Over een paar jaar wil de NASA voor het eerst sinds 1972 weer astronauten op de maan laten landen, onder wie de eerste vrouw ooit die op onze natuurlijke satelliet zal rondlopen. In de voetsporen van het Apollo-programma zou deze maanlandingscampagne – met de naam ‘Artemis’ – al in 2025 kunnen leiden tot een terugkeer van de mens naar de maan.

Het programma is vernoemd naar de Griekse godin van de maan en behelst meerdere vluchten, die de NASA en de ruimtevaartorganisaties waarmee het agentschap samenwerkt ook in de gelegenheid zal stellen een nieuw ruimtestation te bouwen. NASA-functionarissen hopen dat Artemis de eerste stap zal zijn op weg naar veel grotere ambities in de ruimte, waaronder geregelde vluchten naar de maan en een reis naar het verre Mars.

De terugkeer naar de maan is een complexe onderneming met ontelbare uitdagingen, maar ook met geweldige kansen voor nieuwe ontdekkingen. Hieronder zetten we de belangrijkste elementen van het Artemis-programma op een rijtje: de geplande vluchten, de technologie die nodig is om de missies te doen slagen en de mensen die voor de lange ruimtereizen in aanmerking komen.

De maanlandingscampagne begint met de eerste testvlucht van een reusachtige nieuwe raket, die later wordt gevolgd door bemande missies naar de maan – voor het eerst sinds 1972.

Welke ruimtevaartuigen worden in het Artemis-programma gebruikt?

Tijdens hun missies zullen de Artemis-bemanningen aan boord van de Orion-capsule leven, die is ontworpen om zijn vier inzittenden tot een maximum van 21 dagen in de ruimte gezond en wel te houden. Elke Orion-capsule zal tijdens een missie gecombineerd worden met een European Service Module, die door de ESA is ontworpen en bestaat uit zonnepanelen, life-support units (levensondersteunende systemen), brandstoftanks en een eigen raketmotor, die nodig is om in een baan rond de maan te geraken.

De raket die Orion naar de maan zal brengen, is het Space Launch System of SLS: een ruim 98 meter hoog gevaarte dat is opgebouwd uit brandstoftanks met vloeibaar waterstof en vloeibare zuurstof, plus de eerste trap met zijn vier RS-25-raketmotoren, die oorspronkelijk voor het spaceshuttle-programma zijn ontwikkeld. Voor Artemis I, een onbemande retourvlucht naar de maan, zullen gereviseerde motoren worden gebruikt die op z’n minst op drie van de laatste spaceshuttle-missies hebben gevlogen.

Aan weerszijden van de hoofdtrap van elke SLS-raket zullen ook twee enorme vaste-brandstofboosters worden bevestigd, die de megaraket in combinatie met de hoofdtrap een stuwkracht van 8,8 miljoen pond zullen geven, vijftien procent meer dan de Saturn V-raket van het Apollo-programma. Wanneer de raket eenmaal de ruimte heeft bereikt, zal de bovenste trap worden losgekoppeld en zijn eigen motoren starten om Orion (samen met de European Service Module) in een omloopbaan rond de maan te brengen.

Orion zelf kan niet op de maan landen, dus zal de NASA pas zijn eerste landingspoging wagen tijdens de Artemis III-missie, waarbij de astronauten van Orion in hun omloopbaan rond de maan zullen overstappen naar een aangepaste versie van een Starship van het bedrijf SpaceX. In het Starship, dat momenteel door SpaceX wordt getest, zullen de astronauten vervolgens naar het maanoppervlak afdalen en er ook weer mee opstijgen.

Wanneer Orion naar de aarde terugkeert, zal de klokvormige capsule zijn hitteschilden gebruiken om de gloeiend hete afdaling door de aardatmosfeer te doorstaan en vervolgens parachutes ontvouwen voor een zachte plons in de oceaan.

Welke Artemis-missies staan het eerst op het programma?

De eerste missie – Artemis I – is een onbemande testvlucht die op maandag 29 augustus staat gepland, met 2 en 5 september als uitwijkdatums. Artemis I zal de eerste onbemande testlancering en -vlucht voor de hele ‘vaartuigstapel’ zijn: Orion, de European Service Module en de SLS-raket. Het enige onderdeel dat tot nu toe in de ruimte heeft gevlogen, is de Orion-capsule, die in december 2014 met een andere raket werd gelanceerd om zijn hitteschilden te testen. Afhankelijk van de lanceerdatum zal de eerste testvlucht vier tot zes weken duren. Daarbij zal Orion in een omloopbaan rond de maan worden gebracht en daarna weer naar de aarde terugkeren.

‘We leren van uitdagingen en van geleverde prestaties: Artemis I toont aan dat we grootse dingen kunnen doen, dingen die mensen verenigen, die ten goede komen aan de mensheid, dingen als de Apollo-missies, die de hele wereld hebben geïnspireerd,’ aldus NASA-baas Bill Nelson op 3 augustus tijdens een persconferentie. ‘Wij zijn nu de Artemis-generatie.’

Artemis II, die op z’n vroegst voor mei 2024 gepland staat, zal de eerste bemande vlucht worden. Tijdens de tiendaagse missie zal de 4-koppige bemanning van Orion rond de maan vliegen en dan weer naar de aarde terugkeren. De missie doet sterk denken aan de bemande testvlucht van Apollo 8, in december 1968.

