Delftse studenten van de raketvereniging DARE treffen in Zuid-Spanje de laatste voorbereidingen voor hun nieuwe recordpoging. Over een paar dagen willen ze op 50 kilometer halverwege de ruimte komen. ‘We gaan stapsgewijs verder omhoog.’
Three, two, one, ignition! Stilte.
Drie spannende seconden lang. Het Zweedse lanceerteam in Kiruna begint peentjes te zweten. Die studentenraket zal toch niet ontploffen? Op dat moment flitst er een steekvlam op en schiet de Stratosraket er vandoor als een vuurpijl.
Dat was op 17 maart 2009 toen de Delftse raketbouwvereniging DARE (Delft Aerospace Rocket Engineering) met hun Stratos-I het Europese hoogterecord voor amateurraketten op 12,3 kilometer hoogte bracht. Na het hoogtepunt ging het snel naar beneden. Heel snel zelfs, want de parachute weigerde waardoor het slanke gevaarte een enorme vaart ontwikkelde en met 900 km/uur op de toendra insloeg. Als een raket eigenlijk.
Een half jaar later, toen de sneeuw ontdooid was, wisten twee doortastende DARE-leden het wrak te bereiken en de geheugenkaartjes te bergen. De SD-kaartjes bleken echter niet bestand tegen dit soort geweld en waren versplinterd bij de impact.
“Het was een timingfout”, zegt dr.ir. Chris Verhoeven achteraf. Nadat de eerste trap verbruikt is en de tweede trap wordt opgestart, telt het systeem het aantal seconden totdat de tweede trap ontsteekt. Wanneer dat te lang duurt wordt de missie afgebroken en gaat de parachute uit. “We hebben het de avond ervoor nog over gehad”, zegt Verhoeven die als erelid van DARE bij de missie aanwezig was. “Vijf of zes seconden? We kozen voor vijf vanwege de veiligheid. Als je te lang wacht heeft de vallende raket al zo’n vaart dat de parachute afscheurt zodra die openklapt.” Later bleek dat de tweede trap na 5,1 seconde alsnog ontbrandde en de raket verder opstuwde. Een parachuteluikje kun je maar een keer openen, en die zat nu door de versnelling van de tweede trap nog dicht. De parachute bleef daardoor keurig opgevouwen zitten. Ook toen de raket aan zijn terugweg begon.
Vijf of zes seconden. Bij een raket kunnen kleine beslissingen grote gevolgen hebben. Verhoeven was een jaar of wat eerder bij lanceringen van DARE op militair oefenterrein ’t Harde geweest en raakte onder de indruk van wat studenten daar lieten zien. Het pure geweld van zo’n lancering maakt indruk. Je kunt je hoofd amper snel genoeg achterover gooien om de raket te volgen. Zo snel gaat het. “Het is de ultieme performance”, verwoordt Verhoeven zijn indruk. “Het is een indrukwekkend geweld dat extreme versnellingen geeft aan een heel fragiel bouwsel. Een raket is een ijzingwekkend compromis.” Verhoeven heeft zich sindsdien ingezet om de raketbouw te koppelen aan onderzoek en onderwijs. Dat heeft een minor raketbouw opgeleverd, zeven afstudeerders en een eigen onderzoekslab in de laagbouw van de EWI-gebouw. Verhoeven stelde voor het lab naar de Russische chief-designer Sergei Korolev te vernoemen. Die was verantwoordelijk voor de eerste satelliet (Spoetnik, 1957), het eerste hondje (Laika, 1957) en de eerste mens (Joeri Gagarin, 1961) in de ruimte. Verhoeven: “Korolev had een visie en wist mensen te motiveren om het te bouwen. Dat leverde prachtige staaltjes op van engineering. Zijn experimentele aanpak streef ik in het lab ook na. Experimenteren is belangrijk want dingen lopen vaak anders dan je dacht.”
“Van 12 naar 50 kilometer is een grote sprong”, zegt LR masterstudent en Stratos-II teammanager Rob Hermsen. Na het hoogterecord van Stratos-I was de vraag: hoe nu verder? Gaan we door ontwikkelen met vaste raketbrandstof of moeten we het over een heel andere boeg gooien: vaste brandstof in combinatie met een vloeibare of gasvormige oxidator – een hybride aandrijving. Net als in de grotemensenwereld gingen twee ploegen aan de slag om een zo aantrekkelijk mogelijk aanbod te maken. Zekerheid versus opnieuw beginnen. Explosief materiaal versus veiligheid.
