Suborbitale vlucht: een korte sprong naar de rand van de ruimte
Stel je een bal voor die je recht omhoog gooit. Hij stijgt, vertraagt, komt heel even tot stilstand op zijn hoogste punt en valt dan weer terug naar de grond. Een suborbitale vlucht werkt in essentie hetzelfde, maar dan met een raket of raketvliegtuig dat een mens (of lading) tot voorbij de rand van de ruimte tilt en daarna weer laat terugvallen naar de aarde. Er wordt geen volledige baan om de aarde gemaakt, zoals het Internationaal Ruimtestation (ISS) dat wel doet. Vandaar de naam: suborbitaal, ofwel "onder een omloopbaan".
Het bijzondere is dat passagiers tijdens zo'n vlucht, die meestal niet langer dan tien tot vijftien minuten duurt, enkele minuten gewichtloosheid ervaren en door een raam de kromming van de aarde tegen de zwarte achtergrond van de ruimte kunnen zien. Daarna volgt de terugval naar de atmosfeer en een landing, hetzij aan een parachute, hetzij als een zwevend vliegtuig. Het is te vergelijken met een zeer korte, zeer hoge achtbaanrit: spectaculair en intens, maar voorbij voordat je er goed en wel aan gewend bent.
Wat is het precies?
Een suborbitale vlucht bestaat uit een aantal duidelijk te onderscheiden fasen. Eerst is er de gedreven klim: een raketmotor duwt het voertuig met grote versnelling omhoog, vaak tot een snelheid van meerdere malen de geluidssnelheid. Na een of twee minuten stopt de motor, een moment dat "motoruitschakeling" of in het Engels engine cutoff heet.
Vanaf dat punt is er geen aandrijving meer en zweeft het voertuig verder omhoog op de opgebouwde snelheid, precies zoals de opgegooide bal. Dit heet de coasting-fase. Tijdens deze fase, en rond het hoogste punt van de vlucht (het apogeum), ervaren de inzittenden weegloosheid: er is geen motorstuwkracht en nog nauwelijks luchtweerstand, waardoor alles binnenin vrij lijkt te zweven.
Om officieel te gelden als "ruimtevlucht" moet het apogeum boven een erkende grens liggen. De meest gebruikte grens is de Kármán-lijn op 100 kilometer hoogte, vernoemd naar de Hongaars-Amerikaanse natuurkundige Theodore von Kármán en gehanteerd door de internationale luchtvaartfederatie FAI. De Amerikaanse luchtmacht en de Federal Aviation Administration (FAA) gebruikten lange tijd een iets lagere grens van 50 mijl, ofwel ongeveer 80 kilometer, voor het toekennen van "astronautenvleugels" aan piloten. Beide grenzen zijn in essentie een afspraak; de atmosfeer dunt geleidelijk uit en er is geen harde natuurkundige muur die "ruimte" van "lucht" scheidt.
Na het apogeum begint het voertuig te vallen, versnelt het door de zwaartekracht en dringt het weer de dichtere atmosfeer binnen. Deze terugkeer, re-entry genoemd, gaat gepaard met sterke wrijving en oplopende temperaturen aan de buitenkant. Ten slotte volgt de landing: sommige voertuigen dalen aan een parachute terug naar de grond of remmen af met hun eigen motor voor een gecontroleerde landing, andere glijden als een zweefvliegtuig terug naar een landingsbaan.
Wat wil men ermee bereiken?
De belangrijkste drijfveer achter suborbitale vluchten vandaag de dag is ruimtetoerisme: particulieren de kans geven om, tegen betaling, zelf de weegloosheid en het uitzicht op de aardkromming te ervaren zonder de veel hogere kosten en risico's van een volledige baan om de aarde.
Daarnaast is er een lange traditie van wetenschappelijk onderzoek. Suborbitale raketten, vaak "sondeerraketten" genoemd, bieden onderzoekers enkele minuten weegloosheid om experimenten te doen die op aarde onmogelijk zijn, bijvoorbeeld naar hoe vloeistoffen, vlammen of biologische processen zich gedragen zonder de invloed van zwaartekracht. Dat is aanzienlijk goedkoper dan een satelliet of een verblijf op het ISS.
Een derde, nog grotendeels theoretische toepassing is puntje-puntje transport: het idee om een raket te gebruiken om binnen een uur van bijvoorbeeld Amsterdam naar Sydney te reizen, door via de rand van de ruimte te "springen" in plaats van dwars door de atmosfeer te vliegen. Dit blijft voorlopig een toekomstvisie zonder operationele dienst.
Ten slotte dienen suborbitale vluchten als technologisch testbed: het is een relatief goedkope en snelle manier om nieuwe motoren, materialen, hitteschilden of herbruikbare landingssystemen te beproeven voordat ze worden ingezet voor duurdere, complexere orbitale missies.
Voorbeelden uit de praktijk
Mercury-Redstone 3 (1961). Op 5 mei 1961 werd de Amerikaanse astronaut Alan Shepard met een Redstone-raket suborbitaal gelanceerd tot een hoogte van ongeveer 187 kilometer. Deze vlucht van vijftien minuten maakte hem de eerste Amerikaan in de ruimte, enkele weken na de eerste (orbitale) ruimtevlucht van de Sovjet Joeri Gagarin.