Artemis III, de missie die bedoeld is om de mens opnieuw voet op de maan te laten zetten, zal op z’n vroegst in 2025 worden gelanceerd. De eveneens 4-koppige missie zal beginnen zoals die van Artemis II, maar als Orion eenmaal in een omloopbaan rond de maan is gebracht, zal de capsule aandokken aan een Starship van SpaceX, dat daar al is gestationeerd. Twee van de bemanningsleden zullen vervolgens in het Starship naar het maanoppervlak afdalen en in de buurt van de lunaire zuidpool landen. De astronauten zullen daar ongeveer zesenhalve dag verblijven en er onderzoek doen, waarna ze in hun Starship weer naar een omloopbaan rond de maan zullen opstijgen, daar zullen overstappen naar Orion en dan naar de aarde zullen terugkeren.

Waar zal Artemis III landen?

Anders dan de Apollo-missies, die om technische redenen in de buurt van de lunaire evenaar moesten landen, zal Artemis III nabij de lunaire zuidpool landen. De NASA heeft dertien kandidaat-landingsregio’s onthuld, elk van zo’n vijftien bij vijftien kilometer, waarin minstens tien mogelijke landingsplekken voorhanden zijn.

NASA overweegt deze regio’s als landingsplek omdat het maanlandschap daar allerlei geologische kenmerken vertoont die nog nooit eerder zijn onderzocht. Elke landingsplek is vlak genoeg om er veilig te kunnen landen en ontvangt gedurende de missie zesenhalve dag aan zonlicht, zodat de astronauten er bijna een weeklang kunnen verblijven. Op andere tijden liggen deze gebieden in de schaduw, dus zal de keuze voor de exacte landingsplek voor Artemis III afhangen van de lanceerdatum van de missie.

In de buurt van de beoogde landingsplekken bevinden zich gebieden waar het maangesteente en maanstof (regoliet) permanent in de schaduw liggen en de chemische vingerafdrukken van water bevatten. Als het mogelijk zou zijn water uit regoliet te winnen, zou dat de bouw van een toekomstige nederzetting op de maan veel eenvoudiger maken; zo’n basis zou een beetje zijn te vergelijken met een onderzoeksbasis op de Zuidpool.

Maar het is nog onduidelijk of het water in het regoliet in voldoende mate aanwezig en gemakkelijk winbaar is. Om uit te zoeken of het water in de regio bruikbaar is, wil de NASA de rover VIPER al in 2024 naar de zuidpool van de maan sturen om meer gegevens over de daar aanwezige ijzige watervoorraden te vergaren. Daarna zouden de astronauten van Artemis III het gebied gerichter kunnen onderzoeken.

Hoe is het Artemis-programma ontstaan?

Het Artemis-programma komt voort uit het ruimtevaartprogramma Constellation, dat onder president George W. Bush werd gepland en in 2005 formeel werd goedgekeurd. Dat programma voorzag in de vervanging van de spaceshuttle en een terugkeer naar de bemande ruimtevaart.

Maar onder president Obama werd het Constellation-programma vanwege vertragingen en kostenoverschrijdingen geschrapt, een besluit waarmee de ruimtevaartindustrie die rond de spaceshuttle en het Constellation-programma was opgebouwd, op een laag pitje werd gezet. In 2010 reageerde het Amerikaanse Congres door een wet aan te nemen waarin de ontwikkeling van de bemanningscapsule Orion – onderdeel van het Constellation-programma – werd gehandhaafd en tegelijkertijd werd gepleit voor de bouw van een nieuwe raket die was gebaseerd op de nog lopende contracten voor de spaceshuttle en het Constellation-programma. Uit die combinatie is uiteindelijk het SLS voortgekomen.

De plannen voor Orion en het SLS hebben zich in de loop der jaren verder ontwikkeld, maar het Artemis-programma zoals we dat nu kennen, werd bedacht tijdens de regering-Trump. Daarbij richtte het plan zich opnieuw op bemande vluchten naar de maan, als opstapje voor een vlucht naar Mars. De regering-Biden heeft vrijwel niets aan het Artemis-programma veranderd maar wel de streefdatum voor een landing op de maan wat naar voren geschoven, van 2025 naar 2024.

Hoeveel kost het Artemis-programma?

Volgens het NASA Office of Inspector General, de rekenkamer van de NASA, zullen het Artemis-programma en de daarmee in verband staande projecten gedurende de fiscale jaren 2012 tot 2025 naar schatting 93 miljard dollar kosten, waarna de kosten voor navolgende Artemis-missies een geschatte 4,1 miljard dollar per lancering zullen bedragen. De uitgaven voor het programma zijn de laatste jaren flink boven de oorspronkelijke begroting uitgestegen, zozeer zelfs dat inspecteur-generaal Paul Martin ze eerder dit jaar als ‘onhoudbaar’ betitelde.

Tot dusver blijft het Congres de financiering van het programma steunen. Iets minder dan de helft van de jaarlijkse NASA-begroting wordt gewijd aan de bemande ruimtevaart, en volgens de Planetary Society, een ngo die zich wijdt aan de bevordering van de ruimtevaart, komt het huidige NASA-budget neer op 0,4 procent van de vrij besteedbare federale overheidsuitgaven van de VS.

Doen andere landen aan het programma mee? 

Hoewel het Artemis-programma een Amerikaanse onderneming is, heeft de NASA andere landen uitgenodigd om een bijdrage aan het programma te leveren. Canada en Japan hebben toegezegd om mee te helpen aan de bouw van een toekomstig ruimtestation in een omloopbaan rond de maan, het zogenaamde Gateway-project. De NASA heeft verder ‘Artemis-akkoorden’ getekend met Canada, Japan en tenminste achttien andere landen; de akkoorden zijn niet-bindende afspraken waarin principes voor een vreedzame samenwerking in de ruimte zijn vastgelegd.

Wie zullen er naar de maan vliegen?

