Het VentureStar project is ongetwijfeld één van de meest prestigieuze projecten uit de Amerikaanse ruimtevaart. Met dit project wou men een herbruikbaar ruimtevaartuig ontwikkelen dat satellieten en mensen in de ruimte kon brengen en dat op termijn de Space Shuttle moest vervangen. Helaas raakte dit project nooit verder dan de ontwerptafels en de teststand.
Geschiedenis
Doordat de klassieke Amerikaanse lanceermiddelen, zoals draagraketten en de Space Shuttle, in de jaren '90 te duur en te complex werden, ging de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA samen met zijn industriële partners op zoek naar een goedkopere opvolger. Deze opvolger dacht men gevonden te hebben in de zogeheten 'Reusable Launch Vehicle' (RLV) technologie waarbij één ruimtetuig meerdere ruimtevluchten kon maken. In 1994 werd door de toenmalige Amerikaanse president Clinton beslist dat NASA financiële middelen kreeg om de nieuwe generatie RLV-technologie te onderzoeken en uitgebreid te testen. Uiteindelijk werd in juli 1996 het ontwerp van Lockheed Martin Skunks Works gekozen dat de naam X-33 VentureStar droeg.
Ontwerp
VentureStar was de naam van een herbruikbaar ruimtevaartuig (Reusable Launch Vehicle) dat werd ontwikkeld door het Amerikaanse lucht- en ruimtevaartbedrijf Lockheed Martin in samenwerking met de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA. Dit ruimtevaartuig was een zogeheten ‘single-stage-to-orbit’ (SSTO) ruimteveer dat zich op eigen kracht in een baan om de Aarde kon brengen om vervolgens te landen als een vliegtuig op een conventionele landingsbaan. Dankzij het ‘single-stage-to-orbit’ principe waren er geen extra draagraketten nodig om de VentureStar in de ruimte te brengen wat voordelen bood op vlak van veiligheid, milieu en kostprijs. Ondanks het feit dat de VentureStar in eerste instantie werd ontwikkeld om zonder ruimtevaarders satellieten in de ruimte te brengen, zou dit nieuwe ruimtetuig op termijn ook kunnen gebruikt worden voor bemande ruimtevluchten. De VentureStar had volgens zijn plannen een totale lengte van 38,7 meter (17 meter korter dan de Space Shuttle) en woog bij de lancering ongeveer 1 000 000 kilogram. Dankzij zijn zeven AeroSpikes raketmotoren, die samen een stuwkracht leverden van 13,39 MN, zou de VentureStar vrachten tot 20,4 ton tot in een lage baan om de Aarde moeten brengen. De zeven AeroSpike motoren boden het grote voordeel dat deze zeer efficiënt waren bij verschillende hoogtes. Daarnaast verbruikt een ruimtetuig dat wordt uitgerust met AeroSpike motoren 25 tot 30% minder brandstof op lage hoogte terwijl raketten met klassieke motoren hier het meeste brandstofverbruik kennen.
VertureStar vs. Space Shuttle
Het ontwerp van de VentureStar bood volgens zijn fabrikant tal van voordelen ten opzichte van dat van de Space Shuttle waardoor de VentureStar veel goedkoper, veiliger en sneller zou zijn. Zo berekende Lockheed Martin dat de VentureStar satellieten in een baan om de Aarde kon brengen tegen een tiende van de kostprijs van de Space Shuttle. De reden waarom dit volgens Lockheed Martin veel goedkoper kon, was omdat de VentureStar uit één onderdeel bestond (single-stage-to-orbit) waardoor er geen zware raketten en brandstoftanks aan elkaar moesten bevestigd worden zoals bij de Space Shuttle. Zo zou de VentureStar voor zijn lancering gecontroleerd en getest worden in een klassieke vliegtuighangar terwijl de Space Shuttle aan zijn External Tank en Solid Rocket Boosters moest worden bevestigd in een speciale assemblagehal waarna het gevaarte naar het lanceercomplex werd overgebracht. Na elke missie zou de VentureStar opnieuw een controle ondergaan waarna het ruimtetuig 100% herbruikbaar was. De VentureStar zou ook worden uitgerust met een nieuw hitteschild dat de klassieke hittebestendige tegels zou vervangen die werden gebruikt bij de Space Shuttle. Hierdoor zouden de 17 000 werkuren aan onderhoud verdwijnen die nodig waren na elke Space Shuttle missie. Ook naar milieu toe bood de VentureStar meer voordelen. Terwijl de uitlaatgassen van de Solid Rocket Boosters van de Space Shuttle schadelijk waren voor het milieu zouden de uitlaatgassen van de VentureStar enkel maar bestaan uit waterdamp doordat dit ruimtevaartuig vloeibare waterstof en vloeibare zuurstof zou gebruiken als brandstof. Op vlak van veiligheid bood de VentureStar eveneens voordelen ten opzichte van de Space Shuttle of andere bestaande ruimtetuigen. Zo werd de VentureStar ontworpen om toch zijn missie te kunnen verderzetten wanneer één van de raketmotoren het tijdens de lancering zou begeven.
Schaalverhouding van de X-33, de VentureStar en de Space Shuttle.
