna eenvoudig lijkt vergeleken met alles wat daaraan voorafgaand in een baan om de aarde moet gebeuren.
Partners en prijskaartjes
Niets van dit alles is goedkoop, en niets ervan komt van NASA in zijn eentje. Artemis-gerelateerde programma's zullen naar schatting ongeveer 93 miljard dollar kosten over de begrotingsjaren 2012 tot en met 2025, waarbij elk van de eerste Artemis-lanceringen wordt geraamd op 4,1 miljard dollar.
Om zowel de kosten als de werklast te spreiden, heeft NASA de niet-bindende Artemis Akkoorden ondertekend, die principes voor vreedzame samenwerking in de ruimte vastleggen, met Canada en Japan onder de ondertekenaars, naast minstens 18 andere deelnemende landen. De bemanning van Artemis II weerspiegelt dat partnerschap rechtstreeks en vliegt samen als een van de meest zichtbare internationale resultaten van het programma tot nu toe.
Wat twintig jaar op het ISS NASA leerde
Veel van het vertrouwen achter Artemis komt voort uit een veel dichterbij gelegen laboratorium. NASA merkt op dat een reis naar de maan ongeveer 1.000 keer de afstand van een reis naar een station in een lage baan om de aarde omvat, een sprong die elke marge voor levensondersteuning en navigatie veel minder vergevingsgezind maakt.
Die ervaring is niet alleen een vertrouwensboost — ze heeft de hardwareplannen ook rechtstreeks bijgestuurd. Bijna 20 jaar ononderbroken levensondersteuningsoperaties aan boord van het ruimtestation hebben ingenieurs in staat gesteld de systemen die zijn gepland voor toekomstige Marsmissies opnieuw te ontwerpen, met een massareductie van 36%, gewicht dat anders tegen enorme kosten had moeten worden gelanceerd.