Voor de bemande Artemis-vlucht zijn nog geen astronauten aangewezen, maar NASA-functionarissen hebben duidelijk gemaakt dat het hele korps van huidige astronauten in aanmerking komt om op Artemis-missies te vliegen. De NASA heeft ook laten weten dat een Canadese astronaut tot de bemanning van Artemis II zal behoren, uit waardering voor de Canadese investeringen in het programma.

Daarnaast heeft de NASA zich verplicht om op de Artemis III-missie de eerste vrouw op de maan te laten landen. Volgens woordvoerders van het agentschap zal ook de eerste zwarte man of vrouw op de maan landen, hetzij al op de Artemis III-missie, hetzij op een van de latere missies.

Waarom sturen we mensen naar de maan?

De NASA en ook andere ruimtevaartorganisaties hebben hun ambities met betrekking tot de maan opgeschroefd, omdat de maan een wetenschappelijk zeer interessante en relatief nabije bestemming voor ruimteonderzoek is. Zoals is gebleken uit analyses van de maanstenen die door de Apollo-missies naar de aarde werden meegebracht, fungeren de inslagkraters en gesteenten op de maan als een soort archief waarin de vierenhalf miljard jaar lange geschiedenis van het zonnestelsel is vastgelegd.

De natuurlijke satelliet van de aarde kan ook dienen als ‘oefenterrein’ voor missies naar andere hemellichamen in het zonnestelsel. Hoewel de maan en Mars in talloze opzichten van elkaar verschillen, kan er bij een nadere verkenning van de maan veel worden geleerd over de benodigdheden voor een eventuele missie naar Mars, bijvoorbeeld over de bouw van veilige woon- en werkunits, vluchten naar de diepere ruimte en het onttrekken van water aan ijsreservoirs.

Pleitbezorgers van de bemande ruimtevaart geloven ook dat de uitdagingen die gepaard gaan met de verkenning van de ruimte op langere termijn enorme voordelen kunnen opleveren. Ambitieuze technologische ondernemingen als het Artemis-programma en het International Space Station zijn voor landen een goede gelegenheid om op vreedzame wijze met elkaar samen te werken. Het ontwerpen van nieuwe hardware en software voor de Artemis-missies zal banen opleveren voor een grote groep hoogopgeleide en bekwame mensen. En sommigen menen dat een terugkeer naar de maan ook talloze jonge mensen zal inspireren tot een carrière in de natuurwetenschappen en de technologie.

Maar voor maanwetenschapper Clive Neal, verbonden aan de University of Notre Dame du Lac, is de vraag of het Artemis-programma in de toekomst al dan niet als een succes zal worden beschouwd, afhankelijk van de technologische voordelen die de onderneming zal opleveren. Hij wijst erop dat de vluchtcomputer voor de Apollo-missies een enorme stimulans voor de ontwikkeling van de siliconenchip heeft betekent, die destijds nog in de kinderschoenen stond. ‘Het einddoel zou moeten zijn dat we het leven hier op onze planeet een stukje aangenamer hebben gemaakt,’ zegt hij.

Wat gebeurt er ná Artemis III?

De toekomst van het Artemis-programma zal uiteindelijk worden bepaald door het Amerikaanse Congres en de Amerikaanse kiezer. Voorlopig heeft de NASA herhaalde missies naar het maanoppervlak gepland. Elementen van het SLS en de Orion worden al gebouwd voor Artemis IV.

Ook aan andere onderdelen van de infrastructuur voor Artemis wordt hard gewerkt. In samenwerking met de Canadese en Japanse ruimtevaartorganisaties is de NASA bezig met de bouw van het ruimtestation Gateway, dat in een omloopbaan rond de maan zal worden gebracht. Het station is bedoeld als platform vanwaaruit toekomstige vluchten naar het maanoppervlak zullen vertrekken. Delen van Gateway worden al gebouwd, en de eerste twee modules zouden al in 2024 gelanceerd kunnen worden. Volgens de planning zal het afbouwen van Gateway plaatsvinden in een omloopbaan rond de maan, tijdens de Artemis IV-missie, die op z’n vroegst in 2026 van start zal gaan.

De NASA heeft ook plannen op de tekentafel liggen voor andere activiteiten op de maan, waaronder het ‘LunaNet’-telecomnetwerk, een menselijke habitat op het maanoppervlak en een grote rover met een drukcabine voor astronauten. Maar deze ideeën over een permanente nederzetting op de maan zullen afhangen van de eerste paar Artemis-missies, waarbij ’s werelds nieuwste maanraket en ruimtevaartuig grondig getest zullen worden.

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op nationalgeographic.com

NASA’s krachtigste raket ooit klaar om op te stijgen
Na jaren van werk staat de 98 meter hoge SLS (Space Launch System), die is ontworpen om opnieuw mensen naar de maan te brengen, klaar voor de start.

Op een wolkeloze avond in maart doemt een 98 meter hoge raket op uit de reusachtige hangar waar hij in elkaar is gezet, op het Kennedy Space Center van de NASA. Het kolossale, oranje-witte ruimtevaartuig, met de aanduiding Space Launch System, toont zich voor het eerst aan het publiek en is ook voor het eerst helemaal ‘gestapeld’, wat betekent dat alle componenten van de raket op elkaar zijn gezet om te beginnen aan een reeks laatste tests voordat het gevaarte officieel luchtvaardig wordt bevonden. Verbonden aan een steuntoren schuift de SLS op een transportplatform centimeter voor centimeter over een bijna zeven kilometer lang traject dat is geplaveid met rivierkeien. Maar plotseling komt het gevaarte met een schok tot stilstand.

