Tijdens zijn verkiezingscampagne maakte Trump duidelijk het ruimtevaartprogramma een lage prioriteit te geven. Zo is de infrastructuur in de VS belabberd en moet deze nodig opgekalefaterd worden. Toch heeft de man duidelijke ideeën over waar de focus van het ruimtevaartprogramma moet komen te liggen.
Mars is qua ontdekkingen nu zo ongeveer uitgekauwd. De planeet is rijp voor kolonisatie. Van de rest van het zonnestelsel weten we veel minder. Vandaar dat Trump verder wil reiken dan Mars. De Jupitermaan Europa bevat mogelijk leven. Jupiter zelf is nog vol van onopgeloste raadsels. Terwijl nu grote bedrijven aanstalten maken om de mens een tweede thuis te geven, wordt het volgens Trump tijd om alvast het voorwerk te doen voor de kolonisatie van de rest van het zonnestelsel.
Trump-haters zien Trump graag gelanceerd naar ergens ver, heel ver weg.
De bekendste en meest grensverleggende visionair op dit moment is waarschijnlijk Elon Musk. Hij ontwricht hele bedrijfstakken met visionaire oplossingen door first principles te denken. Een uitstekend voorbeeld is hoe Musk de ruimtevaart op zijn kop zette. Dit voorbeeld toont als geen ander de kracht van first principles denken.
Wat zijn de first principles van ruimtevaart?
Zoals trouwe lezers van Visionair heel goed weten is ruimtevaart peperduur. De kosten voor het lanceren van vracht met bijvoorbeeld de Ariane 5 van Arianespace, een van de goedkopere aanbieders, bedragen rond de 200 miljoen dollar voor tien ton vracht (dus rond de 20.000 dollar per kilogram). Hiermee drukte Arianespace de nog duurdere Amerikaanse raketten uit de markt.
De ultieme droom van Musk is de mensheid naar de ruimte brengen. Dat lukt uiteraard niet, als een enkele reis naar een Lagrangepunt iemand alleen qua lanceerkosten al meer dan een miljoen kost. Musk, met een technisch natuurkundige achtergrond, keek dus naar de first principles van ruimtevaart.
Het fundamentele probleem met ruimtevaart is dat de aarde een zwaartekrachtsput vormt, zonder ladder om er uit te klimmen. Het kost per kilogram massa 1/2 * (11200)2 = 62,72 megajoule energie, m.a.w. 17,4 kWh, bij de Nederlandse een Belgische elektriciteitsprijzen rond de vier euro aan elektriciteit om dit te overbruggen. Dit is een fundamentele limiet: de wet van behoud van energie. Welk pad je ook kiest vanaf het aardoppervlak tot een punt met nul zwaartekracht en de maximale zwaartekrachtspotentieel vanaf de aarde, je zal altijd minimaal deze hoeveelheid energie moeten spenderen. (Uiteraard kan je gebruik maken van de rotatie van de aarde om de beginsnelheid iets te vergroten, de reden dat ruimtebases als Kourou, Frans Guyana, zich vaak dicht bij de evenaar bevinden).
Er zijn enkele fundamentele manieren om aan deze put te ontsnappen. Of heel hard schieten, of een raket, of een ladder, zoals een space elevator, bouwen. Verder, in theorie: je afzetten tegen het aardmagnetisch veld of door middel van de stralingsdruk van zonlicht, met een lichtzeil ontsnappen (wat kabels van tienduizenden kilometers zou vereisen). Of, onbewezen, een wormtunnel bouwen. Al deze manieren, en andere, toekomstige manieren, moeten rekening houden met de genoemde fundamentele limiet van 62,72 MJ per kg die uit first principles volgt.
Heel hard schieten kan met behulp van een reuzenkanon, maar dit zou zonder bijzondere maatregelen nuttige lading opbranden in de atmosfeer en verpulveren. Een ruimtelift bouwen kan alleen van exotische materialen zoals koolstofnanovezels. Die kosten duizenden dollars per gram en dat was duidelijk buiten het budget van Musk. De experimentele genoemde methoden zijn nog nooit geprobeerd. Blijft over: een raket op een slimmere manier bouwen. En dat deed Musk. Hij keek naar een standaard raket, in dit voorbeeld de Ariane V ES, en maakte een bierviltjesberekening. Hoeveel zou het kosten om deze raket na te bouwen, als je alleen naar grondstofprijzen keek?
