N
O
2
v)
O P
OI
c E
a Q
OI
2
u Q
E Q
u
Q,
Lu 4
2
>
Q
2
o:
u
Q Q
O
‘c
w
2
d Lu
a
2
T Lu
Q Q
Lu
I-
I
A
Ir. Dr J M.J=Kooy St Ignutiusstraat 99a, Breda, tel O 1600-31880 (voorzitter)
Dr J, J, Raimond Jr, , Zeiss-Planetarium, Grote Marktstraat 's--Gravenhage, tel, O 70 -184466 (vice-voorzitter) C Dalman. Deylerweg 95, Wassenaar. tel O 1751-2945, (secretaris) J&L le Grand: Nassau Dillenburgstraat 41; 's-Gravenhage, tel. O 70-775391 (penningm ) Ir J. Geertsma, Graaf-van-Limburg-Stirums'craat 12 Huizen ( N A )i tel O 2952-1 123. J de Groot, Van Riebeecklaan 40, Haarlem, tel O 2500-54622. Ir., J-H Houtman, Vlijweg 3; Dordrecht. tel- O 1850-6847 14,Vertregt, Mozartlaan 73, s-Gravenhage, tel+ O 70-720943" J. van der Vliet. Emmastraat 57, s-Gr
,>
I
1 Het lidmaatschap van d e NVR is opengesteld voor leden van de Koninklijke Nederlandse Vereniging voor Luchtvaart (K,N,V-v L ) en voor leden van de Nederlandse Vereniging voor Weer- en Sterrenkunde (N.V,W.-ô, S.) Aanmelding lidmaatschap N,V,R. bij het bureau van een der beide bovengenoemde verenigingen, I
ontributie N.V,R,* f 5,- per kalenderjaar
Pug,, VAN DE REDACTIE
19
PRESTATIES
19
ELFDE INT, CONG DE TOEPASSING VAN DE P L door ir A Lopes Cardozo en ir J J de Kler
20-42
LEZING OVER RADIO-S TE RRENKUNDE (dr, J J. Raimond jr ,)
43-44
VARIA
44-48
18
19-20
C o p k voor het volgend nummer gaarne uiterlijk 1 juni De laatste maanden dreht er tekort aan copie t e komen.. Wel ontvangt de Redactie van verschillende leden afdrukken van artikelen door henzelf geschreven of knipsels uit binnen- en buitenlandse tijdschriften betreffende ruimtevaart, maar o .i, moet de kern van ons tijdschrift toch bestaan uit oorspronkelijke artikelen van d e leden. Laat U dus niet onbetuigd! DE REDACTIE
PIONIER V
Ditmaal weer eens een Amerikaanse lancering &e e e n aparte vermelding verdient,, De volgende M-jzonderheden ontl.enen w i j aan "NATURE"t afl, 19 m t 1960, blz,810: De Pionier V werd 11 maart 1960 t e 13,OO uur U,T , gelanceerd door middel van een 3--traps Thor-Able---raket, waaTvan de onderste trap een stuwkracht van 80 ton had, in e e n richting tegengesield aan de richting waarin de aarde om d e zon I.oopt. De verwachting i s , dat hij omloopstj.jd om de zon zal- hebben van 311 dagen, dat zljn perihelium 121 miljoen kilo-. er van d e zon zal afliggen, e n zijn aphelium 148 miljoen kilometer (Afstand aarde-zon is 150 m!,ljoen km, afstand Venus-zon 108 mi.lioen km) Hij heeft twee zenders: é é n van 5 waif en kdn van 150 watt: met deze laatste hoopt Jodrell-Bank contact te houden gedurende 4 maanden na de lancering (fxeq, 378 megacyc!.es/sec.) en d:.f contact te hernieuwen wanneer h:j weer ""'inde b u u t " komt, De energie voor de zender maderen die zonneaiaat voor straling met om sterkte en richting het aantonen van
van het. magnetiscl.. m :cro--meteort.eten, De Pionie- V weeg+ 40 kg., Hij aal. vermoedelijk honderden jaren In zijn baan blijven, Op I april 1960 is in de V.S. gelanceerd de TIROS I, een kunstmaan van 122 kg, in de vorm van een pi!lendoos. Hij dlent voor hei observeren van de meiereo!ogische gesteldheid van de dampkring, en is daarvoor uitgerust met twee k h n e televisiecamera's , De lance: ing geschied-.. de om 12.,40 u w ned,rijd, door middel. van een drie"7aps---Thor,-Ableraket. Vooyover uit de eerste gegevens val.: op te maken, is de e x c e n k k i t e i t van de baan klein, en dat moet wel zo bedoeld zijn: want and-ers zijn d e foto's die op verschidlende tijden genomen worden slecht met elkaa- t e vergelijken, Gesproken wordt over e e n hoygte van 700 km boven het aardoppervlak (wij ontlenen de gegevens aan '"'Het Pa:ooJ.iijv De ene camera m a k i foto's van een ge--bied van 2000 km2, de andere van e e n gebied van 75 k d . Op deze laatste lot.o's kunnen meteorologen d e aard van de wolkenformat;es vaststellen. Stations te Fort-Monmouth (New rsey) e n Kaena Po.int op Hawail kunnen door signalen de camera's in werking stellen; dit chiedt u!.tsluitend als de lenzen op de aarde gerj.cht zijn e n dle door de zon beschenen wordt, De opna,yen worden op een magnetische band vastgelegd e n doorgezonden als de kunstmaan zich bi.j e e n van de stations bevindt, Dertig minuten daarna zijn deze voor bestudering door weerkundigen beschikbaar
Wi.j herinneren onze lezers eraan, dat wie een voordracht wil houden op het l l d e congres,
15-20 juli 1960 j.n Stockholm, zich onmiddellijk mei- onze voorzitter in verbinding moet stel-l.en; d e definitieve tekst van de voordracht moet uiterlijk 15 mei in handen zijn van de congres-commissie in Stockholm! Wie aan hel: congres wil deelnemen kan zich wenden tot onze wnd-secretaris, onze penningmeester d e heer Le Grand, deze i s in het bezi.t van folders voor aanmelding e n verdere bij-" zonderheden
19
(Viellicht is bij het verschijnen van het blad zijn taak als secretaris weer overgenomen door de heer D a l m n ) l e t reisbureau RES0 heeft tal van excursiemogelijkheden gepubliceerd, ook voor wie v8Ór of na hei congres Zweden e n aangrenzende landen wil leren kennen i
-
-
en Ir J , J , de KLEF?
Design for a coleopter-type space-ship, capable of starting and landing on earth, moon and planets, Propulsion by fusion-motors working with deuterion or perhaps better with lithium hydride. Launching and landing with auxiliary motors using fission-energy and kerosene, hydrazine or water as propellant Lainching method, With weightdistribution and freightcapabilities + o
In het nummer van febr, 1960 van Ruimtevaart werd d e mogelijkheid besproken e e n raketmotorgroep t e ontwikkelen volgens de ideeen van WINTERBERG, JAPOLSKY, COLGATE e n AAMODT, met e e n stuwkracht van ca. 2400 ton en e e n uitstromingssnelheid van 1000 km/sec, Dit artikel beoogt nader in t e gaan op de typische problemen die optreden, zodra men ertoe overgaat, dit motortype in toepassing t e brengen. Het blijkt namelijk, dat juist d e intensiteit van d e uitgeworpen plasma-straal weer zijn speciale vraagstukken met zich brengt, Na een algemene uiteenzetting hierover, die zich bezig houdt met d e wijze wacp-op d e start zal moeten plaats vinden, en d e vorm die het opstijg- e n daaltraject zal moeten hebben, z a l een uitvoerige beschrijving gegeven worden van d e wijze waarop d e beschreven motoren kunnen worden ingebouwd in e e n ruimteschip van een nieuw type. D i . ruimteschip berust op e e n idee, reeds in 1953 tijdens het Ruimtevaart-Çoqgres t e , ZUXCH door Ir LOPES CARDOZO aangegeven, m a r dat destijds nog niet werd gepubliceerd, Thans hebben wij dit ontwerp verder uitgewerkt e n aangepast aan d e huidige inzichten (1) e n mogelijkheden, zoals die realiseerbaar zullen geacht kunnen worden over waarschijnlijk enige tientallen jaren, 5 T A N D VAM H E T I N T E R N A T I O N A A L O N D E R Z O E K
Alvorens echter op d e bovengenoemde problernen in te gaan, kan het interessant zijn, hier enkele resultaten t e vermelden, betrekking hebbende op het onderzoek van d e methoden om thermo-nucleaire plasma Is t e produceren, ivlen zou anders, na lezing van het vorige artikel allicht d e gedachte voelen opkomen, dat papier geduldig is: toegegeven dat een fusie-reactor wellicht mogelijk is, evenals e e n raketmotor op dit principe gebaseerd, als men er in mocht slagen om e e n ontsteektemperatuur te verwezenlijken van 100 miljoen qraden, Maar hoe staat het nu in werkelijkheid hiermede? N a het congres voor tihermo-nucleraiie energie, gehouden in Upsala het vorige jaar, zijn er weer belangrijke inlichtingen vrijgekomen,(2) W i j vermelden hiervan alleen het volgende: In L o s Alamos e n in Washington heeft men metingen verricht aan e e n deuterium-plasm met e e n temperatuur van 12 miljoen graden e n er het energie-spectrum van vastgesteld, Voor het eerst heeft men geconstateerd dat, in overeenstemming met d e theorie, e e n zachte Röntgenstraling werd uitgezonden door het gas, Deze Röntgenstraling, niet te verwarren met d e Röntgenstraling die wordt uitgezonden door een vaste kathode of ook wel eens door de wand van een plasma-reservoir, treedt slechts op bij temperaturen boven een miljoen graden Celsius, 1 ) ciifers t u s s e n h a a k i e s verwijzen naar literatuurlijst a a n het e i n d e van d i t artikel,
20