Is er iets mis? Heeft zich een mechanisch probleem voorgedaan? De raket blijft ruim een halfuur stilstaan. Alsof ze een of ander dodelijk mankement aan deze pas uit zijn ei gekropen vliegmachine vermoeden, beginnen gieren in de lucht boven het Kennedy Space Center rond te cirkelen…

Maar al snel besef ik dat de aasvogels alleen maar gebruikmaken van de warme luchtbellen die opstijgen van het in de zon blakende dak van het Vehicle Assembly Building (VAB), een ruim 175 meter hoge monoliet waarin niet alleen de SLS, maar ook de Saturn V-raket van het Apollo-programma en de gevleugelde spaceshuttle zijn geassembleerd. Uiteindelijk kan de SLS zijn weg zonder problemen voortzetten en zijn er geen grimmige voortekenen meer te zien – alleen maar richtingwijzers die naar nóg grotere hoogten wijzen.

Een vroeg model van de SLS-raket is opgehangen in een windtunnel met een doorsnede van 35 centimeter in het Marshall Space Flight Center van NASA in Huntsville, Alabama. De windtunnel werd in de jaren vijftig door het Amerikaanse leger gebouwd en later gebruikt voor het testen van modellen van de Saturn V-raket en de spaceshuttle.

Foto door Dan Winters, National Geographic

De SLS zou oorspronkelijk op maandag 29 augustus voor het eerst vliegen, op een missie die als Artemis I wordt aangeduid en tussen de zes en negentien dagen zal duren. Het twee uur durende tijdvenster voor de onbemande testvlucht opende zich die dag om 14.33 uur Nederlandse tijd, maar wegens technische problemen is de start verschoven naar vrijdag 2 september. De onbemande Artemis I zal de nieuwe ruimtecapsule Orion in een baan om de maan brengen, die vervolgens weer terug naar de aarde zal vliegen – de eerste maanvlucht van het gelijknamige programma van de NASA, dat niet voor niets is vernoemd naar de Griekse godin van de maan. Artemis voorziet ook in de maanlanding van de eerste vrouw en de eerste zwarte man of vrouw.

Al in mei 2024 zouden astronauten tijdens de Artemis II-missie in een omloopbaan rond de maan gebracht kunnen worden – de eerste keer sinds 1972 dat de mens deze 386.000 kilometer lange reis heeft gemaakt. En voor 2025 heeft de NASA de Artemis III-missie gepland, waarmee voor het eerst sinds juli 1969 weer mensen op de maan zullen worden gezet.

Maar voordat er astronauten aan boord van de SLS en Orion kunnen gaan, moet het hele systeem in de praktijk worden getest. Wanneer Artemis I opstijgt, zal een kunstmatig onweer over Merritt Island in Florida losbarsten, want dan zullen de vier RS25-raketmotoren – de grootste die ooit zijn gebouwd – tezamen bijna 40.000 kilonewton aan stuwkracht leveren. Tijdens zijn vijfhonderd seconden durende klim naar de ruimte zal de SLS een snelheid van 28.000 kilometer per uur bereiken.

De Saturn V gedroeg zich op het lanceerplatform eerder als een schildpad en steeg heel langzaam op om daarna geleidelijk aan te versnellen. Daarentegen steeg de spaceshuttle op als een nerveuze haas. Dankzij twee vastebrandstofboosters aan weerszijden van zijn centrale trap stijgt de SLS met de snelheid van het voormalige ruimteveer op, waarbij hij op weg naar de ruimte een wolk van vuur en stoom achter zich zal laten.

De nieuwe raket en de Orion-capsule zijn de eerste ruimtevaartuigen sinds de spaceshuttle – die in 1981 zijn debuut maakte – die door NASA specifiek voor bemande vluchten zijn ontworpen. De SLS is ook de krachtigste raket die NASA ooit heeft gebouwd. ‘Ik heb tegen ons team gezegd: neem je moment,’ zei Charlie Blackwell-Thompson, lanceringsleider voor Artemis I, enkele dagen voordat de raket uit het VAB werd gerold op een persconferentie. ‘Geniet van het punt waarop je nu bent aangekomen, want het gebeurt niet zo vaak in je carrière dat je zoiets nieuws doet.’

Dichte wolken van vuur en rook stijgen op van een oefenterrein van Northrop Grumman in Promontory, Utah, tijdens een test van een van de vastebrandstofboosters voor de SLS. Tijdens de lancering zal elke booster 16.000 kilonewton aan stuwkracht leveren.

Foto door Dan Winters, National Geographic

Als hij eenmaal opstijgt heeft de SLS meer overwonnen dan alleen de zwaartekracht. De ontwikkeling van de raket is op enorme obstakels gestuit: jaren van vertragingen, miljarden dollars aan kostenoverschrijdingen, voortdurende kritiek en de mogelijkheid dat privébedrijven binnenkort nóg zwaardere maar veel goedkopere raketten zullen lanceren.

Maar voorlopig is de SLS de enige raket die in staat is om mensen naar de maan te brengen. Voor John Blevins, sinds 2019 hoofdingenieur voor de SLS bij NASA, vertegenwoordigt het systeem een fundamenteel aspect van typisch menselijke ambities. ‘Als je bedenkt hoe wij de Feniciërs of de oude Egyptenaren omschrijven, dan heb je het over hun kunstzinnige bijdragen en hun wetenschappelijke bijdragen, en dan heb je het over hun ontdekkingsreizen,’ zegt Blevins. ‘Dit zijn de ontdekkingsreizen van onze beschaving.’

In het Systems Integration Lab van het Marshall Space Flight Center van de NASA in Huntsville, Alabama, wordt een complexe computeropstelling gebruikt om honderdduizenden lanceringen van de SLS te simuleren.

