Geef me de ruimte: De Geschiedenis van de raket (2)

Konstantin E. Tsiolkovsky (1857-1935)

De pionier die als eerste theoretisch onderzoek deed naar nagenoeg alle aspecten van ruimtevaart was de Rus Konstantin E. Tsiolkovsky. Op tienjarige leeftijd werd hij als gevolg van roodvonk nagenoeg doof. Het volgen van normaal onderwijs werd hierdoor belemmerd. Zijn moeder onderwees hem veel. Op 12 jarige leeftijd overleed zijn moeder, een verlies dat hij maar moeilijk kon verwerken. Op aandringen van zijn vader ging hij op zestienjarige leeftijd naar Moskou. Hier bekwaamde hij zich door zelfstudie in natuur-, schei- en wiskunde door met name veel tijd door te brengen in de grote bibliotheken. Zes jaar later kreeg hij een onderwijzersdiploma. Bijna heel zijn leven was hij wiskundeleraar aan de middelbare school in Kaluga, 160 km te zuiden van Moskou. Sterk geïnspireerd door Jules Verne, zoals hij het zelf aangaf, begon hij zich te verdiepen in de vele aspecten van ruimtevaart. In 1883 beschrijft hij in Free Space, een soort dagboek dat pas na zijn dood gepubliceerd werd, de beweging van een vat dat gevuld is met een samengeperst gas waarbij na het verwijderen van een stop het vat als gevolg van het uitstromende gas zich in tegengestelde richting gaat bewegen. Door het aanbrengen van meerdere stops kon de richting van de beweging worden beïnvloed. Het heeft dan bijna 200 jaar geduurd vanaf het moment dat Newton zijn wet actie = reactie formuleerde (1684) tot dit moment waarop het raketprincipe tot uiting kwam. Vijftien jaar later schrijft hij het klassieke werk, Investigations of World Spaces  by  Reactive Vehicles. Hij beschrijft uitvoerig het raketprincipe en komt met de fundamentele raketvergelijking, die we hier niet verder zullen behandelen. Verderop zal blijken dat ook Robert Goddard en Hermann Oberth allen onafhankelijk van elkaar met dezelfde beroemde vergelijking komen.

De illustraties links zijn vloeibare stuwstofraketten die alleen met behulp van meegevoerde beschrijvingen te begrijpen zijn. In het midden een schaalmodel van een ruimtevaartuig die mensen naar de maan moeten brengen. Rechts de werkkamer van Tsiolkovsky in zijn woonplaats Kaluga. Het toeval wil dat in de spiegel op het bureau nog juist de auteur te zien is. Dit zag ik pas bij thuiskomst.

Na de val van het tsaristisch bewind tijdens de Russische Revolutie kreeg hij de verdiende steun. Hij was toen al zestig jaar. Het overgrote deel van zijn werken zijn vanaf dat moment gepubliceerd, zestig stuks. In 1929, op 72 jarige leeftijd, kwam hij met Cosmic Rockets Trains waarin hij het meertraps-principe beschrijft. Alhoewel dit principe ook bij anderen bekend was, was hij wel de eerste die een uitvoerig wiskundige verhandeling erover gaf. Hij sprak overigens van een rakettrein, bestaande uit meerdere gelijksoortige raketten. Hij concludeerde dat alleen op deze wijze de kosmische snelheid kan worden bereiken. Ook hield hij zich sterk bezig met de fysieke en biologische aspecten van de ruimtevaart zoals het leven en werken onder gewichtloosheid, het inrichten van broeikassen in de ruimte voor het terugwinnen van zuurstof en het verbouwen van voedsel. Evenals Oberth schreef ook Tsiolkovsky aan het einde van zijn leven veel over de mogelijkheid van leven elders in het heelal. Hij vroeg zich af of het mogelijk zou zijn dat het leven zich dusdanig ontwikkelt dat alleen sprake is van bewustzijn zonder lichaam. Hij geloofde in een universeel menselijk welzijn binnen het heelal. 

Zo zei hij ooit: “De aarde is de wieg van de mensheid. Maar de mensheid zal niet eeuwig in de wieg blijven”. 

Hij stierf op 19 september 1935. Het was pas na zijn dood dat hij ook internationaal erkend werd om zijn vele ideeën, oplossingen en werken. Hij wordt vaak de Vader van de Ruimtevaart genoemd. 

Dr. Robert H. Goddard (1882-1945)

Evenals Tsiolkovsky raakte ook de Amerikaan Robert Hutchings Goddard gefascineerd door Jules Verne. Zijn hele leven zou in het teken van de rakettechniek komen te staan. In tegenstelling tot Tsiolkovsky hield hij zich vooral met de praktische aspecten van de raketvoortstuwing bezig. Al op jonge leeftijd kwam hij tot de conclusie dat vloeistoffen meer bijdragen aan de raketvoortstuwing dan de vaste stoffen, die tot dusver voornamelijk werden toegepast in vuurpijlen. Vanaf dat moment richtte hij zich volledig op de ontwikkeling van de vloeibare stuwstofraket. Slechts een aantal jaren later zou hij zijn eerste patent op naam krijgen. 

