Streven. Jaargang 12

[p. 34]

Wetenschappelijke kroniek
Dr. P. de Ceuster
De verovering van de ruimte

TWEE even onzichtbare als hardnekkige banden houden het leven aan de aarde gekluisterd: de atmosfeer en de zwaartekracht. Het thema van de ziel die deze banden ontstijgen kan en het lichaam op haar denkbeeldige reis vol heimwee achterlaten moet, werd in het verleden dikwijls genoeg behandeld. De sensatie rond het afschieten van de kunstmanen heeft het probleem van de ruimtereizen zo concreet gesteld dat het ogenblik geschikt is om ons af te vragen hoe het zo ver gekomen is, waar we nu staan en hoe het verder kan.

* * *

Wie zal ooit weten hoevelen zich in de loop der tijden vleugels hebben aangemeten? Zelfs het genie van Leonardo da Vinci zag al zijn proeven tot mislukking gedoemd. Een eeuw later berekende Helmholtz dat het menselijk lichaam nooit voldoende ‘paardekracht’ kan opleveren om zich in de ruimte te verheffen. In 1783 eindelijk steeg de eerste ballon langzaam de hoogte in en deze prestatie verwekte een even grote sensatie als de eerste spoetnik. Met reden, want de eerste schuchtere stap ter verovering van de ruimte was gezet. Een ballon, bestuurbaar of niet, is lichter dan de lucht. Bij zijn opstijgen wordt de dichtheid van de atmosfeer uitgespeeld tegen de zwaartekracht.

Wie nu zou gedacht hebben dat de reis van Icaros spoedig werkelijkheid zou worden was er glad naast: het duurde anderhalve eeuw voor de tweede stap zou gezet worden. In 1903 steeg de eerste mechanische vogel in de lucht. Sinds de jammerlijk mislukte pogingen van da Vinci e.a. had men benzinemotoren gebouwd, krachtig genoeg om een vliegtuig in de lucht te doen drijven en tevens licht genoeg om door eigen gewicht geen te grote ballast te vormen. Steeds hoger stijgen vliegtuigen en steeds langere nonstopafstanden worden afgelegd. Doch ook hier kan de keten van de zwaartekracht slechts losser gemaakt worden door beroep te doen op de atmosfeer. Voor elke verbranding is er luchtzuurstof nodig en het vliegtuig voert alleen benzine mee; het zou de atmosfeer slechts kunnen ontstijgen door zelf zuurstof mee te voeren. Slechts de raketten kunnen het zonder deze zuurstof stellen.

Vóór het zover was schreef Jules Verne in 1865 de eerste anticipatie-roman De reis naar de maan, waarin de verbeeldingrijke schrijver zijn populariteit verhoogde door een wetenschappelijk vernis dat aan de tand des tijds niet weerstond. Men kan niet naar de maan reizen zonder de aantrekkingskracht van de aarde bijna volledig te overwinnen en Jules Verne zag hiertoe maar één mogelijkheid: een kogel afschieten met een reusachtig kanon. Hier beging hij echter naast een serie andere flaters een kapitale fout. Wanneer gebruik gemaakt wordt van een kanon dan moet de kogel ineens alle energie meegegeven worden voor de hele reis. Men kan nu gemakkelijk berekenen dat hij hiervoor een snelheid van 11 kilometer per seconde moet krijgen en dan wordt nog de zeer belangrijke wrijving van de lucht verwaarloosd.

[p. 35]

Tien jaar later bestudeerde Kelvin het kinetisch gedrag van de moleculen, waaruit bleek dat gasmoleculen een steeds grotere snelheid krijgen naarmate de temperatuur stijgt. In een kanon nu wordt de kogel uit de loop gestuwd door de zeer hete gassen die door de ontploffing ontstaan. Het is echter ondenkbaar dat de kogel een grotere snelheid zou krijgen dan de moleculen: een pijl kan ook niet vlugger bewegen dan het koord van de boog waarmee hij wordt afgeschoten. Opdat de moleculen een gemiddelde snelheid van 11 km per seconde zouden krijgen, moesten de ontploffingsgassen op circa 200.000^o gebracht worden; dit resultaat kan door geen enkele scheikundige reactie verkregen worden.