Foto door Dan Winters, National Geographic

Amerikaanse raketfabriek

De centrale trap, de grootste component van de SLS, wordt gebouwd in de Michoud (spreek uit als ‘miesjoe’) Assembly Facility, een fabriekscomplex dat een kleine 25 kilometer van het centrum van New Orleans, Louisiana, ligt. Het terrein van Michoud heeft een oppervlakte van ruim zeventien hectare en was ooit een Franse suikerrietplantage die bekendstond om zijn prachtige cipressen en populatie van muskusratten. Michoud werd in 1942 voor het eerst in de luchtvaartindustrie ingezet toen de Amerikaanse regering hier een onvoltooide scheepswerf confisqueerde om er vrachtvliegtuigen te gaan bouwen.

In september 1961 nam NASA het complex over. Voor de bouw van de Saturn V-raket van het Apollo-programma was de organisatie op zoek naar een fabrieksterrein aan een diepzeehaven. Hier is de centrale trap van de Saturn V gebouwd, evenals de herkenbare oranje hoofdbrandstoftank van de spaceshuttle. ‘Tot voor kort kon je niet uit een baan om de aarde geraken zonder eerst Michoud aan te doen,’ zegt Boeing-ingenieur Amanda Gertjejansen.

De bouw van de centrale trap voor de SLS, onder leiding van Boeing, gebeurt op Michoud van oost naar west. Houten kratten met grote aluminium platen worden door de fabrieksdeuren binnengebracht, waarna er grote cilinders van worden gelast. De segmenten worden vervolgens opgestapeld en aan elkaar gesmeed voor de bouw van de twee centrale brandstoftanks, de ring ertussen en het cilindrische verbindingssegment tussen de SLS en de Orion-capsule. Nadat de lasnaden uitgebreid zijn getest, worden er schuimlagen op de buitenkant van de segmenten gespoten, de vluchtgeleidingssystemen aangebracht en nog talloze toevoegingen en aanpassingen doorgevoerd voordat de afgebouwde raket de fabriek kan verlaten en per schip naar Florida wordt getransporteerd.

In een andere uithoek van Michoud bouwt Lockheed Martin het frame voor de Orion-capsule, die daarna wordt afgebouwd op het Kennedy Space Center zelf. De vastebrandstofboosters aan weerszijden van de centrale trap worden in segmenten gebouwd door Northrop Grumman in Utah en daarna per trein naar Florida vervoerd. En de machtige RS25-raketmotoren, die nog voor de spaceshuttle zijn ontworpen en nu de centrale trap van de SLS zullen voortstuwen, worden getest door het bedrijf Aerojet Rocketdyne in Mississippi.

Om de romp van de SLS sterk maar licht te maken, zijn de aluminium panelen ervan – zoals te zien aan dit segment van de motorruimte van de SLS, in de Michoud Assembly Facility – aan de binnenzijde deels uitgehold. Door het nauwkeurig uitfrezen van de panelen is een driehoekig ‘isoraster’ van versterkende ribben achtergebleven.

Foto door Dan Winters, National Geographic

In het Marshall Space Flight Center van NASA maken lassers gebruik van een kolossale machine om de panelen van de kegelvormige tussentrap van de SLS aan elkaar te smeden. De tussentrap verbindt de centrale trap van de raket met zijn voorlopige bovenste trap.

Foto door Dan Winters, National Geographic

Het bouwen van een raket van deze omvang vereist een gigantische en grotendeels onzichtbare infrastructuur. Neem alleen al de lasnaden van de centrale SLS-trap. Anders dan gewone lasnaden, die met superhete branders of plasmabogen worden gemaakt, worden de naden van de SLS met behulp van wrijving getrokken. Daarbij wordt een schroefvormige stift tot ruim 480 graden Celsius verhit, precies genoeg om het metaal boterzacht te maken. Terwijl de stift door de naad wordt getrokken, wordt de randen aan weerzijden aan elkaar gesmeed.

Dit proces levert sterkere lasnaden met minder verontreiniging op en vereist bovendien geen vulmetalen. Toen een proefversie van de brandstoftank voor vloeibare waterstof van de SLS tijdens een test extreem werd samengedrukt, waarbij de uitgeoefende krachten tweeënhalf keer zo groot waren als wat de raket tijdens zijn vlucht zou moeten verduren, barstte de tank uiteindelijk open, maar niet langs de lasnaden.

Voor het trekken van zulke naden zijn enkele indrukwekkende machines nodig. In het Vertical Assembly Center (VAC) op Michoud rijzen vier torens van gehard staal vijftig meter op richting het hoge plafond. De bijna 24 meter brede constructie is de grootste circulaire wrijvingslasmachine die ooit is gebouwd. Een cilindrisch segment van de SLS past precies in de basis van de toren, en na elk toegevoegd en gelast element komt de raket een stukje dichter bij het dak. Een ring van 72 klemmen houdt de opgestapelde kokers op hun plek terwijl een robotarm op een cirkelvormige rails de segmenten met zijn wrijvingspin aan elkaar smeedt.

Binnenin het reusachtige Vehicle Assembly Building op het Kennedy Space Center van NASA in Florida wordt de volledig ‘gestapelde’ SLS – met de Orion-capsule op zijn top – voor de Artemis I-missie van alle zijden verlicht. Het gevaarte staat gereed om naar buiten te worden gerold voor een ‘natte repetitie’ (het vullen van de brandstoftanks) en het testen van de countdown-procedures.

Foto door Dan Winters, National Geographic

De fundamenten voor de machine bevatten bijna tien kilometer aan wapening, terwijl het benodigde beton voor de basis een rij trucks van bijna tweeënhalve kilometer lengte zou vullen. Toch is de machine zó precies dat ze haar eigen positie met een marge van niet meer dan 0,025 millimeter kan bepalen. Boeing-ingenieur Steve Ernst bekijkt de toren als een trotse vader. ‘Ik was een van de oorspronkelijke ingenieurs voor dit ding. Ik ben erbij betrokken geweest vanaf het moment waarop we met z’n drieën aan het tekenen sloegen,’ vertelt hij me.

