Marsraketten BFR skal bli romfartens jumbojet

SpaceX’ Big Falcon Rocket er ment å gjøre Mars-ferder til rutine.

Hva er BFR?

BFR (en forkortelse for Big Falcon Rocket) er kodenavnet på et prosjekt under utvikling av romselskapet SpaceX. Den blir like høy som måneraketten Saturn V og kan løfte enda mer last opp i rommet. Men det unike med BFR er at både førstetrinnet og andretrinnet kan lande på Jorda etter en ferd og brukes om igjen. Det vil gjøre romferder mye billigere enn idag. BFR kan også få påfyll av brennstoff i rommet og sendes videre til Mars. På Mars kan den fylle opp tanken med brennstoff som er produsert av atmosfæren og vannet der. På denne måten tror SpaceX at hundrevis av mennesker kan flytte til Mars innen 10-15 år.

 

Bakgrunn

Fra starten av har SpaceX hatt kolonisering av Mars som ett av sine hovedmål. Rakettene som selskapet har bygd så langt – Falcon 1, 9 og Heavy – må ses på som mellomstadier på vei mot en rakett som er kraftig nok til å frakte tusener av mennesker til Mars. Ryktene om denne kjemperaketten gikk i årevis før de første konkrete planene ble presentert i et foredrag Elon Musk holdt i 2016.

Her lanserte Musk ITS eller Interplanetary Transport System, en bærerakett med mer enn dobbelt så stor løftekapasitet som måneraketten Saturn V. I motsetning til Saturn V skulle ITS være fullt gjenbrukbar og dermed radikalt billigere i drift. Begge trinn skulle lande slik førstetrinnet til Falcon 9 lander nå, med oppbremsing høyt over bakken og vertikal landing på rakettmotorene. Musk argumenterte overbevisende for at ITS var teknisk mulig, men ga ikke noe godt svar på hvordan det skulle finansieres.

 

Elon Musk lanserer BFR i september 2017

 

Ett år etter presenterte Musk et nytt prosjekt han kalte BFR eller Big Falcon Rocket. De grandiose visjonene om kolonisering av Mars var fremdeles utgangspunktet (foredraget het «Making Life Multiplanetary»), men rakettene var mindre og forretningsmodellen mer realistisk. For første gang siden Elon Musk begynte å snakke om å dra til Mars tidlig på 2000-tallet, så vi omrisset av en plan for hvordan han ville gjøre det. Hovedpunktene i den planen følger nedenfor.

BFRs førstetrinn

Førstetrinnet til BFR vil fungere etter samme prinsipp som førstetrinnet til Falcon 9, bare i større skala. 33 Raptor-rakettmotorer vil løfte raketten med en skyvkraft på 5400 tonn. Rundt 100 km over bakken vil førstetrinnet kobles fra, bremse og falle mot Jorda. Etter få minutter lander trinnet ved hjelp av rakettmotorene. Landingen blir så presis at BFR (i motsetning til Falcon 9) ikke trenger en egen plattform og landingsbein men isteden lander rett på oppskytningsplattformen. Det vil spare vekt og tid, som er (mye) penger i rombransjen.

 

 

Høyde og vekt er sammenlignbar med Saturn V, så vi vet at raketten vil kunne fly. Prosjektet står og faller med rakettmotoren Raptor, som er under utvikling i 2018. Opprinnelig vurderte Elon Musk å kjøpe rakettmotorer fra Russland, men han kom til at prisen ble for høy og satset isteden på å bygge sin egen motor. Resultatet ble Merlin, som brukes i Falcon 9 og som skiller seg fra de fleste konkurrentene ved at den er bygd for å brukes mange ganger.

 

 

Raptor-motoren bygger på erfaringene med Merlin, men representerer en oppgradering på viktige områder. For det første vil den bli langt kraftigere og mer effektiv. For det andre bruker Raptor flytende metan som brennstoff, der Merlin (og de fleste andre rakettmotorer) bruker parafin. SpaceX gikk for metan fordi brennstoffet kan produseres på overflaten til Mars og andre planeter. En BFR vil faktisk kunne «fylle på tanken» på langtur i Solsystemet. Dette vil redusere kostnadene ved interplanetarisk romfart dramatisk, og muliggjøre ferder som idag krever urealistisk mye brennstoff fra Jorda.

