Space shuttle: einde van een tijdperk

Op 21 juli 2011 keert ruimteveer Atlantis terug op aarde, na een tocht van 13 dagen. Met de landing op het Kennedy Space Center te Florida komt er een einde aan een tijdperk van ruim 30 jaar actieve vluchten.

De gigantische, ruim honderd meter hoge Saturnus V raket, hier vlak voor de lancering van de Apollo 4-missie. Bron: Wikimedia

Op 21 juli 2011 keerde ruimteveer Atlantis terug op aarde, na een tocht van 13 dagen. En met de landing op het Kennedy Space Center te Florida kwam er een einde aan een tijdperk van ruim 30 jaar actieve vluchten. Het concept achter de Space Shuttle is natuurlijk nog veel ouder. Over al die decennia is de Shuttle een symbool geworden van de ruimtevaart en van het verleggen van grenzen. Na 135 missies zal er nooit meer één vliegen; een nieuwe generatie ruimteveren ontworpen met nieuwe technologie en met de ervaringen van de Space Shuttles zal het stokje overnemen – althans, zodra er financiering (privé of publiek) voor komt. Dit is een uitgelezen moment om op de roerige geschiedenis van de Shuttle terug te blikken.

Ontwerp en doel

De eerste ideeën voor een ruimtevaartuig dat hergebruikt kan worden, zijn al heel oud. Het grote voordeel van zulke ruimteveren is dat ze niet vernietigd worden tijdens de missies. Raketten zoals de Saturnus V waren zo ontworpen dat ze een capsule in de ruimte konden brengen, maar daarbij ging de raket zelf volledig verloren. Dat was duur en om de kosten te beperken werd een oplossing gezocht. Toen de National Aeronautics and Space Council in 1969 bepaalde dat het opbouwen van een infrastructuur in de lage ruimte het (voorlopige) hoofddoel voor NASA werd, kreeg het ontwerpen van een ruimteveer topprioriteit. Deze lage ruimte (low orbit) gaat tot maximaal 2.000 kilometer hoogte vanaf het aardoppervlak – ter vergelijking: de maan staat tussen de 350.000 en 400.000 kilometer van de aarde af! De luchtmacht zag potentie in de strategische waarde van een ruimteveer, zodat het vereiste forse budget gedeeld kon worden.

Hoewel er vele ontwerpen de ronde deden, koos NASA voor de Shuttle zoals we die nu kennen, vanwege de combinatie van gemak, haalbaarheid en vooral budget. Ruimtereizen waren sowieso schrikbarend duur. Natuurlijk waren de Amerikanen trots dat de belofte van president John F. Kennedy dat er voor het einde van de jaren zestig een mens op de maan zou lopen waar was gemaakt, maar het publieke belang nam af en er was kritiek op de geldverslindende ruimtevaart. Ondertussen zetten andere problemen –waaronder de Vietnamoorlog, een economische crisis en een op hol geslagen staatsschuld– de staatsfinanciën verder onder druk.

In de jaren vijftig en zestig waren stapels studies ondernomen en kleinere toestellen gebouwd, waarvan de resultaten nu geïntegreerd werden in het Shuttle-ontwerp. Uiteindelijk is de Space Shuttle een hybride vorm: het vaartuig zelf is herbruikbaar, maar de externe brandstoftank en startraketten zijn dat niet. Die oplossing was echter goedkoper en maakte het toestel minder ingewikkeld, omdat vele besturingssystemen en brandstoftanks die nodig zouden zijn voor een totaal zelfstandig ruimteveer, nu overbodig waren. Juist doordat de Shuttle eenmaal terug in de dampkring in essentie een zweeftoestel is (zij het met zeer geavanceerde besturing), kon er flink op het gewicht bespaard worden. Daardoor werd de laadruimte weer beter geschikt voor het vervoeren van (commerciële) vrachten zoals satellieten. De infrastructuur die NASA voor ogen had, bestond uit een netwerk van satellieten die bestemd waren voor communicatie, ruimteverkenning en strategisch/militaire doeleinden zoals spionage. Het ruimteveer zou eveneens missies naar ruimtestation Skylab (vanaf 1973 tot 1979 in een baan om de aarde) gaan verzorgen, maar ruim voordat de eerste Shuttle operationeel werd, stortte Skylab ter aarde. Europa zegde in 1973 toe Spacelab te gaan ontwikkelen, een laboratoriummodule waarmee wetenschappelijke experimenten in de Shuttle konden worden ondernomen. De Shuttle was eveneens ontworpen om reparaties uit te voeren aan ruimtestations en satellieten, of deze laatste op te halen in de laadruimte en naar de aarde te brengen voor verdere reparaties.