Carbon fiber reinforced polymeer: plm. 1 ton, € 80 000 per ton: € 80 000
Staal (voor de boosterraketten): 2 x 38 ton = 76 ton, € 800 per ton: € 70 000
Brandstof:
– Boosters: 240 ton * 2 = 480 ton, bestaande uit:
68% ammonium perchloraat * 480 t * € 4 000 per ton : € 1,3 miljoen
18% aluminiumpoeder * 480 t * € 1800 per ton : € 155 000
14% polybutadieen * 480 t * € 1500 per ton: € 101 000
Core stage: 170 t vloeibare waterstof en zuurstof
waarvan 18 t waterstof @ € 4000 per ton = € 72 000
152 t zuurstof @ € 160 per ton = € 27 200
Second stage: 10 ton mengsel hydrazine/monomethylhydrazine
Hydrazine: plm € 2000/ton * 67% * 10 t = € 14 000
Monomethylhydrazine: plm € 10 000/ton * 33% * 10 t = € 33 000.
De materiaalkosten exclusief de brandstof van de main booster zijn laag: rond de 350 000 euro.
Wat de lancering qua materiaalkosten duur maakt zijn de kosten voor ammonium perchloraat. Deze liggen rond de 1,3 miljoen euro.
De overige materiaalkosten voor de main booster zijn eveneens laag: rond de 250 000 euro.
Deze versimpelde berekening laat zien dat een lancering qua materiaalkosten mogelijk is voor 2 miljoen euro per raket. Als je het perchloraat vervangt door een goedkopere brandstof, kan dit bedrag zelfs gehalveerd worden. Op het moment dat Musk met Space X begon, lagen de lanceerkosten op rond de 200 miljoen euro per lancering. 100x zoveel dus.
Winst van duizenden procenten
De SpaceX Falcon 9 is met zijn lage prijs per lancering de grote schrik van de concurrentie.
Musk wist op grond van deze berekening dat hij op goud zat. Zelfs als er exorbitant veel kosten worden gemaakt bij de fabricage, zou hij toch nog voor een scherp tarief lanceringen aan kunnen bieden. Om zoveel mogelijk tegenslag te voorkomen en kosten te besparen hield hij de fabricage van onderdelen voor de Space X Falcon 9 raketten binnenshuis, of gebruikte goede standaardonderdelen van gunstig bekend staande fabrikanten. Hij verving de dure cryogene brandstoffen en perchloraat door goedkope huis- tuin- en keukenbrandstof: kerosine, met uiteraard vloeibare zuurstof voor de verbranding.
Musk slaagde er in om lanceringen voor 50 tot 60 miljoen dollar aan te bieden. Een kwart van de prijzen van Arianespace. Noodgedwongen verlaagde ook Arianespace de prijzen. Het nieuwe model Ariane 6 moet marktaandeel terugwinnen.
De Space X Falcon Heavy, de raket waarmee Musk de mensheid naar Mars wil brengen, kan 20 ton lanceren in een geostationaire baan, of, belangrijker voor Musk, 13 ton richting Mars. Dat is twee keer zoveel als de Ariane 5. Ook in de Falcon Heavy ontbreekt het peperdure ammoniumperchloraat geheel. De eerste lancering van deze raket wordt pas in 2017 verwacht.
Musk is goed op weg om zijn droom van ruimtekolonisatie waar te maken. Dit dankzij first principles denken. Ook elders kan er enorme vooruitgang worden geboekt, als deze denkmethodiek wordt gevolgd.
Medio 2016 staan de geldpersen in de belangrijke economische blokken EU, USA en Japan roodgloeiend. Er is zelfs sprake van een negatieve rente. Toch is de fut verdwenen uit de economie en werkt dit wondermiddel niet meer. Misschien moeten we de oplossing voor dit overschot buiten de aarde zoeken, zegt een analist.
