Raket lanceren met een fietspomp
Lucht- en Ruimtevaart
Veel deelnemers van de N&T-raketwedstrijd wisten hun zelfgemaakte raketten zo hoog te schieten dat ze vanaf de grond niet meer waren te zien. Het geheim: luchtdruk."We pompen 'm op tot acht bar" vertelt Henk Leenderts, die met zijn team als eerste zijn raket mag lanceren. "Acht bar maar?" klinkt in het publiek. Dat blijkt toch genoeg voor een spectaculaire vlucht. Onder luid applaus schiet de raket in kuifjekleuren in een prachtige rechte lijn de lucht in tot hij vrijwel niet meer te zien is.
Een mooie aftrap van de Natuur & Techniek raketwedstrijd op 10 mei in Amsterdam. Twee uur eerder stelden de eerste deelnemers hun raketten op in de glazen balzaal van wetenschapsmuseum nemo. De regels van de wedstrijd waren duidelijk: bouw een raket op petflesformaat en schiet 'm af zonder gebruik van chemische reacties. Buskruit, lucifers en explosieven waren dus niet toegestaan. Ook elektrische generatoren en gasflessen waren verboden.
Gewapend met petfles en fietspomp komen de meeste teams binnenstappen. De meeste deelnemers hadden gekozen voor een waterraket. Het basisontwerp van zo'n raket is simpel. De deelnemers pompen lucht in een op zijn kop staande fles, die vaak gedeeltelijk gevuld is met water. Hierdoor stijgt de druk in de fles. Als de druk in de fles hoog genoeg is, openen de deelnemers een ventiel. Het water schiet eruit en de raket vliegt omhoog. In de uitvoering van dit principe zat veel variatie: van professioneel ogende apparaten tot keukentafelontwerpen.
De enige die geen druk gebruikte was Fonsy Geunis, die zijn raket met elastiekjes in de lucht wilde schieten. Helaas werkte zijn ingenieuze ontwerp niet naar behoren. "Door aan een touwtje te trekken zou een mesje het opspankoord doorsnijden, zodat de raket de lucht zou ingaan. Dat touwtje brak vandaag, waarschijnlijk is er bij een eerdere lancering al een snee in ontstaan." Moedig tracht Fonsy Geunis alsnog zijn raket te lanceren.
De winnaars van de wedstrijd waren Jan-Willem Schmidt en Martijn Witlox van team amolf voor de beste impulsraket, Remco Addink en Niek van Erk met de beste stuwraket. De jury besloot de hoofdprijs te verdelen over twee categorieën, omdat het anders een oneerlijke vergelijking zou worden. De impulsraket heeft drukopbouw in een apart vat. De raket wordt als het ware omhoog geblazen. De stuwraket heeft drukopbouw in de fles zelf. De raket duwt zichzelf omhoog door water uit te stoten. Vaak werden de raketten na het uitstoten van water zo licht dat ze naar beneden dwarrelden.
De prijs is een vip-arrangement van Space Expo in Noordwijk, waarbij de winnaars op 2 juni de lancering van de Marsexpress live kunnen volgen, en het boek Ruimteonderzoek - de horizon voorbij uit de Wetenschappelijke Bibliotheek van Natuur & Techniek.
De deelnemers schoten hun raketten buiten af op de 'Vinger van Jans', een soort 'catwalk' met water eromheen, achter wetenschapsmuseum nemo in Amsterdam. Een reddingsbrigade lag met een boot klaar en viste de raketten uit het water. Ze vonden niet alle raketten terug. De raket van Sjors van den Berg dreef aan een parachute over enkele huizen uit het zicht.
In de loop van de dag ging het harder waaien, wat de raketten meer deed afwijken. Bovendien werd het scheepvaartverkeer rond nemo steeds drukker. Eén raket belandde zelfs bijna een rondvaartboot. Presentator Rob van Hattum, creatief directeur van nemo en gekleed in een gele overall met bijpasende bouwhelm, kreeg er een beetje de zenuwen van: "Het zijn behoorlijke snelheden, daar moet je je niet in vergissen. Zo'n raket valt wel van tweehonderd meter naar beneden. Gooi maar eens een knikker van die hoogte omlaag, dat komt ook behoorlijk hard aan." Jurylid Erick Vermeulen van Natuur & Techniek stelde dan ook voor om bij een volgende wedstrijd een parachute op elke raket verplicht te stellen. Hij jureerde samen met Jasper Wamsteker van Stichting Ruimteonderzoek Nederland (SRON) de wedstrijd.