[Men had echter nog t e kampen met e e n tamelijk groot verliespercentage van electronen naar de wanden, waarvan vervolgens koude electronen naar het gas terugkeerden, Een andere verliespost werd gevormd door de ultra-violette straling die werd opgewekt door electronen die terecht kwamen in verontreinigingen die op de wanden werden aangetroffen, Ook in Princeton rapporteert men e e n nog steeds aanzienlijk verlies van plasma, toejeschreven a a n hoogfrequente trillingen in de electronen van het plasma. Vooral op het gebied van de magnetische spiegelwikkelingen die met gelijkstroom werken, boekt men evenwel een gestage vooruitgang, Het U S , Naval Research Laboratory verklaart een temperatuur van 20 miljoen graden t e hebben bereikt in e e n plasma-kamer met een lengte van ca, 30 cm, e n voorzien van magneetspiegelwikkelingen, Op grond van deze proeven heeft men het plan over t e gaan tot het aanbrengen van e e n vergrote installatie, waarmede men verwacht een maximum plasma temperatuur t e zullen bereiken van 50 miljoen graden, Over het algemeen wordt d e verwachting uitgesproken, dat het niet lang meer zal duren, of de ontsteektemperatuur van de waterstoffusiereactie zal zijn bereikt, De tijd die hiervoor aan research nog nodig is taxeert men op twee 6 drie jaar hoogstens, Uit Engeland komen eveneens berichten, dat daar met grote voortvarendheid het onderzoek naar thermo-nucleaire verschijnselen woPdt voortgezet, Verscheidene nieuwe onderzoekingsgroepen zullen zich met dit onderwerp gaan bezighouden, Een centraal research instituut voor plasm--physica en thermo-nucleaire reacties zal worden opgericht in Culham, Oxfordshire * Dat Nederland bij dit ondeizoek niet achter blijft volgt uit het artikel van Dr H,C.Brinkrc:i in TNO nieuws (16) waaruit wij ontlenen dat d e plasma-fysica in Nederland in hoofdzaak beoefend wordt op het F.O.M.--instituut voor plasma-fysica op het landgoed Rijnhuizen te Jutphaast Ook d e KEMA speelt hierbij een belangrijke rol, H E T H O O F D P R O B L E E M V E R B O N D E N A A N D E TOEPASSING V A N S T R A A L M O T O R E N M E T E E N Z E E R HOGE U I T S T R O M I ~ G S S N E L H E I D
Het probleem verbonden aan straalmotoren met een uitstromingssnelheid van de orde van grootte van 1000 km/sec, gecombineerd met een stuwkracht die zo groot i s , dat deze motoren gebruikt zouden kunnen worden om van de aarde op te stijgen, is gelegen in de energierijkdom van de stuwstraal, De aard of werkingswijze van de motor is hierbij eigenlijk niet van direct belang. Of de motor nu een ionenstraal uitwerpt, een plasma-straal of e e n photonenstraal maakt geen verschil, Zodra bij een dezer motoren d e stuwkracht honderden of duizenden tonnen gaat bedragen, bij de vermelde waarden voor de uitstrominyssnelheid! is het allesoverheersende vraagstuk, hoe deze motoren benut kunnen worden zomer schade voor d e omgeving. (5) Dit probleem is voor de ruimtevaart van meer dan gewone betekenis, Men kan wel zeggen, oat van de oplossing van dit vraagstuk de toekomst van de ruimtevaart geheel afhangt, meer dan van iets anders,, Volgens sommige deskundigen zouden medische problemen het zwakke punt van de ruimtevaart vormen, Men kan echter met grond ernstige bezwaren maken tegen deze opvattinr;. Zeker, medische problemen tellen zeer zwaar o.,a, het gevaar door cosmisclie straling en meteorieten vooral zolang menj zoals in het begin van d e ruimtevaart het geval zal zijn, een of twee, wellicht drie bemanningsleden in een oncomfortabele ruimtecapsule opsluit, om z e zo aan d e meest harde eisen t e onderwerpen van het pionierstijdperk van de ruimtevaart. Maar men zal het er toch wel over eens zijn: dat, wil men ooit tot een ruimtevaart komen; die op enigerlei schaal t e vergelijken is met de huidige luchtvaart, het nooit de bedoelins kan zijn, tot dit stadium beperkt t e blijven. En dit is de bedoeling ook niet, In verscheider;.. landen maakt men immers al plannen tot het inrichten van minstens één basis op de maanl waarvoor e e n aanzienlijk transport aan personeel en materiaal nodig zal zijn, Het is logisci: dat e e n onderneming van een dergelijke schaal om ruimteschepen vraagt met een behoorlijge vervoerscapaciteit, anders valt er over een dergelijke occupatie niet te denken, maar kan er hoogstens sprake zijn van een expeditie die,, wat het risico betreft, nog niet te vergelijken is met d e meest stoutmoedige poolexpeditie met hondensleden uit het verleden. Zal het werkelijk niet meer worden dan zo’n expeditie? Wij geloven stellig dat er veel neer mogelijk is, Maar dan staat men ook voor de onafwijsbare conclusie, dat men voor al dot
21
transport, gebruik zal moeten maken van d e voortstuwing met het hoogste rendement, dus rnet de allerhoogste uitstromingssnelheid die er beschikbaar is, die tevens in staat stelt van het aardappervlak op te stijgen Onherroepelijk komt men dan vroeg of laat weer te staan voor het bovengenoemde probleem: hoe deze intense stralen te gebruiken en toch geen gevaar op te leveren voor het aardoppervlak, Hier ligt misschien ook een gebied van onderzoek voor ruimtevaartmedici. Dr Eugen Sanger vermeldt in zijn artikel (3) "Zur Theorie der Photonen Rakete" op pug-40, dat d e schijnwerperkegel van een photonen-straalmotor, op 500 km afstand alle leven onmiddellijk vernietigt, op1000 km afstand over een oppervlakte van 8000 km2alle bossen zou in brand steken e n eerst op 5000 km een straling geeft van een intensiteit zoals wij op aarde van de zon gewoon zijn, Hieruit blijkt wel duidelijk, dat photnenstraalmotoren niet tijdens het opstijgen gebruikt zullen kunnen worden. Voor d e ionen- e n plasmamotoren die met kernfusie werken liggen d e verhoudingen wel iets gunstiger, (De ionen- e n plasma motoren die niet met kernfusie werken werpen een straal uit met een zodanig lage intensiteit hiermede vergeleken, dat voor enig gevaar voor d e omgeving, afgezien van wellicht enige radicuctiviteit van een eventueel gebruikte splijtingsreactor, niet gevreesd behceft te worden, m a r deze bezitten het grote nadeel dat het voortstuwingseffect laag is, of dat de voortstuwingskracht zelf laag i s , twee oorzaken die maken dat van dit motortype geen spectaculaire prestaties verwacht kunnen worden). De ionen van het f u s i e p l a s m , evenals de electronen daarin, worden immers onder controle gehouden door zeer sterke magnetische velden Door passende dimensionnering van deze velden in de straalpijp, waardoor het plasma tenslotte d e motor verlaat, kan men bewerken da deze straal een verwijding gaat vertonen, zodra de straalpijp is doorstroomd, Dit effect wordt in de hand gewerkt, doordat d e ionen e n electronen beiden in het axiale mgnetische veld in de straalpijp een schroefvormige baan beschrijven, De deeltjes hebben dus een k a n met een hoofdzakelijk axiale snelheid, m a r ook met een, kleinere, dwarsgerichte sotatiecomponent, die een spreiding bewerkt van d e plasmadeeltjes Het moet mouelijk geacht worden, op deze wijze een voortstuwingsstraal te verkrijgen die een tophoek vertoont van ca, 370. Het voortstuwingseffect gaat hierdoor slechts met enkele procenten achteruit, terwijl het schadelijk effect van de straal, onder voorwaarde dat d e straal wordt gebruikt vanaf een hoogte van minstens 30 km e n onder een invalshoek met het aardoppervlak van minstens 300, tot aanvaardbare proporties wordt teruggebracht W i j zullen dit hieronder aantonen voor het geval fusieplasmamotoren gebruikt worden van het type zoals zijn beschreven in het nummer van Ruimtevaart van febr, 1960. Men zal zich herinneren, dat voor de motorgroep die daar het onderwerp van het artikel uitmaakte, d e volgende gegevens golden: MOTORGROEP VAN DRIE MOTOREN, elke motor aan het eind van de startperiode werkende met deuterium stuwkracht per motor 800 ton uitlaatsnelheid 1O00 km/sec fusietemperatuur 108 oc st uws tofverbruik/motor 8 kg/sec De totale stuwkracht van d e motorgroep dus 2400 ton bedragende, is het gemakkeIijk hieruit af te leiden, dat d e totale energie die met d e stralenbundel wordt afgevoerd neerkomt op 27 x lo9 kcal/sec, Fig,7 laat zien, hoe deze energie over het aardop pervlak verdeeld wordt, voor het bouenaangegeven gebruik van d e fusiestraalmotor, De gasstraal, die eigenlijk een straal zeer snelle deeltjes is, die de eronder gelegen dampkringmoleculen kombcrrdeert, heeft talloze werkingen, waarbij van de luchtmoleculen op verschillende wijzen electronen worden losgescheurd, Het is onmogelijk om in dit korte bestek afdoende in te gaan op al de chemische omzettingen e n ionisatieprocessen die zich hier kunnen gaan afspelen (5). Het zal zeer zeker een van de eerste noQdzakelijkheden zijn, om na te gaan of hierbij soms ook gevaarlijke of hinderlijke stralingen van secundaire aard zouden kunnen ontstaan, afgezien natuurlijk van de warmtestraling die zich int de door de straal getroffen luchtmassa's gaat ontwikkelen, Fig.7 laat zien, dat d e warmteontwikkeling die te verwachten is, op het punt dat het dichtst bij de oorsprong van de straal ligt, 5,7 kcal/m2 sec, bedraagt, maar daarna zeer snel afneemt, Ter vergelijking diene, dat d e verwarming door een loodrechte bestraling van de zon ongeveer 0,24 kcal/m 2 sec is.
