Mysterieuze ruimtemotor stuwt hoop op Star Trek-achtige reizen

Ruimtevaart

De brandstofloze ruimtemotor EmDrive lijkt de natuurwetten te tarten. Optimisten dromen van reizen diep de kosmos in.

De Nederlandse illustrator Mark Rademaker kreeg in 2015 het verzoek van NASA-ingenieur Harold White om een ontwerp te maken van een ruimteschip met EmDrive. Het werd deze IXS Clarke, deels geïnspireerd op het ruimteschip Discovery uit het boek 2001, a Space Odyssey van Arthur C. Clarke. De EmDrives, 20 stuks, zitten aan de achterkant van de zijvleugels. Illustratie Mark Rademaker

‘Het kan mij niet schelen hoe hij precies werkt”, zegt ruimtevaartingenieur Martin Tajmar, die is verbonden aan de Technische Universiteit Dresden. „Ik wil gewoon testen of-ie het doet.” Het is een controversiële ruimtemotor waarover Tajmar het heeft, de zogeheten EmDrive. Als de claims kloppen dan kan hij schepen en sondes zonder brandstof door de kosmos duwen.

Dat is bijzonder. Alle traditionele motoren maken gebruik van de zogeheten wet van behoud van impuls, maar de EmDrive lijkt zich daaraan te onttrekken. Die wet stelt dat de totale impuls van elk systeem (de massa maal de snelheid) behouden moet blijven zolang er geen externe kracht op werkt. Een straalmotor buit dat handig uit door brandstof te verbranden, waarbij heet gas ontstaat dat vervolgens de motor uitschiet. Aangezien de totale impuls behouden moet blijven, krijgt het schip een zet in de tegengestelde richting – zodat de impuls van het wegschietende gas is weg te strepen tegen dat van het ruimteschip.

Dit soort brandstofmotoren bracht ons over de drempel van de kosmos. Maar voor verre reizen zijn ze minder handig. Want je moet alle brandstof meesleuren – in de ruimte zweven geen tankstations. Vandaar de zoektocht naar alternatieven.

Als dit werkt, is de wet van impulsbehoud geschonden

Zoals de EmDrive. Die werkt heel anders, stellen voorstanders. Althans, als-ie het echt doet. De controversiële motor bestaat uit een holte – een soort koperen cilinder met een afgeplatte kegel erachter – waarin een elektromagnetisch veld wordt opgewekt. Zodra dat gebeurt, levert het apparaat een mysterieuze stuwkracht. Maar waarom, en hoe precies, daarover lijkt niemand het eens. Verklaringen lopen uiteen van een nog onbegrepen relativistisch effect tot een geheimzinnige stralingssoort.

Wat in ieder geval duidelijk is: als de motor werkt, dan schendt hij de wet van het impulsbehoud. Want de EmDrive krijgt een impuls naar voren, zonder dat je die tegen een tegengestelde impuls kunt wegstrepen. Daarom zeggen tegenstanders al jaren dat de motor onmogelijk is. Maar Tajmar heeft zich daardoor niet uit het veld laten slaan.

Twintig meter lang zonnezeil, ontwikkeld door het Amerikaanse bedrijf L’Garde Inc. Foto NASA

De blauwdrukken

Het concept van de EmDrive is in 2001 door de Britse ingenieur Roger Shawyer bedacht. „Ik kreeg herhaaldelijk vragen van studenten wat ik ervan vond”, zegt Tajmar. Uiteindelijk besloot hij samen met een masterstudent de blauwdrukken van Shawyer te volgen en een exemplaar na te bouwen in zijn laboratorium.

Zo’n onafhankelijk onderzoek is nodig omdat Shawyer en andere EmDrive-voorstanders met onderzoeksresultaten schermen waarin ze melding maakten van een stuwkracht, terwijl die resultaten uitsluitend verschenen op hun eigen websites of in de media, en nooit in serieuze vakbladen. Tegenstanders ergerden zich aan alle grootse claims die Shawyer nooit hard kon maken. „Voorstanders hebben herhaaldelijk gefaald om hun onderzoek voldoende nauwkeurig uit te voeren”, mailt ruimtevaartingenieur Marc Millis, oud-hoofd van NASA’s advanced propulsion laboratory. „Ze verkopen hun ideeën op lepe wijze en rekenen op de mediahype die dat veroorzaakt. Media trappen er telkens weer in.”

