Rocket Design moet efficiënter zijn, zegt de wetenschapper

Er is een hernieuwde interesse in het verkennen van de ruimte, maar de manier waarop we de raketten en voortstuwingssystemen ontwerpen die mensen daadwerkelijk naar de laatste grens brengen, is super inefficiënt en waanzinnig duur. Als de mens echt de diepe ruimte wil verkennen, moet dat veranderen.

Dat zegt Vigor Yang, de William R. T. Oakes Professor en voorzitter van de School of Aerospace Engineering van Georgia Institute of Technology. Hij legde uit hoe we "opnieuw moeten nadenken" over de manier waarop we dit cruciale aspect van de ruimteverkenning benaderen tijdens een lezing op het Amerikaanse Space of Aeronautics and Astronautics Space 2016-forum.

In het verleden hebben de NASA en andere organisaties tot 75 procent van hun bronnen besteed aan het testen en herontwerpen van voortstuwingssystemen. Voor Yang is dat veel te duur en niet snel genoeg. High-fidelity-ontwerpen - zorgvuldige en precieze planning voorafgaand aan de testfase - en een 'defense-in-depth'-benadering zou geavanceerdere systemen mogelijk maken.

Overweeg hoe ingenieurs vrijwel alles uitprobeerden bij het ontwerpen van de raketten die uiteindelijk de Apollo-missies naar de maan zouden voortbewegen. Bijvoorbeeld, de raketten vereisten keerschotten - verdelers die worden gebruikt om de stroming van gas of brandstof tegen te houden of te richten. Yang zei dat de wetenschappers ontwerpen testten met aantallen schotten, variërend van een bescheiden drie tot een absurde 81.

"Dit ontwerp met 81 schotten is duidelijk niet geweldig, maar het laat zien hoe wanhopig ze waren," zei Yang en merkte op dat president John F. Kennedy hen op een deadline had gezet met zijn beroemde toespraak uit 1962.

Yang zei dat niemand echt zeker weet hoeveel NASA aan dit extreme niveau van trial and error-rakettesten heeft besteed, maar volgens zijn onderzoek was het ongeveer $ 2,4 miljard om de laatste F-1-raket en $ 1,7 miljard te maken op de J-2. In het geld van vandaag is dat respectievelijk $ 17,85 miljard en $ 12,57 miljard. Het ontwikkelen van de motor die de spaceshuttle verplaatste, was even duur.

Dat soort geld uitgeven is gewoon niet duurzaam. Yang grapte dat het "bijna een zogenaamde Tom Cruise was Mission Impossible.”

Vaste en vloeibare raketten hebben beide hun voor- en nadelen, legde Yang uit, maar het is "ontwerp, geen architectuur" dat echt het verschil zal maken. Een high-fidelity ontwerpstrategie zou het aantal mogelijke variaties voor de injectoren van een raket kunnen verlagen van een biljoen tot 120, voor starters. Hij zei dat slim gebruik van 3D-printen en andere geavanceerde productiemethoden de kosten verder kunnen verlagen.

Yang gaf toe dat het gemakkelijker is om problemen aan te wijzen en suggesties te doen dan om oplossingen te implementeren.

Het andere aspect van ruimtereizen dat hij noemde, naast de voortstuwing van de lancering, was voortstuwing in de ruimte. Zonne-zeilen en nucleaire voortstuwing zijn nieuwe technologieën, maar Yang zegt dat het de prestaties zijn, en niet de kostenefficiëntie, waar we ons op moeten richten zodra we een voertuig in de ruimte hebben gekregen. Anders duurt een reis naar Mars 'meerdere honderden dagen' en duurt het terug 'jaren'.