22
\
Men heeft zo de &schikking over een oceaantraject van meer dan 2000 km. Zoals uit hei hieronder volgende zal blijken, is dit zeer zeker voldoende om het ruimteschip in orbit te brengen. Dit gehele oceaantraject is vrij van eilanden, zodat, als m n het scheepvaartverkeer hieromheen leidt, geen gevaar of hinder kan ontstaan tengevolge van d e kortstondige, intense bestraling, OPSTIJGMANOEUVRE
Fig., 16 geeft een indruk van een opstijging tijdens het begin van de start waarbij de start-
motoren Op volle kracht werken
24
De meest economische wijze om op te stijgen is duidelijk gemaakt in fig.8. Daaruit Daar uit het voorgaande gebleken is, dat d e fusiemotoren pas op grote hoogte (30 km) in werking kunnen worden gebracht, e n dan nog slechts onder een niet t e grote invalshoek met het aardoppervl.ak, heeft men andere motoren! startmotoren nodig om deze hoogte t e bereiken, Het begin van de opstijging vindt daarom uitsluitend met behulp van deze motoren plaats e n wel langs e e n z.g, raketlijn, waarbij na 50 sec een hoogte bereikt is van ca 14200 m,? terwi j l d e snelheid dan is 600 m/sec, Worden op dat ogenblik de startmotoren afgeschakeld, dan stijgt het ruimteschip in e e n ballistische k a n nog verder tot 30.000 m. In dit tijdsverloop (ruim 30 sec) moet het ruimteschip met behulp van de stuurstralen in de juiste positie gebracht worden, waarbij d e straalbuizen van de fusiemotoren omlaag gericht zijn onder een hoek met d e horizon van 300. Wanneer vervolgens in het punt F de groep fusiestraalmotoren wordt ingeschakeld, levert deze e e n lift van 1200 ton e n een stuwkracht van 2080 ton, waardoor dus in horizontale richting e e n versnelling bereikt kan worden van 1,75ge In werkelijkheid is de tijdens deze versnellingsperiode doorlopen baan echter niet horizontaal, maar volgt e e n zeei flauwe spiraal, die onder een constante hoek van 10 met de horizon over e e n gote-cirkel afstand van ca, 2065 km klimt van 30 km naar 66 km, zoals fig. 9 laat zien, Tijdens het doorlopen van deze stijgspiraal, wordt de invalshoek waaronder de straal van d e fusiemotoren het aardoppervlak treft kleiner e n kleiner, tot tenslotte in het punt waar, op een hoogte van 66 km de orbitaalsnelheid bereikt wordt, de straal volkomen horizontaal gericht is, Men kan nu d e fusiemotoren uitschakelen, e n wachtentot een gunstige positie bereikt is om te kunnen doorstartun naar de ontsnappingssnelheid, Bij dit laatste behoeft de aarde geen enKeLe hinder van d e uitlaatstralen van de fusiemotoren meer t e ondervinden, daar deze stralen geen lift meer behoeven t e produceren, doch tangentiaal aan de orbit gericht kunnen blijven, Rij d e landing gaat men precies op tegengestelde wijze t e werk, Afgeremd wordt dan zodaniq., dat d e re-.entry-snelheid op 30 km hoogte afgeremd is tot enige honderden meters per sec, In vrije val daalt men tot een hoogte van ca. 15 km, waarbij de valsnelheid oploopt tot onge-veer 550 m/sec. Deze valsnelheid wordt vervolgens afgeremd met de start-- e n landiiigsmotoren, met een vertraging van ca 1 g. C O R 1 0 LISKRACH T E N E N MASSA TRAAGI-IEIDSMOMENTEN T I J D E N S DE O P S T I J G I N G
Daar het maximaal GD2 van het volbeladen ruimteschip bedraagt 2 x O9 kgm (dezelfde waarde voor het lege schip, d.w,z. zonder stuwstoffen bedraagt 1,24 x 10 kgm), kan men gemakkelijk narekenen, dat indien d e hoeksnelheid van het ruimteschip om een horizontale as in het punt Hl (zie fig. 8) 20/sec bedraagt, e e n stuurkracht tijdens de vrije vlucht met gestopte motoren langs de parabool van Hl naar F nodig is (aan een arm van 33 m gemeten vanuit het zwaartepunt) van 1,75ton. Als gevolg hiervan is het ruimteschip in het punt F vrij van enige rotatiesnelheid, Hieruit blijkt wel duidelijk, dat de stuurkrachten die nodig zijn om het massatraagheidsmoment te overwinnen, slechts van ondergeschikte betekenis zijn. Corioliskracht tijdens het werken van de motoren, ten gevolge van de volgens fig,8 vereiste draaisnelheid: 00)(11). Voor dezelfde bovengenoemde draaisnelheid vindt men een totale Coriolis-kracht tijdens het werken van de vier startmotoren van 112 ton, Daar deze kracht werkt aan een arm van ca 3 m, zoals uit fig. 11 blijkt, resulteert dit, omgerekend op de voortstuwingskracht van de werkende motoren, in e e n vermindering resp, e e n vermeerdering van de normale stuwkracht van 5,l ton per motorgroepstuwlaacht van 1600 ton: of slechts 0,3 %. Tijdens het werken van de fusiemotoren is het resultaat nog gunstiger. Daar de zwenkbeweging van d e stand met helling 300 naar de volkomen horizontale stand volbracht wordt in ca, 7 minuten, wordt d e hoeksnelheid om de horizontale as gemiddeld ongeveer 0,001 rad/sec, zodat, zelfs bij de enorme uitstroomsnelheid van de fusiemotoren de Corioliskracht niet groter blijkt t e zijn dan 3 ton. Daar nu, alweer uit fig, 11 volgt dat de hefboomsarm van deze kracht ca. 7 m bedraagt, geeft het draaimoment van 21000 kgm tenslotte een stuurkracht van ongeveer 700 kg*
4
25
NAVIGATI EKOEPEL LOSKRAAN
STARTMOTOR
C 4 maal 800 -ion stuwkracht)
HOOFDMOTOREN
FIG
li
L A N G S DOORSNEDE
PI H E In de pocket-literatuur vindt men ruimteschepen afgebeeld, die van chemisch aangedreven rockets zijn afgeleid, e n daardoor eigenlijk alleen zouden kunnen landen op van t e voren geplaneerde terreinen. Bij een landingspoging op niet aldus gevormd terrein zouden z e om-vallen e n even hulpeloos zijn als een tor die op zijn rug ligt- Ze hebben veelal e e n s t e l poten, die tijdens d e landing door vlammen omgeven zouden zijn, e n tengevolge daarvan zouden week worden e n doorbuigen, Of men vindt e e n wiel afgebeeld, dat geen start-. of landingsmogelijkheid biedt, e n in onderdelen vanaf de aarde zou moeten naar boven gestuurd worden, om daar temidden van kosmische straling: aan elkaar bevestigd t e worden. Op aarde zou dit overeenkomen met het samenstellen van e e n schip uit een waterdicht voorschip e n een dito achterschipl die b i d e in he.t water dcijven, Onnodig t e betogen, dat het moeilijk is, om zodoende tot solide constructies te komen, nog daargelaten d e onmogelijkheid om s t a t - en landings-oefeningen te houden, wat toch e e n eerste vereiste is om het risico voor e e n interplanetaire bemanning tot e e n aanvaardbare mate terug t e brengen. De psychologische factor, waaraan door deskundgen in ons land d e nodige aandacht wordt k s t e e d , komt hierbij ook om e e n hoekje kijken: hoe beter de bemnning geoefend is, ten dele in simulatoren, ten dele in het ruimteschip zelf, hoe groter hun zelfvertrouwen z a l zijn, en hoe beter z i j d e dagenlange afzondering zullen kunnen uithouden, dieruit is d e gedachte naar voren gekomen, of het bij gebruik van fusie-motoren niet mogeirjk zou zijn, om tot een meer rationele bouw van e e n ruimteschip te komen, De eerste eis die zodiende naar voren komt, is wel: Het schip moet bij landing op enigszins oneffen en/of hellend terrein niet kapseizen, dus plat zijn, Een tweede eis i s , dat het moet kunnen starten, dus dat het motoren bezit die vrij hoog bo-. ven het grondvlak opgesteld zijn, e n welker uitlaatstraal zo min mogelijk door het ruimteschip zelf gehinderd mag worden, Dit houdt in, dat d e startmotoren aan d e buitenkanten van &t schip gemonteerd moeten zijn, Gegeven de noodzaak, om geen gevaar op te leveren voor het oppervlak van de planeet van waaruit de reis ondernomen wordt, volgt hieruit, dat bij de huidige stand van d e techniek als startmotoren een type in aanmerking komt dat met behulp van een kernreactor stuwstoffen als pentaan of hydrazine vergast en vervolgens verhit tot 30000 C., zodat een uitstroomsnelheid bereikt kan worden van minstens 6400 m/sec, (jezien de prestaties, die de laatste tijd op het gebied van ruimtevaart behaald zijn, lijkt de veronderstelling gewettigd, dat aan één of aan beide zijden van het ijzeren gordijn e e n dergelijk s t e l motoren in ontwikkekng is, (6) (7) Bij het ter perse gaan van dit artikel .Jereikte ons het bericht, dat de Amrikaanse luchtmacht reeds in het z,g, "Project SLam,' een motor met een dergelijke kern-reactor in gebruik g e n o m n heeft, ::Iet is voldoende, dat he.t ruimteschip tegen de aardse zwaartekracht kan s t a t e n , Immers, de zwaartekracht aan de oppervlakte van d e hemellichamen die in d e eerstvolgende decenilia als reisdoel in aanmerking komen, (de manen van Aarde en Mars, deze planeet zelf en Venus), is kleiner dan d e zwaartekracht op Aarde, Wij nemen dus aan, dat vier van zulke, op verhitting van stuwstoffen met behulp van e e n lmnreactor berustende motoren, elk met een stuwkracht van 800 ton, dus samen 3200 ton, voor het in dit artikel beschreven ruimteschip gebruikt zullen kunnen worden als startmotoren, Zie American Patent 2, 894.89 e n British Patent 754,559. In fig, 7 is op het met "raketlijn" aangegeven traject afgebeeld, dat het ruimteschip start op de aan d e zijkanten aangebrachte startmotoren, terwijl het d e "spiraal met 1 stijghoek?: aflegt met behulp van d e centraal aangebrachte fusie-motoren. :Zen algemeen overzicht van de constructie, en hoofdafmetingen van het ruimteschip, zijn in f i g , 11 (langsdoorsnede), fig. 12 (bovenaanzicht) en fig. 13 (zij-aanzicht) te vinden. ?lieraan liggen ten grondslag in hoofdzaak drie (zie resp, pag,29) SCHEM
#
1 .