De levensduur was ingeschaald op 10 jaar of 100 lanceringen, al werd dat later opgerekt met behulp van intensieve onderhoudsprogramma´s.

Uiteindelijk was de Space Shuttle bedoeld om in een lage baan om de aarde te geraken, maximaal twee weken operaties uit te voeren en daarna terug te vliegen naar de aarde waar het dan op eigen kracht landde op een vliegbasis. De gemiddelde hoogte in de ruimte bedroeg ongeveer 320 kilometer vanaf het aardoppervlak.

Bouw en ingebruikname

Eerste lancering Columbia, 12 april 1981. Bron: NASA.

Het duurt jaren voordat een ambitieus project als de Space Shuttle vruchten aflevert. Het eerste contract voor een volwaardige Space Shuttle dateert van 26 juli 1972, voor de Columbia. In 1976 werd de Enterprise afgebouwd. Hoewel er later plannen waren om deze Shuttle om te bouwen tot volwaardig ruimteveer, zou de Enterprise nooit de ruimte betreden, maar diende het alleen als testobject. Overigens zou dit toestel eerst Constitution gaan heten, maar op aandringen van Star Trek fans werd het Enterprise gedoopt. Een jaar later verscheen de Pathfinder. Dat toestel was niks anders dan een metalen constructie waarmee verdere proeven werden ondernomen – het toestel is niet voorzien van instrumenten en was nooit luchtwaardig.

De bouw en het testen van Columbia duurde van 1972 tot en met 1980. Latere ruimteveren werden in steeds minder tijd gebouwd. Op 12 april 1981 werd de Columbia een nieuw tijdperk in gelanceerd. Over de hele wereld begrepen vriend en vijand wat het belang was voor de mensheid, al zagen de communistische Sovjet-Unie en China er natuurlijk ook een bedreiging in. Zij werden plotsklaps op een immense achterstand gezet.

Operationele geschiedenis 1981-1986

De eerste missies waren een succes, maar er konden ook direct belangrijke lessen worden getrokken. Zo moest het hitteschild verbeterd worden, want tijdens de allereerste start werden 148 tegels beschadigd en 16 zelfs vernietigd. Gelukkig gebeurde dat niet in kritieke zones, zodat het toestel een ramp bespaard bleef. Verder was de Columbia nogal zwaar, waardoor NASA een lichtere variant wilde bouwen. Het was te duur om de Enterprise om te bouwen, maar een ander testobject, STA-099 (Structural Test Article) werd omgebouwd tot OV-099 (Orbiter Vehicle) en gedoopt tot de Challenger. Het frame was lichter, maar intensieve proeven hadden aangetoond dat het toestel niet zwakker was dan de Columbia. De Challenger bewees zijn waarde en nam sinds haar eerste vlucht op 4 april 1983 deel aan een disproportioneel hoog aantal missies (9 van de 24) in deze periode.

