Al tientallen jaren is het ultieme doel in de ruimtevaart het ontwikkelen van een zogenaamde ‘Single-Stage-To-Orbit Reusable Launch Vehicle’ (SSTO RLV). Dergelijke tuigen zouden ruimtevaart meer doen lijken op luchtvaart en zouden de ruimte op een veilige manier toegankelijk kunnen maken voor iedereen. Single-Stage-To-Orbit Reusable Launch Vehicles zijn herbruikbare ruimtetuigen die bestaan uit één toestel en vertonen veel gelijkenissen met een vliegtuig.
Ondanks de vele voordelen van een SSTO RLV blijkt er wel één groot probleem te zijn: het ontwerp en de bouw van dergelijke tuigen blijkt extreem moeilijk en duur te zijn. De afgelopen decennia werden verschillende commerciële alsook gouvernementele projecten opgestart om dergelijke tuigen te ontwerpen, echter zonder resultaat. Doordat het ontwerp te ingewikkeld was en het prijskaartje vaak te hoog opliep, investeerden ruimtevaartorganisaties als NASA algauw opnieuw in klassieke lanceermiddelen zoals raketten die men kon inzetten voor wetenschappelijke en militaire doeleinden. Commerciële bedrijven zoals SpaceX en Orbital Sciences Corporation hebben de afgelopen jaren fors geïnvesteerd in de ontwikkeling en realisatie van commerciële ruimtetuigen of kleinere raketten waardoor het SSTO RLV-verhaal niet echt nog een toekomst heeft. Toch moeten we niet alle hoop opgeven om ooit een Single-Stage-To-Orbit Reusable Launch Vehicle te kunnen zien vertrekken naar de ruimte aangezien één project de laatste jaren steeds meer aandacht krijgt. Het Skylon-project, afkomstig van het Britse bedrijf Reaction Engines Ltd., kwam plots in een stroomversnelling terecht nadat het Brise ruimtevaartagentschap UK Space Agency een rapport vrijgaf, dat afkomstig was van het Europese ruimtevaartagentschap ESA, waarin stond dat ESA-ingenieurs en economen het project nauwkeurig bestudeerd hebben. De conclusie van de studie bleek uiteindelijk positief te zijn aangezien men geen problemen zag in de ontwikkeling van de Skylon alsook in de ontwikkeling van diens SABRE motor. Volgens Britse ingenieurs en wetenschappers is het ontwerp van de Skylon grensverleggend en moet dit project het ruimtetoerisme het volgende decennium letterlijk en figuurlijk een enorme boost geven.
Het Skylon-project mag de afgelopen maanden al vaak in de media zijn gekomen, toch is dit project niet nieuw. Reaction Engines Ltd. werkt immers al meer dan twintig jaar aan het ontwerp van de Skylon dat oorspronkelijk afkomstig is van een ander SSTO RLV-project namenlijk HOTOL. HOTOL werd begin de jaren ’80 op papier ontwikkeld door British Aerospace en Rolls Royce. Het zou een lengte gehad hebben van 63 meter en moest tot acht ton vracht tot in een lage baan om de Aarde brengen. Toen de Britse overheid eind de jaren ’80 geen interesse meer toonde in dit project richtte een groep van ingenieurs, onder leiding van Alan Bond, Reaction Engines Ltd. op om de technologie achter HOTOL verder te gebruiken en te verbeteren. HOTOL bleek uiteindelijk ook technische zwakheden te vertonen waardoor de ingenieurs verplicht werden om het ontwerp drastisch aan te passen. Uit de aangepaste HOTOL-ontwerpen werd uiteindelijk de Skylon geboren. Reaction Engines Ltd. begon in de jaren ’90 met de University of Briston samen te werken om een motor te ontwikkelen voor de Skylon waarna in 2000 financiële hulp gevraagd werd aan de Britse overheid die hier niet op inging. Pas in februari 2009 maakten het British National Space Centre (nu UK Space Agency) en ESA bekend te investeren in de ontwikkeling van de nieuwe motor voor de Skylon met het oog op een demonstratiemotor tegen 2011. ESA gelooft in de technologie achter de motor en heeft tot op heden nog geen tekortkomingen opgemerkt in het ontwerp van de Skylon. Wanneer de demonstratiemotor een succes blijkt te zijn, gaan privé investeerders achter het Skylon-project enkele honderden miljoenen dollars geven aan Reaction Engines Ltd. voor de volgende fase van het ontwerp. In deze fase zou men tegen 2015 een volledig ontwikkelde toekomstige Skylon-motor op Aarde testen. In die periode wil men ook testvluchten uitvoeren met een kleiner gelijkaardig tuig waarmee men de aërodynamische alsook structurele eigenschappen van het Skylon-ontwerp wil onderzoeken.