3G3NSBGU0 S O t I W l I1 913
N3öOlOWGdOOH
lH3IZNWWN3AOB
co
U CTI E P R INCI PES
De straalmotoren waarmede het begin van de start en het laatste gedeelte van de landing wordt uitgevoerd, zijn verbonden door een stijve gestroomlijnde ftbrug" constructie, waarvan de overspanning onderbroken wordt door een tweetal pijlers, die dienst. doen als landingsgestel. Deze pijlers hebben ook dwars op de "brug:' een zo groot mogelijke spreiding, waaldoor een landingsgestel verkregen wordt met een zeer grote ondersteuningsbasis I een waarborg biedend tegen omvallen, mede in verhcrnd met de uitgesproken lage ligging van het zwaartepunt, terwijl de punten waar het landingsgestel de grond raakt zo ver liggen van de plaatsen waar de hete gasstralen van de start en landingsmotoren de grond raken, dat deze landingsorganen betrekkelijk koel blijven en een temperatuur aannemen van hoogstens enige honderden graden. Om deze grote afstand tussen de buitenmotoren uitvoerbaar te maken, is de :!brug".' samengesteld uit holle liggers waarvan de wanden op de smalste plaatsen toch altijd nog minstens een meter van elkaar afliggen en waarvan de holle ruimte benut wordt voor het onderbrengen van pompen, hulpwerktuigen en een klein gedeelte van d e stuwstoffen, 2 e H E T CO L E O P T E R P R I N C I P E ,
De stuwstoffen voor het overgrote deel en de bemanningverblijven geheel zijn ondergebracht in een ringvormige, gestroomlijnde coleopterconstructie, die het middengedeelte van d e "bru versterkt Verschillende voordelen worden hieruit verkregen: a, zonder overmatige verzwaring van de constructie kan gevolg gegeven worden aan het principe sub l e om ook in dwarsrichting de landingspoten zo ver mogelijk uit elkaar te plaat--sen. b- De lengte van de coleopterconstructie in de vliegrichting is geringer dan van een gestroomlijnde cylinder van dezelfde inhoud, Deze lage gedrongen bouw veroorxaakt niet alleen de zozeer gezochte lage ligging van het zwaartepunt, noodzakelijk voor een stabiele onder-steuning na het landen,, maar brengt ook met zich m d e , dat veel beter weerstand geboden kan worden aan d e dwarsversnellingen tijdens het opstijgen en landen. Dit is van grote betekenis, omdat het feit, dat zo spoedig mogelijk moet worden overgeschakeld van de startmotoren op de hoofdmotoren met zich brengt de eis, dat zo spoedig mogelijk een bocht met een zo klein mogelijke straal beschreven moet worden, teneinde het ruimteschip in een positie te brengen waarbij inderdaad de fusiemotoren zonder gevaar op te leveren de voortstuwingstaak zullen kunnen overnemen ./
3e S T R A L I N G S B E V E I L I G I N G S P R I N C I P E ,
a, Bemanningverblijf uitgevoerd als ringcabine, aan alle kanten omringd door vloeistofmantels
van zwaar water; die nadelige straling voor een groot deel tegenhouden en die als stuwstoffen desnoods opgebruikt kunnen worden tijdens de landing bij terugkeer op aarde,. b, De buitenmotoren, te gebruiken voor start en landing zullen waarschijnlijk met splijtingsreactoren (6) voorzien moeten worden, Beveiliging tegen de straling daarvan a f k o m tig geschiedt in de eerste plaats door de mote afstand van deze motoren tot de coleopterring, maar bovendien doordat de dwarsverbinding van het landingsgestel deze straling vol-@ doende tegenhoudt. c, Van de groep fusiestraalmotoren (drie stuks), werkt, zoals men zich zal herinneren uit de hiervan gegeven beschrijving, d e middelste motor gedurende slechts korte tijd als plasma-. reactor (zie fig.12)".Daar het hierbij echter gaat om een kernreactie die zich afspeelt in een splijtbaar gas, dat men na de weinige minuten dat de plasma-reactor gewerkt heeft, kan laten ontsnappen, behoeft hier geen blijvende bron van radioactieve straling achter te blijven, Wat de fusiemotoren zelf betreft (en dit geldt dus ook voor de plasma-"reactor als deze in een iets later stadium eveneens als fusiemotor gaat werken) deze verspreiden ge-lukkiq qeen radioactievestraling maar zenden hoogstens zachte röntgenstzalen uit., Ook deze straling is maar zeer tijdelijk en treedt dus niet meer op, nadat de opstijgperiode van maximaal 10 minuten beeindigd is, Gedurende deze tijd kan de bemanning zich terugtrekken in dat gedeelte van de ringcabine dat in fig. 12 is aangegeven met A-B, Dit gedeelte is het veiligste van de gehele ringcabine wat straling van de motoren betreft, Is de start eenmaal achter de rug: dan kan men zich vrij door de gehele cabine bewegen, Het heeft natuurlijk zin het gedeelte A-B door passende afscherming nog extra te beveiligen. 30
Uit allerlei overwegingen, die uit d e eis van bruikbaarheid voortvloeien, is de vorm van het ruimteschip gegroeid, Er doet zich, om te beginnen de vraag voor, wat er nodig is, om het ruimteschip met fusiemotoren in tangentiele zin langs een orbit (satellietbaan) aan t e drijven. Dit houdt in, dat de richting van het ruimteschip voortdurend moet kunnen worden bijgeregeld, o,a, om te voorkomen, dat de gasstraal het aardoppervlak onder een t e grote hoek zou raken. Zelfs, a l zou een der fusie-motoren een storing krijgen, dan nog moet de mogelijkheid van bijsturen nog bestaan. Hiervoor nu kunnen weer de startmotoren gebruikt worden. Rest nog een automatische beveiliging aan t e brengen, om te voorkomen dat de gasstraal de aarde ongunstig zou treffen, of andere gezegd: de fusie-motoren uit t e schakelen! als hun straal de planeet op een kleinere afstand dan (in het getekende geval) 41 km zou treffen. Dit kan door middel van een radar-installatie, die de afstand van het ruimteschip tot de oppervlakte van de planeet, en het verschil in richting tussen de as van de fusiemotor en de verbindingslijn met het midden van de planeet meet, Als beiden onder een bepaald minimum komen, schakelt een electronische inrichting d e fusie-motoren uit en eventueel de startmotoren in, Er wordt natuurlijk echter verwacht, dui. de automatische piloot het niet zover zal laten komen dat deze beveiliging in weriting moet treden, Behalve start- en hoofdmotoren moeten er ook stuurmotoren zijn, om tijdens een landing horizontale verplaatsingen en/of richtingsveranderingen te kunnen teweegbrengen, of een ongewenste draaiing te stoppen. Daar de hiervoor benodigde krachten slechts e e n fractie van het gewicht hoeven t e zijn, kan voor de stuurmotoren (zie fig,l2) met kleine uitlaatkegels d e zijkanten van de startmotoren worden volstaan, een globaal overzicht van de functies der verschillende motoren gegeven is, kan het hebben iets verder op d e verdeling van de start- en stuur-motoren in te gaan. Opdat de startmotoren tevens d e stand van het ruimteschip kunnen bepalen, is het nodig dat twee dezer motoren, afhankelijk van de wijze, waarop z e gecombineerd zijn (buiten de reeds genoemde stuwkracht natuurlijk) bovendien al of geen koppel om een horizontale as kunnen uitoefenen; vandaar, dat de startmotoren in de getekende vier groepen zijn ondergebracht. Om in d e eindphase van een landing verplaatsingen in de lengterichting van de brug, dwars op d e stuwas, zonder draaiing om deze a s , te kunnen uitvoeren, moet er op alle vier startmotoren een stuurmotor zijn; dit zijn er dus vier, Voor verplaatsing in de richting van d e breedte zijn er ook vier nodig; samen zijn er dus acht stuurmotoren nodig, Door d e motoren diametraal t e combineren is het mogelijk, om geen verplaatsing, maar uitsluitend een koppel om de verticale of stuwas teweeg t e brengen. Echter moet d e stuurinrichting en ook de automatische piloot erop ingesteld zijn! dat bij het uitoefenen van een verplaatsing, dus met twee in gelijke richting werkende stuurmotoren, er een koppel om een der of beide horizontale assen van het ruimteschip zal ontstaan, wanneer het vlak door de hartlijnen der stuurmotoren in kwestie niet tevens door het zwaartepunt van het ruimteschip gaat, en dit punt is, door het verbruik aan stuwstoffen gedurende de reis, aan verandering onderhevigi zodat wanneer men alleen een horizontale verplaatsing beoogt een koppel om een horizontale lijn nooit te vermijden zal zijn. Om dit koppel tegen t e werken zal het nodig zijn om een combinatie van twee in gelijke richting werkende stuurmotoren (b.v. aan d e rechterzijde) steeds te laten samenwerken met twee startmotoren (in dit geval aan de 1inkerzijde)waarvande stuwkracht verhoogd is vergeleken met d e rechterstartmotoren, ieruit volgt, dat het aanbeveling verdient om de stuurmotoren zo hoog t e plaatsen, dat het artepunt van het ruimteschip steeds aan een zijde van het gemeenschappelijke vlak door hartlijnen zal blijven, b.v. steeds onder dit vlak. Verder volgt uit deze combinatie, dat bij een landing, even voor..touCh-down een horizontale versnelling steeds met een op-.waartse versnelling zal samengaan. Daar deze soort besturing echter alleen tijdens starts en landingen plaats hoeft t e vinden, wordt de verticale versnelling toch in d e algemene besturing gecamoufleerd, zodat men, wat het aantal motoren betreft, met de bovenbeschreven inrichting zal kunnen volstaan, Men ziet dat de kstuurbaarheid verkregen is, zonder dat er roeren of zwenkbare motoren voor nodig zijn: alle manoeuvres zullen met vaste, mits regelbare motoren, kunnen uitgevoerd worden. Tot zover over de motoren, Thans iets over het eigenlijke lichaam van het schip. Dit moet het personenverblijf e n de vracht herbergen, Ofschoon we er van uitgaan, dat er een oplossing gevonden zal worden voor d e vraag, hoe de kosmische straling zonder veel materiaal onschadelijk te maken, heeft het toch wel zin, om
31
het personenverblijf te omhullen door het vrachtruim en de stuwstoffen, om zodoende de be-scherming tegen kosmische straling nog te accentueren; daar dit materiaal er nu eenmaal is
~
Het spreekt evenwel vanzelf I dat di-t niet de hoofdbeveiliging tegen kosmische straling kan zijn. Daar wacht de wereld nog op, Een ander gezichtspunt voor vormgeving van het personenverblijf is, dat het nodig kan zijn, om het personenverblijf in de rondte te laten draaien: als de motoren buiten werking zijn, bij voorbeeld na het overschrijden van de ontsnappingssnelheid ten opzichte van de planeet van vertrek, Ook kan het ruimteschip door onwillekeurige bewegingen wel eens in draaiing raken, In beide gevallen moet er in net personenverblijf een gelijkmatige centrifugaalkracht heersen: e n hieruit volgt, dat het ongeveer de vorm van een cylinder moet hebben, De vorm van vrachtruim plus personenverblijf is nader te preciseren uit de overweging dat bij start en bij het binnenkomen in de atmosfeer de aerodynamische weerstand zo klein mogelijk moet zijn. Een oplossing hiervoor is de coleoptervorm, De verbinding tussen de startmotoren en de coleopter moet de constructie van een brug hebben, met de boog naar beneden gekeerd, zodat de startmotoren zo hoog mogelijk aangebracht zijn. Bovendien kan men dan over de horizontale bovenzijde van de brugconstructie een loskraan laten lopen, voor het lossen van vracht uit de coleopter, en het transporteren van reserve-onderdelen naar de verschillende motorenn,De brugconstructie loopt door de as van de coleopter en dient zodoende ook om de krachten van de hoofdmotoren op de coleopter over te brengen, Ook voor de*brugconstructiegeldt de eis van stroomlijnvorm zowel in opstijg- als indaal-' richting, zodat hij als twee gestroomlijnde balken gemodelleerddient: te worden. Niet in detail aangegeven is het noodzakelijke dwarsverband, Centraal, boven de horizontale kant van de brugconstructie, die we "dek" zuIlen noemen, bevindt zich de commandopost, met daarboven de navigatiekoepel, Onder de commandopost is de garage waarin de loopkat van de loskraan gedurende de reis constructief aan het schip bevestiga is, om de kans op beschadiging zo klein mogelijk t e houden. Om het schip op enigszins hellend en enigszins oneffen terrein te kunnen laten landen, heeft het twee stellen poten, waarvan elk s t e l door een boog aan elkaar en aan de coleopter is verbonden. De poten zijn zo wijd uit elkaar, dat z i j de stralen uit d e motoren tijdens het starten zo min mogelijk hinderen, en z e houden de coleopterconstructie hoog genoeg boven het steunvlak van de poten, om hem niet met oneffenheden van het terrein in aanraking te laten komen, Op twee diametraal t.o,v. elkaar liggende. poten is een elektronisch rondzoekende radarinstallatie gedacht, die dient om middelgrote en zeer grote me.teorieten te signaleren, Kleine meteorieten worden opgevangen in de uitwendige bekleding van het ruimteschip, die uit een capitonneermiddel kan bestaan (z .g. meteoor bumper) In het personenverblijf moeten tafels, vloeren enz. zich loodrecht op d e heersende kracht instellen, hoe deze ook gericht is. Deze kan zijn: 1) het gevolg van de versnelling door de aandrijving, dus evenwijdig aan de verticale as va het schip; 2) het gevolg van ronddraaien om de verticale as; dan is de kracht loodrecht op de verticale as gericht; 3) een combinatie van 1) en 2 ) ; dan is d e kracht scheef ten opzichte van de verticale as gericht, Hierom moeten tafels, vloeren, enz. opgehangen worden, en moet men rn hangmatten slapen, Blijft nog op te lossen, hoe E n van de ene sector van het personenverblijf zonder hinder naar een andere sector moet kunnen overstappen.