* * *

Heden wordt alles op de kaart der raketten gezet. Terwijl in een kanon de kogel ineens de nodige energie moet meegegeven worden, wordt deze geleidelijk ontwikkeld bij de raket. De ontploffingsstof die zich achteraan in de raket bevindt stoot bij geleidelijke ontbranding gassen uit die op de kogel duwen en hem voortbewegen. Hierbij wordt ook de brandstof, die nog niet ontploft is, en nog steeds aan de kogel vastzit voortbewogen. De raket bekomt dus een steeds grotere snelheid, in tegenstelling met een afgeschoten kogel waarvan de snelheid steeds zal dalen. Wil men echter een raket verder of hoger schieten dan zal ook meer brandstof moeten meegevoerd worden. Wil men ééns zover schieten dan moet veel meer dan ééns zoveel brandstof meegevoerd worden, daar een deel moet dienen om het surplus aan brandstof te verplaatsen.

In raketten hebben we dus principieel een middel om uit de aardatmosfeer te komen. Zonder grote moeilijkheden gaat dit echter niet. Zoals we onmiddellijk begrijpen is het belangrijkste probleem een brandstofkwestie. Daar de diverse ontploffingsmiddelen steeds neerkomen op een brandstof-zuurstofmengsel maakt de raketaandrijving vliegtuigen, kogels of aardwachters onafhankelijk van de atmosfeer, doch de hoeveelheid brandstof stelt grenzen aan het gebruik. Nu we deze regels schrijven weten we nog niet welke brandstofmengsels in de verschillende raketten gebruikt werden, maar de records die men in Amerikaanse of Russische kringen hoopt te bereiken zijn grotendeels hiervan afhankelijk.

Men heeft berekend dat, indien zogenaamde conventionele brandstoffen gebruikt werden, de raket die de eerste spoetnik in zijn baan slingerde minstens tachtig meter lang moest zijn. We begrijpen dan ook waarom steeds raketten met verdiepingen gebruikt worden; naarmate de brandstof vergast, worden de hulsen van de verdiepingen afgeworpen daar ze een onnutte ballast vormen.

Vóór en tijdens de oorlog beschikte Duitsland over de grootmeesters van de rakettenbouw; zij kwamen ertoe de geallieerde gebieden met V 2 wapens te beschieten. In de naoorlogse chaos werd zowel door de Sovjet-Unie als door de Verenigde Staten een ware jacht georganiseerd op deze technici. Tussen de Duitsers uit beide kampen ontstond in de laatste jaren een ware wedloop, waarvan de eerste ronde gewonnen werd door de ‘Russen’ toen de eerste spoetnik aan het firmament verscheen. Doch hoeveel mislukkingen voor één succes! Vele aardwachters worden afgeschoten maar slechts enkelen geraken op hun baan. Hieruit blijkt duidelijk dat deze kwestie technisch niet voldoende ontwikkeld is: alleen om prestigeredenen worden de experimenten verhaast. De zeer hoge kosten van de mislukkingen worden gedragen omwille van de roes van één succes.

Wanneer we een voorwerp op een zekere hoogte boven de atmosfeer van de aarde een horizontale snelheid geven zal het door de zwaartekracht naar beneden

[p. 36]

getrokken worden. Het beschrijft geen rechte doch een gebogen lijn die ergens op de aarde eindigt. Hoe groter de snelheid hoe kleiner de kromming en hoe verder het voorwerp de aarde zal raken. We kunnen ons nu een snelheid indenken waarbij dit voorwerp een gebogen lijn zal volgen die parallel loopt met de aardkromming: dan blijft het rond de aarde draaien en is het een kunstmatige satelliet geworden.

Zo zien we hoe een kunstmatige satelliet ontstaat. Eerst wordt hij met een raket op de berekende hoogte geschoten en daar wordt hem een precies horizontale snelheid gegeven. Deze laatste voorwaarde kan echter niet volledig nauwkeurig vervuld worden. Is de snelheid iets te groot of te klein of wijkt de richting enigszins van de horizontale af dan volgt de satelliet geen cirkelvormige baan maar beschrijft een ellips. Dit zal nu wel altijd het geval zijn. Wordt de afwijking echter te groot dan valt de kunstmaan terug op de aarde vooraleer ze een volledige omwenteling heeft uitgevoerd.

Daar de satelliet steeds een ellipsvormige baan volgt, komt hij dus periodisch dichter bij de aarde. Deze laagste stand is gevaarlijk voor zijn levensduur. Hij ontmoet daar luchtlagen die nog wel zeer ijl zijn, doch waarvan de wrijving niet meer is te verwaarlozen. In die gebieden zal hij dan ook vertragen, zodat hij uiteindelijk op de aarde valt. Hoe hoger hij afgeschoten wordt hoe kleiner de kans daartoe is.

