På sikt ønsker Elon Musk å terraforme Mars – gjøre planeten beboelig med luft vi kan puste og vann på overflaten, som for lenge siden da Mars var ung. Raketten BFR skal etter planene gå i skytteltrafikk fra Jorda med mennesker som vil bygge byer og gjøre oss til en flerplanetarisk art. (Illustrasjon: SpaceX, fra YouTube-video av foredraget Elon Musk holdt på romkongressen IAC i Adelaide, Australia 20.9.2017)
På sikt ønsker Elon Musk å terraforme Mars – gjøre planeten beboelig med luft vi kan puste og vann på overflaten, som for lenge siden da Mars var ung. Raketten BFR skal etter planene gå i skytteltrafikk fra Jorda med mennesker som vil bygge byer og gjøre oss til en flerplanetarisk art. (Illustrasjon: SpaceX, fra YouTube-video av foredraget Elon Musk holdt på romkongressen IAC i Adelaide, Australia 20.9.2017)

Elon Musk satser alt på Mars

Vraker suksessene Falcon og Dragon til fordel for gjenbrukbart kjemperomskip

Published

Romskipet skal bli større og frakte mer last enn noen andre, også amerikanernes Saturn V som tok mennesket til Månen.

Derfor har den fått foreløpig kodenavn BFR – Big Falcon Rocket ifølge SpaceX selv, Big Fucking Rocket ifølge populære amerikanske nettsteder som The Verge.

Den skal også bli billigere i bruk enn noen andre, også dagens Falcon-raketter fra SpaceX som forsyner den internasjonale romstasjonen og sender opp satellitter for mange kunder.

Slik sett er BFR et svar på reaksjonene etter at Musk lanserte en lignende rakett i fjor – hvordan skal den finansieres?

Vraker Falcon og Dragon

Istedenfor å skalere ned planene har Musk gått i motsatt retning. Han vil vrake alle raketter og romskip som har gitt SpaceX suksess så langt.

– Hvis vi kan bygge dette systemet som kannibaliserer våre egne produkter, gjør våre egne produkter overflødige, da kan alle ressursene – som er ganske enorme – anvendes på ett system, sa Musk på foredraget 27. september 2017 på den internasjonale romkongressen i Australia.

Se foredraget til Elon Musk – Making Life Multiplanetary – på International Astronautical Congress i Adelaide, Austalia, 29. september 2017.

Det betyr at raketten Falcon 9 skal vrakes. Den nye og større Falcon Heavy skal vrakes. Romskipet Dragon skal vrakes. Det vil si – SpaceX vil først bygge opp et lite lager for konservative kunder.

Så vil BFR bli standardløsningen som skal brukes til alle de oppdrag SpaceX hittil har tatt på seg – og flere.

Til romstasjonen og Månen

– Vi kan faktisk sende opp noe som er nesten ni meter i diameter i bane. Så hvis du for eksempel vil lage et nytt Hubble romteleskop, så kunne du sende opp et speil som har ti ganger så stor overflate som dagens Hubble, sa Musk.

BFR kan også sende opp mange mindre satellitter eller samle opp romsøppel, et stadig økende problem ettersom gamle satellitter blir etterlatt i bane når levetiden er over.

Musk viste også et bilde av BFR tilkoblet den internasjonale romstasjonen.

– Jeg vet at den ser litt stor ut i forhold til romstasjonen, men romferga så også stor ut, så det vil virke, sa han til latter fra salen.

BFR vil også kunne lande på Månen og vende tilbake til Jorda med bare en drivstoffylling i bane rundt jorda før avreise. Musk viste bilder av en månebase.

– Ganske fengslende – dette er 2017, og vi burde allerede ha en månebase. Hva i helvete er det som foregår, sa Musk til latter fra salen.

Romskipet BFR skal kunne gjennomføre en måneferd og returnere til Jorda med bare én drivstoffylling i jordbane. Alle deler av romskipet er gjenbrukbare. (Illustrasjon: SpaceX, fra YouTube-video av foredraget Elon Musk holdt på romkongressen IAC i Adelaide, Australia 20.9.2017)
Romskipet BFR skal kunne gjennomføre en måneferd og returnere til Jorda med bare én drivstoffylling i jordbane. Alle deler av romskipet er gjenbrukbare. (Illustrasjon: SpaceX, fra YouTube-video av foredraget Elon Musk holdt på romkongressen IAC i Adelaide, Australia 20.9.2017)

Romfarende sivilisasjon

Den store planen med BFR er likevel å kolonisere Mars – å gjøre mennesket til en flerplanetarisk art.

– Framtida er enormt mye mer spennende og interessant hvis vi er en romfarende sivilisasjon. (…)  Jeg kan ikke tenke meg noe mer spennende enn å være der ute blant stjernene, sa Musk.