Natuurkundeproject
"Onze installatie kwam op veel mensen knullig over. Toch hebben we hiermee gewonnen." De scholieren Addink en Van Erk begonnen al in de herfstvakantie aan hun raketten. Addink: "Het begon als een natuurkundeproject. Eerst schoot ik na drie keer pompen een flesje weg, dat kwam vijftien meter ver. We hebben er daarna veel aan verbouwd, klemmen erop gezet en zo. Voor de raketwedstrijd van Natuur & Techniek hebben we ons op de laatste dag ingeschreven."
Een extra expansievat in de lanceerinstallatie moet helpen de raket naar nog grotere hoogte te stuwen.
In hoog tempo legt het perfect op elkaar ingespeelde team de werking van hun raket uit. "Kijk, we pompen via een expansiefles lucht in onze met water gevulde raket. Het voordeel van die extra fles is dat je meer lucht beschikbaar hebt. De raket zit vast met klemmen, en daarom zit elastiek. Als we genoeg druk hebben, draaien we het elastiek eraf. De klemmen gaan dan open en de raket schiet weg."
De heren, gekleed in een speciaal voor deze dag gemaakt T-shirt, blikken tevreden terug. "Het ging echt lekker. We schieten onze raketten meestal horizontaal af, maar nu we eronder staan, zien we pas hoe hard het gaat."
Uniek aan hun opstelling was het gebruikte zoute water. Van Erk: "We hebben zoveel mogelijk zout opgelost zodat het water zwaarder is. Zo krijgt de raket meer massa en duwt hij zich harder voort." Addink legt uit: "Als ik jou een harde duw geef, val jij om. Ben jij echter veel zwaarder, dan val ik juist zelf om. Hoe zwaarder dus het stuwmiddel, hoe hoger de raket komt. Gewoon de wet van Newton toepassen."
Aardappelschieten
De winnende installatie van team amolf is een omgebouwd aardappelgeweer. "In Amerika is aardappelschieten al jaren een rage", vertelt teamcaptain Jan-Willem Schmidt. "We gebruiken hem om te kijken hoe destructief we kunnen zijn met aardappels en andere groenten. Ik doe het vaak met een paar collega's, we hebben er een hoop lol van. Wist je dat je met een flinke aardappel houten planken van anderhalve centimeter kunt kapotschieten? Zo'n aardappel gaat echt een paar honderd kilometer per uur."
In dit geval schiet Schmidt geen aardappels maar een raket de lucht in. De installatie bestaat uit een grote zilverkleurige tank met daarnaast een rechtopstaande holle buis, die met een slang verbonden is aan het vat. De raket schuift over de holle buis heen. Schmidt tekent het mechanisme en vertelt: "Ik pomp van onder af lucht in de tank, waardoor de lucht een membraan op de buis duwt. Hierdoor stijgt de druk in het vat, terwijl de lucht nog niet door de buis naar buiten kan. Als ik boven op de tank een plaatje lostrek, verdwijnt wat lucht door een gaatje naar buiten. Hierdoor klapt het membraan omhoog. Het sluit het gaatje af en de lucht kan eronder door de buis verdwijnen. Deze lucht schiet de raket dan af."
Omdat in de regels stond dat de raket met de hoogste startsnelheid zou winnen, is de impulsraket het meest slimme ontwerp. Het amolf-ontwerp had bovendien een groot drukvat, waardoor meer lucht die raket omhoogduwt.
Volgens Schmidt zit het geheim van zijn installatie in de diameter van raket: "De raket is een standaard pvc-buis met een diameter van 36 millimeter. Door de grote uitstroomopening versnelt de raket met een grote kracht. Hij zal niet zo hoog komen, omdat de raket alleen versnelt zolang hij nog op de buis zit. Er zit geen water in, dat de raket kan voortstuwen."