* * *

Na dit kort overzicht van wat we reeds de prehistorie van de ruimtevaart zouden kunnen noemen zullen we trachten een blik in de toekomst te werpen.

Over de onmiddellijke toekomst kunnen we met kennis van zaken spreken. Hoger en hoger stijgen de raketten, de satellieten beschrijven ellipsen met steeds grotere stralen. Eens zal in de krant het bericht verschijnen van een raket die aan de aarde ontsnapt is en ergens een baan in de ruimte beschrijft, een die nooit meer terugkomt. Het is geen satelliet meer, ook geen komeet doch iets als een vrije meteoor, los van de aarde maar toch nog steeds gebonden door het gravitatieveld van de zon. Tot hiertoe is dit nog niet gebeurd want het afschieten in de U.S.A. van een handvol knikkers, waarvan verondersteld wordt dat er misschien een paar aan de aantrekkingskracht van de aarde ontsnapt zijn, kunnen we bezwaarlijk anders bestempelen dan als een steriele recordpoging om over het verdriet van de eerste spoetnik heen te komen. Wat voor zin heeft het projectielen in het wilde weg van de aarde weg te schieten? Uiteindelijk blijft de bedoeling toch de hemellichamen te exploreren.

Het dichtst bereikbare object is de maan, 384.000 km van ons verwijderd. Een eerste raket zal dan wel naar de maan gericht worden en er ofwel op terechtkomen ofwel als een satelliet er om heen kringen. In dit laatste geval zal ze er steeds blijven rond draaien, daar de maan geen atmosfeer heeft die door wrijving de snelheid zou kunnen verminderen. Toch zal dit experiment de huidige mens onbevredigd laten. Tientallen jaren Fiction and Anticipation hebben hem te veel opgezweept om het avontuur niet zelf te willen beleven.

Dat de mensheid met dit probleem begaan is bewijzen de talrijke boeken en tijdschriften over ruimtevaart die niet alle zonder uitzondering als fiction kunnen afgewezen worden. De grote pionier Wernher von Braun heeft met het afschieten van de V 2 raketten en van de eerste Amerikaanse satelliet toch bewezen iets meer te kunnen dan goedkope anticipatieromans te schrijven. En toch verscheen van hem in 1954 Station im Weltraum, in 1955 Die Forschung des

[p. 37]

Mondes en in 1957 Die Forschung des Mars¹⁾ waarin de hele reis tot in de puntjes uitgestippeld is. En wat bijna symbolisch klinkt: Von Braun beschrijft alles in de onvoltooid tegenwoordige tijd.

Het hele verloop kan als volgt samengevat worden. Eerst worden bemande en bestuurbare satellieten afgeschoten, waarmee het mogelijk moet zijn terug te landen op de aarde. Vervolgens zou een ruimtestation opgebouwd worden dat we kunnen opvatten als een grote satelliet. Hiervan zouden de onderdelen stuksgewijs afgeschoten worden en dan ter plaatse samengevoegd. Zodra hiermee voldoende ervaring opgedaan is kan gedacht worden aan de grote reis naar de maan of naar Mars. Ook hiervoor moet een ruimteschip stuksgewijze naar het ruimtestation afgeschoten worden en daar ter plaatse gemonteerd. Daar blijft het dan rond de aarde wentelen tot het astronomisch berekend tijdstip aangebroken is om van daaruit te vertrekken.

De eerste reis gaat naar de maan en duurt twee dagen, maar we blijven liever iets langer stilstaan bij een reis naar Mars, omdat dit veel lastiger probleem tot in de details beschreven werd. De keuze van deze planeet is niet willekeurig. Ze komt soms tamelijk dicht bij de aarde en is er dan ongeveer 80.000.000 km van verwijderd. De voorwaarden tot exploratie zijn op Mars gunstiger dan elders. De temperatuur, alhoewel zeer laag, is draaglijk. Er is een atmosfeer, al is deze zeer ijl en bestaat ze uitsluitend uit stikstof. Er is misschien ook een weinig ijs. Het bestaan van een zekere plantengroei is niet helemaal uitgesloten.

De reis duurt 260 dagen, het verblijf 449 en de terugreis weer 260 dagen. Dit is wel een zeer lange tijd, doch hier maakt men gebruik van de meest gunstige astronomische voorwaarden, om met een zo klein mogelijke versnelling (dus met zo weinig mogelijk brandstof) rond te komen. Von Braun immers heeft de hele reis willen beschrijven zoals ze met de huidige technische middelen mogelijk is. Zo gebruikt hij enkel de conventionele raketbrandstoffen: hydrazine en salpeterzuur en voor sommige manoeuvers ook kernenergie. Hij rekende echter niet uit wat deze reis zou kosten. Waarschijnlijk zouden zelfs de Amerikaanse financiers door een dergelijk biljoen dollarbedrag afgeschrikt worden.