In 1919 schrijft hij zijn meest beroemde boekwerk, “A Method of Reaching Extreme Altitudes”. Het boekje bevat 69 pagina’s en beschrijft hoofdzakelijke de onderzoeksresultaten die hij in 1916 al naar het Smithsonian Institution had gestuurd in de hoop op financiële ondersteuning.

Links zijn beroemde boekwerk. In het midden één van de meest beroemde foto’s van Goddard. Hij staat hier voor zijn eerste vloeibare stuwstofraket, vlak voor de lancering op 16 maart 1926. Geheel boven zien we de cilindervormige raketmotor met straalpijp. Onderin zien we twee tanks voor stuwstoffen, gasoline en vloeibare zuurstof. Qua ontwerp het tegenovergestelde van de moderne raket. Rechts bezig met de eerste grote raket die in 1930 succesvol wordt gelanceerd.

Ook hij komt onafhankelijk van Tsiolkovsky met de beroemde raketvergelijking. Verder beschrijft hij het principe van de meertrapsraket. Het is echter de gedachte die hij aan het eind van het boekje uit-spreekt dat wellicht ooit een onbemande raket naar de maan zal gaan met een explosieve massa aan boord om daar te gaan landen. Door het ontsteken van deze explosieve massa zal men op aarde de flits kunnen zien, wetende dat de raket is aangekomen. De pers springt er boven op en publieke hoon is zijn deel. Vanaf dat moment werkt Goddard alleen nog in volstrekte geheimzinnigheid. Na zijn dood in 1945 wordt pas echt duidelijk welke geweldige bijdrage hij aan de ontwikkeling van de raket heeft geleverd. In 1926 lanceert hij als éérste een vloeibare stuwstofraket. Een raket met een lengte van 3,4 meter en een gewicht van 5 kg, werkend op de combinatie van gasoline en vloeibare zuurstof. De raket bereikt een hoogte van 12 meter en een eindsnelheid van 100 km per uur. Het mag dan allemaal niet zo indrukwekkend lijken, het was wel de eerste vloeibare stuwstofraket. Het is een vergelijkbare prestatie als de eerste vlucht van het vliegtuig door de Wright Brothers in 1903. Hier werd een afstand van 37 meter afgelegd. In 1930 lanceert hij met succes zijn eerste grote raket. Meer dan 3 meter lang bereikt deze raket een hoogte van 600 meter bij een snelheid van 800 km per uur. 

Tot 1941 bleef hij raketten bouwen waarbij hij gyroscopen en stuurvlakken gebruikte voor de besturing van de raket. In totaal zou hij 214 patenten verwerven. Door de Tweede Wereldoorlog ging hij voor de Marine werken aan raketten om vliegtuigen te ondersteunen bij de start. Na jaren van slechte gezondheid als gevolg van een opgelopen tuberculoze, stierf hij in 1945. Vlak voor zijn dood mocht hij nog in beslag genomen delen van de V-2 raket inspecteren en zag vele overeenkomsten met zijn eigen werk. Hij wordt heel vaak de Vader van de Rakettechniek genoemd. Een mooi citaat van hem is: “Het is moeilijk aan te geven wat onmogelijk is, want de droom van gisteren is de hoop van vandaag en de werkelijkheid van morgen”.

Dr. Hermann Oberth (1894-1989)

Daar waar Tsiolkovsky en Goddard buiten de publiciteit hun werk deden, was Hermann Oberth gedurende de jaren 1920 een legende die in Duitsland de rakettechniek wel tot een groot nationaal belang wist te maken. Het was op twaalfjarige leeftijd toen hij op het gymnasium op verzoek van zijn moeder, Jules Verne begon te lezen. Evenals Tsiolkovsky en Goddard raakte hij gefascineerd. Hij zag al snel in dat het afschieten van een ruimtevaartuig met behulp van een kanon volkomen onzinnig is door de gigantische hoge versnellingen. Geen enkele astronaut zou dit overleven. In 1912 ging hij op verzoek van zijn vader medicijnen studeren in München. Familietraditie. Echter met het uitbreken van de Eerste Wereldoorlog in 1914 moest hij Duitsland verlaten en keerde huiswaarts in Roemenië. Daar werd hij in het leger opgenomen om tegen de Russen te vechten waarbij gewond raakte. Na hersteld te zijn mocht hij in een militair hospitaal gaan werken maar bleef zich toeleggen op de ontwikkeling van de raket. In 1917 had hij een volledige raket ontworpen, 25 meter in lengte en 4 meter in doorsnede. En dan te bedenken dat de eerste grote raket 25 jaar later een lengte van 14 meter zou hebben bij een diameter van 2 meter (V-2). Op zoek naar een universitaire graad overlegde hij in 1922 een proefschrift aan de Universiteit van Heidelberg over zijn raketontwerpen en bevindingen. Echter het werd afgewezen omdat de tekst te ‘ongewoon’ was.

