Stoke Space

24 maart 2023 - Waarom zal Stoke Space de ruimtevaart op zijn kop zetten? Ze onderscheid zich van de andere raketbouwers door heel bijzondere techniek. Hun tweede trap heeft niet één motor zoals gebruikelijk maar dertig kleintjes. Samen vormen ze een zogenaamde aerospike. Lees hier alles over dit concept.

Artwork van Stoke Spaces met de aerospike in actie.

In januari 2023 zocht het bedrijf ineens de publiciteit op. Ze toonden hun revolutionaire ontwerp aan de wereld. Een promotievideo laat zien hoe hun tweede trap, want daar ligt de focus op, terugkeert vanuit de ruimte. Het eerste dat opvalt is dat deze 'upper stage' dertig hele kleine raketmotorjes heeft die langs de onderrand gepositioneerd zijn. Deze zijn allemaal iets naar het midden gericht waardoor ze samen een zogenaamde aerospike vormen. Deze aanpak heeft enkele voordelen boven de traditionele. Ten eerste is het goedkoper om een klein motortje te ontwikkelen. Je blaast er namelijk veel op tijdens het ontwikkelproces. Daarbij hebben kleine motortjes minder last van instabiliteiten in de verbrandingskamer. Ten tweede zouden aerospikes een 10% hoger rendement hebben dan traditionele motoren. Dat komt omdat een traditionele motor geoptimaliseerd is voor een bepaalde luchtdruk. Motoren voor in de ruimte zien er met hun grote straalpijp heel anders uit dan die op zeeniveau worden gebruikt. Aerospikes hebben daar geen last van, ze presteren op elke hoogte optmaal. Maar het belangrijste is dat het er gewoon veel cooler uitziet dan zo'n oubollige straalpijp.

De tweede feature die opvalt is het ontbreken van een hitteschild. Nergens aan het ruimteschip is een traditioneel hitteschild of hippe hittetegels te vinden. Net als de capsules die indertijd al van de maan terugkeerden en die tegenwoordig regelmatig van het ISS terugkomen dalen ze de atmosfeer af met de bips naar beneden. Je zou denken dat met de neus naar beneden een beter idee is, maar door de platte kant tegen de wind in te keren hou de je duizenden graden hete plasmagolf op enkele centimeters afstand van je ruimteschip. Nu is deze platte onderkant dus niet uigerust met een hitteschild. Daar zit een metalen plaat die wordt gekoeld met de ijskoude brandstof die de tweede trap toch al aan boord heeft. En nu komt het slimme. Die opgewarmde brandstof drijft de turbopompen aan die de motoren moeten voeden. Hoe zit dat?

Het bedrijf is opgericht door Andy Lapsa en Tom Feldman, ex werknemers van Blue Origin. Alhoewel ze natuurlijk niets dan lovende woorden over hun oude werkgever hebben dachten ze toch dat ze het beter en sneller konden. Het lijkt dat Blue een uitstekende broedplaats is voor oprichters van new-space bedrijven. Blijkbaar doet men bij Blue inspirerende ideeen op, maar dan weer niet de mogelijkheid om die ook te verwezenlijken. Daarbij is het teleurstellend dat ze na bijna 20 jaar nog steeds geen baan om de aarde hebben bereikt. Het geduld van deze mannen begon op te raken.

Een raketmotor bestaat simpel gezegd uit twee turbopompen en een verbrandingskamer met straalpijp. De turbopompen jagen met een noodvaart brandstof en zuurstof de verbrandingskamer in. Dat kost veel energie en om die te leveren zit er in veel raketmotoren een zogenaamde preburner. Dit is een soort mini raketmotortje om de turbopompen aan te drijven. Nu bestaat er voor de vacuum-motoren van de laatste trap ook een oplossing zonder preburner, een zogenaamde expander cycle. Die maakt gebruik van de hitte van de grote straalpijp die zoals gezegd bij een vacuum motor erg groot is. Die grote straalpijp heeft deze aerospike niet maar wel het metalen oppervlak dat tijdens de afdeling loeiheet wordt. Op deze manier creeert Stoke Space een expander cycle met behulp van de overollige hitte toch al wordt geproduceerd. Zo veranderen ze een probleem in een oplossing.

Op Cape Canaveral in Florida, waar de NASA als sinds jaar en dag zijn raketten lanceert, liggen een heleboel lanceerplatformen te verstoffen. Er groeit gras door het gescheurde beton, een trieste aanblik. Dat komt omdat er sinds de jaren 70 steeds een beetje minder wordt gevlogen. De platformen waren overbodig geworden maar daar komt nu verandering in. Er is een hausse aan new-space bedrijven die lanceerfaciliteiten nodig hebben en de oude platformen worden in ere hersteld. Zo heeft bijvoorbeeld SpaceX er drie in gebruik.

Het zal je duidelijk zijn dat dit bedrijf unieke techniek in handen heeft. Binnenkort gaan ze hun eerste 'hop' doen met een kleine raket om de techniek te testen. Dit doen ze van af lanceercomplex 14 op Cape Canaveral waarvandaan in 1962 de eerste Amerikaan, John Glen, in een baan om de aarde is geschoten. Beginnend bij deze 'hopper', het eerste testartikel dat van de grond af komt, zullen ze steeds geavanceerdere apparaten ontwikkelen. Dit eindigt bij een raket die helemaal af is en zijn 'maiden flight' tot een goed einde brengt. Dat is niet eenvoudig maar ik denk dat deze jongens het gaan redden.

Als de hele raket dan over een paar jaar vliegt zullen ze niet de allereerste, maar wel één van de eersten zijn die een volledig herbruikbare raket hebben. Volledige herbruikbaarheid is tegenwoordig de heilige graal onder raketbouwers omdat dit waanzinnig veel kosten spaart. De marktprijzen zullen te zijner tijd honderd keer lager zullen liggen dan tegenwoordig. Stel je voor dat je een lijnvliegtuig slechts één keer zou kunnen gebruiken. En hoe de kosten dan zouden dalen als je die ineens voor heel veel vluchten kunt gebruiken. Stoke zal tot de selecte groep behoren die dit voor elkaar krijgt.