Schmidt was heel tevreden met z'n lancering: "We hebben vanochtend nog wat stukjes tape om de loop geplakt, zodat de raket beter bleef zitten. Zo ontsnapte er minder lucht en ging hij harder." De raket is na de lancering niet meer teruggevonden. "Waarschijnlijk is hij ergens met z'n neus in de modder blijven steken", aldus een toeschouwer.
Behalve de hoofdprijzen waren er nog andere prijzen te verdelen. Een stabiliteitsprijs was er voor Wouter Blom. Hij had in de neus van zijn raket gewichten geplaatst, waardoor het zwaartepunt meer vooraan kwam te liggen. Dit leverde hem de stabielste lancering op. De troostprijs ging naar pionier Christiaan van Veen, die met gevaar voor eigen leven - hij hield de raket vast tijdens het pompen - zijn raket probeerde af te schieten. De lancering mislukte twee keer door het lekken van de raket. Als commentaar gaf rasoptimist Van Veen: "Volgende keer beter."
Arie Verveen ging met de innovativiteitsprijs aan de haal. Jurylid Vermeulen vond de lanceerinstallatie van Verveen zeer origineel: "De installatie leek op een Russisch model, waarbij tijdens de lancering armen wegklappen. Verveen gebruikte bij deze lancering een veer om de raket los te krijgen."
Een koeling aangebracht rond de fietspomp helpt bij het op druk krijgen van de petflesraket.
De discussies over de optimale druk lopen hoog op. De deelnemers noemen getallen van acht tot zestien bar. Christopher Witmer wil zijn fles zelfs oppompen tot 35 bar. "Ik heb om een halveliterfles een laag epoxy aangebracht, zodat ie meer druk kan verdragen. Ik denk wel dat het gaat werken, want mijn fles is lichter. Ik begin met een fietspomp zoals wielrenners gebruiken, die veel lucht in één keer in de fietsband pompen. Daarna gebruik ik een hogedrukpomp." Helaas ging tijdens het oppompen de fles lekken, waardoor de lancering minder spectaculair was dan gehoopt.
In de pomp zat soms nog meer inventiviteit dan in de raket zelf. Zo had Guus van der Sluys een koeler op zijn pomp gezet, zodat hij meer lucht in de fles kon pompen zonder dat de slang te heet werd. Het team van vader en zoon Weijers maakt als enige gebruik van een voetpomp. Deze vader- en zooncombinatie, waarbij de zoon het theoretische brein was en de vader voor de technische uitvoering zorgde, kreeg van de jury nog een eervolle vermelding.
Snelheid
De snelheidsmeting werkte niet optimaal. Een speciaal pistool, waarmee de politie de snelheid van auto's op de weg meet, zou de snelheid van de raketten vastleggen. Het apparaat zendt radarpulsen uit die het bewegende voorwerp terugkaatst. Het terugkomende signaal laat een dopplerverschuiving zien, die een maat is voor de snelheid. Bij de meeste raketten gaf het pistool echter geen uitslag.
"We hebben met een hogesnelheidscamera, die 25 beeldjes per seconde maakt, een eerdere lancering van onze raket opgenomen", zegt Jan-Willem Schmidt. "We maten de afstand die tussen twee beeldjes zat. Dit leverde een snelheid van 450 kilometer per op." Volgens de fabrikant kan het apparaat maar meten tot 300 kilometer per uur. Een te hoge snelheid van de raket kan verklaren dat het pistool niet werkte.
"Jammer natuurlijk", zegt deelnemer Christopher Witmer over de haperende snelheidswaarneming. "Je komt hier toch om een prestatie neer te zetten en als je snelheid dan een schatting is, is dat vervelend. Een hogesnelheidscamera was beter geweest."
"Zo'n camera huren is erg duur, duizenden euro's per dag. Bovendien moet je een laptop hebben waarop je de beelden kan analyseren en de snelheid berekenen. Goedkopere camera's maken maar tien beeldjes per seconde, dus met deze snelheden schiet dat ook niet op", aldus organisator Sanne Deurloo.Bij de prijsuitreiking kondigde Deurloo aan volgend jaar weer een wedstrijd te organiseren, maar dan niet met raketten, maar bijvoorbeeld met zelfgebouwde zeppelins. Winnaar Jan-Willem Schmidt vindt het een goed idee: "Ik heb hier leuke nieuwe ideeën opgedaan. Bij een volgende wedstrijd ben ik er zeker bij."