Later die dag laat Gertjejansen mij in Gebouw 103 op Michoud de vrucht van Ernsts werk zien: de centrale trap van de SLS voor Artemis II. Als deze raket helemaal af is, zal hij bijna 65 meter lang zijn en een doorsnede van een kleine 8,5 meter hebben. Het gevaarte komt als een bijna wanstaltig groot beest over: een monument in tinten die uiteenlopen van crème tot abrikoos. Naarmate de buitenste schuimlaag op de raket uithardt en met de zuurstof in de lucht reageert, neemt hij een oranje kleur aan. Dikke zilverkleurige pijpen lopen langs de buitenkant van de SLS om de motoren met brandstof te voeden. Wanneer we een kijkje nemen in het gedeelte voor de raketmotoren, die nog niet zijn aangebracht, voelt de lege ruimte aan als een overvolle fitnessruimte met een jungle van buizen en leidingen.

Gertjejansen heeft zelf gezien hoe de raket stukje bij beetje werd geassembleerd. Geboren en getogen in New Orleans begon ze ooit bij Boeing in Philadelphia; daarna kon ze voor een periode van een halfjaar op Michoud aan de slag. Negen jaar later is Gertjejansen hier verantwoordelijk voor een groot team van medewerkers met zeer uiteenlopende vaardigheden. De thermische dekens voor het motorcompartiment zijn speciaal ontworpen, het isolatieschuim op de brandstoftanks is handmatig opgespoten. De schaakbordachtige markeringen op de zijkant van de raket – op basis waarvan men de oriëntatie en snelheid van het ruimtevaartuig op grote afstand kan bepalen – zijn met de hand aangebracht. ‘Als je aan het bouwen van een raket denkt, denk je aan rocket scientists, maar die vormen maar een heel klein onderdeel van ons team,’ zegt Gertjejansen.

Eerder op de dag praat ik bij de bedieningspanelen van het Vertical Assembly Center met een paar van de lassers. Shawn McGee vertegenwoordigt al de derde generatie van zijn familie die op Michoud werkt. Zijn oma werkte hier aan het Apollo-programma en zijn vader kreeg patenten toegekend voor zijn laswerk aan de spaceshuttle. ‘Het zijn grote schoenen om te vullen,’ zegt McGee.

Simulatie van de start

Sommige onderdelen van de SLS zijn direct van de spaceshuttle overgenomen. Voor de eerste vier Artemis-lanceringen wordt gebruikgemaakt van RS25-raketmotoren die al op eerdere missies van de spaceshuttle zijn gebruikt, waarna ze grondig zijn gereviseerd en met nieuwe vluchtgeleidingssystemen zijn uitgerust. Enkele segmenten van de vastebrandstofboosters van de SLS zijn overgenomen van boosters die uit de Atlantische Oceaan zijn opgevist en daarna zijn gereviseerd. Wanneer Artemis I opstijgt, zullen er componenten van 83 verschillende spaceshuttle-vluchten aan boord zijn.

Maar het ontwerpen en bouwen van een nieuw ruimtevaartuig met onderdelen van de spaceshuttle is allesbehalve eenvoudig geweest. De motoren van de shuttle bevonden zich naast de brandstoftank, maar bij de SLS zitten ze direct onder de centrale brandstoftanks, een geheel nieuwe configuratie voor zowel de tanks als de motoren. Om te bestuderen hoe het gevaarte zich tijdens de vlucht zal gedragen, maken ingenieurs van het Marshall Space Flight Center van de NASA in Alabama gebruik van een virtuele raket.

In het Systems Integration Lab staat een batterij geventileerde computers in een halve cirkel die ongeveer zo breed is als de SLS zelf. In deze metalen behuizingen en witte kabels ‘leeft’ een vluchtwaardige kopie van alle computers van de SLS en zijn vluchtgeleidingssystemen. Elders in het lab zoemt de computeropstelling ‘Advanced Real-Time Environment for Modeling, Integration, and Simulation’ (ARTEMIS), waarmee lanceringen van de SLS met grote precisie gesimuleerd kunnen worden, tot en met het brandstofniveau in de tanks.

De computers op de grond ‘moeten het lang uithouden en heel veel werk verzetten,’ zegt de softwaredirecteur voor de SLS, Dan Mitchell, met een grinnik. Als er al zoiets als The Matrix voor de SLS zou bestaan, dan is dit het.

Met ARTEMIS kunnen alle krachten en omstandigheden worden gesimuleerd waaraan de raket tijdens de lancering wordt blootgesteld, van de aerodynamische wrijving tot de temperatuur en de druk in de brandstoftanks – en dat tienduizend maal per seconde. Gevoed door al deze gegevens, kan de vluchtgeleidingscomputer van de SLS elke twintig milliseconden aanpassingen aan de virtuele raket doorvoeren. De vluchtgeleidingscomputer verwerkt 50.000 LOC’s (lines of code; coderegels), en ARTEMIS nog eens drie miljoen. Samen hebben deze computers al honderdduizenden virtuele vluchten van de SLS afgewerkt en daarbij alle problemen opgelost waarmee de ingenieurs de digitale raket hebben bestookt.

Voor Shaun Phillips, hoofd vluchtgeleidingssoftware van de SLS, kwam het moment van de waarheid in maart 2021, op het Stennis Space Center van de NASA in Mississippi. Tijdens een test van de centrale trap voor Artemis I werden de vier RS25-motoren ontstoken, die tezamen gedurende de volle acht minuten (de tijd die ze tijdens de lancering van Artemis I zullen branden) ruim zevenduizend kilonewton aan stuwkracht leverden. Tot dan toe was de software van de raket gedurende een zo lange periode alleen virtueel getest. Nu kon die software een reële ontsteking zonder problemen aan.

