Sprong in het heelal

​Timingfout

“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 één 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 aantal jaren 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, dingen lopen vaak anders dan je dacht.”

Hybride aandrijving

“Van 12 naar 50 kilometer is een grote sprong”, zegt L&R-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 bachelorstudent natuurkunde 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.

​Steekvlam

“Ten, nine, eight..’ Het aftellen is begonnen in de TNO-bunker in 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 vijf en tien seconden lang begint het team er 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 knált 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. “O?!” 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 drieduizend graden hete vlam twintig 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 vijfduizend kilometer per uur op vijftien kilometer hoogte en stijgt dan op eigen traagheid en nauwelijks geremd door wrijving door tot vijftig kilometer hoogte.