Columbia raakte op het tweede plan met de opkomst van de Challenger. Bijna anderhalf jaar na de eerste lancering van de Challenger, mocht het nieuwe veer Discovery voor het eerst de ruimte in (30 augustus 1984). Dankzij innovaties en eerder geleerde lessen was Discovery duizenden kilo´s lichter dan Columbia. Hetzelfde gold voor Atlantis, die voor het eerst de ruimte betrad op 3 oktober 1985. Op dit moment bezat NASA vier volwaardige ruimteveren waarmee het kon rouleren. Roulatie was noodzakelijk omdat al snel na het begin van operaties bleek dat de Space Shuttles langduriger onderhoud nodig hadden dan was voorzien.

Doorsnede van een Space Shuttle. Bron: Wikipedia.

Tijdens deze eerste fase van het Shuttle-programma lag de nadruk in de missies op wetenschappelijke experimenten en het positioneren en repareren van satellieten. De tot Amerikaan genaturaliseerde Nederlander Lodewijk van den Berg en de volledig Nederlandse Wubbo Ockels voerden in deze tijd diverse experimenten uit in het Spacelab tijdens missies aan boord van de Challenger. Elke Shuttle kon uitgerust worden met het Spacelab, de laboratoriummodule die in de laadruimte kon worden geïnstalleerd, afhankelijk van de missiedoeleinden. Er werd onder andere onderzoek gedaan naar: het kweken van kristallen, astrofysica, kankerbestrijding, verouderingsprocessen en allerlei andere medische toepassingen.

Ongekende catastrofe: Challenger, 28 januari 1986

Met vier actieve ruimteveren kon NASA het aantal jaarlijkse missies opschroeven. In 1981 werden er twee missies gevlogen; in 1982 drie. In 1983 vlogen twee Shuttles samen vier missies en in 1984 waren 3 Shuttles verantwoordelijk voor 5 missies. Het hoogtepunt kwam in 1985 toen 4 Shuttles maar liefst 9 missies vlogen. Echter, in de jaren tachtig brak er een nieuwe economische crisis uit en zoals altijd kwam het miljardenbudget van NASA meteen onder vuur te liggen. President Ronald Reagan en NASA besloten in 1984 de reputatie van het ruimtevaartprogramma op te poetsen door het Teacher in Space Project (Leraar in de Ruimte). Het programma was bedoeld om de ruimtevaart weer dichter bij de mens te brengen en tegelijkertijd het belang van de rol van docenten in de Amerikaanse maatschappij te onderstrepen. In zekere zin was het een grote publiciteitsstunt.

Bij het Teacher in Space Project zou één Amerikaanse docent verkozen worden om met de Challenger mee de ruimte in te gaan en daar enkele korte lessen vanuit de Shuttle te geven aan schoolkinderen op aarde, via een videoverbinding. De leraar in kwestie zou tevens deelnemen aan wetenschappelijke experimenten aangezien er maar weinig bemanningsleden mee konden en ieder teamlid een zekere “productie” aan boord moest leveren – met alleen lesgeven kon de dure aanwezigheid van een leraar niet verantwoord worden. Met dit project moest de afstand tussen de gewone burger en de ruimtevaart worden verkleind. Tot nog toe waren alle astronauten afkomstig uit een militaire of wetenschappelijke achtergrond en nu zou voor het eerst een burger die niet speciaal tot astronaut was opgeleid, de ruimte verkennen.

Er werden verkiezingen gehouden, waaraan meer dan 11.000 leraren meededen. Sharon Christa McAuliffe (bekend als Christa McAuliffe) werd door NASA als beste geselecteerd, met Barbara Morgan als reservekandidaat. Beiden ondergingen een training van een maand of vijf, wat veel korter is dan de gebruikelijke training die minstens 20 maanden duurt. Daar werden ze fysiek getraind, maar ook voorbereid op het uitvoeren van de experimenten en op de protocollen van een missie.

