ruimtevaart

Economie volgens Elon Musk

In deze video worden enkele principes uitgelegd die Elon Musk, een van de meest visionaire ondernemers van nu, gebruikt om zijn bedrijven te laten groeien. Enkele dingen pakt hij radicaal anders aan dan zijn concurrenten? Waarom?

Uitbesteden, bijvoorbeeld, erg populair onder de gemiddelde manager, doet Musk niet of nauwelijks: meer dan tachtig procent van de onderdelen van zijn SpaceX-raketten worden in-house gemaakt, in fabrieken op een steenworp afstand van zijn hoofdkantoor. Ook kiest hij liever voor goedkope, minder optimale materialen en herbruikbare onderdelen dan voor dure, high tech alternatieven. Dit alles met als doel om de prijzen drastisch te kunnen verlagen en ruimtevaart bereikbaar te maken voor de massamarkt. Zo is het nu mogelijk voor kleine satellietoperators om gebruik te maken van een ‘lanceerbusdienst’. Mis je de deadline voor de lancering, dan kan je satelliet tegen tien procent extra met de volgende lancering mee. Kunnen andere ondernemers leren van Musk, of is zijn strategie alleen nuttig voor de markten waarop hij zich begeeft? Een verdere analyse van de ruimtevaartplannen van Musk kan je hier vinden.

SpaceX’s Starship en Super Heavy Rocket, die goedkope maan- en Marsmissies binnen bereik moeten gaan brengen, zijn goede voorbeelden van de ontwerpprincipes van Elon Musk in de praktijk. Bron/copyright: SpaceX

 

Waarom gaan we nog steeds niet de ruimte in?

In de tijd voor de financiële crisis werden we via de media gebombardeerd met mooie beloftes over bemande ruimteruimtevaart. Van tijdschriften en boeken tot TV en internet overal stond het vol met fantastische plannen. We zouden terug gaan naar de maan en vervolgens naar Mars vliegen. Ook zou ruimtetoerisme in opmars komen. Dit zou weer bemande en onbemande missies naar andere hemellichamen financieren. Diverse datums zijn genoemd en inmiddels behoren deze datums al lang weer tot het verleden. Waarom komt het er maar niet van?

Een van de vele plannen van NASA voor een basis op Mars. Bron: NASA

Herbruikbare ruimtevliegtuigen.

Na de ongelukken met de spaceshuttle Challenger in 1986 en de spaceshuttle Colombia in 2003 wist men dat deze ruimtevaartuigen niet meer veilig waren en dat een einde zou komen aan het spaceshuttle tijdperk. Er moest een opvolger komen. Dit moest een herbruikbaar toestel zijn oftewel een zogehete ruimtevliegtuig. Dit is een hybride tussen een raket een vliegtuig die verticaal kan opstijgen met gewone straalmotoren en vanaf een bepaalde hoogte in de stratosfeer overschakelt op een raketmotor. Dit bespaard veel brandstof t.o.v normale raketten en had als voordeel dat er niet telkens een nieuwe raket hoeft te worden gebouwd omdat die grotendeels opbrand in de atmosfeer. Hierdoor zouden de kosten voor een ruimtevlucht enorm dalen en kost dit slechts 10% van de lancering van een normale raket. Deze toestellen kunnen daarom ook veel meer lading en mensen in een baan om de aarde brengen. Een dergelijk toestel zou er in 2009 komen. Deze bleef uit en in 2013 eindigde het spaceshuttle tijdperk toen de Atlantis voet aan de grond zette. Vanwege beperkt budget heeft de Nasa de ontwikkeling van een herbruikbaar ruimteschip uithanden gegeven aan commerciële bedrijven. Rond die tijd waren er fantastische plannen van onder andere Burt Rutan. Zijn bedrijf had 2 toestellen ontwikkeld genaamd SpaceShipOne en SpaceShipTwo. Deze laatste kon 3 personen in een suborbitale baan krijgen (de rand van de ruimte). De bedrijven Virgin Galactic en SpaceX zou hierop gaan doorwerken en in 2015 zouden deze met dit ruimtevliegtuig de eerste 2 betalende ruimtetoeristen laten opstijgen. Van 2012 t/m 2014 werd er ook volop reclame gemaakt voor de aankoop van allerlei producten met daarop een code die je online bij de fabrikant moest invullen waarmee je een ruimtereis kon winnen. Er waren ook al volop mensen die tickets hadden gereserveerd. Inmiddels is 2015 al lang gepasseerd en is er niks geen nieuws meer over geweest. Geen ruimtetoeristen dus!