32
GEGEVENS EN PRESTATIECIJFERS
MOTOREN
4 start- en landingsmotoren waarin met behulp van Uranium door middel van splijtings-energie een inerte stuwstof waarvoor gekozen werd petroleum of hydrazine, te verhitten tot 30000 C uitstroomsnelheid van het gas 6400 m/sec, stuwkracht per motor 800 ton totale stuwkracht bil de start op aarde, 2400 ton stuwstoffenverbruik 5000 kg/sec werktijd tijdens het opstilgen 50 sec bereikte hoogte" 30 ton (na ca 108 sec) UITSTROMINGSSNELHEID V A N DE STARTMOTOREN,
Voor het bepalen van deze snelheid hebben wij ons op het standpunt gesteld, dat het overeenkomstig de onderzoekingen van Gluckstein en Ross (14) (15) mogelijk moet worden geacht om d e stuwstoffen onder invloed van de intense bestraling in de reactor, zowel door neutronen als door gamma stralen, in gedissocieerde toestand aan het de gassen verhittende deel van de reactor toe t e voeren. Behalve deze invloed, is er volgens Ross nog de mogelijkheid om deze werking t e ondersteunen door een bestraling toe t e passen met een 2450Mcs hoogfrequente magnetron, Voor petroleum a l s stuwstof met formule cn ES2n+2. in hooidzaak bestaande uit de fracties c8 H18 tot C12 HZ6vindt men als het gemiddelde moleculairgewicht van de zo ontstane vrije radicalen:
M 12n + 2n + 2 3n
~
4,5
2
3ij een temperatuur van 30OO0C in de reactor vindt men met de formule
= 6,75 km/sec
M
4,5
Veiligheidshalve rekenen wij echter met 6 4 km/sec uitstroomsnelheid. Voor hydrazine vindt men op dezelfde wijze eveneens een snelheid van ongeveer 6.4 km/sec Opgemerkt wordt hierbij, dat de temperatuur van 30OO0C ook werd toegepast bij de XLR 115 motor van Pratt & Whitney die pas met groot succes beproefd werd, zodat d e temperatuur zeker niet onuitvoerbaar hoog geacht moet worden. I
HOOFDMOTOREN
3 hoofdmotoren van het type beschreven in Ruimtevaart van febr, 1960a Thermonucleaire verhitting van de stuwstof (helium-straal) door beheerste fusie-reactie Uitstroomsnelheid van de gevormde heliumdeeltjesr 1000 km/sec Stuiikracht per motor: 800 ton Totale stuwkracht van de fusiemotoren: 2400 ton Stuw s t ofverbruik: 24 kg/sec M E D E T E V O E R E N STUWSTOFFEN
Het ontwerp biedt ruimte voor de volgende maximale hoeveelheden stuwstoffen: voor d e start - en landingsmotoren: maximaal: 700 ton hydrazine petroleum cf pentaan voor d e fusiemotoren maximaal : 150 ton deuterium o€ 150 ton lithium hydride 33
In de hieronder weergegeven tabel I is de gewichtsverdeling verantwoord voor ruimteschip, bemanning en machine-installatie, met uitzondering echter van het gewicht dat nodig is voor d e opslaginrichting voor d e fusie-stuwstoffen en wel om de volgende reden: De fusiemotor die werd beschreven in Ruimtevaart van febr. 1960 is kestemd om t e werken met deuterium (zwaar waterstof) a l s drijfmiddel, zoals men zich zal herinneren, T A B E L I,
G EW /CHTSV E R D E L ING
CONSTR U C T I E G E WICHT
Grote langsligger (Cural-bstaal) Loopkat Toruslichaam, uitwendig (Cural) huidplaten ringliggers vers ti jvingselenienten
77,2 ton 510
1O, 6 ton 25
28 9 38,5 11 34
38!5 ton Tanks voor hydrazine of petroleum Ringcabine Landingsgestel
38,6
SEMANNING M E T U I T R U S T I N G
2
16 man, 50 kg persoonlijke bagage per man Luchtbehandeling (4) voor 16 man gedurende 30 dagen Cabine apparatuur, radio, televisie Navigatie
5 17,5 4t5
MO TOR E N
4 Startmotoren, elk als volgt: U235- kern volgens von ZBOROWSKI (7) mantel straalpijp afschermplaat aan cabinekant ophanging
4
ton
6 3 4 1,,2
-
18,2 ton 2 Groepen hulpwerktuigen, elke groep als volgt, 2 st uwst ofpompen 2 turbines 2 fundatieplaten 1 electrische generator inclusief tandwieloverbrenging
34
72 ,,8
2x
83,O
21 ton 9;5 4 7
-
41,5 ton 6 Stuurmotoren
4x
5,6
2 Fusiemotoren, elk als volgt, electrische wikkeling neutronenreflector w andcons truct ie koelmantel plasmagenerator 2 magnetrons 1 phaseverschuiver 1 autotransformator 1 gelijkrichter 1 opwek- en regelgenerator
12 ton 4 2 4 5 2 5 5 14 2
-
55 ton
k
2x
110
1 Fusie-motor, tevens geschikt als plasmagenerator waarvan het gewicht dientengevolge boven de 55 ton vermeerderd wordt met: 1 straalpijpafsluiter 11,6ton 209 regeling met Cadmiumstaven deuteriummantel 53 55
75,3 ton
75,3
Ophangelementen van fusie-motorgroep
10
Leidingen plus regelapparatuur
10
Gewicht exclusief opslaginrichting voor fusie-stuwstoffen
De kern--energievergelijking die de reactie in de fusiehaard weergeeft 2
2
3 H +?He+
600 ton
is als volgt:
1 on" 3,5 MeV
Er zijn nu twee redenen die ons hebben doen omzien naar een andere mogelijkheid tot het te-weeg brengen van een beheerste fusie-reactie. le, Waterstof is zeer moeilijk mede t e voeren op ruimte-expedities, zodra het er om gaat e z e stof lange tijd te conserveren, Gebruikt men waterstof alleen voor het opstijgen, dan penbaren deze moeilijkheden zich nog niet zozeer. Dit komt. omdat men de waterstof in loeibare vorm kan benutten, in open reservoirs. Bij de heersende omgevingstemperatuur van de startplaats kookt de vloeibare waterstof, dan wel. wat natuurlijk een verlies aan wuterstoffamp m e t zich brengt, maar dit verlies kan men accepteren, mits men slechts kort voor het ogenblik van de start ertoe overgaat, ?e tanks te vullen, Blijft men de tanks voortdurend bijvullen totdat het ogenblik van de start is aangebroken, dan heeft men tijdens de opstijging de beschikking over de vereiste hoeveelheid stuwmiddel, Zodra men echter waterstof zou willen bewaren, voos de terugtocht b,v,,beginnen de moeilijkheden, De reservoirs open laten is niet mogelijk, daar dan 150 ton vloeibare waterstof binnen 24 uw door verdamping volkomen verdwenen zou zijn, Sluiten van de reservoirs is echter evenmin uitvoerbaar. Na enige tijd, zou immers de waterstof een gemiddelde temperatuur hebben aangenomen van ca. 400 C: met het gevolg dat de druk in het reservoir zou zijn opgelopen tot ca 780 atmosfeer.