‘Toen de motoren werden gestart, voelde je die welbekende trillingen tot in je borstkas,’ zegt Phillips. De eerstvolgende keer dat de raketmotoren acht minuten lang zullen bulderen, zal tijdens de lancering van Artemis I zijn.

Opvolger van het ruimteveer

Zoals in de ruimtevaart wel vaker het geval is, verliep de ontwikkeling van de SLS tamelijk grillig. Het idee voor de megaraket werd op 1 februari 2003 geboren, toen de spaceshuttle Columbia bij zijn terugkeer in de dampkring in stukken brak en de zeven bemanningsleden van het vaartuig omkwamen. In januari 2004 pleitte een adviesraad voor stopzetting van het spaceshuttle-programma, waarna onder president George W. Bush een nieuw plan werd opgesteld voor bemande vluchten naar het International Space Station (ISS), de maan en Mars.

Dat initiatief, dat in 2005 formeel als het Constellation-programma werd goedgekeurd, voorzag in het ontwerp van de bemande Orion-capsule, een maanlander en een reeks nieuw raketten. Maar al snel overschreed het Constellation-programma het beoogde budget en liep grote vertragingen op, waarna de regering-Obama het in februari 2010 schrapte. Die maatregel viel niet in goede aarde bij het Amerikaanse Congres, vooral niet omdat het Constellation-programma in de hele VS duizenden hoogwaardige banen had gecreëerd.

Als tegenmaatregel maakte het Congres geld vrij voor twee verschillende raketprogramma’s: het Commercial Crew-programma voor bemande vluchten naar het ISS, dat nu door SpaceX en Boeing wordt uitgevoerd, en de SLS.

Bij het ontwerp en de bouw van de SLS stuitte het verantwoordelijke team op alle mogelijke uitdagingen. In 2017 werden twee gebouwen op het Michoud-terrein door een tornado beschadigd, waarna in september 2021 orkaan Ida het dak van Gebouw 103 vernielde. Vervolgens zorgden de coronavirus-pandemie en nog talloze andere tegenslagen voor grote vertragingen. Aan deze externe factoren moeten nog de vele technische problemen en tegenslagen worden toegevoegd die elk werktuigbouwkundig project van deze omvang plagen. Volgens de Office of Inspector General van NASA, de rekenkamer van de organisatie, zijn er alleen al twee à drie maanden verloren gegaan aan het oplossen van een verontreiniging in een deel van de brandstofleidingen voor de raketmotoren. Nog eens negen maanden vertraging ontstond toen de wrijvingslasmachine tijdens de opbouw niet goed bleek te zijn gekalibreerd.

De raket staat nu eindelijk klaar voor de start, maar daar hangt wel een prijskaartje aan. Volgens mededelingen van NASA in 2014 zou voor het ontwerp en de bouw van de SLS en een lancering in november 2018 in totaal 9,1 miljard dollar nodig zijn. Maar in juni van dit jaar constateerde de Amerikaanse Rekenkamer, het Government Accountability Office, dat de kosten inmiddels tot bijna 11,8 miljard dollar waren gestegen en dat de eerste lancering drie jaar vertraging had opgelopen.

‘Het is een heel frustrerende tijd geweest,’ zegt Lori Garver, van 2009 tot 2013 plaatsvervangend hoofd van NASA. ‘Toen ik in 2013 bij NASA vertrok, zei ik dat de lancering waarschijnlijk wel een jaar of twee vertraging zou oplopen. Destijds stond die lancering voor 2017 gepland, maar de problemen hebben sindsdien mijn ergste nachtmerries overtroffen. Maar goed, we zijn er nu toch.’ De problemen met de SLS ‘zijn niet de schuld van de tienduizenden mensen die aan het programma werken,’ zegt ze. ‘Het is een enorme prestatie, ook al heeft het veel geld gekost.’

De SLS is niet het enige onderdeel van Artemis dat met tegenslagen te maken heeft gekregen. In maart 2022 schatte het Office of Inspector General van NASA dat het hele programma van oktober 2011 tot september 2025 zo’n 93 miljard dollar zou kosten, met inbegrip van de 4,1 miljard dollar voor elk van de eerste vier lanceringen. Volgens inspecteur-generaal Paul Martin ging het om ‘onhoudbare’ uitgaven.

Critici van het programma menen dat de kostenoverschrijdingen zijn te wijten aan de verouderde benadering waarmee enkele van de belangrijkste contracten voor het Artemis-programma zijn afgesloten. NASA is eigenaar en uitvoerder van het SLS-programma, en de organisatie betaalt allerlei bedrijven voor het ontwerp en de bouw van de raket en voor talloze extra’s. ‘Zoals het systeem momenteel is ontworpen, betekent Artemis de zwanenzang van de traditionele ruimtevaartindustrie,’ zegt John Logsdon, expert in ruimtevaartbeleid en emeritus-professor aan de George Washington University.

Maar de makers van de SLS zeggen dat het programma een nieuwe start heeft gemaakt. Toen men aan de bouw van de raket begon, duurde het 40 tot 50 dagen om één enkel cilindrisch segment voor de brandstoftanks te lassen, maar die tijd is nu teruggebracht tot 16 dagen. En zoals ingenieurs van NASA en Boeing het bekijken, heeft de lange weg van de SLS talloze voordelen: de raket is niet verouderd, maar gebaseerd op zeer beproefde technologie. De assemblage ervan verloopt niet met vallen en opstaan, maar uiterst doelbewust en nauwgezet. Het budget is niet overdreven, want het omvat de technologie die nodig is voor toekomstige verkenningen. ‘Je kunt het je simpelweg niet veroorloven om dit alles niet te doen,’ zegt Chris Cianciola, plaatsvervangend manager voor de SLS in het Marshall Space Flight Center van de NASA.