Met dezelfde argumentatie was zijn verzoek in Göttingen ook al afgewezen. Daarom besloot hij in 1923 om op eigen kosten het proefschrift als boek uit te brengen onder de naam “Die Rakete zu den  Planetenraümen”. Het werd een geweldig succes. Het is een klein boekje van slechts 92 pagina’s, een bolwerk van formules en niet te vergeten de fundamentele raketvergelijking die ook al door Tsiolkovsky en Goddard werden gegeven.  Het boekwerkje genoot zelfs tot in Rusland, (overigens met grote tegenzin van Tsiolkovsky), zeer veel populariteit. Het leidde wereldwijd tot de oprichting van vele verenigingen waaronder de VfR (Verein für Raumschiffahrt). Oberth werd zelfs voorzitter van deze vereniging. In 1928 kwam hij met geheel nieuw boek onder de titel: “Wege zur Raumschiffahrt”, een zeer uitgebreide versie van zijn eerste boek en nu 429 pagina’s tellend. Dit boek heeft jaren gegolden als de bijbel van de ruimtevaart.

Inmiddels kregen de activiteiten van deze leden van de Verein für Raumschiffahrt steeds meer de belangstelling van de legerleiding. De activiteiten werden door het leger overgenomen en verplaatst naar de geheime locatie Peenemünde aan de Oostzee hetgeen uiteindelijk leidde tot de ontwikkeling van de beruchte V-2. Het is pas 1941 als Oberth naar Peënemunde wordt gezonden waar zijn oud leerling Wernher von Braun de technische leiding heeft. Al gauw wordt duidelijk dat Oberth, eens de basis gelegd van al datgene wat in Peënemunde bereikt is, nu niet veel meer kan bijdragen. Na de oorlog wordt hem in 1955 opnieuw een werkkring door von Braun aangeboden, nu in Huntsville Alabama in de Verenigde Staten. In 1958 keert hij terug  naar  Feucht dichtbij  Neurenberg  waar  hij in 1941 vanuit een nalatenschap een huis had gekocht. Later heeft dit huis, ook wel “kasteel” genoemd, de functie gekregen van het Hermann Oberth Ruimtevaart Museum.

Kummersdorf, 30 km ten zuiden van Berlijn, waar de Duitse raketpioniers hun proeven deden. Twee foto’s rond 1930. Op de rechterfoto zien we Oberth in het midden bij zijn raketontwerp. Tweede van rechts zien we de jonge student Wernher von Braun, 18 jaren oud.

Ruimtevaart had voor Oberth een zuiver doel. In 1954 schrijft hij in zijn boek Menschen im Weltraum: “Dit is het doel: elke plaats voor het leven te veroveren, waar het bestaan er verder groeien kan. Te leven overal in het wereldruim waar nog geen leven is. En vooral ook: elk leven zinvol te maken.”

Drie uitermate belangrijke boeken van Oberth. Allen zijn in het bezit van de auteur. Het middelste boek “Wege zur Raumschiffahrt” is zelfs gesigneerd door Oberth. Het derde boek (1956) is de Nederlandse vertaling van “Menschen im Weltraum”. Foto van de auteur.

Tot zijn dood in 1989 bleef hij actief met het schrijven van boeken en artikelen, voornamelijk van filosofische aard. Alhoewel hij een vloeibare stuwstofraket in 1931 lanceerde, blijft hij vooral de wetenschappelijke schrijver en denker. Van de drie grote pioniers heeft hij ongetwijfeld de meeste invloed gehad op de ontwikkeling van de raket en de ruimtevaart in het algemeen. Oberth wordt dan ook de Vader van de Moderne Ruimtevaart genoemd. 

In het volgende Blog ga ik in op de levens van de twee raketconstructeurs die een ongekend belangrijke rol hebben gespeeld om ruimtevaart daadwerkelijk mogelijk te maken En dat allemaal tijdens de hoogtijdagen van de Koude Oorlog. Beiden werden op hun beurt geïnspireerd door de drie bovengenoemde pioniers. We hebben het dan over de Rus Sergie Korolev en de later tot Amerikaans staatsburger genaturaliseerde Wernher von Braun, bekend van de beruchte V-2. Beide waren idealisten maar werden uiteindelijk slachtoffer van het politieke systeem waarin zij opgroeiden. Korolev heeft ooit bij het lezen van een Amerikaanse krant waarin von Braun geciteerd werd, verzucht: “Konden we maar vrienden zijn”.