Maar afgelopen december veranderde er iets. De Amerikaanse ingenieur Harold White, verbonden aan ruimtevaartorganisatie NASA, publiceerde samen met collega’s een artikel in het vakblad Journal of Propulsion and Power. Het was door de zogeheten peer review gekomen en had groen licht gekregen van kritische vakgenoten. De onderzoekers beschreven erin hoe de EmDrive in hun laboratorium een meetbare stuwkracht wist te genereren. „Dat maakt van de EmDrive ineens echte wetenschap”, zegt voormalig TNO-ruimtevaartingenieur Erik Laan van het bedrijf Eye on Orbit. „Het is erg goed dat ze dit doen.”

De stuwkracht die de ingenieurs maten was zo klein dat je er op aarde, met tegenwerking van zwaartekracht en wrijving, niet ver mee komt. Maar in de ruimte kun je een ruimteschip zelfs met de kleinste stuwkracht al versnellen tot grote snelheden. De stuwkracht van de EmDrive bleek bovendien goed vergelijkbaar met die van zonnezeilen, een van de meest veelbelovende nieuwe voortstuwingsmethoden waar ingenieurs aan werken (zie inzet).

„Als de EmDrive werkt, is dat een enorme doorbraak”, zegt Laan. Toch is hij net als de meeste andere experts nog steeds sceptisch. In een uitvoerig artikel op de site van de Tau Zero Foundation, de nieuwe onderneming van Marc Millis, halen Millis, Tajmar en anderen de publicatie van de NASA-ingenieurs publiekelijk door de gehaktmolen. Ze verwijten de auteurs een „gebrek aan onafhankelijkheid”, ze stellen dat „de testopstelling in te weinig detail is beschreven” om eventuele systeemfouten te kunnen uitsluiten, ze beschuldigen White en zijn co-auteurs van het gebruik van „subjectieve data-analysetechnieken” en stellen dat de geleverde gegevens „op meerdere manieren kunnen worden uitgelegd”.

‘Ik heb een negatief vooroordeel’

Helaas bleken White en zijn co-auteurs niet bereid om tegenover deze krant op alle kritiek te reageren. Ook in andere media hebben ze tot nog toe niets losgelaten. Hoewel de voorstanders de schijn tegen hebben, betekent dat niet dat de EmDrive niet werkt. Millis bijvoorbeeld geeft ruiterlijk toe dat hij niet helemaal objectief is. „Ik heb een negatief vooroordeel over de EmDrive”, schrijft hij, en haalt gedeeltelijk bakzeil. „Het nieuwe artikel duidt mogelijk op een voortstuwingseffect. Ik moet misschien mijn eerdere mening dat de meting louter door opstellingsfouten ontstond herzien.”

Proefopstelling waarmee de EmDrive (het koperen onderdeel) in 2015 werd getest aan de Universität Dresden. Foto Martin Tajmar

De enige manier om zeker te weten of de EmDrive werkt, blijft echter onafhankelijk onderzoek. Tajmar is daar nu dan ook druk mee bezig. In 2015 bouwde hij al twee opstellingen om de motor te testen, waaronder een zogeheten torsiebalans, een apparaat dat stuwkracht in het horizontale vlak kan meten. „Maar we besloten om de EmDrive op de torsiebalans ook eens naar beneden te richten”, zegt hij. „We verwachtten geen stuwkracht meer te meten, maar dat bleek niet het geval.”

Toen Tajmar de eerste resultaten van zijn EmDrive-onderzoek op een vakconferentie presenteerde, stelde hij daarom dat zijn experiment de werking van de motor nog onvoldoende had aangetoond. Sterker nog: hij wist zelfs niet of de gebruikte testopstelling wel goed werkt. „We zijn mogelijk een hele interessante fout op het spoor in de manier waarop we dit soort zwakke aandrijvingen testen”, zegt hij. „Als we die fout vinden, kan dat grote impact hebben op allerlei andere experimenten.”

Op zoek naar uitsluitsel haalt Tajmar de EmDrive – en zijn opstelling – daarom nog eens flink door de mangel. „Over één à twee jaar hebben we zekerheid”, belooft hij.

Ondanks de twijfels rond de EmDrive hebben optimisten dus nog reden om te hopen. Als de speculatieve motor echt werkt, opent zijn mysterieuze stuwkracht immers de deur naar ruimtemissies van sciencefiction-achtige proporties. We zouden dan eindelijk voorbij de magische final frontier kunnen komen, zoals Star Trek het ooit noemde: de grens naar het lonkende onbekende van de diepe kosmos.