Mars, anno 2018. Een eenzaam spoor van een robotvoertuig in een desolaat landschap.

Ruimtehotel.

In 2018 dit jaar dus zou er zelfs al gewerkt aan een ruimtehotel.  Ook dit was het plan van onder meer Virgin Galactic. Het moest een satelliet zijn in de vorm van wiel die om zijn as draait en zo kunstmatige zwaartekracht kon opwekken met in het centrum van het wiel een ruimte waar met de gewichtloosheid kon experimenteren. Het wiel zou bestaan uit modules met grote ramen zodat met goed naar de Aarde kon kijken en slaap en keukenruimte bevatte. Hier kon je een week verblijven. Een fantastische ervaring als vakantie dus. Als vanzelfsprekend is hier al helemaal niets van gekomen.

 

Bemande missie naar Mars.

Ook was er rond 2015 het een en ander over de planeet Mars gaande. Er zou een bemande missie naar Mars vliegen in 2025. Bij de organisatie MarsOne kon je je aanmelden als kandidaat voor een selectie ronde. Van over de hele wereld hebben zich honderdduizenden aangemeld. Iedere ronde zou er een steeds nauwere selectie naar voren komen en uiteindelijk moest dit de meest geschikte mensen overhouden om uiteindelijk te gaan. Er zouden een paar honderd door de 2e selectie ronde zijn gekomen en deze kregen verdere training. De missie zou gefinancierd worden d.m.v een TV reality serie. Het hele proces zou 10 jaar beslaan en in 2025 zouden als eerste van reeks missies vertrekken. Bij iedere missie werd er een basis uitgebreid. En deze astronauten zouden er voor altijd blijven. Je zou toch denken dat er wel enig nieuws is over de vorderingen van dit project van MarsOne. Zelf denk ik niet dat er ook maar enig iets van terecht gaat komen en ook hebben diverse ruimtevaartdeskundigen zich hier sceptisch uitgesproken.

 

Ruimte industrie.

Het is erg raar dat er in ieder geval geen vorderingen zijn gemaakt voor ruimtetoerisme. Er zou hier veel aan verdiend kunnen worden. Dit zou zich kunnen uitbreiden naar mijnbouw op asteroïden. En uiteindelijk grote bemande structuren in de ruimte waar mensen wonen en werken.

 

 

Het ruimtevaartprogramma van Trump

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.

https://youtu.be/cqh9fCk3VhM

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.

‘Onmogelijke’ EM-Drive uitgetest in de ruimte

Volgens de klassieke natuurkunde kan de EM Drive, of officieel RF resonant cavity thruster, niet werken. Toch passeert deze experimentele motor experimenteel onderzoek na onderzoek. Nu lanceert een groepje onafhankelijke enthousiastelingen een prototype van een werkende EM Drive in een baan om de aarde. Wordt de EM Drive nu volwassen?

Waarom is de EM Drive zo controversieel?
Volgens de Derde Wet van Newton wekt elke uitgeoefende kracht, een tegengesteld gerichte kracht op (actie=reactie). In het vacuüm is er niets om je tegen af te zetten. Chemische raketmotoren werken daarom door het uitstoten van reactiemassa. Door deze met hoge snelheid naar achteren uit te stoten, wordt de raket naar voren gestuwd. Nadeel hiervan is, dat de raket een grote hoeveelheid reactiemassa mee moet slepen. De EM Drive zet zich volgens de bedenker, Roger Shawyer, via een ingenieus mechanisme af tegen de virtuele deeltjes van het vacuüm. Het niets dus. Dit is in strijd met de Derde Wet van Newton en de nauwkeuriger geformuleerde opvolger hiervan, de wet van behoud van impuls. Dit zou de eerste keer in de geschiedenis zijn dat deze wet, die zo ongeveer het fundament van de mechanica uitmaakt, zou worden geschonden: dankzij het benutten van deze wet zijn bijvoorbeeld ‘onzichtbare’ deeltjes als het neutrino ontdekt. 