Overproductie van kapitaal
Het probleem op dit moment is vraaguitval. Ouderen van de babyboomgeneratie hebben enorme hoeveelheden kapitaal gespaard voor de oude dag, terwijl er minder kinderen werden geboren. Het gevolg is dat er veel inactieve ouderen tegenover weinig werkenden, leners en consumenten staan. Wat ook niet helpt is de toenemende onzekerheid in de wereld door het opkomende islamitisch terrorisme. Dit remt uitgaven en investeringen, maar isminder belangrijk dan het demografische probleem. Alleen een radicaal andere manier om de economie te organiseren kan dit probleem structureel oplossen.
De financiële zeepbel is verveelvoudigd in omvang sinds 1990. Bron/copyright: Macquairie Research
Investeren, maar waarin?
In de rijke landen hebben de oudere mensen zo ongeveer alles al wat ze willen hebben. Die geven hun geld dus weinig meer uit. Er zijn minder arbeiders nodig, waardoor arbeid (en dus mensen) steeds minder waard worden. Het gevolg: structurele werkloosheid, dalende lonen, mensonterende taferelen. Volgens het model van Turchin zal dit naast het enorme leed, ook leiden tot oorlogen of burgeroorlog. Hierdoor zullen veel mensen sterven en zal er veel infrastructuur kapot gaan, waardoor er weer veel werk ontstaat. Zoals bekend, doen politici als Obama, Timmermans en Merkel er alles aan om zowel de kans op een burgeroorlog (import van traditionele islamieten, waaronder veel ISIS-aanhangers) als op een oorlog met Rusland flink te vergroten. Deze weg, die miljoenen mensen het leven zal kosten, moet voorkomen worden zolang we dat nog kunnen.
Dan maar de ruimte in: space, the final frontier Al in 2012 noemden wij op Visionair de ruimte als de plaats waar we een redelijke, en op termijn enorme return on investment kunnen verwezenlijken zonder dat we het kwetsbare ecosysteem van de aarde verwoesten. Wij zijn niet de enigen. Visionaire ruimtevaartpioniers, zoals Robert Zubrin, pleiten hier al eerder voor. Nu sluiten ook Viktor Shvets en Chetan Seth van het Macquarie global equities team, financiële analisten uit de klassieke hoek, zich aan bij de voorstanders.
Ons tweede huis? Bron: NASA
Hun plan is in essentie duidelijk. We starten niet de zoveelste verwoestende oorlog, maar een wereldwijd plan om Mars te koloniseren. Dat zal biljoenen aan investeringen opslokken en heel veel mensen aan het werk zetten. Mars One heeft een missieplan opgesteld waarbij enkele miljarden voldoende zullen zijn om zes kolonisten naar Mars te brengen – enkele reis. Elon Musk heeft het zijn levensdoel gemaakt om de mensheid naar Mars te brengen.
Shvets en Seth stellen voor dit op nog veel grotere schaal te doen dan nu. Duizenden draagraketten zullen ladingen machines, zaden en kolonisten naar een low earth baan brengen, waar ze zullen worden verscheept naar Mars. De technologie hebben we grotendeels al. In hun voorstel wordt dit een puur Amerikaans project, maar het zou voor de hand liggen ook Europa, Rusland, China en Japan mee te laten doen. Vooral de eurozone en Japan kampen met dezelfde problemen als de VS.
Opvallend is wel dat hun rapport een paar dagen uitkomt na de explosie van Musks paradepaardje, de Falcon X raket. Musk heeft nogal wat machtige vijanden gekweekt met zijn goedkope raketvluchten en het uithalen van smerige streken komt wel vaker voor in het bedrijfsleven.
De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA bevindt zich in zwaar weer. Terwijl het al bijna veertig jaar geleden is dat de laatste astronauten de maan bezochten, wordt de logge organisatie links en rechts ingehaald door het buitenland en privé-ondernemingen. Toch heeft NASA nog torenhoge ambities. Getuige dit filmpje, onderdeel van NASA 360. Zal de organisatie dit waar kunnen maken? Of zijn de hoogtijdagen van het Amerikaanse ruimtevaartprogramma na de Apollo-missies definitief voorbij?