Om aan deze inwendige druk weerstand te kunnen biedeng zouden zulke dikwandige drukvaten gebruikt moeten worden, dat het hiervoor noodzakelijke gewicht de toepassing voor de ruimtevaart volkomen zou uitsluiten, Volledigheidshalve is nog nagerekend oí het opslaan van deuierium (zwaar waterstof) in vloeibare vorm is uit te voeren, zonder te vervallen in te veel materiaal enlof wisico. Zoals uit het volgende zal blijken is het wel-is-waar technisch mogelijk, maar vereist een te ingewikkelde installatie. In het kort komt dit hierop neer: Men neemt de deuterium mede in dunwandige, atmosferische tanks, die niet zijn afgesloten, muur op de plaatsen waar de zich ontwikkelende dampen zich verzamelen, zijn aangesloten op een compressor. Is het ruimteschip geland, dan zijn deze plaatsen natuurlijk boven aan het - torusvormige-reservoir gelegen, Is het ruimteschip onderweg, dan worden de aansluitplaatsen bepaald of door de kunstmatige zwaartekracht opgewekt door een rotatie om d e voortstuwingsas van het schip, Òf in de torustank dient door een roerinstallatie een lang-zame rotatie van d e vloeistof om de cirkelvormige hartlijn van de torus te worden instand gehouden, zodat de dampen zich zullen verzamelen ter plaatse van die hartlijn. De compressor is zo gedirnensionneerd, dat dezein staat i s , de bij 1 uta zich ontwikkelende waterstofdamp weer t e comprimeren op 180 uta, Wordt deze gecomprimeerde damp nu vervolgens afgekoeld in een speciaal voor dit doel medegevoerde koelinstallatie tot 530K en laat rnen vervolgens deze damp expanderen, dan ontstaat weer vloeibaar waterstof , dat weer naar de waterstoftank kan worden teruggevoerd, Teneinde de noodzakelijke capaciteit van de compressor met nageschakelde koelinstallatie zoveel mogelijk te beperken, zijn in het ontwerp de waterstoftanks omhuld door een warmte-isolatie met zeer hoge weerstand, in de vorm van een 80-voudige Dewaromhulling, bestaande uit 0,1mm dik, spiegelend materiaal, waartussen vacuum heerst, evenals er omheen, in het hermetisch afgesloten stuwstoffen-ruim, Onder deze omstandigheden is het mogelijk de waterstof permanent vloeibaar te houden in lichte atmosferische tanks, mits voor compressor en koelinstallatie continu een vermoqen ontwikkeld wordt van 5080 kW, Dit vermogen staat ter beschikking, door in een van de vier kern-reactoren van d e startmotoien een klein gedeelte permanent te laten werken (bij de door von Zborowski voorgestelde kernreactor voor raketmotoren kestaat deze mogelijkheid inderdaad), Dit gedeelte is opgenomen in het circuit van een stoomturbine-installatie voorzien van een stralingscondensor die is aangebracht aan de buitenkant van de grote langsligger van de coleopteri Het schema weergegeven in fig. 14 zal dit duidelijk maken. De verklaring van deze fig, (die ook geldig is voor de hierna te kespreken fig,lS) volgt hieronder:
V E R K L A R I N G B E H O R E N D E B IJ D E F I G U R E N 74 E N 75
FM SM D
I Pe
- fusiemotor - startmotor - deuteriumreservoir
- warmte-isolatie daarvan - petroleumreservoir
LiH TR
SV
- lithium-hydride reservoir - transportinrichting - smeltvat
u2
- verdamper met Uraniumreactoiirern
u1 SG T
- stoomgenerator
sc c1 c2
MG SK Pi
36
- uraniumreactor van startmotor - turbine -.
stralingscondensor
- deuteriumdampcompressor
- koelmachinecompressor - motorgenerator - stralingskoeler I
petroleumpomp
a
*
I
h W
I
I
I-
(vervolg verklaring behorende bij de figuren 74en 7 5 )
P2 P4
- deuteriumpomp
-- deut er iumpomp
1 2 -- lithiumhydridepomp 13' P5 rci I<2 Al
-_voedingspomp
- koelme diumpomp
- koels piraal
- koels piraal - aansluiting op koelmedium van startplaats
A2 - afvoer van afgewerkt gas
I
2e, Zoals de kernvergelijking laat zien, komen er ook neutronen vrij. Nu kan men er weliswaar op speculeren, dat, dank zij de snelle rotatie van het plasma in de fusiehaard (orde van grootte 40,000 omw/sec) onder invloed van de electrische en magnetische velden opgewekt door de Japolsky-wikkeling, er een segregatie tot stand zal komen, waardoor de ne+tronen geconcentreerd zullen blijven in het centrum van de fusiehaard, om zo te verdwijnen in het centrum van de heliumstraal, maar zeker is dit allerminst,
T A B E L I1
G E W I C H T E N V O O R D E OPSLAGlf\lrYICHTING VOOR FUSIE-STUWSTOFFEN
alternatief I stuwstof Deuterium (150 ton)
alternatief I1 stuwstof Lithium-hydride (150 ton)
Deuteriumtanks torusvorm (wand 1 mm Dural 0,5 mm lood) (atmosferisch) 10,l ton Nar m te- i solat ie voor tanks (80 Dewarlagen O J 1 mm Spiegelmagnesium 16,8
Lithiumhydridetanks , wanddikte 4 mm Dural
I
1
5,o Onder s t euningselementen Compressor voor recompressie van 1,6 kg/sec deuteriumdamp OP 180 uta (920 kW) 15,O Koelmachine voor Deuterium-. mpkoeling tot 53OK (4160 kW) 19,5 Ontspanners, enza 2,7 Stralingscondensor, 1400 m2 V+O,, voor stoomturbine 24,O 2 warmtewisselaars Leidingen binnen de installatie
4,O
Deuteriumpompen'
7,o
Waterstofflessen Transporteurs Smeltvat Kookreactor (Uj35) Afscherming Lit hi umpompen Stralingscondensor met 140 m2 V-0.voor stoomturbine
Y ton 3 4
5 29
32 4
3
6,O
110
ton
86 tor;
39
Tellen wij hierbij d e gewichten gevonden volgens tabel I op, vermeerderd met d e gewichten van de m d e t e nemen stuwstoffen zelf, dan verkrijgen wij het volgende resultaat Gewicht volgens tabel I GOO ton Gewicht volgens-tabel I1 110 ton
Gewicht volgens tabel I Gewicht volgens tabel I1
GOO ton 86 ton
Stuwstof f en Hydrazine of petroleum Deuterium
Hydrazine of petroleum Lithiumhydride
700 ton 150 ton
Volgewicht Leeggewicht
700 ton 150 ton 1560 ton 710 ton
Volgewicht Leeggewicht
1536 ton 686 ton
Zowel dus het eerstgenoemde bezwaar, dat resulteerde in een gecompliceerde installatie, die zoals tabel I1 laat zien 110 ton zou moeten wegen, met als extra nadeel, dat een defect aan compressor en koelinstallatie ontsnapping van stuwstoffen niet zou kunnen verhinderen, als het tweede be waar waarbij de neutronen ontwikkeling niet onder controle is, pleiten tegen het eerste aftern&ef D e andere mogelijkheid die ons overblijft om een beheerste fusie--reactie tot st.and te brengen menen wij gevonden t e hebben in het toepassen van lithium-hydride, Lithiumhydride (8) is het enige hydride dat gesmolten kan worden (68OOC) zonder in de elementen uiteen t e vallen, Bij normale temperatuur is het een vaste stof met s,g, 0,82 die zeer sterk met water reageert onder vorming van lithiumhydroxyde. Om t e verhinderen dat vocht uit d e lucht eenzelfde reactie teweeg brengt, bewaart men het onder petroleum of onder bescherming van een geschikt gas, Stikstof zou voor dit doel zeer geschikt zijn, als men niet zou moeten vrezen, dat dit niet overeen t e brengen is met de eis van absolute zuiverheid van de in de fusiehaard in t e voeren gassen. Vermoedelijk zou zich van de stikstof wel z w e e l vermengen met het lithiumhydride, dat dit, ook na het verdampingsproces dat hierop volgt, voor e e n fusiehaard bezwaren zou opleveren, Een gas dat ons echter wel geschikt lijkt is waterstof, E n zo zijn we dus toch weer bij de waterstof aangeland,zal rrìen zeggen, Inderdaad. Maar nu gaat het niet om waterstof als drijfmiddel, maar als beschermingsmiddel, waarvan slechts zo weinig zal behoeven t e worden rrìedegenorrìen, dat men ditmaal werkelijk instaat is, deze kleine hoeveelheid mede t e voeren in drukflessen, Zeer belangrijk i s , dat LiH een chemisch stabiele stof is, die met inachtname van gepaste voorzorgsmaatregelen, transportabel is. (9) Voor dit nieuwe geval treedt in d e fusiehaard de volgende reactie opa I
7 1 3Li+ j H ------?
4 4 . 2 H e i. 2He + 17,3 MeV
Hiervoor is e e n inleidende energie nodig van nog geen 0,lMeV of een temperatuur van ver-scheidene millioenen graden (13) Hieruit blijkt dus, dat geen neutronen ontwikkeling te verwachten is, althans niet uit d e eindproducten van de reactie, In hoeverre aan d e reactie medewerkende neutronen toch nog uit fusiehaard zouden kunnen ontsnappen, zal door experimenteel onderzoek nog moeten blijken. Voor dit tweede alternatief, dat om in menig opzicht gunstiger lijkt dan het eerste, geldt fig,l5, dat verder geen verdere toelichting zal behoeven. Wel moet er hier evenwel de aan-dacht op worden gevestigd, dat fig.7 berekend is voor het deuteriumgeval, waar d e vrijgekomen energie slechts 40% bedraagt, gerekend per kg uitgeworpen materie, van dezelfde energie in het lithiumhydride alternatief.
In vele gevallen zal men niet d e maximale hoeveelheid stuwstoffen behoeven mede te nemen, zodat men in staat is in d e plaats daarvan vracht mede te nemen, Het volgende overzicht geeft een idee van d e mogelijkheden: TABEL //I C A P A C I T E / T VOOR V R A CH T V E R V O ER MAANEXPEDITIE
31 km/sec
90 km/sec
1 maand 16 2% dag 2% dag ca, 3 weken
7 maanden
Specifieke snelheid totale duur bemanning reisduur heen reisduur terug verblijftijd leeggewicht leeftocht f luchtbe- . handeling deuterium stuwstoffen voor s tartmotoren
i
MARS-EXPEDITIE
alternatief I 705 ton
8 ton 40 ton
alternatief I1 705 ton
8 ton 40 ton
vracht
177 ton
250 ton hydrazine bij start van aarde 520 ton water voor d e rest van de tochi 37 ton
volgewicht
1560 ton
1560 ton
630 ton hydrazine
16 3 maanden 3 maanden 1 maand
705 ton 56 ton 150 ton 630 ton petroIeum
1560 ton
19 ton
De bovenstaande prestatiegegevens gelden voor Maan- en Mars-expedities, uitgevoerd als retourvluchten, waarbij men de medegevoerde lading (vracht) (177 resp, 19 ton) op de planeet van bestemming achterlaat, Voor Mars is daarbij gerekend op een hyperbolische transferbaan, wat uitvoerbaar is bij een specifieke snelheid van 90 km/sec, t men het expeditieschip begeleiden door een vrachtschip, bemand met een kleinere being, dan kan e e n dergelijk vrachtschip, overigens van hetzelfde type als het beschreven expeditieschip, in één enkele vlucht (dus zonder terugkeer naar de aarde) aan nuttige ladinq medenemen: 402 ton met bestemming Maan en : 294 ton met bestemming Mars. Vooral in dit laatste geval is een dergelijke aanvulling van de aldus ter beschikking komende uitrusting zeer wenselijk, De bemanning van het vrachtschip kan later met een expeditieschip naar d e aarde terugkeren, CONCLUSIE
In dit artikel hebben wij aangetoond welke aanzienlijke voordelen t e bereiken zijn met straalmotoren van het kern-fusie type, in het bijzonder wanneer deze worden aangewend in het be-
41
schreven ruimteschip# dat vele gewenste hoedanigheden op het gebied van veiligheid, laadvermogen, landingsmogelijkheden en actieradius in zich blijkt te kunnen verenigen, Resumerende geloven w i j dan ook, dat het, uitgaande van het in dit artikel beschreven; op fusie-motoren gebaseerde model mogelijk is een 'kteiecons tructie voor ruimteschepen te ontwikkelen dan d e huidige, van rockets afgeleide typen ruimteschepen, L I T E R A T UUR
(1) W.O.Davis: Why not a logical approach to space flight? Missiles ardRockets 11 aug. 1958, pug, 499 (2) Engineering, Oct. 301 1959, pag, 406-407. (3) Dr, Eugen Stinger: *'Zur Theorie der Photonenrakete" Space Flight Congress 1953, pug, 32 - 40, (4) Cabin Air Conditioning System Weights Missiles and Rockets 5 Oct. '59, pag. 26-27. (5) W Harrle u- A, Scharmann: Einwirkung energiereicher Strahlyng auf Materie. Das Atomkraftwerk (Beilage zu bZE 13, 1960, Heft 1, No 1/2 pag. 1-10). (6) T FuDixon: i Prophecy for Propulsion". Aero-Space Engineering Febr, 1959, pug, 35-39. (7) Zborowski von: Nuclear Reactor, British Patent 754,559. (8) Encyclopedia of Chemical Technology Vol, 7 p. 596 en Vol, 8 ~ ~ 4 7 4 (Interscience Publishers Inc) New York, (9) ÖZE (Oesterreichische Zeitschrift fur Elektrizitatswirtschaft), jhrg 7 heft 9 p.332 (1954, sept,), (10) Dr Ir. J,M,J. Kooy, On Plotting Small Thrust Space Ship Orbits Space Problems 1953 p-111 e.v. (11) Dr, Ir, J.M.J, Kooy. On The Orbital Computations and the Guidance Problem of a Deep Space Rocket IXth International Astronautical Congress Amsterdam 1958 p.469 e,v, (12) British Patent nr, 508.233 p.2 regel 52, (13) Bulletin of the Atomic Scientists Vol. VI (1950, March) p.70. (14) M.E.Gluckstein, a,o. The u s e of nuclear radiation ia combustion research. J e t Propulsion, 26 (1956.08)8, 637-643, (15) B.D.Ross. Possible new Methods of Rocket Propulsion, The Engineer's Digest, 19(1958.03),3, 95, (16) Dr, H.C. Brinkman. Idet thermonucleaire of kernfusie-onderzoek, T.N.0.-nieuws, 168 (1960-febr,), 57,58,59.