Werkt de EM Drive?
Door verschillende groepen, zoals NASA, Chinese onderzoeksinstanties en hoogleraar Tajmar met zijn groep, is aangetoond dat de motor op de een of andere manier impuls levert. Dit zonder dat er iets (bijvoorbeeld straling)  is gemeten dat die impuls kan leveren, het equivalent van de reactiemassa. Volgens sommige critici is er een onbekende fout in de meetopstellingen gemaakt, bijvoorbeeld door een vorm van elektromagnetische interactie met iets in het laboratorium. Daardoor ontstaat er toch een elektromagnetisch veld ten opzichte van de motor dat de afstoting levert. Inderdaad bleek bij het Chinese experiment volgens onderzoeksleider Juan Yang een experimentele fout te zijn gemaakt, meldde hij in een vervolgonderzoek. Er is maar één effectieve manier om aan deze twijfels definitief een einde te maken. De motor uit te testen in outer space, honderden kilometers verwijderd van storingsbronnen. Als de EM Drive daar werkt, moet er wel sprake zijn van een anomaal effect en is het een bruikbaar mechanisme voor ruimtevaart.

Schoenendoos met EM Drive
Dit is ook wat er gaat gebeuren. Guido Fetta, die het concept doorontwikkeld heeft tot de Cannae Drive, wil met een groep een satellietje zo groot als een schoenendoos, een CubeSat, lanceren. Hiervan maakt de Cannae Drive een groot deel uit. Zonnepanelen zullen de energie leveren. Op de hoogte waar de CubeSat wordt gelanceerd is nog steeds sprake van een minieme drag, luchtweerstand. Dat wil zeggen dat satellieten voortdurend hoogte verliezen. Slaagt de CubeSat er in om in positie te blijven, dan moet de Cannae Drive dus werken. Aldus het idee. Tegelijk met Fetta wil ook de groep rond de oorspronkelijke uitvinder Shawyer een prototype lanceren. De komende maanden wordt het dus erop of eronder voor de EM Drive.

 

Case study: hoe goedkoop kan ruimtevaart worden?

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?

Boodschappenlijst Ariane V ES
(bron: Ariane 5 User Manual,  Rocket Motor ComponentsIndex MundiCarbon Composites, MadeInChina.com, Quora, Alibaba, Zauba)

Aluminium: 22 ton, € 1800 per ton: € 40 000

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.

Hawking: op reis naar dichtstbijzijnde ster met minisondes

Zelfs licht doet er meer dan vier jaar over om vanaf ons zonnestelsel, het dichtstbijzijnde planetenstelsel te bereiken. Er is letterlijke een astronomische hoeveelheid brandstof nodig om de lichtsnelheid te benaderen. Toch is er een uitweg. Wat als het ruimteschip zo groot als een postzegel is en het schip niet wordt voortgestuwd met brandstof, maar door middel van lasers, die zich in een baan rond de zon bevinden?

De aan een rolstoel gekluisterde natuurkundige Stephen Hawking en de Russische miljardair Yuri Milner denken dat dit mogelijk is. De natuurkunde erachter is simpel. Een grote hoeveelheid lasers concentreert hun licht op het lichtzeil van een scheepje van enkele grammen. Het lichtzeil is ongeveer drie meter in doorsnede, waardoor het veel licht kan opvangen. Licht heeft weliswaar geen massa, maar wel impuls. Als het laserlicht tegen het lichtzeil weerkaatst, draagt het deze impuls over. De stralingsdruk die hieruit volgt is weliswaar heel klein, maar blijft aanhouden. Het gevolg is dat na maanden of meer aanhoudend voortgestuwd te zijn met lasers, er snelheden van 20 procent van de lichtsnelheid bereikt kunnen worden. Daardoor hoeven de ruimtescheepjes, die zo groot als een postzegel zijn, geen brandstof mee te nemen en is vrijwel alle massa nuttige lading.

De ruimtescheepjes worden voorzien van camera’s, chips en GPS, althans: de kosmische variant van GPS.

Astrofysici vermoeden dat Alpha Centauri, een stelsel van drie sterren, wel eens aardachtige planeten kan huisvesten. Dit zou dan de eerste planeet buiten het zonnestelsel zijn, waar de mens heen zou kunnen reizen. Dit moet dan wel met snelheden in de buurt van de lichtsnelheid. Met het snelste conventionele ruimteschip duurt de reis naar Alpha Centauri rond de 30.000 jaar. Vermoedelijk zullen toekomstige sterrenvaarders daarom geen mensen zijn, maar programma’s in een computerbrein, die geen zwaar life support systeem nodig hebben.

Kunnen we dan toch op weg naar de sterren? Bron: Breakthrough Projects

Meer informatie
Breakthrough Initiatives: Starshot

Video: fotonische voortstuwing, in drie dagen naar Mars?

De laatste tijd is er veel rumoer over een nieuwe voortstuwingstechniek, die de verouderde en gevaarlijke chemische brandstofraketten zou kunnen vervangen: fotonische voortstuwing. Dit filmpje legt het principe uit.