Veel sneller zou de reis kunnen verlopen wanneer de raketsnelheid merkelijk opgedreven wordt. Dit betekent dan ofwel energierijker brandstoffen ofwel onvoorstelbaar lange raketten. Deze laatste mogelijkheid is technisch volkomen uitgesloten. Maar men heeft wel brandstoffen in het verschiet die tot een zeer grote gewichtsbesparing kunnen leiden: boorhydride en lithiumhydride. De produktie van deze stoffen is reeds in bedrijf genomen ten einde jachtvliegtuigen, die voor een analoog probleem staan, te bevoorraden en een grotere actieradius te bewerken. Uiteindelijk blijft er dan nog altijd de kernenergie, die op dit gebied, theoretisch althans, bijna onbeperkte mogelijkheden biedt. Eén middel zou zijn de zwaartekracht op te heffen, doch bij dit denkbeeld verliezen we ieder contact met het technisch bereikbare en komen we in volle anticipation terecht, want op theoretisch gebied is er vooralsnog geen enkele aanwijzing dat deze opheffing zelfs mogelijk is.

* * *

Hierbij staan de aspiraties van de ruimtevaarders niet stil. Zou het niet mogelijk zijn de aantrekkingskracht van de zon te overwinnen en nog dieper in het

1) S. Fischer Verlag, Frankfurt a.M. - De oorspronkelijke Engelse uitgaven: Across the Space-frontier, Conquest of the Moon, Conquest of Mars, verschenen bij The Viking Press, New York.

[p. 38]

heelal door te dringen? Natuurlijk kunnen we nooit landen op een gloeiende ster. Het zou een reis worden zonder landing, tenzij men misschien ergens een planeet zou aandoen waarvan tevoren niets bekend is. Hier verlaten we natuurlijk het terrein van het technisch bereikbare en kunnen we ons hoogstens aan het theoretisch mogelijke houden.

Het zal wel iedereen duidelijk zijn dat dergelijke reizen ook verhoogde snelheden veronderstellen. De relativiteitstheorie van Einstein stelt hier echter een grens. Driehonderdduizend kilometer per seconde is de maximaal bereikbare snelheid. Welnu, de dichtstbijgelegen ster is 4,25 lichtjaren van ons verwijderd. Zelfs met die ongehoorde snelheid duurt de reis dan nog 8,5 jaar. Deze berekening klopt echter niet. Immers wanneer we van de aarde vertrekken met een versnelling van tien meter per seconde, wat zeker hoog genoeg is als men het lang moet volhouden, dan duurt het ongeveer een jaar vóóraleer de topsnelheid bereikt is. En dan bezondigen we ons nog aan een niet geoorloofde vereenvoudiging: in feite zou deze tijd veel langer zijn want de lichtsnelheid kan wel benaderd doch nooit bereikt worden.

Doch zelfs indien deze snelheden tot het rijk der technische mogelijkheden zouden behoren, wat voor zin zou het dan hebben een reis te ondernemen naar een ster die honderd, duizend, ja een miljoen lichtjaren van ons verwijderd is! Een reis waarvan de ene generatie het startsein zou geven, een ander het doel zou zien en nog een andere de terugkeer zou beleven!

Toch werd ook voor dit probleem een theoretische oplossing bedacht langs dezelfde relativiteitstheorie om, die ons leert dat een reiziger in de ruimte minder veroudert dan degenen die hij achter liet. En dit des te meer naarmate hij sneller beweegt²⁾. Want voor hem die reist met lichtsnelheid staat de tijd stil. Boven gaven we reeds aan dat deze snelheid alleen benaderd doch nooit bereikt kan worden. Dit betekent dat de tijd dus alleen uiterst traag zou kunnen verlopen. Men heeft zo berekend wat er met de tijd zou kunnen geschieden van een reiziger die met een versnelling van 10 meter per seconde een uiteindelijke snelheid zou bereiken waarvan de verhouding tot de snelheid van het licht is 0,99995, en die naar een ster zou reizen die 200 lichtjaren van ons verwijderd is. Na de terugkeer zouden er voor de achtergebleven aardbewoners iets meer dan 400 jaar verlopen zijn, op de klok van de reiziger slechts 20 jaar! Het zou voor de astronaut nog korter kunnen schijnen. In de psychologie leert men dat de subjectieve tijd functie is van de temperatuur. Voor dieren in winterslaap, met verlaagde temperatuur en hartslag, gaat de fysiologische tijd trager, zodat ze minder verouderen. Men heeft geleerd ook de mens in een toestand van hibernatie te brengen, zij het vooralsnog voor kortere tijd en men vraagt zich o.a. ook af of deze hibernatie niet zou kunnen toegepast worden om grotere versnellingen dan 10 m per seconde te doorstaan.