Eén van de astronauten voor deze missie was dr. Ronald McNair. Ron was een begenadigd wetenschapper en jazz-saxofonist die met Jean-Michel Jarre –het synthesizericoon van de jaren tachtig– had afgesproken dat hij vanuit de ruimte zou meespelen op een groot concert van de Fransman in Houston. Dat concert was ter ere van het honderdvijftigjarige bestaan van de staat Texas en het vijfentwintigjarige bestaan van NASA. Andere astronauten verleenden ook hun samenwerking aan het concert. Het zou voor het eerst zijn dat een muziekstuk vanuit de ruimte werd opgenomen (al was er eerder al eens gemusiceerd tijdens een ruimtereis) en uitgezonden.

Met name door het Teacher in Space Project en in mindere mate door het aanstaande concert met Ron McNair´s bijdrage, kwam er een immense media-aandacht voor de 25e missie van een Space Shuttle. Zelden ervoor of erna leefde het Amerikaanse volk zo mee met de bemanning van een ruimtereis. Op 28 januari werd de lancering met een kleine vertraging uitgezonden. Miljoenen mensen, waaronder natuurlijk vele schoolkinderen die “hun” lerares wilden volgen, zagen de lancering op televisie. Slechts 73 seconden na de start werd de Challenger verzwolgen in een grote felgekleurde vuurbal De cockpit maakte zich los van de rest van het toestel en stortte in zee – niemand overleefde het. Wat zo mooi had moeten worden en wat de ruimtevaart toegankelijk had moeten maken voor de gewone mens op straat, veranderde in één klap in een nachtmerrie voor alle kijkers, voor NASA en voor de ruimtevaart. Het was een nationaal trauma.

Beelden van de exploderende space shuttle Challenger

Enkele weken na het ongeluk werd de cockpit met de stoffelijke resten geborgen. Ondanks onderzoek is nooit met zekerheid vastgesteld dat de bemanning van de Challenger tijdens de vrije val naar de oceaan bij bewustzijn was, maar het is wel mogelijk. De klap van de inslag op de oceaan was niet te overleven. De bemanning onderging na hun tragische dood een heldenverering. Veel scholen, straten, vliegvelden, stichtingen en studiebeurzen werden genoemd naar of opgericht ter nagedachtenis aan de zeven overleden astronauten.

Nasleep van het ongeluk

Direct na het ongeluk werden alle missies met Shuttles geannuleerd tot nader order. Eerst moest onderzocht worden hoe de Challenger kon vergaan. Een speciaal panel bekend als de Rogers Commissie leidde het onderzoek. Op 9 juni 1986 bracht de commissie een rapport uit, waarin de oorzaak van het ongeluk werd verklaard: een O-ring op de rechterhulpraket (solid booster rocket of SBR) was door de vriestemperaturen van 28 januari gekrompen en functioneerde niet langer als zegel, waardoor hete gassen konden ontsnappen. Deze gassen en later uitlaatvlammen maakten contact met de externe brandstoftank, waardoor de kwetsbare inhoud vervolgens ontbrandde. Het toestel werd verscheurd door abnormale aerodynamische krachten, ten gevolge van de vlammenzee.

Veel stuitender was dat NASA en de producent van de O-ring het risico sinds 1977 kenden. In plaats van het ontwerp aan te passen, deed NASA weinig anders dan op managementniveau het etiket “acceptabel risico” op deze kwestie te plakken. Het Amerikaanse volk was verontwaardigd over het schijnbare gat tussen management en ingenieurs –die wél de risico’s onderkenden– van zowel NASA als leveranciers. Het bleek dat sommige alarmerende rapporten intern werden gehouden en niet altijd de juiste personen bereikten. Op de dag van lancering was het veel kouder dan bij eerdere lanceringen ooit het geval was geweest. Ondanks waarschuwingen van ingenieurs kreeg de lancering toch het groene licht. Deze managementcultuur was gevaarlijk voor de veiligheid en werd flink bekritiseerd in het rapport. Er kwamen ernstige aanbevelingen voor NASA, leveranciers en het Shuttle-ontwerp.