Voordat u juichend uw koffers gaat pakken: ruimtereizen duren niet voor niets zo lang. De afstanden zijn namelijk enorm. Tussen de aarde en Mars minimaal zo’n 56 miljoen kilometer. Als we uitgaan van een redelijk milde versnelling van 1,5 g (rond de 15 meter per seconde kwadraat) en daarna een afremming, ook van 1,5 g, kom je uit op een minimale reisduur van inderdaad rond de drie dagen (gebruik bij de berekening een maximumsnelheid van rond de 4 miljoen km/h. Dat betekent wel dat u tijdens de reis anderhalf keer zo zwaar bent als op aarde.

Een fotonraket. Bron: daviddarling.info

Video: wat als de Sovjets de maanrace hadden gewonnen?

In 1969 beslisten de Verenigde Staten de ruimterace met de Sovjet-Unie definitief door als eerste land op aarde een mens op de maan te laten landen. Hierna zakte het ruimtevaartprogramma van de Amerikanen in elkaar en werden er bijna 200 miljard dollar weggegooid aan de Space Shuttle. Maar wat als de Sovjets als eerste op de maan waren geland?

Er zijn goede redenen om aan te nemen dat, getuige de winnaarsmentaliteit van de Amerikanen, de ruimterace nog enkele jaren in volle hevigheid was doorgegaan en de eerste mensen op Mars rond hadden gelopen. Wat denken jullie?

Wat als de Sovjets als eerste op de maan waren geland? – alternatehistory.com

‘Massaloze EM-Drive maakt bemande reis naar Pluto mogelijk’ – update

De omstreden EM-Drive belooft een einde aan de gevaarlijke en dure chemische raketten. En hij werkt, zegt nu een tweede, onafhankelijk onderzoeksteam. Met een slag om de arm.  Kunnen we nu eindelijk de mens naar verre bestemmingen zoals Pluto sturen?

Het probleem met raketten
In de ruimte is er geen lucht, of een oppervlak om je tegen af te zetten. De enige praktische methode om vooruit te komen is daarom om je af te zetten tegen iets dat je meebrengt: raketbrandstof. Door deze brandstof weg te stuwen, vliegt de raket de andere kant op. (Er zijn andere in principe werkende methoden, zoals zonnezeilen en je afzetten tegen de zonnewind of magnetische veld, maar deze zijn nu nog in het experimentele stadium).

Raketten die een lading tot buiten het zwaartekrachtsveld van de aarde moeten brengen, kunnen maar een paar procent nuttige lading meenemen.  De rest van de raket bestaat uit raketbrandstof, plus het omhulsel. Het grootste deel van deze brandstof wordt gebruikt om de andere brandstof omhoog te slepen.

EM Drive als oplossing?
Als je elektromagnetische straling (bijvoorbeeld licht of radiostraling) in tegengestelde richting schijnt, kan je ook je raket wegduwen. Die druk is alleen gewoonlijk miniem. Dat komt door de lichtsnelheid c in de noemer, een enorm groot getal: met bijvoorbeeld een energieflux Ef van 1000 watt vermogen, denk: grote magnetron, wek je slechts

(onder een rechte hoek α=0, dus (cos 0)2=1)

dus 2 * 1000 / 300 000 000 * 1 = rond de 1,5 miljoenste newton stuwkracht op. Nog niet voldoende om een zandkorrel mee in de lucht te houden. Niet echt praktisch dus. Ter vergelijking: met diezelfde 1000 watt kan je een elektrische fiets 80 km per uur laten rijden, of een gemiddelde volwassen man stil laten hangen in de lucht.

Een uitvinder, de verder goed aangeschreven Britse lucht- en ruimtevaartingenieur Roger Shawyer, denkt een uitweg te hebben gevonden.
De uitvinder beweert dat zijn EM Drive veel beter kan dan dit, omdat hij gebruik maakt van vacuümvoortstuwing. Het vacuüm is volgens de kwantummechanica niet werkelijk leeg, maar gevuld met zeer kort levende ‘spookdeeltjes’. De EM Drive zou zich hiertegen afzetten.

Volgens schattingen van NASA kan een verbeterde versie van de EM Drive Pluto in 18 maanden bereiken, of Mars in twee maanden.