BFRs andretrinn: Romskipet BFS

Når førstetrinnet faller tilbake til Jorda avfyres fire Raptor-motorer på andretrinnet. Motorene har større rakettdyser som gjør dem mer effektive i vakuum, og skyver raketten opp i jordbane og eventuelt videre til Mars. Vanligvis skal andretrinnet lande på Jorda for å gjenbrukes, i så fall må det bremse fra full banehastighet. Luftmotstanden vil varme opp deler av skroget til over 1000 grader, så i likhet med romfergen trenger trinnet et varmeskjold. I tillegg har det to styrevinger ved halen og to Raptor-raketter uten vakuum-dyse som skal brukes til selve landingen.

 

 

Andretrinnet består av tre komponenter: Motorseksjonen, brennstofftankene og lasterommet. Tankene rommer 240 tonn med flytende metan og 860 tonn med flytende oksygen, altså 1100 tonn i alt. Lasterommet kan frakte 150 tonn med last opp i lav jordbane. Det er bygd slik at det kan konverteres til passasjertransport, da har det kapasitet til å frakte rundt 100 mennesker til Mars. Hvis målet er Månen eller et annet sted på Jorda er passasjertallet potensielt mye høyere. Gjenbrukbarheten vil også redusere kostnadene kraftig. En nyttelast opp i rommet med BFR skal koste rundt 90% mindre per kilo enn med en vanlig rakett.

 

 

En annen nyvinning er muligheten for å etterfylle romskipet mens det er i rommet. Musk planlegger å bygge et eget tanktrinn som kan dokke med romskipet som går i bane rundt Jorda, og overføre brennstoff via en kobling i halen. Det vil se ut som på bildet under. Siden tanktrinnet er gjenbrukbart kan det fly opp og ned flere ganger mens romskipet venter i bane. Det gir helt nye muligheter til å sende romskipet ut i Solsystemet.

 

Ferder til Månen og Mars

En månelanding vil starte med romskipet i en høy bane rundt Jorda, der det får påfyll av tankskipet. Månen har lav tyngdekraft og ligger nær oss, så én runde med etterfylling er nok til å fly til Månen, lande og så fly tilbake til Jorda igjen. Siden BFR-romskipet er bygd for å ta av og lande vertikalt, er det ingen forskjell på lande på Jorda, Månen eller Mars.  Amerikanske myndigheter har gitt uttrykk for at de ønsker å satse på Månen igjen, med bl.a. en romstasjon i bane rundt Månen om et tiår. Elon Musk har tilbudt seg å frakte den dit med BFR.

 

 

En ferd til Mars blir mer komplisert på grunn av planetens høyere gravitasjon og den mye større avstanden. Til Mars trenger BFR full tank, så det må etterfylles i fem-seks omganger. Når BFR ankommer etter ca seks måneder, bruker den Mars’ atmosfære til å bremse før den lander på rakettflammen. Da vil romskipet ha for lite brennstoff til å fly hjem, og vil trenge påfyll på Mars. Den kjemiske prosessen for å lage oksygen og metan ved hjelp av karbondioksid  i atmosfæren og lokal is er velkjent, og gir godt håp om at en automatisk brennstoffabrikk vil fungere.

 

 

Under sin presentasjon i 2017 nevnte Elon Musk to årstall for BFR-ferder til Mars. Da de dukket opp på skjermen sa han at de ikke var trykkfeil, men snarere «aspirational targets». Ifølge Musk skal SpaceX sende to BFR-raketter til Mars i 2022, et «oppskytningsvindu» da planeten står i en gunstig posisjon i forhold til Jorda. Disse romskipene er ubemannede, og vil fungere som testplattformer for ferden og landingen på Mars. Overlever de, vil hovedmålet deres være å finne vann og forberede den neste landingen.