“Tijdens de kerst van 2012 hebben we de knoop doorgehakt”, vertelt voorlichtingsman en bachelor natuurkundestudent Martin Olde. “We hebben toen voor een hybride aandrijving gekozen.” Dat betekende weliswaar dat het ontwerpen vanaf nul begon maar ook dat de brandstof zelf ongevaarlijk was (sorbitol(koffiezoetjes) met paraffine en aluminiumpoeder) en dat de motor op elk moment gestopt kon worden door de kraan met lachgas (N2O de oxidator) dicht te draaien. Bij een solid-fuel motor kun je dat mooi vergeten. De hybride motor werd door studenten in de minor raketbouw ontworpen en was daarmee een goed voorbeeld van de integratie van onderwijs en onderzoek met de verenigingsactiviteit.
“Ten nine eight”, het aftellen is begonnen in de TNO bunker op Ypenburg. Het is voorjaar 2014 en in bunker zitten vijf studenten achter camera’s en laptops. Alle ogen zijn gericht op de raketmotor in de betonnen tunnel. Na geslaagde tests van 5 en 10 seconden lang begint het team er wel vertrouwen in te krijgen. “Three two one ignition!” Er springen een paar vonken en dan gloeit er iets op in de straalpijp. Enkele seconden later gaat de gaskraan open en KNALT er met donderend geweld een tien meter lange steekvlam door de tunnel. De meter wijst een ton stuwkracht aan. Dat duurt zes seconden als er plots een vlam uit de zijkant van de raket plopt. “Oh?!” reageert de controlekamer. Bliksemsnel gaat de gaskraan dicht. De raketpijp blijft smeulend en sputterend achter in de testtunnel.
“Het ontwerpen en bouwen van een raket gaat nooit gladjes”, zegt Hermsen later. Er werd een scheur geconstateerd in de huls met vaste brandstof waardoor het vuurfront zich dwars door de brandstof heen een weg naar de wand baande. Dat probleem werd opgelost door de brandstofkernen op een andere manier te gieten. Maar toen brandde een ring aan de kop van de verbrandingskamer door en later nog een ander onderdeel. Het valt niet mee om de 3000 graden hete vlam 20 seconden lang in bedwang te houden en toch is dat precies wat er voor de recordpoging moet gebeuren. Volgens berekening bevindt de Stratos-II zich op het moment van burn-out met een snelheid van bijna 5000 kilometer per uur op 15 kilometer hoogte en stijgt dan op eigen traagheid en nauwelijks geremd door wrijving door tot 50 kilometer hoogte.
Ook radio-astronoom dr. Marc Klein Wolt (Radboud universiteit Nijmegen) hoopt dat de raket een tijdje in de stratosfeer zal verkeren. Zijn ontvanger bovenin de raket moet duidelijk maken in hoeverre langegolf radiosignalen op die hoogte verzwakken. Zulke radiogolven kaatsen heen en weer tussen het aardoppervlak en de rand van de stratosfeer (vanaf 10 kilometer hoogte) waardoor ze tot ver achter de horizon reiken. Hetzelfde verschijnsel zorgt er echter ook voor dat langegolf radiostraling uit het heelal, de uitgerekte 21-cm waterstofstraling uit het vroege en duistere begin van het heelal, niet met radiotelescopen op aarde is waar te nemen. Meting aan boord van de Stratos-II moet duidelijk maken hoe het aardse radiosignaal afneemt met de hoogte. Uiteindelijk wil Klein Wolt een antenne op de maan of in de ruimte plaatsen om de vroege waterstofstraling te detecteren. Zijn ontvanger is een van de drie ‘payloads’ aan boord van de raket.
“Als dit lukt, is de volgende stap 100 kilometer”, zegt Verhoeven. Hermsen beaamt dat: “Als we dertig procent gewicht kwijtraken halen we dat al. Alle resterende brandstof wordt dan in hoogte omgezet omdat wrijving geen rol meer speelt.” De huidige raket weegt 180 kilogram waarvan 80 aan vloeibare brandstof (lachgas onder 60 bar druk) en 25 kilogram aan vaste brandstof. “De daarop volgende stap is een lancering vanaf een straalvliegtuig, een air-launch, waardoor we in de ruimte kunnen komen om daar satellietjes uit te zetten”, vervolgt Verhoeven enthousiast. “Maar als het niet lukt moeten we terug naar de tekentafel. Het experiment beslist nu eenmaal.”
De lancering is gepland op 1, 2 of 3 oktober. Tijdens de lancering zijn luchtruim en de zee voor alle verkeer gesloten. Volg het laatste nieuws op de website dare.tudelft.nl
