Waarom de Falcon 9 van SpaceX ontplofte

Dat het niet goed gaat met de bevoorrading van het ISS, is een understatement. Op een jaar tijd gingen drie bevoorradingsschepen van drie verschillende fabrikanten in vlammen op. Orbital Sciences geraakte niet veel hoger dan het lanceerplatform, De Progress van de Russen haalde de ruimte net om dan terug in de dampkring te vallen, en de Dragon van SpaceX eindigde vorige maand ergens tussenin.

Vuurwerk

Wat op een vlucht recht uit het tekstboek leek, veranderde in vuurwerk ongeveer twee minuten na de lancering, nog voor het loskoppelen van de eerste trap. Deze week vertelde CEO Elon Musk eindelijk wat er volgens zijn onderzoekers is verkeerd gelopen. De bevindingen zijn voorlopig, al ziet het er naar uit dat SpaceX het bij het juiste eind heeft.

Zoals van aan het begin duidelijk was liep er iets mis in de tweede trap van de raket. De eigenlijke fout bleek moeilijk te detecteren en de verklaring is dan ook eerder technisch. Een minimum aan raketkunde is noodzakelijk, dus zet je schrap.

Zuurstof in de ruimte

De tweede trap van de Falcon 9 wordt voortgestuwd door één Merlin-raketmotor die op RP-1 werkt, wat uiterst imaginair voor Rocket Propellant 1 staat. Dat is een uiterst geraffineerde vorm van kerosine. RP-1 is minder gesofisticeerd en minder krachtig dan vloeibaar waterstof, maar ook goedkoper en aanzienlijk minder explosief bij kamertemperatuur. Om het RP-1 te laten ontbranden in de raketmotor is er natuurlijk zuurstof nodig, en hoog in de atmosfeer moet je die zelf meepakken. Daarom heeft de tweede trap van de raket naast de RP-1-tank ook een tank moet vloeibare zuurstof bij.

Als een bal onder water

Tijdens de vlucht, wanneer de raketmotor actief is, worden beide tanks er doorgejaagd in ongeveer zes minuten. Met een massa van net geen 65 ton wil dat zeggen dat er ongeveer tien ton vloeibare zuurstof per minuut uit de tank verdwijnt. Om het geheel onder druk te houden moet het verdwenen volume vervangen worden en dat gebeurt met helium. Helium is licht, stabiel, inert en zet sterk uit, waardoor het gas ideaal is.

Het heliumgas zelf zit in kleine lichte tanks aan de binnenkant van de vloeibare zuurstoftank. Die kleine tanks zelf zijn erg licht, waardoor ze willen drijven in de veel zwaardere vloeibare zuurstof. Denk aan een voetbal die je in het zwembad onder water wil houden. Hoe sneller de raket gaat, hoe liever de heliumtanks naar de oppervlakte willen.

Explosieve voetbal

Daarom worden ze op hun plaats gehouden door stukken metaal die in theorie sterk genoeg zijn om tot 4,5 ton aan opwaartse druk te weerstaan. Bij een versnelling van 3,2 G, onder 900 kilo aan druk, is één van de stutten toch gebroken. De heliumtank is vervolgens naar boven geschoten zoals diezelfde voetbal dat ook doet wanneer je hem onder water lost. Dat geweld kon de Falcon 9 nog aan, maar door het losschieten loste ook de leiding naar het kleppensysteem dat het helium langzaam in de tank moest laten. Resultaat: Al het gas kwam in één keer vrij en zette uit in een tank die voor 98 procent gevuld was. In minder dan een seconde scheurde de vloeibare zuurstoftank over met alle gevolgen van dien.

De schuldige

De verantwoordelijkheid voor de mislukte lancering lijkt dus bij één van de toeleveranciers te liggen. Extra tests van SpaceX wijzen uit dat de stutten, hoewel ze gecertificeerd zijn voor 4,5 ton, soms inderdaad breken onder 1 ton aan druk. De toeleverancier is intussen afgedankt, en SpaceX zal als voorzorgsmaatregel de metalen staven van nu af aan ook zelf testen.

Uit het onderzoek bleek verder dat de Dragoncapsule de explosieve desintegratie van de raket overleeft heeft. Het ruimteschip bleef intact doorvliegen totdat het hard in aanraking kwam met de oceaan. Een spijtige zaak, aangezien de Dragon parachutes aan boord heeft om te landen. SpaceX werkt momenteel aan een bemande variant van de Dragon, v2, en die heeft software om bij een dergelijke explosie de parachutes te gebruiken. Die software was helaas nog niet geïnstalleerd in de Dragon v1, iets waar voortaan ook verandering in komt.

Geluk bij een ongeluk

Al bij al valt het goed mee dat een niet naar specificaties gebouwd staafje aan de oorzaak van de ontploffing ligt. Het kost SpaceX weinig moeite om het probleem te verhelen en terug verder te gaan met lanceren. De eerstvolgende lancering vindt plaats in September. De eerste test van de Falcon Heavy, de krachtigste raket sinds de Saturn V, is wel opgeschoven naar begin 2016.

Met een beetje geluk is de eerste succesvolle landing van de eerste trap van de Falcon 9 op een boot in de oceaan dus toch nog voor 2015.

Hieronder legt Youtubesensatie Scott Manley nog eens in detail uit wat er net gebeurde. Zijn paint-tekeningen maken het één en ander extra tastbaar.

Geïnteresseerd in wetenschappelijk getinte nieuwtjes? Schrijf je dan in op onze wetenschapsnieuwsbrief en maak kans op een Blu-ray van Interstellar, inclusief digitale download in hoge kwaliteit.