President Reagan gelastte dat Shuttles niet langer commerciële satellieten zouden vervoeren, zoals de Challenger had gedaan tijdens de fatale missie. De NASA had een nogal ambitieus lanceerschema gehanteerd, waardoor met name Challenger veel missies had gevlogen. Het schema zou minder druk worden, wat tevens betekende dat de kosten per lancering hoog zouden blijven. Het betekende ook dat er een vervanger moest komen voor Challenger, omdat anders de andere Shuttles teveel belast zouden worden. Echter, eerst diende NASA de aanbevelingen door te voeren en de technologische problemen op te lossen.

Vernieuwde inzet:1988-2003

Na 32 maanden werd er weer een Shuttle de ruimte in gezonden. Discovery had de eer om het besmeurde blazoen op te poetsen. Hoewel kleine problemen zich voordeden, gebeurde er niets wat kritieke gevolgen had kunnen hebben. Een eerherstel was binnen handbereik. Voortaan plande NASA minder missies per jaar, namelijk maximaal 8, verdeeld over vier Shuttles. Dankzij het gebruik van reserveonderdelen voor andere Shuttles werd Endeavour in 1991 afgebouwd en in 1992 op haar eerste missie gestuurd. Bovendien rouleerden de Shuttles in uitgebreide onderhoudsprogramma’s waardoor ze soms een jaar of zelfs jaren niet operationeel waren.

De missies verliepen goed, maar de aard veranderde wel. Door de val van de Sovjet-Unie verloor NASA haar grootste concurrent, waardoor een hernieuwde samenwerking (in de jaren zeventig hadden Amerikanen en Sovjets samengewerkt door ruimteschepen te koppelen) mogelijk werd. De Russen hadden de beschikking over het ruimtestation Mir. De Amerikanen wilden best meedoen aan ruimtestations, maar de kosten waren zo hoog dat het goedkoper was om medewerking te verlenen aan het opbouwen en onderhouden van Mir en later van het International Space Station, dan zelf een station te ontwikkelen. Tot eind jaren negentig werd Mir steeds vaker de bestemming. Vanaf 1998 nam het ISS die plaats in.

Daarnaast richtten de Shuttles zich meer op het lanceren en onderhouden van gevoelige ruimteverkenningsschepen. De Hubble telescoop werd meerdere malen door Shuttles bezocht voor reparaties en verbeteringen. Daarnaast werden onder andere de Chandra X-ray Observatory (net als de Hubble is dit een telescoop in de ruimte), twee ruimteschepen met bestemming Jupiter en één schip richting Venus gelanceerd vanuit de Shuttle.

Tweede ramp: Columbia, 16 januari 2003

Tijdens de terugkeer van de 113e missie verloor NASA weer een Shuttle. De Columbia vloog bij het terugkeren in de dampkring in brand door een defect aan het hitteschild. Een nieuwe commissie, de Columbia Accident Investigation Board, concludeerde op 26 augustus 2003 dat NASA onvoldoende had geleerd van het ongeluk met de Challenger. Tijdens de lancering was isolatieschuim van de externe brandstoftank losgekomen en had een gat geslagen in het hitteschild op de rand van de linkervleugel. Bij terugkeer in de dampkring werd de vleugel door dit gat zo heet dat de interne structuur smolt en het toestel in de lucht uiteen viel, wederom door abnormale aerodynamische krachten. Wrakstukken van de Shuttle verspreidden zich over meerdere staten van de VS, met name Texas. De enige overlevenden van de ramp waren speciaal voor experimenten gekweekte wormen, die weken na de crash werden teruggevonden – de zeven bemannigsleden hadden geen schijn van kans.