X-33
Om de VentureStar te kunnen bouwen en testen, ontwikkelde Lockheed Martin eerst de X-33 die diende als technologische demonstrator. Zo zou de X-33 ondermeer het nieuwe hitteschild moeten testen alsook de nieuwe brandstoftank voor vloeibare waterstof die werd vervaardigd uit composiet, de nieuwe Aerospike motoren en de aerodynamica van het ruimtevaartuig. Een vijftiental testvluchten met de X-33 moesten uiteindelijk leiden tot de bouw van de commerciële VentureStar die op termijn de Space Shuttle moest vervangen. In tegenstelling tot de VentureStar zou de X-33 geen vrachten in de ruimte brengen tijdens deze testvluchten. Met een lengte van twintig meter en een spanwijdte van 21 meter was de X-33 een kleine versie van de VentureStar. In totaal zou de X-33 een gewicht hebben gehad van ongeveer 123 800 kilogram (inclusief brandstof). De stuwkracht die de X-33 nodig had, zou worden geleverd door twee AeroSpike motoren. De brandstof aan boord van X-33 zou worden opgeslagen in één aluminium tank voor vloeibare zuurstof en twee tanks voor vloeibare waterstof. De X-33 werd ook zo ontworpen dat het tuig slechts met één motor zijn vlucht toch nog veilig kon verderzetten. Dit onbemande testtuig zou in het kader van enkele cruciale testvluchten in verticale houding gelanceerd worden vanop een speciale faciliteit die werd gebouwd op de Edwards Air Force Base in Californië om vervolgens in horizontale houding te landen op de Dugway Proving Ground in de Amerikaanse staat Utah. Tijdens deze test- en demonstratievluchten zou de X-33 nooit hoger vliegen dan 100 kilometer en sneller dan de helft van de snelheid die nodig was om de ruimte te bereiken. Zo zouden er testvluchten worden uitgevoerd over een afstand van 160, 720 en 1 530 kilometer. De landingsbanen waarop de X-33 moest landen, moesten minstens 3 000 meter lang zijn.
Tegenslagen
Na enkele technologische tegenslagen werd in 2001 door de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA het X-33 testprogramma uiteindelijk stopgezet. Op het moment dat het programma werd stopgezet, was het protoytpe van de X-33 voor 85% klaar en was de lanceerfaciliteit op de Edwards Air Force Base al helemaal gebouwd. De aanleiding voor het stopzetten van het X-33 programma was een mislukte test in november 1999 met de brandstoftank voor vloeibare waterstof die vervaardigd werd uit het lichte materiaal composiet. Een brandstoftank vervaardigd uit composiet was een essentieel onderdeel binnen het ontwerp van een single-stage-to-orbit ruimtevaartuig. Uiteindelijk bleek het bouwen van een dergelijke brandstoftank een bijzonder zware opgave te zijn. Terwijl de composietwanden van de brandstoftank zoals gepland lichter waren, woog de brandstoftank uiteindelijk meer dan een klassieke aluminium tank omwille van de ongewone vorm en complexe bevestigingen. Men slaagde er wel in om een dergelijke brandstoftank te bouwen die slechts enkele meters groot was maar een grotere versie bleek onmogelijk te zijn. Na mislukte tests kwam NASA uiteindelijk tot de vaststelling dat men toen nog niet beschikte over de juiste technologie om dit te ontwikkelen. Op het moment dat NASA het X-33 testprogramma annuleerde, had de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie al 922 miljoen dollar geïnvesteerd in dit project. Ook Lockheed Martin had al 357 miljoen dollar uitgegeven aan het X-33 project. De uiteindelijke officiële reden waarom dit project werd stopgezet, was omwille van een meningsverschil over extra financiële middelen. Vandaag de dag weet echter iedereen dat NASA het project annuleerde omwille van de problemen met de nieuwe brandstoftank.
Einde van VentureStar
Doordat NASA in 2001 het X-33 stopzette, kwam er ook een abrupt einde aan het VentureStar programma. Uiteindelijk leidde niet enkel technologische tegenslagen tot het stopzetten van dit ambitieuze programma maar ook enkele onvoorziene veranderingen in de ruimtevaartsector. Doordat commerciële satellietoperatoren als Globalstar en Iridium het in het begin van het nieuwe millennium financieel moeilijk kregen, beslisten deze minder satellieten te lanceren waardoor de ontwikkeling van de X-33 en de VentureStar zonder steun van NASA volgens Lockheed Martin niet rendabel meer was. Doordat het hele X-33 en VentureStar project plots werd stopgezet, bleven ook alle nieuwe technologieën die men ondertussen al had ontwikkeld letterlijk liggen. Zo stond men al heel ver in de ontwikkeling van het nieuwe metalen Thermal Protection System (TPS) dat destijds werd ontwikkeld door het bedrijf BF Goodrich. Volgens sommigen was dit nieuwe hitteschild één van de meest innovatieve onderdelen dat werd ontwikkeld voor dit project. Helaas werd dit nieuwe TPS nooit voor andere doeleinden gebruikt. Ook werden er vier AeroSpike motoren gebouwd waarvan twee dienden als testmotoren. Vandaag de dag kan men één volledig afgewerkte AeroSpike motor bewonderen in NASA's Stennis Space Center. Twee andere motoren werden ontmanteld. De technologie achter de innovatieve AeroSpike motoren is het enige wat het VentureStar project heeft overleefd. Zo slaagde een team van de California State University in samenwerking met het bedrijf Garvey Spacecraft Corporation er in september 2003 in om een succesvolle testvlucht uit te voeren met een Prospector raket die werd voorzien van een AeroSpike motor en een vloeibare brandstof. Vandaag de dag wordt de technologie achter de AeroSpike motoren nog steeds getest door enkele bedrijven. Het bijna volledig gebouwde prototype van de X-33 werd uiteindelijk ook ontmanteld.