I nyttelasten vil det finnes solceller, roboter og utstyr til astronautene som kommer etter.  Ved neste oppskytningsvindu i 2024 skal det sendes fire BFR-raketter. To er lasteskip med utstyr og forsyninger, og to er passasjerfartøy med de første menneskene til Mars. Målet med denne ferden er å komme igang med produksjon av metan og oksygen til hjemferden, og å etablere et brohode for den storstilte koloniseringen som er planlagt.

 

Klarer SpaceX å bygge BFR innen 2022?

Alle elementene i BFR-systemet er basert på teknologi som allerede finnes eller som kan utvikles på få år. Vertikal landing er langt på vei perfeksjonert med SpaceX’ Falcon 9-rakett. Raptor-prosjektet går på skinner. Til ITS-prosjektet bygde SpaceX en brennstofftank i karbonfiber med en diameter på 12 meter, og har dermed demonstrert en annen sentral BFR-teknologi. SpaceX er også ledende på bruk av dataassistert design og simuleringsmodeller, noe som sparer mye tid og penger. Det var en hovedårsak til at Falcon Heavy fungerte nær perfekt på første forsøk.

 

Den aller første testen med Raptor i 2016 (foto: SpaceX)

Etter den vellykte oppskytningen av Falcon Heavy i februar 2018 var Elon Musk mest opptatt av å snakke om BFR. Han understreket at Falcon 9, Falcon Heavy og romkapselen Dragon ikke vil bli oppgradert etter dette. I beste fall ville Falcon Heavy få «point upgrades», som når en app går fra versjon 1.1 til 1.2. Fra nå av vil romselskapets ressurser gå med til å utvikle BFR. Sitat Elon Musk 6. februar 2018:

I think we might if we get lucky be able to do short hopper flights with the spaceship part of BFR, maybe next year. […] Testing the ship out is the real tricky part. I think we understand reusable boosters. Reusable spaceships that can land propulsively, thats harder. I think it is conceivable that we do our first first orbital test flight in three or four years.

Våren 2018 ble det kjent at SpaceX har kjøpt eiendom ved havna i Los Angeles, og at midlertidige fabrikkbygninger er satt opp. Ifølge selskapet skal BFR produseres her, for så å fraktes med lekter til oppskytningsstedet i Florida (Falcon 9 er akkurat liten nok til å kjøres landeveien over USA).

Andretrinnet skal bremses ned fra en hastighet på nesten 30 000 km/t, og vil som romfergen trenge et stort varmeskjold og deltavinger å styre med. SpaceX utviklet varmeskjold til sin gjenbrukbare Dragon-romkapsel, men har aldri laget noe i denne skalaen. BFR er en krysning mellom en romferge og en rakett, en hybridteknologi som ganske sikkert vil gi SpaceX overraskelser underveis.

I april 2018 offentliggjorde Elon Musk dette bildet av et 9 meter bredt verktøy som skal brukes til å forme karbonfiber-skroget til BFRs andretrinn, altså selve romskipet (kilde: SpaceX)

Det vil også ta tid å teste ut overføring av brennstoff i rommet, og ikke minst bygge utstyret som skal bli med på ferdene. Idag finnes det ikke noe fungerende anlegg for metan- og oksygenproduksjon, og ingen boligmoduler eller kjøretøy som kan brukes av astronautene. Falcon Heavy ble forsinket med seks år, og det er liten grunn til å tro at det blir annerledes med SpaceX. Så nei, BFR kommer neppe til Mars i 2024 og definitivt ikke i 2022. Men 2030? Det lar seg gjøre, såsant SpaceX har penger nok.

Hvordan skal SpaceX skaffe penger til BFR?

Ser man gjennom Elon Musks foredrag (lenker nederst på siden) er det én ting som glimrer med sitt fravær: En bønn til Kongressen om penger til prosjektet. Hittil har SpaceX bygd raketter med egne midler, og man regner med å utvikle BFR på samme måte. BFR er mye større enn Falcon 9, men det er også potensialet for inntjening. Målet er å skape et «iPhone moment» i romfarten, å velte etablerte forretningsmodeller med et unikt produkt.

