Die raket gaat wel/niet op

Ontwikkelaars van kleine satellieten, zoals universiteiten en kleine bedrijven, zijn voor de lancering daarvan afhankelijk van onbenutte ruimte in grote raketten. Ze hebben daardoor geen controle over de timing van de lancering en een beperkte keuze in de uiteindelijke baan van de satelliet. De commerciële ontwikkeling van raketten, specifiek voor een kleinere lading, biedt uitkomst. Nigel Drenthe verbeterde en valideerde hiervoor een kostenramingsmodel en ontving voor zijn afstudeerwerk, als eerste, de Heinz Stoewer Space Award.

 “Het zijn al lang niet meer de grote satellietprojecten waarover je in de media hoort,” zegt Nigel Drenthe. “Startups voor het ontwikkelen van nieuwe raketten bieden fascinerende technische innovaties, en iedereen claimt veel lagere kosten per kilogram lading.” Als jongetje was hij al gefascineerd door raketten. Natuurlijk ging hij luchtvaart- en ruimtevaarttechniek studeren. Hier leerde hij precies welke technische systemen noodzakelijk zijn om een raket gecontroleerd de lucht in te schieten. Maar hij leerde ook dat deze nooit zal vliegen zonder goede onderbouwing en beheersing van de kosten.

Briljant, maar niet haalbaar

“Ingenieurs hebben briljante ideeën,” zegt Drenthe, “maar ze hebben geen benul van wat die betekenen voor de winstgevendheid van de raket. Omgekeerd weten managers en marketingmensen niets van technische haalbaarheid.” Een bezoek aan de cost-engineering divisie van de European Space Agency (ESA) leerde hem dat er met name vroeg in het ontwikkelingsproces behoefte is aan een goed kostenramingsmodel. Hiermee kunnen keuzes gemaakt worden tussen bijvoorbeeld het kopen of zelf ontwikkelen van de benodigde technologie, of om de stekker uit een project te trekken.

De ruimte tussen twee richtingen

Omdat hij precies op het snijvlak van rakettechniek en kostenraming wilde afstuderen, zocht hij twee begeleiders: ir. Barry Zandbergen van de Space Systems Engineering groep (SSE) als dagelijks begeleider, en Prof. Dr. Ricky Curran van de Air Transport and Operations groep (ATO). Vanuit de ATO groep kwamen de inzichten over operationele aspecten en schaalvoordelen. De vliegtuigindustrie heeft de leercurve naar lagere productiekosten nu eenmaal al lang doorlopen.

Een fijnmazig kostenmodel

Het afstudeerwerk van Drenthe borduurt voort op eerder werk van Diettrich E. Koelle, een grootheid binnen de ruimtevaart en al sinds 1970 bezig met de kosten daarvan. “Koelle suggereerde dat commerciële partijen in de kosten kunnen snijden omdat ze minder vaak werk uitbesteden,” zegt Drenthe. “Dat scheelt in winstafdracht en in de omvang van de afdeling inkoop.” Drenthe nam dit mee in zijn verbeterde model en ging bovendien in veel meer detail in op de kosten voor de ontwikkelings- en productiefase. Geen schatting van de kosten voor een hele rakettrap, maar de kosten voor alle onderdelen zoals een navigatie-subsysteem, een brandstoftank en een brandstofomleidingssysteem.

Vier lanceringen

Met name het aantal lanceringen blijkt een belangrijke rol te spelen bij de kosten. “Pas bij vier lanceringen of meer zakt de bijdrage van de vaste kosten onder de algemeen geaccepteerde norm van 35% van de lanceringskosten,“ aldus Drenthe. “Denk hierbij aan de kosten voor faciliteiten, het onderhoudsteam en mission control.”

Twintig procent nauwkeurig

Volgens Drenthe is er weinig informatie publiekelijk beschikbaar over de ontwikkelingskosten van raketten. Hij heeft zijn model toch kunnen toetsen aan de hand van data, deels geheim, van twee kleine draagraketten: de Falcon 1 van SpaceX en de Pegasus XL van Orbital ATK. Zijn model bleek binnen twintig procent nauwkeurig. “Dat is voldoende voor de vroege ontwikkelingsfase,” zegt Nigel Drenthe. “We gaan zien of het ook klopt voor de raketten die nu in ontwikkeling zijn. Overigens geldt mijn model voor zowel kleine als grote draagraketten.”

Een afstudeerder weet raad

Tijdens zijn afstuderen heeft hij zijn model al gebruikt toen men bij de ESA overwoog een raket te lanceren van onder een straaljager. Daarmee zou een duur lanceerplatform kunnen worden vervangen door gebruik van een bestaand vliegveld. “Helaas bleek alleen een giftige raketbrandstof voldoende stuwkracht te bieden. Dat kan niet zomaar op een luchthaven in verband met veiligheidseisen. Ook liet mijn model zien dat de kosten van een dergelijk ontwerp zeer hoog waren.”

De prijselasticiteit van een raket

Ruimtevaart startups noemen zeer lage prijzen van vijf tot tien miljoen euro voor het vervoeren van een paar honderd kilo lading naar een lage omloopbaan. Omdat het aantal lanceringen in grote mate de prijs bepaalt, is ook de marketingkant interessant. “Een klassiek kip-ei verhaal,” zegt Drenthe. “Bij die prijzen ben ik ervan overtuigd dat veel kleine partijen daar gebruik van willen maken. En bij voldoende vraag naar kleine draagraketten zijn die prijzen volgens mijn kostenmodel haalbaar.” Naast de technisch-commerciële kant had hij graag ook deze prijselasticiteit gemodelleerd. “Een mooi onderzoek voor een nieuwe student.”

Hier is een link naar zijn volledige afstudeerwerk en hier kunt u lezen over de prijsuitreiking.