42
I
Op 3 maart hield onze ondervoorzitter, dr, J,J.Raimond jrLvoor ons een lezing over radiosterrenkunde, Spreker vertoonde een groot%aantaldia's,aan de hand waarvan hij zijn betoog hield, afgewisseld door beantwoording van vragen van de aanwezigen, Aan het eind van de voordracht sprak de voorzitter de hoop uit; dat de heer Raimond te zijner tijd voor ons blad een artikel over radiosterrenkunde zou schrijven. Daardoor blijft dlt verslag beknopt, en maar een flauwe afschaduwing van het interessante nieuws dat wij hoorden, Spreker begon zijn verhaal aan de hand van foto's van de melkweg en van andere sterrenstelsels, en liet zien hoe deze, evenals de melkweg, in de meeste gevallen een spiraalvormige structuur vertonen, Er bevinden zich tussen de sterren gaswolken, die zo ijl zijn dat z e slechts enkele atomen per c m3 tellen, maar er zijn ook wolken bestaande uit korrels ijs (interstellaire rook) die de lichtstralen van sterren erachter beletten tot ons door te dringen: wat achter die wolken is kunnen wij niet waarnemen, ongeacht het scheidend vermogen van de kijkers die wij gebruiken, Sommige van die wolken zijn donker, andere lichtgevend; deze laatsten ontlenen hun lichtgevend vermogen aan de sterren die zich in die o lken bevinden, e stralingen uit de wereldruimte worden bijna alle vrijwel geheel geabsorbeerd door de dampkring. De stralen die tot ons doordringen zijn in de eerste plaats de lichtstralen, Stralingen met kleiner golflengte (ultraviolette, rontgen- en gammastralen) dringen niet tot ons door Van de stralingen met groter golflengte passeren alleen die (radio)-stralingen de dampkring, die een golflengte hebben van enkele centimeters tot enkele tientallen meters Reeds in 1931 ontdekten radiotechnici, dat radiogolven met deze golflengten, komende uit de kosmos, niet door de dampkring werden teruggekaatst- ruim 10 jaar later deed de radiosterrenkunde zijn intrede doordat men stralingen uit de wereldruimte van deze soort ging onderzoeken In de bezettingstijd heeft prof van de Hulst, toen nog student, voorspeld dat er straling met een golflengte van 25,105 c m te verwachten is Indien namelijk in een waterstofatoom, bestaande uit een proton en een electron, de omwentelingsas van het electron evenwijdig en gelijkgericht is met de as van het proton, zal deze toestand niet bestendigd blijven, Na verloop van tijd z a l de as van het electron een hoek van 1800 beschrijven, zodat het electron gaat wentelen in een richting tegengesteld aan die van het proton; 'bij deze overgang wordt straling uitgezonden met een golflengte van 25,105 c m Het is na de oorlog gelukt, deze 21 cm--straling van neutraal waterstof waar te nemen. De ntvangen straling bezit echter in den regel niet precies de voorspelde golflengte; dit beekent dat de stralende wolk naar ons toekomt of zich van ons verwijdert (Doppler-effect). Daar deze afwijking van de golflengte evenredig is met d e betrekkelijke snelheid naar ons toe of van ons af, kan worden berekend, hoe de beweging van deze wolken ten opzichte van d e zon is, Het blijkt daarbij, dat alle wolken- e n ook de sterren- om de kern van het melkwegstelsel bewegen, en wel met een snelheid die afneemtnaarmate z e verder van de kern verwijderd zijn, Weliswaar worden hierbij de wetten van Kepler niet gevolgd, doordat de (grote) mssa van de kern niet, zoals bij de zon, nagenoeg in één punt is te denken, maar de beweging om de kern lijkt toch OP die van de planeten om de zon, Delineairesnelheid van de zon om de kern bedraagt 217 km/sec, Uit een groot aantal waarnemingen, verkregen door de radiotelescoop te richten op een fijn netwerk van punten in de melkweg, zijn zowel de ruimtelijke verspreiding van de waterstofwolken als hun dichtheid afgeleid,
3
Zo is uit waarnemingen, verricht in Dwingeloo e n Sidney, een kaart van d e waterstofwolken in het melkwegstelsel ontstaan, De wolken waterstof zijn langs spiraalvormige armen gerang-. schikt, Alleen in de richting van d e kern zelf, e n in tegengestelde richting, kan men op deze wijze geen uitsluitsel krijgen, omdat d e beweging daar evenwijdig is aan die van de zon, en het Doppler-effect dus uitblijftNa de pauze besprak dr, Raimond wat men gewaar wordt, als de radiotelescoop gericht wordt op de kern van de melkweg e n zijn naaste omgeving, Niet alleen 21 cm-straling van neutraal Waterstof komt uit die richting, maar ook straling die door ge-ioniseerd gassen verwekt wordt, deels door de aanwezigheid van magnetische velden, Uit een bewerking van de beschikbare gegevens heeft men geconcludeerd dat zich rondom het rniddelpunt van het melkwegstelsel niet alleen een grote massa bestaande uit sterren en sterrenhopen moet bevinden, maar ook geioniseerd gas waarin radiostraling verwekt wordt tijdens d e ontmoetingen van vrije electronen met ionen, Tevens komt uit deze kern radiostraling, die vermoedelijk door snelle electronen, bewegend in een magnetisch veld, t e voorschijn wordt gebracht, Verder is er e e n ring, met e e n middellijn van ongeveer duizend lichtjaren die met snelheden van 180 tot 230 km/sec. in het vlak van de melkweg wentelt. Op een afstand van 10.000 lichtjaren van het middelpunt zijn wolken waterstof aangetroffen, die in het vlak van de melkweg m e t snelheden van SO tot 70 km/sec, d e kern ontvluchten. Op deze wijze weten wij nu van de kern van de melkweg e n zijn naaste omgeving tal van bijzonderheden, die met optische middelen niet t e ontdekken zijn, idet e e n hartelijk applaus dankten de aanwezigen voor de zeer interessante voordracht, (verslag red,-secr,; verbeterd e n aangevulf door dr, J, J-Rairnond jrL)
H O E V E E L MANEN H E E F T D E A A R D € G E H A D ?