De samme ideene lanserte han under fjorårets romkongress i Mexico. BFR er en nedskalert utgave av det enorme romskipet han da viste fram. Det er 20 meter lavere og to meter mindre i tverrsnitt.

Nyttelasten til bane rundt jorda er halvert. Antall raketter i første trinn er redusert fra 48 til 31.

Totrinns kjemperakett

Grunnprinsippet er likevel det samme. Et første rakettrinn løfter gigantskipet, kobles fra og myklander tilbake på Jorda. Andretrinnet – selve romskipet – har raketter som dytter det videre inn i jordbane.

Hvis romskipet skal lenger ut enn til jordbane, dokker det med et annet romskip, som i prinsippet er en supertanker i rommet med mer drivstoff.

Overføringen av drivstoff skjer rett og slett ved at de sammenkoblede romskipene dyttes av stillingskontrolldyser – småraketter – mot tankskipet. Dermed vil tregheten til drivstoffet bevege det i riktig retning mot de tomme tankene som skal fylles.

Så kan det fulltankede romskipet akselerere videre mot Månen, Mars eller andre kloder i solsystemet, skjøvet fram av fire raketter beregnet på lufttomt rom.

  • Elon Musk har lenge drømt om å reise til Mars. Men tidligere hadde drømmene annet innhold. Les: Til Mars i atomrakett

Nedskalert, men likevel størst

Romskipet vil ha større passasjerkabin enn kjempeflyet Airbus A380. Her skal det være plass til 40 spesialtilpassede lugarer i en omkrets rundt neseseksjonen, hver med to til tre passasjerer, samt fellesområder, sone for stråleskjerming ved solutbrudd og lasterom.

Vel framme vil romskipet bremse med gjenbrukbart varmeskjold i atmosfæren – på Mars eller Jorda – og myklande med to motorer spesielt beregnet på bruk også i atmosfæren.

Selv om BFR er nedskalert, kan det likevel sende større nyttelast opp i bane rundt jorda enn Saturn V-raketten som tok de første mennesker til månen i 1969. Nyttelasten er 150 tonn for BFR mot 135 tonn for Saturn V.

Figuren viser løfteevnen til utvalgte raketter, med BFR helt til høyre. (Illustrasjon: SpaceX, fra YouTube-video av foredraget Elon Musk holdt på romkongressen IAC i Adelaide, Australia 20.9.2017)
Figuren viser løfteevnen til utvalgte raketter, med BFR helt til høyre. (Illustrasjon: SpaceX, fra YouTube-video av foredraget Elon Musk holdt på romkongressen IAC i Adelaide, Australia 20.9.2017)

Gjenbrukbar fra akter til stavn

Men i motsetning til Saturn V – den dyreste noensinne – vil BFR også bli billigere i drift enn noen annen kombinasjon av rakett og romskip, også SpaceX sine nåværende farkoster, ifølge Musk. Hvordan er det mulig?

Den første og viktigste forklaringen er at BFR vil bli gjenbrukbar fra akter til stavn.

– Gjenbruk er helt grunnleggende. Det er helt sprøtt at vi bygger disse avanserte rakettene og krasjer dem hver gang. Dette er galskap, sa Musk.

Gjenbruksteknologien vil han hente fra dagens førstetrinn i Falcon 9-raketten. Den har nå gjennomført 16 vellykkede myklandinger på rad.

Mer presis og sikrere

BFR skal klare å lande mykere og mer presist enn Falcon 9. Den vil ikke engang trenge landingsbein.

– Den vil lande på festemekanismen fra oppskytningen, sa Musk.

Sikkerheten under landing vil også bli bedre. Falcon 9 har en motor i bruk under landingen. BFR vil få to.

– Påliteligheten blir på nivå med kommersielle jetpassasjerfly. Du kan i praksis regne med å lande, sa Musk.

Raptor – ny type rakettmotor

Ikke bare skroget til rakett og romskip vil være gjenbrukbart. Også motorene blir av en ny og mer slitesterk type – kalt Raptor.

– Det er en ekstremt effektiv motor. Vi mener den vil ha den beste skyvkraften i forhold til vekt av noen motor av noe slag som noensinne er laget, sa Musk.

Raptormotorene vil ha tre ganger så stor skyvkraft som motorene i Falcon 9. De vil også gi en drivstofføkonomi i øvre sjikt – det som kalles spesifikk impuls.

To viktige egenskaper ved Raptor-motorene borger for dette. Den første er at brenselet ikke er en slags jetparafin, kalt RP-1 – Rocket Propellant 1. RP-1 brukes i Falcon 9, Sojus og flere andre raketter.