North American X-15 (1959-1968). Dit raketaangedreven experimentele vliegtuig van NASA en de Amerikaanse luchtmacht werd vanaf een B-52-bommenwerper losgelaten en klom vervolgens op eigen kracht. Enkele van de in totaal 199 vluchten kwamen boven de 80 kilometer, de toenmalige Amerikaanse ruimtegrens, en leverden hun piloten astronautenvleugels op.
Sondeerraketten van ESA en DLR. Al sinds de jaren zeventig lanceren het Europese ruimtevaartagentschap ESA en het Duitse ruimtevaartcentrum DLR programma's als TEXUS vanaf de lanceerbasis Esrange in Zweden. Deze onbemande raketten bieden onderzoekers een paar minuten microzwaartekracht voor materiaal- en biologisch onderzoek, tegen een fractie van de kosten van een satellietmissie.
Blue Origin New Shepard (sinds 2015). Het bedrijf van Jeff Bezos ontwikkelde een verticaal opstijgende en verticaal landende, herbruikbare raket met bemande capsule. Na jaren van onbemande testvluchten vloog op 20 juli 2021 de eerste bemande vlucht met betalende en genodigde passagiers, waaronder Bezos zelf. Sindsdien zijn er meerdere vluchten met toeristen en onderzoekslading uitgevoerd.
Virgin Galactic SpaceShipTwo / VSS Unity. Dit raketvliegtuig wordt op grote hoogte losgelaten door een moederschip, waarna het eigen motor kort wordt ingeschakeld voor de sprong naar de rand van de ruimte, gevolgd door een glijvlucht terug naar de landingsbaan. Oprichter Richard Branson vloog zelf mee op 11 juli 2021; de eerste vlucht met volledig betalende commerciële klanten volgde in 2023.
Hoe ver is de techniek?
Suborbitale bemande vluchten zijn inmiddels geen experiment meer, maar een operationele, zij het nog kleinschalige, activiteit. Zowel Blue Origin als Virgin Galactic hebben tientallen bemande vluchten uitgevoerd en beide bedrijven hebben aangetoond dat herbruikbaarheid werkt: de New Shepard-booster landt terug en vliegt opnieuw, en het SpaceShipTwo-toestel maakt meerdere vluchten met hetzelfde casco.
Toch blijft de vlucht frequentie laag vergeleken met commerciële luchtvaart: het gaat om enkele tot een tiental vluchten per jaar per bedrijf, met stoelprijzen die volgens gepubliceerde schattingen kunnen oplopen tot enkele honderdduizenden dollars. Virgin Galactic kondigde in 2024 aan de vluchten met het huidige VSS Unity-toestel tijdelijk te pauzeren om te investeren in een nieuwe, efficiëntere "Delta"-klasse ruimtevliegtuigen, met een beoogde terugkeer naar operationele dienst enkele jaren later; zulke planningen in de ruimtevaart lopen vaak vertraging op.
Veiligheid blijft een belangrijk aandachtspunt. In 2014 stortte een testtoestel van Virgin Galactic, de VSS Enterprise, neer na een voortijdige activering van het remsysteem, waarbij een testpiloot om het leven kwam. Sindsdien zijn ontwerp en procedures aangepast, maar het onderstreept dat suborbitale vluchten, hoe kort ook, met aanzienlijke technische risico's gepaard gaan.
Puntje-puntje transport op aarde via een suborbitale sprong blijft vooralsnog een toekomstidee. SpaceX heeft dit concept sinds 2017 herhaaldelijk genoemd in relatie tot zijn Starship-raket, maar er bestaat geen operationele dienst en de praktische, regelgevende en veiligheidsuitdagingen zijn aanzienlijk groter dan bij een korte toeristische sprong.
Wie werken eraan?
In de Verenigde Staten zijn Blue Origin en Virgin Galactic de twee bedrijven die op dit moment daadwerkelijk bemande suborbitale vluchten aanbieden. Beide opereren onder toezicht van de Amerikaanse luchtvaartautoriteit FAA, die de vergunningen voor commerciële bemande ruimtevluchten afgeeft en de veiligheidsregels vaststelt.
Historisch gezien hebben NASA en de Amerikaanse luchtmacht met programma's als Mercury en de X-15 de basis gelegd voor suborbitale vluchttechniek. In Europa richten ESA en nationale ruimtevaartorganisaties als het Duitse DLR zich vooral op onbemande sondeerraketten voor wetenschappelijk onderzoek, niet op bemand toerisme.
Ook in China groeit de belangstelling voor herbruikbare suborbitale raketten, onder meer bij bedrijven met banden naar de Chinese Academy of Sciences, al is de omvang en het tempo van hun bemande ambities minder goed gedocumenteerd in westerse bronnen dan die van de Amerikaanse spelers. Verwacht wordt dat meer landen en bedrijven, mede gedreven door dalende kosten van herbruikbare raketten, de komende jaren tot de markt zullen toetreden.