Zeer omstreden
Deze verklaring is zeer omstreden (al blijkt het vacuüm rondtollende stofjes wel degelijk langzaam af te kunnen remmen). Volgens mainstream fysici, zoals natuurkundige en science fictionschrijver Greg Egan en wiskundig fysicus John Baez gaat het hier om een motor, die zich (als hij zou werken) impuls levert uit het niets, met andere woorden: de zo ongeveer heiligste natuurkundige wet, de wet van behoud van impuls, met voeten treedt.

De meetopsteling van Tajmar.

Persoonlijk denk ik dat beide heren, en Motl, hier te stellig zijn. Er kan wel degelijk impuls door ruimtetijd geleverd worden: denk bijvoorbeeld aan zwaartekrachtsgolven, het (nog niet aangetoonde, wel voorspelde) Unruh effect en de eerder beschreven vacuümafremming van stofjes.

Elektromagnetische velden polariseren de virtuele deeltjesparen in het vacuüm. Mogelijk vindt er toch impulsoverdracht tussen deze velden en de gepolariseerde deeltjesparen plaats. Of gedragen die gepolariseerde virtuele deeltjesparen zich als een Bose-Einstein condensaat, dat in ieder geval in atomaire materie de lichtsnelheid c sterk terug kan brengen. Daardoor zou het rekensommetje boven een honderden keren zo grote uitkomst krijgen. Deze mogelijkheden moeten nagetrokken worden. Dit zou werkelijk een wereld aan mogelijkheden openen. Zou je vacuüm net als een vloeistof kunnen manipuleren, dan kan je antizwaartekracht opwekken en de tijd vertragen.

Werkzaamheid in drie experimenten aangetoond
In drie onafhankelijke experimenten is nu de werkzaamheid van de EM Drive aangetoond, althans: is een voortstuwing gemeten die veel groter is dan de minieme voortstuwing die de stralingsdruk kan leveren. Shawyer zelf claimde dat zijn EM Drive inderdaad meetbare stuwing produceerde. Een Chinees team bereikte vergelijkbare resultaten. Dat is duizenden malen meer dan alleen stralingsdruk. Een team van NASA produceerde met een veredelde magnetron een vergelijkbare stuwing van honderdsten newton. Omdat zowel de Chinezen als de NASA-techneuten ingenieurs zijn, geen natuurkundigen, namen veel natuurkundigen deze resultaten weinig serieus. Ze zullen wel een fout in de opstelling hebben gemaakt, is de gedachte.

Dat wordt veel moeilijker met het derde onderzoek. Een team onder leiding van de Oostenrijkse professor ruimtevaarttechniek en natuurkundige Martin Tajmar mat de impuls ook[1]. Tajmar heeft in zijn proefopstelling er werkelijk alles aan gedaan om andere verklaringen dan vacuümstuwing uit te sluiten. Toch zijn er nog enkele loopholes, al sloot Tajmar er meerdere. Tajmar blijft voorzichtig en noemt de afstotingskracht door de verbindingskabels waar de stroom doorheen vloeit een mogelijke verklaring. Toch vindt ook hij de resultaten interessant genoeg om er vervolgonderzoek naar te doen.

Zou de theorie kloppen, dan kunnen er enkele geliefde natuurkundige dogma’s over het vacuüm naar de schroothoop.

Een kleine prijs om te betalen, als daarmee het zonnestelsel voor ons openligt, zoals het team van NASA terecht opmerkte.

UPDATE: NASA vindt opnieuw anomale stuwkracht
In een vervolgtest van de EM Drive hebben NASA-medewerkers die aan het project werken, weer enkele zwakke punten gecorrigeerd in de testopstelling, meldde Paul March, een van de medewerkers, op een forum. Zo veronderstelden enkele natuurkundigen in een nog niet gepubliceerd artikel, dat de gemeten voortstuwing in feite een Lorentzkracht is. Dat is een kracht die ontstaat als een elektrische stroom door een magnetisch veld stroomt (in dit geval: het magnetische veld van de aarde). Dat lijkt met de nieuwe testopstelling uitgesloten te zijn.

Bron
1. M. Tajmar en G.Fiedler, Direct Thrust Measurements of an EMDrive and Evaluation of Possible Side-Effects, 51ST AIAA/SAE/ASEE JOINT PROPULSION CONFERENCE, 2015 (paywall); gratis versie

Koekblik ISS kan beter opgeheven worden

Op ongeveer 400 km hoogte draait met € 100 miljard het duurste stuk ruimteschroot ter wereld. Kunnen we nog wat nuttigs doen met het International Space Station ISS, of blijft het een van de grootste fails van de ruimtevaart?

