Voor elke actie is er een reactie: op basis van dat principe werken alle ruimteraketten. Ze stoten stuwstof uit in de ene richting om in de andere richting te kunnen bewegen. Maar één NASA-ingenieur gelooft dat hij ons naar de sterren kan brengen zónder stuwstof.
De helische motor is het geesteskind van David Burns, verbonden aan NASA’s Marshall Space Flight Center in Alabama. Zijn aandrijving maakt gebruik van massaveranderende effecten die optreden bij snelheden in de buurt van die van het licht. Burns deelt het concept in een artikel op een NASA-server voor technische rapporten.
Er is vanuit verschillende hoeken sceptisch gereageerd, maar Burns meent dat zijn idee het toch verdient om verder te worden onderzocht. ‘Ik vind het geen probleem om het openbaar te delen’, zegt hij. ‘Als iemand beweert dat het niet zal werken, zeg ik: het was een poging waard.’
‘Als we iets buitenaards ontmoeten, dan is het een machine’
Oude sterren en pril leven – dat zijn de onderwerpen waar het hart van sterrenkundige Leen Decin harder van gaat kloppen.
Actie overtreft reactie
Wat is het principe achter de motor van Burns? Stel je een doos voor die op een wrijvingsloos oppervlak staat. In deze doos bevindt zich een staaf waar een ring langs kan glijden. Als een springveer in de doos de ring een duw geeft, dan schuift die langs de staaf de ene kant op, terwijl de doos een terugslag krijgt in de andere richting.
Als de ring het einde van de doos bereikt, stuitert hij terug – en verandert de richting van de terugslag die de doos ervaart ook. Dit is het principe van ‘actie is reactie’ – de derde wet van Newton – en onder normale omstandigheden zorgt dat ervoor dat de doos heen en weer beweegt.
Maar, zo vraagt Burns zich af: wat als de massa van de ring veel groter is als-ie de ene kant op beweegt dan wanneer hij de andere kant op gaat? Dan geeft hij de doos een grotere duw aan het ene uiteinde dan aan het andere. Actie zou reactie overtreffen en de doos zou in één richting versnellen.
Deeltjesversneller
Een veranderende massa is niet verboden binnen de natuurkunde. De speciale relativiteitstheorie van Einstein stelt dat objecten zwaarder worden als hun snelheid de lichtsnelheid nadert. In deeltjesversnellers is het nodig om rekening te houden met dit effect. Een simplistische uitvoering van Burns’ concept is dan ook om de ring te vervangen door een cirkelvormige deeltjesversneller. Daarin worden ionen tijdens één beweging van de ring versneld tot bijna de lichtsnelheid, en vertraagd tijdens de volgende.
Burns denkt echter dat het slimmer is om de doos en de staaf achterwege te laten en de deeltjesversneller te gebruiken voor zowel de heen en weer gaande beweging als de cirkelbeweging. In dat geval zou de versneller de vorm moeten hebben van een helix of kurkentrekker.
De versneller zou behoorlijk groot moeten zijn: zo’n 200 meter lang en 12 meter in diameter. Hij zou een vermogen van 165 megawatt nodig hebben om 1 newton aan stuwkracht te genereren. Ter vergelijking: dat is ongeveer de kracht die je uitoefent als je tikt op een toetsenbord. Daardoor zou de motor alleen behoorlijke snelheden kunnen bereiken in het vacuüm van de ruimte. ‘De motor zou 99 procent van de lichtsnelheid kunnen bereiken, als je maar genoeg tijd en vermogen hebt’, zegt Burns.
Koude fusie
Aandrijvingen zonder brandstof zijn niet nieuw. Eind jaren zeventig vroeg de Amerikaanse uitvinder Robert Cook patent aan op een motor die centrifugaalkrachten zou omzetten in rechtlijnige. En begin jaren 2000 stelde de Britse uitvinder Roger Shawyer de EM-aandrijving voor, die gevangen microgolven zou omzetten in stuwkracht. Van geen van beide concepten is ooit aangetoond dat ze werken. Waarschijnlijk zijn ze onmogelijk te realiseren, omdat ze de wet van behoud van impulsmoment schenden; een steunpilaar van de natuurkunde.
Martin Tajmar van de Technische Universiteit Dresden, die de EM-aandrijving heeft getest, denkt dat de helische aandrijving waarschijnlijk met hetzelfde probleem kampt. ‘Voor zover ik weet, heeft geen enkele inertiële aandrijving ooit gewerkt in een wrijvingsvrije omgeving.’ Deze machine maakt in tegenstelling tot de andere gebruik van de speciale relativiteitstheorie, wat de zaken compliceert, zo zegt hij, maar ‘helaas heb je dan nog steeds te maken met actie is reactie.’
Burns heeft op eigen houtje gewerkt aan zijn ontwerp, zonder ondersteuning van NASA. Ook geeft hij toe dat zijn concept enorm inefficiënt is. Wel zegt hij dat veel van de energie die een versneller in warmte en straling kwijtraakt op te vangen is. Ook suggereert hij dat er manieren zijn waarop impulsmoment behouden kan blijven, bijvoorbeeld in de spin van de versnelde ionen.
‘Ik ben me ervan bewust dat dit net zoiets kan worden als de EM-aandrijving of koude kernfusie’, zegt Burns. ‘Maar ik moet het risico lopen in verlegenheid te worden gebracht. Het is heel moeilijk om iets uit te vinden dat én helemaal nieuw is én werkt.’