NASA 360 - The Future of Human Space Exploration
Zo moet het eerste dorp op Mars er in 2025 uitzien. Dit is alleen geen NASA project… Bron: Mars One
Ruimtevaartvisionairen overal ter wereld verbijten zich al tientallen jaren over het feit, dat het tijdperk van de bemande ruimtevaart veertig jaar geleden om zeep geholpen is (vergeet even dat zielige ISS-koekblik op 150 km hoogte), met dank aan de babyboomers.
Eén van hen is de veertiger miljardair Elon Musk, de oprichter van Paypal. Musk’s levenslange passie is de mens naar Mars brengen. In tegenstelling tot bij NASA kunnen overheidsbureaucraten zijn plannen niet tegenhouden, omdat hij alles van zijn eigen geld bekostigt.
In deze video van CBS, door een gewaardeerde Youtube gebruiker ook beschikbaar gesteld voor niet-Amerikanen, maken we kennis met de visionaire plannen van Musk.
Hopelijk maakt hij zijn plannen waar en zet de mensheid snel die al veel te late volgende grote stap.
Nu de fossiele brandstoffen steeds schaarser en duurder worden, is er steeds minder makkelijk winbare energie beschikbaar. Slecht nieuws voor energieverslindende activiteiten als ruimtevaart. Betekent het uitgeput raken van fossiele brandstoffen dat we nu voorgoed op aarde opgesloten blijven?
Deze Saturn V booster is het trieste overblijfsel van het eens zo ambitieuze NASA maanlandingsprogramma. Bron: NASA
Fossiele brandstof steeds schaarser…
Grondstoffen als aardolie en aardgas worden steeds moeilijker te winnen. De gemakkelijk winbare voorraden zijn nu vrijwel uitgeput. Er zijn weliswaar enorme voorraden teerzand en schalie-olie, maar deze kosten heel veel energie om te winnen. Olie winnen uit teerzand vraagt bijvoorbeeld één vat olie per drie vaten gewonnen olie. Schalie-olie kent nog slechtere rendementen, rond de 0,7 tot 13,3. Ook de gasbel in Slochteren, ooit het op vijf na grootste gasveld ter wereld, begint al aardig leeg te raken. Hoe meer energie er nodig is om meer energie te winnen, hoe minder energie – en arbeid – er beschikbaar is voor andere dingen, zoals ruimtevaart. Reden voor onze collega’s van Cassandra Club om te geloven dat het tijdperk van de ruimtevaart definitief afgelopen is. Maar is dit het hele verhaal?
Onconventionele bronnen groeien snel
Op dit moment is aardgas in de Verenigde Staten spotgoedkoop, goedkoper zelfs dan in jaren. Dit is het gevolg van de omstreden techniek hydraulic fracking. Dit geeft de Amerikanen een paar jaar respijt, waarin ze bijvoorbeeld de enorme voorraad methaanhydraten in de Golf van Mexico en in het arctische gebied kunnen aftappen. Hier in Europa is de situatie veel beroerder, maar we kunnen fossiele energie importeren uit de VS en Rusland. In die paar jaar kunnen we de snel goedkoper wordende zonnepanelen uitrollen in Zuid-Europa.
De in 1972 door Nixon wegbezuinigde atoomraket NERVA kon in principe Mars bereiken.
Ruimtevaart zonder fossiele energiebronnen… waarom niet?
Fossiele energiebronnen zijn bepaald niet de enige energiebron op aarde. Een supernova vlak voor het onmtstaan van de aarde gaf het zonnestelsel een bruidsschat (of liever gezegd: erfenis) mee van de kernbrandstof uranium. Zo is er in de oceanen voldoende uranium opgelost om de mensheid 25 miljoen jaar van energie te voorzien. Als deze uranium in kweekreactoren volledig wordt opgestookt, zelfs 2,5 miljard jaar. We gebruiken met 16 TW nog niet eens een promille van alle zonne-energie die de aarde bereikt, rond de 200 000 TW. Ook als ons energieverbruik sterk groeit, betekent dat dat het energieverbruik dat met ruimtevaart samenhangt relatief steeds kleiner lijkt.