Het idee
1989. Het IJzeren Gordijn, en daarmee de wedijver tussen de Sovjets en de NAVO behoort tot het verleden. De Sovjets hadden reeds het succesvolle ruimtestation Mir in een baan om de aarde gebracht, de Amerikanen eerder in de jaren zeventig het kortlevende ruimtestation Skylab. Het International Space Station moest een symbool worden voor de samenwerking tussen oost en west.

Wat is ISS precies?
ISS is een in een lage baan om de aarde zwevende constructie van enkele tientallen modules. De modules zijn aan elkaar gekoppeld. De voor mensen toegankelijke modules, met elk ruwweg de omvang van een zeecontainer, zijn tot één geheel gekoppeld, zodat alle ruimtes bereikbaar zijn zonder ruimtewandelingen. Naast modules voor energievoorziening, life support en verblijfsruimtes voor de bemanning, zijn er veel gespecialiseerde laboratoriummodules. Hierin worden experimenten uitgevoerd die gebruik maken van de microzwaartekracht aan boord van het ISS. De menselijke bewoners vormen zelf ook een experiment: de invloed van microzwaartekracht en verhoogde blootstelling aan kosmische straling op de gezondheid.

Het voornaamste nut van het ISS is op dit moment dit soort mooie plaatjes. Bron: NASA

Vijf ruimtevaartorganisaties nemen deel: de Amerikaanse NASA, de Europese ESA, Roskosmos, de Japanse JAXA en de Canadese CSA. Nadat de Russen de spits afbeten met hun module Zarya, is het ISS ondertussen uitgegroeid tot een voor ruimtevaartbegrippen  enorme constructie.  De totale massa is 262,2 ton en het heeft een inhoud van ongeveer 574 m³, de inhoud van een riant woonhuis. Het ISS kent een roterende bemanning van zes astronauten, en is met een geschat totaal budget van over de 100 miljard euro [1] vermoedelijk het duurste door mensenhanden gemaakte object ooit.

In 2024 willen de deelnemende landen het ISS gecontroleerd laten neerstorten in een van de aardse oceanen.

Is het ISS al dat geld en moeite waard geweest?
Steeds meer mensen vragen zich af, of de geïnvesteerde hulpbronnen in ISS niet slimmer ingezet hadden kunnen worden. Het LHC bijvoorbeeld, kostte ‘slechts’ zes miljard en heeft het bestaan van het Higgsdeeltje aangetoond. Dergelijke aansprekende onderzoeksresultaten zijn er voor het ISS niet. Alleen het kristalliseren van eiwitten schijnt bij microzwaartekracht opmerkelijke resultaten op te leveren [2]. Zelf denk ik dat het voornaamste nut van ISS is, dat er nu meer betrouwbare gegevens zijn over de effecten van langdurig leven in microzwaartekracht op de gezondheid, en hiermee de mogelijkheden voor lange bemande ruimtereizen naar bijvoorbeeld Mars of verder weg. Dit effect had ook met een veel kleiner ruimtestation bereikt kunnen worden, bijvoorbeeld de Mir.

Kunnen we het ISS naar Mars sturen?
Geloof het of niet, maar de betrokkenen bij het project zijn serieus van plan om het ISS gecontroleerd neer te laten storten. Dit zou een enorme verspilling betekenen. Het is een slimmer plan, het ISS op reis te sturen[3]. Het ISS zou als ruimtestation in een omloopbaan rond Mars bijvoorbeeld wel degelijk nuttig zijn. Een geavanceerd lab op enkele tientallen kilometers boven Mars (de atmosfeer van Mars is veel dunner dan de aardse), gecombineerd met een bemande missie op de oppervlakte, zou een grootschalige Marsmissie praktisch en betaalbaar maken. ISS is nu niet echt geschikt voor een lange ruimtereis, maar dat verandert als het station wordt omgebouwd tot een compacte vorm. De lage parkeerbaan van ISS betekent dat grote hoeveelheden brandstof en boosterraketten vrij gemakkelijk kunnen worden aangevoerd van Aarde. Ook zou een internationale bemanning uit nu ruziënde entiteiten zoals de VS, Rusland, India, China, Brazilië en de EU, samen op weg naar een onbekende en mysterieuze wereld, meer voor internationale verbroedering doen dan het nu vrij zinloze ruimtehotel vlak boven ons hoofd.

Bronnen
1. How much does it cost? – ESA
2. Is the International Space Station Worth $100 Billion? – Space.com
3. Send it somewhere special – Michael Benson in Washington Post

Dutch