Voorgaande beschouwingen werden niet ontleend aan de science fiction and anticipation - literatuur die ons onbekend is -, doch aan een reeks artikelen die einde 1957 en begin 1958 in de wetenschappelijk hoogstaande tijdschriften

2) De juiste formule is:
Hierin is c de lichtsnelheid, v de snelheid van de reiziger, t₁ de tijd op de klok van de reiziger t.o.v. t₀ die de tijd voorstelt op de klok van hen die achterbleven. Wanneer voor deze laatsten een uur verlopen is zal de klok van de reiziger minder dan een uur gevorderd zijn.

[p. 39]

Nature en Discovery verschenen. Daarbij ontspon zich een hele discussie over het volgende probleem. De tijd van de reiziger wordt ‘relatief’ korter omdat hij zich met quasi-lichtsnelheid verwijdert van de aardbewoners. Wanneer hij nu met quasi-lichtsnelheid terugkeert, gaat zijn tijd dan weer trager of gaat hij in tegendeel sneller, zodat hij bij zijn terugkeer toch nog precies even oud geworden is als zij die hij achterliet?

We zijn niet bevoegd om deze discussie te beslechten en zeker ver genoeg afgedwaald in theoretische beschouwingen om weer terug te keren naar de vertrouwde paden van de techniek. We hebben enkel willen aantonen in welke mate de mens in ruimtevaart geïnteresseerd is, hoe het technisch bereikbare geleidelijk overgaat in de zuivere hypothese langs het theoretisch mogelijke om, en hoe nodig het is het hoofd koel te houden ten einde de grens te kunnen trekken tussen droom en werkelijkheid.

Samenvattend kunnen we zeggen: een bemande satelliet schijnt in het verschiet te liggen. Een reis naar de maan is technisch mogelijk, een reis naar Mars uiterst moeilijk. Van de maanreis zegt von Braun: ‘We zullen het nog beleven’, doch van die naar Mars, dat vele nieuwe ontdekkingen, waarvan we zelfs niet kunnen dromen, nodig zijn om deze reis vóór het einde van de twintigste eeuw tot een werkelijkheid te maken. Verdere reizen behoren tot het rijk der niet minder verre dromen.

* * *

Toen Hillary erin slaagde de Mount Everest te bestijgen heeft niemand gevraagd naar het belang van deze tocht. Wanneer er echter plannen worden gemaakt voor een reis naar de maan of naar Mars, dan hebben we wel het recht diezelfde vraag met aandrang te stellen. Sommigen zien er een recordprestatie in, anderen een prestigekwestie, doch weinigen het nut. Want hoe het ook zij, deze reizen zullen zoveel vergen op fysisch en op financieel gebied dat een recordpoging toch niet voldoende is om de onkosten te rechtvaardigen.

De voorbereiding van een reis naar de maan zou de geconcentreerde inspanning van een hele natie vereisen. We kunnen ons heel goed indenken dat een landing op de maan heel wat interessante mogelijkheden biedt. Men zou o.a. misschien kunnen te weten komen hoe de kraters nu eigenlijk ontstaan zijn. Televisie-relais-stations zouden er kunnen opgericht worden. Ja, het destructief genie der grote mogendheden zou de maan wel kunnen aanwenden voor een of ander sinister militair doel.

We zijn ervan overtuigd dat de toekomstliteratuur het nut der ruimtevaart ontzettend overschat heeft. Het heeft geen zin de andere planeten als mogelijke kolonies op te vatten: men zoeke de hemel niet in het firmament. De biologische evolutie van zeedieren tot landdieren heeft miljoenen jaren geduurd en de aanpassing aan totaal andere levensomstandigheden op de maan en op Mars zou nog veel lastiger kunnen zijn. Men zoeke er evenmin naar ertsen met onvermoede eigenschappen. Alle elementen die een redelijke kans van bestaan hebben zijn bekend en al de ertsen waarvan het bestaan voorspeld werd zijn sindsdien gevonden.

De inspanningen van de voorstanders der ruimtevaart kunnen tot bittere ontgoochelingen leiden. Maar boeiend is hun streven wel.