Motorprøve av tidlig utgave av Raptor, september 2015. (Foto: SpaceX)
Motorprøve av tidlig utgave av Raptor, september 2015. (Foto: SpaceX)

Metan som brensel

Isteden brukes metangass. Dette er vanskeligere å håndtere enn RP-1. Blant annet må det kjøles ned for å bli flytende.

Metan har til gjengjeld viktige fordeler – det er effektivt med høyere spesifikk impuls, omtrent det samme som drivstofføkonomi – og det er billig.

Metan er viktigste bestanddel i naturgass. I framtida vil også metangassen kunne utvinnes av fornybare kilder.

Kan utvinne drivstoff på Mars

Figuren viser forenklet hvordan metan og oksygen kan utvinnes for drivstoff på Mars av vann og karbondioksid. 1: Vann hentes fra is under overflaten. 2: Vannet spaltes til hydrogen og oksygen. 3: Karbondioksid hentes fra atmosfæren på Mars. Strekene viser hvordan den kjemiske reaksjonen kobler sammen delene på nytt. 4: Av fire vannmolekyler og ett karbondioksid-molekyl (1 og 3) lages slik ett molekyl metan og to molekyler vann. Oksygenet kan hentes ut i trinn 2. Det går også an å starte prosessen med hydrogen i trinn 2. Dette hydrogenet må da tas med fra Jorda. (Figur: Arnfinn Christensen, forskning.no)
Figuren viser forenklet hvordan metan og oksygen kan utvinnes for drivstoff på Mars av vann og karbondioksid. 1: Vann hentes fra is under overflaten. 2: Vannet spaltes til hydrogen og oksygen. 3: Karbondioksid hentes fra atmosfæren på Mars. Strekene viser hvordan den kjemiske reaksjonen kobler sammen delene på nytt. 4: Av fire vannmolekyler og ett karbondioksid-molekyl (1 og 3) lages slik ett molekyl metan og to molekyler vann. Oksygenet kan hentes ut i trinn 2. Det går også an å starte prosessen med hydrogen i trinn 2. Dette hydrogenet må da tas med fra Jorda. (Figur: Arnfinn Christensen, forskning.no)

På Jorda er det en fordel. På Mars er det helt nødvendig for at romskipene skal kunne fylle drivstoff og vende tilbake til Jorda.

Metoden som kan brukes, ble funnet opp av kjemikeren Paul Sabatier på 1910-tallet. Det går ut på å la hydrogen og karbondioksid reagere til metan og vann.

På Mars kan så vannet spaltes med solenergi til hydrogen og oksygen. Hydrogenet kan brukes til å lage mer metan med Sabatiers reaksjon.

Oksygenet trengs i drivstofftankene til forbrenning i rakettmotorene. I verdensrommet er det jo ingen luft og intet oksygen.

På Mars finnes både vann i form av is under bakken og karbondioksid i den tynne atmosfæren. Dermed kan lokale råstoff holde Sabatiers reaksjon i gang.

Lette, store drivstofftanker

Musk fortalte at de allerede nå har konstruert en drivstofftank i lett karbonfiber. Den er åtte etasjer høy.

Raketten har to tanker, en for metan og en for oksygen, begge holdt flytende under trykk og lav temperatur.

SpaceX har utviklet store, lette drivstofftanker av karbonfiber. (Foto: SpaceX, fra YouTube-video av foredraget Elon Musk holdt på romkongressen IAC i Adelaide, Australia 20.9.2017)
SpaceX har utviklet store, lette drivstofftanker av karbonfiber. (Foto: SpaceX, fra YouTube-video av foredraget Elon Musk holdt på romkongressen IAC i Adelaide, Australia 20.9.2017)

Teknologi hentet fra sovjetisk månerakett

Den andre egenskapen som gjør Raptor-motoren effektiv og pålitelig, er to forkamre hvor ulike blandinger av metan og oksygen forbrennes. Eksosen fra disse kamrene driver turbiner som igjen driver drivstoffpumpene.

Så fortsetter den varme eksosen ned til hovedforbrenningskammeret og bidrar til den totale skyvkraften.

De to trinnene med forbrenning – forkamre og hovedkamre – kalles trinnvis forbrenning – staged combustion cycle. Denne konstruksjonen er komplisert, og ble første gang prøvet ut i Sovjets mislykkede gigantiske månerakett på 1960-tallet, N-1.

N-1 var – som BFR – en gigantisk rakett med mange mindre motorer i første trinn. Nå gjentas på sett og vis romhistorien med samme grunnteknologi, men med snart 50 års teknologiutvikling imellom.

Bemannet ferd til Mars i 2024?

Elon Musk lanserte også en tidsplan for marsferder. Allerede i 2022 skulle de to første ubemannede skipene frakte nødvendige forsyninger til den røde planet.

– Dette er ikke en trykkfeil, sa Musk. Han medgikk likevel at det var et mål å strekke seg etter snarere enn en absolutt bestemt dato.