Snelle overschakeling op zonne-energie van levensbelang
Willen we niet op aarde opgesloten blijven, dan zullen we geen hulpbronnen meer moeten verspillen aan zaken als oorlogen, of het luxeleventje van bankiers. In plaats hiervan moeten alle overschietende middelen worden ingezet om zonne-energiecentrales in zonnige gebieden (en uiteindelijk ook in de rest van Europa) neer te zetten.
Ruimtevaart blijft toch mogelijk
Hierdoor kunnen we toch elk jaar ons energieverbruik laten toenemen en blijft het mogelijk op den duur de aarde te verlaten. Zoals de visionaire ruimtevaartpionier Tsiolkovsky al zei: de aarde is de wieg van de menselijke geest, maar de mens moet niet altijd in de wieg blijven. Op een dag, niet veel jaren na nu, zullen er mensen op Mars en de manen van Jupiter rondlopen, zoals ze op de maan hebben gedaan. Er is meer voor nodig dan een fossiele energiecrisis om de door de vrije samenleving ontketende kracht van de menselijke geest het zwijgen op te leggen.
Tegenstanders van ruimtevaart zeggen dat de miljarden die aan ruimtevaart besteed worden, veel beter op aarde ingezet kunnen worden. Volgens hen is ruimtevaart een onnodig, duur speeltje. Hebben ze gelijk?
Ruimtevaart: onovertroffen geld- en energieverkwisting
Ruimtevaart is, energetisch bekeken, zo ongeveer de meest verkwistende manier van reizen die je je voor kan stellen. Om één kilo nuttige lading naar een baan om de aarde, of verder weg, te transporteren, moet er dertig tot zestig kilogram brandstof en af te stoten rakettrappen mee. Ter vergelijking: een verkeersvliegtuig dat ongeveer dezelfde afstand van twintigduizend kilometer aflegt, verstookt ‘maar’ de helft van zijn vertrekmassa aan brandstof.
Ook in geld uitgedrukt zijn de reiskosten extreem hoog: een kilogram massa richting maan lanceren kost al gauw twintigduizend euro. Een astronaut met voorraden naar het International Space Station sturen kost rond de twintig miljoen dollar. Voldoende om alle 150 000 inwoners van een stad als Enschede op stedentrip naar Parijs of Praag te sturen.
Een missie naar Mars kost tientallen miljarden. Zonde van het geld, vinden critici.
De ruimte: een dodelijke omgeving
Eenmaal buiten de beschutting van de dikke aardse atmosfeer en de Van Allengordels, blijkt pas echt hoe dodelijk de ruimte is. Er is een volkomen luchtledig. De temperatuur van de kosmische achtergrondstraling is 3 kelvin, drie graden boven het absolute nulpunt dus. De zon is niet zoals op aarde een koesterende warmtebron, maar een blakerende, verschroeiende gasbol die astronauten bombardeert met deeltjes en energierijke straling. Ook razen zeer energierijke deeltjes zoals protonen door de ruimte, die het erfelijk materiaal in onze cellen beschadigen. Bij oudere astronauten komen veel oogafwijkingen voor, omdat hun netvlies beschadigd is door deze kosmische straling. Langere tijd in een zwaartekrachtsloze omgeving leven, leidt tot allerlei ernstige ziekten.
Er zijn buiten de aarde welgeteld twee plekken in het zonnestelsel waar de mens met vrij eenvoudige hulpmiddelen zou kunnen overleven: op ongeveer vijftig kilometer boven de oppervlakte van Venus, in een hermetisch afgesloten, drijvende aerostaat met een aardse atmosfeer (hier is de temperatuur rond de twintig tot dertig graden en de zwaartekracht ongeveer even groot als van de aarde), of op Mars, in een met een aardse atmosfeer gevulde grot of koepel. Het klimaat op Mars is te vergelijken met dat van Antarctica, alleen met grotere extremen. De zwaartekracht is minder dan de helft van die op aarde, wat misschien voor problemen kan zorgen.
Conclusie: de ruimte is dodelijk en vrijwel ontoegankelijk. Alleen een suïcidale idioot zal de veilige aarde verlaten. We kunnen veel beter de hulpbronnen die aan ruimtevaart worden verkwist, besteden om de aarde leefbaarder te maken, aldus de tegenstanders.