Beelden van de ramp met de Columbia

Wederom bleek dat NASA op managementniveau faalde, want ingenieurs hadden al vrij kort na de start van Columbia op videobeelden vastgesteld dat er puin tegen de Shuttle was gekomen en er mogelijk reparaties vereist waren. NASA gaf geen toestemming om detailfoto´s te laten nemen met speciale camera´s die gemonteerd waren op defensiesatellieten. Onthutsend genoeg gaf NASA ook geen toestemming voor een ruimtewandeling waarbij een astronaut de schade persoonlijk kon inspecteren. De houding van NASA werd bepaald door de gedachte dat er toch geen actie kon worden ondernomen om iets te doen tegen welke schade dan ook. Ditmaal waren er ook ingenieurs die de risico´s te laag aansloegen. Een andere fout van NASA was dat het geen gevaar zag in stukken isolatieschuim die tijdens de lancering los konden raken en tegen de Shuttle vlogen. Dat was meerdere malen gebeurd bij missies en steeds zonder gevolgen, waardoor NASA het als een normaal neveneffect van de lancering zag in plaats van het probleem te onderzoeken.

Veiligheid boven alles: 2005-2011

Endeavour gekoppeld aan het International Space Station, met open laaddeuren. Onderaan het ISS hangt een Sojoez ruimtevaartuig waarmee de bemanning van het ISS in nood kan ontsnappen. Bron: NASA.

Hoewel er stemmen opgingen om de Shuttles direct te pensioneren, werd besloten om ze nog enkele jaren in te zetten, puur om het International Space Station af te bouwen. De Shuttles waren de enige voertuigen die de grotere onderdelen van het ISS konden bezorgen. Zodra het station af was, zouden de Shuttles nooit meer vliegen. In de tijd dat de Shuttles niet mochten vliegen, was het ISS afhankelijk van Russische Sojoez-toestellen om voorraden, reserveonderdelen en bemanningsleden te vervoeren. De Sojoez is betrouwbaar, maar beschikt over weinig laadruimte, zodat het ISS lange tijd op minimale bezetting moest draaien.

Op 26 juli 2005 was het opnieuw ruimteveer Discovery dat de herstart van het Shuttle programma uitvoerde. De missie ging goed, maar het probleem van losrakend schuim stak weer de kop op en de volgende missie werd vertraagd terwijl een definitieve oplossing werd gezocht. Pas op 4 juli 2006 was de situatie opgelost en kon Discovery weer de ruimte in.

NASA had onderzocht of de bemanning beter beschermd kon worden, maar de mogelijkheden waren ernstig beperkt door het Shuttle-ontwerp, het gewicht en de kosten. Criticasters hadden reeds opgemerkt dat de bemanning van Columbia in het International Space Station had kunnen schuilen terwijl een tweede Shuttle een reddingsmissie zou uitvoeren. De logica klopte: het ISS bood een extra garantie die missies naar andere bestemmingen niet konden bieden. Voortaan zouden Shuttles alleen nog missies naar het ISS uitvoeren, met uitzondering van één missie, die de vijfde en laatste maal de Hubble telescoop voor onderhoud en reparaties bezocht. Daar was wel stevig gesoebat aan vooraf gegaan.

Op 8 juli 2011 lanceerde Atlantis voor de allerlaatste Shuttle-vlucht. Er zijn allerlei plannen geopperd om de Shuttles langer inzetbaar te houden, maar over een tijdje zijn alle Shuttles statische museumobjecten, wat een mooi en passend einde is voor deze vermaarde grensverleggende technologische reuzen.

Conclusie

De Space Shuttle is misschien niet geworden wat ervan verwacht, gehoopt of gedroomd werd, maar het zal altijd symbool blijven staan van de menselijke durf en de drang om onze omgeving te verkennen. Als prestigeproject is het sowieso succesvol, al deden de rampen met de Challenger en de Columbia daar wel aan af. De drie resterende Shuttles gaan een nieuw leven tegemoet als museumstukken, zodat ze bezoekers een kijkje geven in deze spannende episode van ruimtereizen. Tevens zullen Discovery, Atlantis en Endeavour een monument zijn voor de twee verloren Shuttles, waarbij 14 personen om het leven kwamen.

1 Reactie op Space shuttle: einde van een tijdperk

Geef een reactie

Schrijf je in voor TOEN!