Marsferder kan bare gjennomføres med økonomisk bruk av tid og drivstoff hvert annet år. Det betyr at de to neste ferdene – en bemannet og en ubemannet – er berammet til 2024.

Figuren viser hvordan en marsferd kan gjennomføres. To BFR sendes opp i jordbane, den ene med folk og forsyninger, den andre med drivstoff i andretrinnet. De to andretrinnene dokker, og drivstoff overføres. Så fortsetter andretrinnet med mannskapet til Mars. Her må nytt drivstoff framstilles og etterfylles for retur til Jorda. (Illustrasjon: SpaceX, fra YouTube-video av foredraget Elon Musk holdt på romkongressen IAC i Adelaide, Australia 20.9.2017)
Figuren viser hvordan en marsferd kan gjennomføres. To BFR sendes opp i jordbane, den ene med folk og forsyninger, den andre med drivstoff i andretrinnet. De to andretrinnene dokker, og drivstoff overføres. Så fortsetter andretrinnet med mannskapet til Mars. Her må nytt drivstoff framstilles og etterfylles for retur til Jorda. (Illustrasjon: SpaceX, fra YouTube-video av foredraget Elon Musk holdt på romkongressen IAC i Adelaide, Australia 20.9.2017)

Nytt liv på Mars

– Vi vil finne de beste vannkildene. Med seks skip vil vi ha nok til å bygge et drivstoffdepot, grave etter vann og hente karbondioksid ut av atmosfæren og bygge basen, sa Musk.

– Med flere skip vil vi bygge en større og større by. Over tiden vil vi terraforme Mars, gjøre den til et fint sted å være, fortsatte han.

Det endelige målet til Musk er å ha tusenvis av BFR-skip i pendeltrafikk og gradvis omforme Mars slik at den vil ligne mer og mer på Jorda, og kanskje slik den røde planet har vært tidligere i sin lange historie – med vann og elver, en tykkere atmosfære med oksygen til å puste i og vakre solnedganger.

– Det er et vakkert bilde. På Mars er demring og skumring blå, og himmelen rød midt på dagen, sa Musk. Hvor realistiske er drømmene om kolonisering av Mars?

– Nesten for fantastisk

– Det er nesten for fantastisk å tro at Musk skal få denne svære raketten opp allerede i 2022 og de første mennesker til Mars i 2024. Dette er langt foran NASAs planer, kommenterer romfartsekspert Erik Tandberg overfor forskning.no.

– De tekniske problemene rundt denne typen motorer av denne størrelsen er mange. Husk – dette er en helt ny teknologi med flytende naturgass, fortsetter han.

– SpaceX har fått til mye, men Musk har ofte overskredet tidligere tidsfrister. Likevel – vi kan ikke se bort fra at han vil få det til noe senere.

– Å oppskalere teknologien slik Musk gjør, har også vært prøvd tidligere med hell. Wernher von Braun gjorde det da Saturn V-raketten ble bygget for måneferdene, sier Tandberg.

– Hinsides stort mål

Også den amerikanske astronauten Chris Hadfield er skeptisk til tidsrammene i et intervju med BBC samme dag som Musk holdt sitt foredrag.

 – Jeg tror ikke det vil skje langs den tidslinja Elon snakket om i dag, men han har en fantastisk arbeidskapasitet og lysende folk som jobber for seg, og jeg tenker at det er et hinsides stort mål vi bør sette oss nettopp nå, sa han.

BFR ned på Jorda igjen?

– De hadde også mye mer penger til rådighet da Apolloprosjektet sendte folk til Månen, kommenterer Tandberg videre.

Kanskje er det nettopp bunnlinja Musk tenkte på da han avsluttet foredraget sitt med en storslått video. Den viser hvordan BFR ikke bare kan brukes til romferder, men til ferder fra ett sted til et annet på Jorda.

Videoen viser hvordan BFR letter fra en havgående plattform og beskriver en bue opp i verdensrommet. Toppfarten er 27 000 kilometer i timen. Så lander det igjen på en tilsvarende plattform på den andre siden av kloden – drevet av naturgass hentet ut av karbondioksid i lufta.

Video fra SpaceX viser BFR brukt som transport fra kontinent til kontinent på Jorda.

Høy innsats

– Ferden blir myk som silke. Det er ingen turbulens ute i verdensrommet. De fleste steder på Jorda kan nås på under en halv time, sa Musk.

Kan dette markedet redde BFR? Musk satser uansett alt på ett kort nå. Innsatsen er høy, og det samme er fallhøyden.

– For å fly et rakettskip slik astronauter gjør, må du være optimist, kommenterte Hadfield.

– SpaceX har satset usannsynlig fra starten av og likevel har de levert gang etter gang. De er et fantastisk progressivt selskap, sa Hadfield.