Planen om å fase ut markedslederen Falcon 9 om fem år virker absurd, men vil gi SpaceX en effektiviseringsgevinst lik den flyselskap får når de standardiserer på Boeing eller Airbus. I 2018 skal SpaceX etter planen skyte opp 30 satellitter med like mange Falcon 9-raketter. Flere Falcon Heavy-oppskytninger er også planlagt. I 2022 kan én eneste BFR gjøre den samme jobben med fem-seks turer. Det globale satellittmarkedet representerer en verdi på rundt 200 milliarder dollar i året, og planen er at inntekter herfra skal dekke deler av kostnadene ved Mars-ferdene.

En løftekapasitet på 150 tonn til rommet er mye mer enn hva dagens kunder etterspør, men når kapasiteten først finnes til lav pris kan konsepter som nå er for dyre bli aktuelle. Tenk turisme og romhoteller, produksjon og kanskje også helsetjenester i vektløshet. SpaceX ønsker også å levere bredbånd via satellitt. Det arbeides for tiden med et system kalt Starlink, som etter planen skal skaffe selskapet faste inntekter ved å levere raskt bredbånd til hele kloden fra en sverm på over 4000 satelliter. I mars 2018 fikk SpaceX klarsignal fra USAs kommunikasjonsmyndigheter, FCC, til å starte prosessen.

 

 

SpaceX vil tilby NASA transporttjenester til spottpris, og her kan politikk bli viktig. Fremdeles bevilger kongressen milliarder til NASAs nye bærerakett SLS. Musk mener at dette er bortkastede penger og feilslått politikk. USAs myndigheter bør gjøre med romskip som med fly, og leie eller kjøpe fra kommersielle produsenter istedenfor å bygge selv. Slik kan man også bidra til å stimulere den kommersielle rombransjen, som består av langt flere aktører enn SpaceX.

BFR kan ikke bare gi SpaceX dominans i satellittmarkedet, det vil også gi USA overherredømme i rommet. Ingen andre land er i nærheten av å ha teknologien som nå brukes i Falcon 9, og dette er Kina og Russland smertelig klar over. Den største enkeltkunden i rombransjen er USAs forsvarsdepartement, som kan komme til å se på BFR som så strategisk viktig at prosjektet får utviklingsstøtte og kontrakter som er med på å betale for Mars-ferden.

Sist men ikke minst skal vi ikke glemme det personlige aspektet. Elon Musk har gjentatte ganger sagt at han selv vil dra til Mars. Han har allerede brukt mye av sin tid og personlige formue på Mars-prosjektet, og vil antagelig fortsette med det. Nylig ble Musk forespeilet en enorm bonuspakke dersom han lykkes med å få Tesla til å levere økonomisk de neste årene. I så fall blir han en av verdens rikeste menn, og kan som Amazon–gründer Jeff Bezos betale for sitt eget private romprogram.

Fakta om BFR

Høyde: 106  meter

Diameter: 9 meter

Vekt: 4400 tonn (inklusive brennstoff)

Løftekapasitet: Opptil 250 tonn kg til lav jordbane, normalt 150 tonn

Passasjerkapasitet: Opptil 100 til Mars, langt flere til jordbane eller Månen

Motorer 1. trinn:  33 SpaceX Raptor-motorer, brenner oksygen og flytende metan

Motorer 2. trinn: 6 SpaceX Raptor-motorer, 4 av dem vakuumtilpasset

Eksterne kilder

En artikkel jeg skrev om ITS-raketten i 2016
Wikipedia om BFR
Elon Musk presenterer ITS-romskipet i 2016 (YouTube)
Elon Musk presenterer BFR-romskipet i 2017 (YouTube)
Planetary Society om BFR og koloniseringsplanene
Intervju med Elon Musk om bl.a. BFR-planene

 

3 Comments on “Marsraketten BFR skal bli romfartens jumbojet”

  1. Erik: Jo, du har helt rett. Jeg nevner det bare såvidt i den opprinnelige artikkelen, så nå har jeg endret teksten for å understreke dette helt sentrale poenget. Takker!

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert. Obligatoriske felt er merket med *

Dette nettstedet bruker Akismet for å redusere spam. Lær om hvordan dine kommentar-data prosesseres.