Over sterrenreizen en Robert Bussard
Tuesday 16 October, 2007
Vorige week overleed een van de grootste inspiratiebronnen van en de Science Fiction en de wetenschap. Robert Bussard stierf op 6 oktober 2007. Bussard is voor ons ruimtevaartfanaten vooral bekend van de Bussard Ramjet. De Bussard Ramjet is een studie naar een technisch uitvoerbare interstellaire raketaandrijving. En over interstellaire aandrijving is waar NewScientist een artikel heeft gewijd.
Astronomen ontdekken planeten om andere sterren in een steeds hoger tempo, in de eerste plaats extreem grote gasreuzen die snel en dicht om hun zon draaien. Nu wil men ook aardachtige planeten vinden en één is al gevonden om de ster Gliese, een kleine 20 lichtjaar van ons vandaan. Waar de Science Fiction lange tijd zo gemakkelijk over schreef begint steeds meer werkelijkheid te worden, planeten rondom andere sterren waar een mens zou kunnen overleven.
Twintig lichtjaar zegt weinig totdat je je realiseert dat één lichtjaar meer dan 9000 miljard kilometer is. Astronomen mogen de nieuwe aardes in het visier hebben, er heen gaan is nog iets voor de verre toekomst. Maar wat zou je nodig moeten hebben om naar Gliese te kunnen reizen?
Chemische raketten schieten hopeloos tekort, de snelste sonde ooit door de mens gestuurd gaat met een snelheid van 17 km/s, de reis naar Gliese duurt dan 350.000 jaar. Kernenergie dan? Kernsplijting met uranium levert ook te weinig energie op, de snelheid ligt wel aanmerkelijk hoger dan bij chemische raketten. Toch ben je 30.000 jaar onderweg.
In meer exotische oplossingen zou men het moeten zoeken. Een daarvan is een enorm zonnezeil. De zon schijnt altijd en de lichtdruk zal je ruimteschip alsmaar blijven versnellen. Een snelheid van 1% van de lichtsnelheid is mogelijk en over slechts 200 jaar ben je op je bestemming. Het zeil is echter ver voorbij ons kunnen, de dikte niet meer dan een nanometer en een materiaal van nanobuisjes met metaal opgedampt. Voor een lading van honderd ton is een zeil van met een diameter van 100.000 km (8 aardes!) nodig. Niet echt praktisch.
De oplossing is een enorme laser, deze zorgt dan voor de lichtdruk. Het zeil kan dan krimpen tot een schamele 1000 km. Om de laser over enorme afstanden te kunnen focussen is wel weer een lens van 1000 km doorsnede nodig, de laser zelf gebruikt meer energie dan gehele aardse beschaving zelf. Maar, een reistijd van 40 jaar is mogelijk, hoe je bij Gliese moet afremmen wordt niet verteld.
Een praktischer oplossing is nodig om en over veel energie te beschikken en om het ruimteschip bescheiden te houden. Antimaterie is misschien het middel. Antimaterie is de tegenpool van gewone materie, komen ze met elkaar in aanraking dan worden beide geheel omgezet in pure energie. Eén kilo antimaterie levert net zoveel energie op dan 10 miljard kilo TNT. Antimaterie levert 1000 keer zoveel energie op dan kernsplijting en 100 keer zovee als kernfusie.
De annihilatie van antimaterie en gewone materie levert hoge energetische deeltjes op die via magnetische de raket verlaten en zo voor de aandrijving zorgen.
Dus hoe kom je aan antimaterie? Deeltjesversnellers kunnen het produceren. Op het ogenblik maken natuurkundigen 10 nanogram per jaar, de antimateri e kan worden opgesloten in sterke magnetische velden. Dit kost de belastingbetaler ongeveer $600.000.
Een ruimteschip met een lading van 100 ton heeft 1000 ton antimaterie nodig. Men bereikt dan een snelheid van 100.000 km/s en in 60 jaar is men bij Gliese. Het probleem is dat het 1 miljard jaar duurt om 1000 ton antimaterie te maken. Tenzij de deeltjesversnellers ongelovelijk efficient worden dient met een list te verzinnen.
Nu maakt de natuur zelf constant antimaterie, hoog energetische kosmische straling botst met gas in de ruimte en in de restprodukten zit antimaterie. Elk uur produceert deze straling in ons zonnestelsel 3,6 ton antimaterie. Zoek een goede plek op en creëer een extreem krachtig magnetisch veld, de geladen antimaterie-deeltjes vliegen naar je vangnet. Het klinkt leuk maar men heeft berekent dat per jaar niet meer dan een derde gram geoogst kan worden.
De Bussard Ramjet in de Science Fiction. Wie is er niet mee groot geworden?
Misschien is het beter om meer bescheiden te beginnen. Robert Bussard ontwierp de Bussard Ramjet, het idee is om interstellair gas met een magneetveld op te zuigen en te gebruiken voor kernfusie. Het bleek onpraktisch omdat er veel minder gas tussen de sterren zit dan Bussard aannam en het gas laat zich lastig fuseren. Fusie kan men ook opwekken door het een kickstart te geven.
Antimatter-initiated microfusion gebruikt anti-protonen om kernsplijting in een bolletje uranium op gang te brengen, in dit bolletje zit deuterium en tritium. Het resultaat is dan de deuterium en tritium gaan fuseren en zo veel energie opleveren. Met deze methode is maar een beetje antimaterie nodig, slechts enkele microgrammen. Snelheden om naar Gliese te reizen in een korte tijd haal je niet.
Onbemande missie naar de Oort-wolk op 0,1 lichtjaar zijn wel mogelijk. Misschien een onbemande robotmissie naar een dichtbijzijnde ster. Het is in ieder geval een interessant concept, want een rondreis naar Mars is met de ACMF-aandrijving in 120 dagen te doen.
Filosoferen over sterrenreizen is leuk, maar bladen als NewScientist maken de fout dat ze altijd vauit hunzelf redeneren. Een reis van zestig jaar klinkt lang en je zult je familie nooit meer zien. Tegen de tijd dat reizen naar een andere ster mogelijk is, is de mens verder geëvolueerd. Over honderd jaar is een levensverwachting van 200 heel normaal. Hoe kijkt een jongeling van slechts 100 jaar in 2107 tegen en reis van zestig jaar? Zal hij of zij nog zo’n sterke band hebben met een familie? Is er een enorme drang om iets nieuws en spectaculairs te beginnen op die nieuwe planeet bij Gliese?
Fantaseren over en verre toekomst heeft het probleem dat die toekomst er altijd anders uit gaat zien dan je het had gewenst. NewScientist maak grapjes over een familie toeristen die naar Gliese afreist, misschien wel omdat het blad niet durft te speculeren dat over 100 jaar die familie uit 100-jarige halve cyborgs bestaat.
Bron: NewScientist.