Exponentiële groei op aarde kan niet
Toch is er een overtuigend tegenargument. De aarde is namelijk eindig. De aarde heeft een 510 miljoen vierkante kilometer groot oppervlak, waarvan 149 miljoen vierkante kilometer land. Op dit moment belasten we de aarde al zwaarder dan deze aankan. Met verwoestende mijnbouw- en niet-duurzame landbouwtechnieken zijn we de biosfeer zwaar aan het ontwrichten. Weliswaar kunnen we overschakelen naar duurzame landbouw en energiebronnen – en dat gebeurt ook steeds meer, maar ook dan lopen we tegen de grenzen van de groei aan. Op een gegeven moment hebben we de gehele Sahara vol geplaatst met zonnepanelen. Extra energie opwekken of grondstoffen winnen kost dan veel meer inspanning dan nu – de wet van de afnemende meeropbrengst. Groei op aarde lijkt daarom op een sigmoïde (S-vormige) curve. In het begin is er een exponentiële groei. Als de grenzen van het systeem worden bereikt, vlakt de groei af tot nul of, zoals bij een niet-hernieuwbare bron als fossiele brandstoffen, volgt een krimp.
Maar wel in het zonnestelsel
Dit probleem doet zich de eerste zes eeuwen niet voor in het zonnestelsel. De aarde vangt slechts een minuscuul deel op van het totale vermogen van de zon (3,846×1026W). Als we dit totale vermogen onder alle mensen zouden verdelen, zou ieder mens 3500 maal meer vermogen tot zijn beschikking hebben dan de hele wereld nu gebruikt. Een vergelijkbaar argument kan je gebruiken voor mineralen en overige grondstoffen. Er is geen grondstof te bedenken, of elders in het zonnestelsel is er een veelvoud van beschikbaar.
Omdat de groei in het zonnestelsel veel later afzwakt, is ondanks de lage groeisnelheid op termijn dit toch de beste investering.
Op langere termijn wint de ruimte-investering
Stel, we zouden tegen een zeer hoge investering van bijvoorbeeld duizend miljard euro (zeg maar, een knokpartij a la Irak of Afghanistan, waar politici ook geen enkele moeite mee hebben) een zichzelf bedruipende ruimtekolonie in bijvoorbeeld de asteroïdengordel inrichten. Deze zou als enige taak hebben te groeien in omvang en bedrijvigheid, bijvoorbeeld door asteroïden om te bouwen tot zonnepanelen, ertssmelterijen en ruimtestations. Door de enorme hoeveelheid beschikbare energie en grondstoffen in de asteroïdengordel zou deze groei exponentieel zijn. Anders dan op aarde zou de groei pas na honderden jaren tegen fysieke beperkingen aanlopen. Omdat er een leereffect optreedt en de werkenden steeds ervarener worden, gaat het proces ook steeds sneller. Als er een kritische massa is, kunnen ook moeilijker omgevingen, zoals Jupiter en de andere gas- en ijsreuzen worden geoogst.
Critici van ruimtevaart maken daarom in feite de verkeerde vergelijking. Weliswaar is de groeisnelheid door de vijandige omgeving in de ruimte in het begin lager, maar deze blijft veel langer in stand, ook als de groei op aarde al is afgevlakt. Hiermee is op lange termijn het koloniseren van het zonnestelsel vele malen lonender dan deze hulpbronnen alleen op aarde aanwenden.
De Universele Gids naar de Ruimte. Klik op het plaatje voor een vergroting.
Wil je als eerste mens voet op Mars zetten? Of, wat minder ambitieus, in de historische, nog steeds bestaande, voetsporen van Armstrong en Aldrin treden? Wat zijn je kansen? Deze checklist geeft antwoord. Klik op het plaatje voor een vergroting.
In het kort: je moet steenrijk zijn, over een gezonde doodswens beschikken en zo gek zijn als een deur, aldus de weinig vleiende analyse.
Maar toch. Waar kan ik me aanmelden?