Artistieke impressie van de Skylon in een baan om de Aarde - Illustratie: Adrian Mann
Het hart van de Skylon: de SABRE
Hoe ziet de Skylon er nu eigenlijk uit? Het tuig heeft een lengte van 83 meter, een spanwijdte van 25 meter en weegt bij het opstijgen 345 ton. Het grote voordeel aan de Skylon is dat dit kan opstijgen en landen vanop een klassieke luchthaven zonder bijkomende raketten of lanceerinfrastructuur. Daarbij komt nog eens dat elke vlucht onbemand wordt uitgevoerd waardoor er niet met mensenlevens gespeeld wordt en er geen dure opleidingen nodig zijn. In eerste instantie wordt de Skylon ontwikkeld om vrachten tot 15 ton in de ruimte te brengen tot op een hoogte van ongeveer 300 kilometer. Later moet het ook mogelijk zijn om met dit ruimtevliegtuig maximaal 24 mensen in de ruimte te brengen. Hierdoor zou de Skylon zelfs mensen naar een ruimtestation kunnen brengen. Het vrachtruim van de Skylon is 13 meter lang, heeft een diameter van 4,8 meter en werd zo ontworpen dat er containers kunnen ingebracht worden waarin zich satellieten, experimenten of ruimtevaarders bevinden. De romp van de Skylon bestaat uit een structuur vervaardigd uit carbon met daaromheen een keramische composiet laag waarop uiteindelijk nog verschillende lagen thermisch isolerende en reflecterende folie worden aangebracht . Aan de voor- en achterzijde van dit zwart gekleurde ruimte-vliegtuig bevinden zich grote opslagtanks vervaardigd uit aluminium voor waterstof met in het midden het laadruim, twee motoren en een opslagtank voor zuurstof. Het hart van de Skylon is ongetwijfeld de Synergistic Air-Breathing Rocket Engine (SABRE) motor. De ontwikkeling van deze motor is van essentieel belang voor het succes van dit project. Het SABRE-voorstuwingssysteem zou als brandstof vloeibare waterstof en zuurstof gebruiken en zou in de lagere lagen van de atmosfeer de zuurstof direct uit de lucht aanzuigen. Hierdoor moet de Skylon veel minder vracht meenemen wanneer deze aan zijn reis begint. Traditionele raketten zijn vandaag de dag vaak zeer groot omdat zij voor grote satellieten vaak zeer veel brandstof moeten meenemen. Door het niet meenemen van al te veel brandstof is de verhouding stuwkracht tot gewicht bij de Skylon veel groter. Eenmaal op een bepaalde hoogte kan de Skylon zich dan tot op grotere hoogte brengen door zijn motor om te schakelen van een klassieke straalmotor naar een raketmotor. Een zeer belangrijk onderdeel van de SABRE-motor is de zogenaamde ‘precooler’ die ontwikkeld werd om de lucht af te koelen die met zeer hoge snelheden in de motor wordt aangezogen. Deze koeler moet de lucht tot een ‘normale’ temperatuur terugbrengen waardoor alle onderdelen in de SABRE-motor niet extreem verhit worden.
De Skylon op weg naar de ruimte - Illustratie: Adrian Mann
De vlucht
Het grote voordeel van de Skylon is dat deze kan opstijgen en landen als een klassiek vliegtuig vanop een traditionele luchthaven. De integratie van de cargo en de onderhoud van de Skylon toestellen kan plaatsvinden in een speciale hangar waarna men de Skylon buiten de hangar voorziet van brandstof net voor deze vertrekt voor zijn missie. De vertrek- en landingsbaan moet voor de Skylon een lengte hebben 5,5 kilometer. Volgens het bedrijf achter het ruimtevliegtuig moet het mogelijk zijn elke Skylon in minder dan vier uur operationeel te krijgen. Wanneer de Skylon terugkeert naar de Aarde moet deze in minder dan twee uur uitgeladen zijn. Eenmaal weg van de Aarde kan de Skylon tot vier dagen autonoom in de ruimte verblijven. Gedurende deze periode kan het tuig satellieten uitzetten, wetenschappelijke experimenten uitvoeren of zich vasthechten aan een ruimtestation.
Opvolger van de Space Shuttle?
Ondanks de grote vorderingen en technologische innovaties kent het Skylon-project nog steeds een ietwat onzekere toekomst. Geschat wordt dat wanneer de Skylon ooit in productie gaat, de noodzakelijke investeringen wellicht tussen 9 en 12 miljard euro liggen. Het bedrijf achter de Skylon verwacht dan ook veel van private middelen en de Europese ruimtevaartsector aangezien de Britse regering een dergelijk groot bedrag niet alleen kan betalen. De eerste Skylon moet binnen tien jaar operationeel zijn en moet uiteindelijk één kilogram vracht tegen een kostprijs van 650 Britse Pond in de ruimte kunnen brengen (vandaag de dag bedraagt dit 15 000 pond). Reaction Engines Ltd. blijft ervan overtuigd dat de Skylon zeer winstgevend kan zijn aangezien deze kan verkocht worden aan andere ruimtevaartnaties of landen. Het uiteindelijk doel van de Skylon is de ruimte toegankelijk maken voor iedereen tegen een betaalbare prijs. Volgens sommigen is de kans dan ook groot dat de Skylon wel eens een volwaardige opvolger kan worden van de Amerikaanse Space Shuttle.