Naar de maan

Maar er zal nog meer tijd en geld nodig zijn om de geplande aanpassingen aan de SLS te voltooien. Momenteel ontwikkelt de raket bij de lancering méér stuwkracht dan de Saturn V van het Apollo-programma, maar kan hij veel minder vracht naar de maan meenemen. Voor een groot deel komt dat door de bovenste trap van de raket, die in de ruimte wordt afgekoppeld om vervolgens op eigen kracht de Orion-capsule in een omloopbaan rond de maan te brengen.

De bovenste trap van de SLS is een ‘tussenmodel’ met slechts één raketmotor, dat alleen voor de eerste drie Artemis-missies gebruikt zal worden. Voor de Artemis IV-missie zal de SLS gebruikmaken van een grotere bovenste trap, de ‘Exploration Upper Stage’, die is uitgerust met vier raketmotoren. Daarmee zal het totale gewicht van de SLS van 27 ton naar minstens 38 ton toenemen. De raket zal vervolgens worden voorzien van verbeterde vastebrandstofboosters, die het totaalgewicht van de SLS op ruim 43 ton zullen brengen.

NASA zal al deze extra capaciteit nodig hebben om een ruimtestation in een omloopbaan rond de maan te bouwen, zoals de organisatie na de maanlanding met de Artemis III van plan is. Het ruimtevaartagentschap hoopt ook een onderzoeksstation op de maan te ontwikkelen, waarvoor het gebruik zal maken van de definitieve samenstelling van de SLS: ‘Block 2’. Volgens David Beaman, hoofd van het Engineering & Integration Office voor de SLS, gaat het dan om de ‘moeder van alle raketten’.

SpaceX, het ruimtevaartbedrijf van Elon Musk, is het daar misschien niet mee eens. In 2018 presenteerde het bedrijf zijn eigen ‘heavy-lift’-raket, de deels herbruikbare Falcon Heavy, die naar schatting 18 tot 22 ton aan vracht naar de maan kan brengen – en dat voor een bedrag van niet meer dan 97 miljoen dollar. SpaceX werkt aan een nóg grotere raket, het Starship, dat anders dan de SLS volledig herbruikbaar moet worden. Als de ontwikkeling van het Starship slaagt, zullen grote vrachten tegen ongekend lage prijzen de ruimte in geschoten kunnen worden. Op lange termijn wil SpaceX deze raket gebruiken voor het vestigen van een nederzetting op Mars.

Maar het Starship is nog een prototype, en zijn volledige potentieel zal pas blijken als het vaartuig in de ruimte kan worden bijgetankt, iets wat nog nooit eerder is geprobeerd. NASA-functionarissen benadrukken dat er geen rivaliteit tussen beide organisaties bestaat, aangezien beide raketten van cruciaal belang zijn voor het succes van het langlopende Artemis-programma. De astronauten van de maanmissie Artemis III zullen in een Orion-capsule bovenop een SLS-raket vanaf de aarde opstijgen en dan in de ruimte overstappen naar een vroege versie van de bovenste trap van het Starship, waarmee ze dan op de maan zullen landen.

Het succes van het Starship hangt ook af van het vermogen van SpaceX om de immense raket telkens opnieuw te gebruiken en te lanceren. Daarentegen zal elke SLS-raket maar één leven hebben. Minder dan twee minuten na de start zullen de boosters van de SLS in de Atlantische Oceaan storten en daar – anders dan de boosters van de spaceshuttle – niet worden geborgen. Ongeveer 8,5 minuut na de start zal de kerntrap worden afgestoten en in stukken beginnen te breken terwijl hij naar de aarde terugvalt en in de Stille Oceaan stort. En iets meer dan twee uur na de lancering zal de bovenste trap worden losgekoppeld van de Orion-capsule en daarna in een eenzame omloopbaan rond de zon terechtkomen.

Gertjejansen slaat een bitterzoete toon aan als ze het over het lot van de SLS-raketten heeft. ‘Je zult ze niet voor altijd kunnen bewonderen, maar je weet dat je er deel van hebt uitgemaakt,’ zegt ze.

Maar voordat een SLS-raket zijn missie heeft volbracht en aan zijn einde is gekomen, moet hij – met de Orion-capsule op zijn top – uit het VAB van het Kennedy Space Center worden gerold, zoals dat in maart van dit jaar is gebeurd.

Toen de zon die dag in maart onderging, vlogen de hoog in de lucht rondcirkelende gieren weer weg. Het transportvoertuig waarop de SLS uit het VAB werd gerold, haalde een maximumsnelheid van 1,3 kilometer per uur terwijl het richting Lanceerplatform 39B kroop, waar de volledig ‘gestapelde’ Artemis I aan allerlei test zou worden onderworpen. Onderweg schoof de torenhoge SLS langs lange rijen kijklustigen terwijl de maan boven de horizon opkwam.

Terwijl de SLS in het maanlicht glansde, leek de ambitie van de hele onderneming, de durf ervan, een onmiskenbare grootsheid te hebben. Over een paar jaar zouden er opnieuw mensen op de maan kunnen rondlopen, die daar zouden zijn geland met behulp van deze reusachtige vuurpijl met de kleur van een waterijsje.

De geschiedenis zal oordelen over het succes van de SLS en dit nieuwe ruimteavontuur van de mensheid. Voorlopig, en voor de duizenden professionals die de raket hebben ontworpen en gebouwd, is alleen al de stoutmoedigheid van de komende ruimtereis genoeg.

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op nationalgeographic.com