Zou je raketten kunnen lanceren met microgolven? Ja, blijkt uit een experiment. Er kan zo veel meer nuttige lading mee. Ook de investeringen zijn minimaal.
Enorme vuurpijlen
Al onze raketten op dit moment zijn technisch gesproken in feite grote vuurpijlen. Het principe van de chemische raket is simpel. Twee chemicaliën (bijvoorbeeld waterstof en zuurstof) worden met elkaar gemengd en ontbranden explosief. Door de hete, naar beneden gerichte gasstraal wordt de raket naar boven gestuwd.
De nadelen zijn duidelijk. In feite zit je op een grote chemische bom, die gecontroleerd ontploft. Er hoeft maar weinig mis te gaan (en dat gebeurt dan ook geregeld) en de raket – met lading en inzittenden – gaat in vlammen op. Ook moet je een groot deel van de brandstof meeslepen naar boven om extra stuwkracht te leveren. Het gevolg: maar ongeveer drie procent van de totale massa van de raket is nuttige lading.
Alternatieven gevaarlijk of duur
Uiteraard is nagedacht over alternatieve systemen. De ruimtelift bijvoorbeeld: een tienduizenden kilometer lange kabel van koolstofnanovezels (het enige materiaal dat sterk genoeg is) waarlangs een liftcabine omhoog klimt. Als de kabel er eenmaal hangt, is vervoer spotgoedkoop: elke joule energie wordt in het naar boven hevelen van de vracht gestopt. Helaas vraagt dit zeer hoge investeringen en hebben we nog geen koolstofnanovezels die lang genoeg zijn om er die kabel van te bouwen. Atoomraketten leveren ook veel stuwkracht en zijn vrij goedkoop te bouwen, maar zijn omstreden en gevaarlijk.
De Microwave Express
De raket wordt door middel van een gerichte bundel microgolfstraling, die waterstofgas verhit, gelanceerd en verder aangedreven.
Raketonderzoeker Kevin Parkin heeft nu echter een alternatief bedacht. De energie hoeft niet door een chemische reactie of kernreactor te worden geleverd, maar kan ook vanaf aarde worden geleverd. Hiervoor gebruiken de uitvinders microgolven, welbekend van de magnetron uit de keuken.
Deze microgolven worden door middel van een 120 meter doorsnee schotelantenne richting raket geleid. De raket gebruikt waterstof als aandrijving. Deze verbrandt niet, maar wordt verhit door de microgolven, waarna de waterstofmoleculen met een snelheid van 7000 m/s de raket verlaten. Bijna twee keer zo hoog als zelfs de beste chemische raket haalt.
De onderkant van het ruimtevoertuig, die meer wegheeft van een vliegende vleugel dan van een raket, wordt bekleed met koolstofvezels op basis van grafiet met een coating van siliciumcarbide. Dit vangt de microgolfstraling op en verhit hiermee de waterstof die er langs stroomt.
Om de raket te lanceren wil Parkin gyrotrons gebruiken, extreem krachtige bronnen van microgolfstraling die worden gebruikt bij kernfusieonderzoek. Voor enkele miljarden dollars – minder dan de kosten van één enkele chemische Saturnus V maanraket – kan er een complete installatie gebouwd worden die in principe duizenden ruimtevaartuigen kan lanceren. Dit moet wel in een kurkdroge woestijn, want zoals bekend absorbeert water microgolfstraling.
Ruimtevaart wordt meer dan tien keer zo goedkoop
Bij raketten gaat het om de impuls: massa maal snelheid. Door de dubbel zo hoge uitstroomsnelheid kan er veel meer nuttige lading mee: vijftien procent. Dit zou de lanceerkosten per kilo enorm drukken: van tienduizend dollar nu voor de allergoedkoopste chemische raket tot zeshonderd dollar. Dit is zo goedkoop dat het interessant wordt mijnbouw te beginnen op de asteroïden of – wat meer mensen aan zal spreken – enorme zonnepanelen lanceren om het overvloedige zonlicht uit de ruimte te laten oogsten. Ook zou je zo makkelijk hoog boven de dampkring een grote ruimte-expeditie naar Mars op touw kunnen zetten.