Naar aanleiding van de lezing van Prof" 8erlage, waarvan wij e e n verslag opnamen in ons vorig nummert wees de heer Ir, Lopes Cardozo ons op een artikel in het "Journal of the Franklin Institute:' van 1940, af1,2, van de hand van Ronald I, Ives: "An astronomical Hypothesis toExplain Permian Glaziation . 2 waarin betoogd wordt dat d e ijstijd, die in het Perm--tijdvak aan de evenaar geheerst heeft, verklaard kan worden door aan t e nemen dat in d i e tijd een gordel kleine satellieten in het evenaarsvlak zoveel van de zonnewarmte aan d e evenaar heeft verhinderd tot d e aarde door t e dringen dat daar e e n ijstijd kon ontstaan, e n dat die gordel ontstaan kan zijn doordat e e n (kleine) maandicht bij de aarde door zwaartekracht- of getijde-werking uit elkaar gescheurd is. kVij vroegen Prof, Berlage zijn mening over zulk een hypothese, In antwoord daarop wees hij
ons op zijn artikel in de Proceedings van d e Kon. Akademie van Wetenschappen, I 3 62, pag.77 (lti59), waarin vermeld wordt dat volgens ons tegenwoordig inzicht het Aardestelsel, schijnbaar een stelsel met é é n satelliet, in zijn oorsprong t e beschouwen is als een stelsel met twee satellieten (doordat de restmassa zo klein is dat deze t e verwaarlozen i s ) , terwijl het Marsstelsel, schijnbaar met twee satellieten, in oorsprong e e n stelsel met drie satellieten is, doordat in beide stelsels d e binnenste satellieten op de oppervlakte van de planeet terechtgekomen zijn, In deze vorm acht Prof ,Berlage de theorie strikt verantwoord,
44
RADIOGOLVEN V E R K E N N E N O N Z E DAMPKRING
DNZEPLANEETISGROTERDANUDENKT Ijrijdag 13 februari j,l, heeft Prof, Dr M.,Bremmer zijn ambt a l s buitengewoon hoogleraar in d e elektrotechniek aan de Technische Hogeschool t e Eindhoven aanvaard met het uitspreken van een rede getiteld: IjRadiogolven verkennen onze dampkring'l. In deze rede toonae Prof, Bremmer aan dat d e radio een machtig hulpmiddel is gebleken voor het doorgronden van d e structuur van de voor o n s bestaan zo belangrijke dampkring. Uitgaand van de ruimtevaart, waarmee wij allen vrijwel dagelijks geconfronteerd worden, vroeg d e spreker aandacht voor het feit, dat deze ons in staat stelt onze kennis van de fysisch-chemische structuur van de dampkring aanzienlijk t e vergroten. W i j weten dat d e raketten met meetinstrumenten aan boord worden uitgerust, De aflezingen van deze instrumenten worden ons in codevorm toegestuurd door een meegevoerd radiozendertje, Minder bekend is, dat de door dit zendertje uitgezonden radiogolven ons tijdens hun reis tevens rechtstreeks iniormatie kunnen verschaffen over de ruimte die zij onderweg passeren, Terwijl men uit golven die door een op aarde geplaatste zender worden uitgezonden slechts met grote moeite informatie kan verkrijgen over,de atmosferische structuur boven een hoogte an ongeveer 400 km, verschaffen d e raketten ons d e mogelijkheid om het radio-onderzoek van e dampkring boven de grens van 400 km voort t e zetten, Onze dampkring i s slechts bij benadering een homogene ruimte, Daarom zijn voor d e - in fysisch opzicht met lichtgolven verwante - radiogolven merkbare, en soms zelfs aanzienlijke, afwijkingen van rechte banen t e verwachten, Inderdaad is bij gebruik van daartoe geschikte golflengten radiocommunicatie tot over de gehele wereld mogelijk en dus veel verder dan d e horizon zoals deze vanuit d e zendermast wordt waargenomen, IONOSFEER
Reeds in 1902 werd door Heaviside in Engeland en door Kennely uit Amerika de verklaring voor dit feit intuitief gezocht in de niet homogene structuur van onze dampkring, Zij opperden als hypothese het bestaan van een geleidende laag tot op grote hoogte. Deze d e radiogolven reflecterende laag werd aanvankelijk de Kennely-Heaviside laag e n thans algemeen d e ionosfeer genoemd \Jan der Pol merkte destijds bij zijn ambtsaanvaarding ,als hoogleraar treffend op, dat de aanwezigheid van d e ionosfeer voor d e gehele radiotechniek van even groot belang is als de aanwezigheid op aarde van ijzer voor de gehele elektrotechniek, Eerst in 1925 hebben Appleton e n 3arnett de hoogte van de ionosfeer geschat door een interpretatie, in het geval van middengolven: van het als fading bekend staande verschijnsel. Dit verschijnsel zou begrepen unnen worden door aan te nemen, dat de ontvanger tegelijkertijd bereikt wordt door een dicht ngs het aardoppervlak voortgaande "grondgolf i" en een onderweg door de ionosfeer teruggekaatste "ruimtegolf"j als d e ionosfeer op ongeveer 85 km hoogte gelegen zou zijn, Nog in hetzelfde jaar werd deze hoogte rechtstreeks en nauwkeuriger bepaald door Breit e n Tuve, Uit metingen is gebleken; dat de ionosfeer uit drie opeenvolgende lagen bestaat, die zich uitstrekken tussen ongeveer 70 km en 400 km boven het aardoppervlak. Reeds in 1912 was in Engeland een theorie ontwikkeld omtrent d e voortplanting van elektromagnetische golvun door een gas met geladen deeltjes! dus een medium, overeenkomend met de ionosfeer. De theorie leerde, dat de voortplantingssnelheid van een de ionosfeer binnendringende radiogolf toeneemt, wanneer deze bij het omhooggaan s teeds hogere elektronenconcentraties aantreft.
45
In 1920 is het voor het eerst aan Van der Pol gelukt dit theoretisch inzicht door een laboratoriumproef t e bevestigen, Vijf jaar later pas volgden de eerste directe waarnemingen van d e afzonderlijke ionosferische lagen. Een wiskundige methode van De Groot maakte het in 1930 mogelijk rechtstreeks d e elektroenenconcentraties in d e lagen t e berekenen. echter alleen voor d e onderste helft van elke laag, Eerst de raketten verschaften gegevens van ieder niveau dat zij onderweg passeerden,
!
,
ELEKTRONENDICNTHEID
Tot een jaar geleden was de situatie aldusI dat men nog geen gedetailleerd beeld had van het voorkomen van elektronen in het gebied boven een hoogte van ongeveer 400 km. Thans kan men hierover meer zeggen door nieuwe radarexperimenten die op een golflengte van ongeveer 7 m werden opgezet. De voorlopige uitkomsten tonen aan dat d e elektronendichtheid in genoemd gebied zeer geleidelijk afneemt. Uit veel eenvoudiger waarnemingen - ook bevestigd door de registraties van een instrument aan boord van de Spoetnik I11 - is gebleken, dat tot op zeer grote hoogte overal een minimale concentratie van ongeveer 500 elektronen per cm3 heerst, Het is ook mogelijk om rechtstreeks het totale aantal t e bepalen van d e elektronen die gelegen zijn in een zuil, die zich vanaf het aardoppervlak tot ver in de kosmische ruimte uitstrekt. Men maakt daarbij gebruik van de recente radarproeven. waarbij men een radarsignaal tegen het maanoppervlak laat reflecteren. Vele gegevens staan dus ter beschikking om de elektronenconcentraties in onze dampkring t e leren kennen Zij vormen een voortreffelijk uitgangspunt voor het verkrijgen van een beeld van d e fysische opbouw van d e ruimte nabij onze planeet Zo heeft men gevonden. dat d e gas-. dichtheid op 100 km hoogte ongeveer miljoen maal kleiner is dan nabij het aardoppervlak, terwijl de temperatuur er ongeveer gelijk moet zijn aan kamertemperatuur Boven het niveau van 100 km moet de temperatuur echter toenemen. Ook uitkomsten. niet met radiogolven verkregen a l s luchtdrukmetingen aan boord van raketten en waarnemingen van noorderlicht en nachtelijk hemellicht - wijzen hierop Wanneei- men het globale beeld beschouwt, dat men zich van de atmosfeer boven ongeveer 500 km hoogte gevormd heeft ziet men dat. terwijl de chemische samenstelling van d e lucht tot op 200 km hoogte nog zeer weinig verschilt van die van de ons omgevende lucht. hogerop d e zuurstof en stikstof geleidelijk aan vervangen worden door d e veel lichtere atomaire waterstof Op zeer grote hoogte komt daarom vrijwel alleen nog het lichtste gas, waterstof voor.
i
i
i
-’
G E T I J D E WINDEN
liiet behulp van radiogolven kunnen ook zowel d e richting a l s de sterkte van de wind op ionosferische hoogten bepaald worden. Windsnelheden van de orde van 180 km per uur blijken normaal t e zijn op een hoogte van 100 km: Men moet zich dergelijke orkanen echter niet t e dramatisch voorstellen, Sij de uiterst geringe luchtdichtheid daar is de massa van d e verplaatste lucht ondanks d e hoge snelheid zeer gering. Omhooggeschoten raketten zullen er niet merkbaar door worden afgebogen uit hun baan, Een zeer systematische bestudering van de atmosferische winden is in d e laatste jaren opgezet door middel van het zeer populaire radaronderzoek aan meteoren, Gloeiend geworden, hoog in d e atmosfeer, laten zij een tijdelijk spoor van sterk geïoniseerde lucht achter, waartegen radar-. golven gereflecteerd kunnen worden Daarbij is ook windonderzoek mogelijk, omdat d e meteorsporen gedurende hun korte bestaan door d e plaatselijke wind meegevoerd worden
46
1
‘il
1
i
De besproken windverschijnselen kunnen voor een belangrijk gedeelte worden toegeschreven aan de getijdekrachten van de zon en de maan Terwijl bij de watergetijden op aarde de maan de meeste invloed heeft, levert bij de atmosferische getijden de zon het grootste aandeel g a t is iets waarover anderhalve eeuw geleden Laplace zich had verwonderd Lord Kelvin verondersielde al in 1882 dat hier een resonnantieverschijnsel in het spel zou zijn, P a s in 1936 echter kon worden aangetoond dat dit inderdaad het geval is, De radarmetingen aan meteoren wijzen er op dat de getijdewinden boven 100 km hoogte snel afnemen Ongetwijfeld zal toekomstig onderzoek zich nog meer gedetailleerd met deze verzwakking van de getijde-effecten op grote hoogten bezighouden, I 1
I
i
UITEENLOPENDE GEBIEDEN
De vraag aanroerend, of de besproken onderzoeken behalve zuiver wetenschappelijk ook technisch belang hebben, wees Prof, Bremmer er op dat een onderzoek waarbij radiogolven a l s h u 1 p m id d e 1 fungeren uitzicht kan geven over nieuwe mogelijkheden voor het gebruik van deze golven als t e 1 e c o m m u n i c a t i e m i d d e 1 t besproken studieterrein is voor de beoefenaar van de natuurwetenschap hoogst interessant, dat hier zeer uiteenlopende gebieden ter sprake komen, Zo bijvoorbeeld de stralingstheorie ' n de plasmafysica, die vooral VOOD de hoogste lagen van belang zijn, fysischchemische ieën die de ionisatie en energie-uitwisselingsprocessen tussen de vele, op wat gere hoogten voorkomende gasdeeltjes begrijpelijk maken, de aerodynamische en elektrodynamische theorieën die d e luchtstromingen boven 100 km moeten verklaren, de klassieke mechanica die de getij-effecten in de onderste lagen beheerst enz. Tot slot maakte Prof Bremmer de algemene opmerking, dat het opvallend is hoe uiterst subtiel lijkende verschijnselen een fundamentele rol spelen bij de telecommunicatie door middel van radiogolven. Zo is het bijvoorbeeld het zeer ijle gas van de hogere ionosfeiische laag - dat een geringere dichtheid heeft dan het zogenaamde luchtledig van de beste vacuumpompen - dat ons in staat stelt een zender aan de andere zijde van de aardbol te beluisteren. De laatste vorderingen van het dampkring-onderzoek brengen ons ertoe de ware begrenzing van onze planeet niet te zien aan het aardoppervlak, maar nabij het op minstens 25 000 km afstand gelegen overgangsgebied, waar, naar men zich voorstelt, de met de aarde mee roterende dampkring overgaat in het interplanetaire gas, Alles wat zich binnen deze begrenzing afspeelt, is voor ons bestaan van essentieel belang, Immers, onze biologische constitutie is er geheel aan aangepast, dat bepaalde. voor ons nuttige bestanddelen van de zonnestraling door de dampkring heendringen en dat andere, or ons schadelijke bijdragen, door deze worden tegengehouden. is dus alle reden toe, de zich zover uitstrekkende dampkring te beschouwen als onverbrekelijk te behoren bij onze aarde, Met een toespeling op een, alom bekende slogan besloot de hoogleraar: ' Onze planeet is daarmee groter dan u denkt",
47
a
