Derfor er det næsten umuligt at rejse til Månen

Der er mange, som har undret sig over, at der skulle gå mere end 50 år, før mennesket igen satte kurs mod Månen.

Det måske bedste svar er, at det at sende mennesker til Månen er en næsten umulig opgave på grund af Jordens stærke tyngdekraft. Hvis Jorden havde været bare lidt større med en lidt stærkere tyngdekraft, havde opgaven været helt umulig.

For at flyve til Månen skal rumskibet op på en fart på 40.000 km/t eller 11,2 km/s. Det svarer til at flyve fra Skagen til Gedser på under et halvt minut.

At få et rumskib op på den fart kræver en masse energi, og denne energi skal leveres af brændstoffet. Da selv de bedste kemiske brændstoffer kun indeholder en begrænset mængde energi per kg, er det nødvendigt at bruge et par tusinde ton for at sende selv et lille rumskib som Orion til Månen.

Den SLS-raket, som opsendte Orion-rumskibet, vejede ved start 2.600 ton, mens Orion rumskibet kun vejer 27 ton. Det betyder, at rumskibets vægt kun udgør en procent af den samlede startvægt. Næsten alt det resterende er brændstof.

Med et større øvre trin kunne man nå op på, at rumskibets vægt ville udgøre måske 1,5 procent af startvægten, men så er det heller ikke muligt at gå meget længere. Så for at sende mennesker til Månen i et lille rumskib, skal der altså bruges raketter med en startvægt på over 2.500 ton.

Forklaringen er ikke, at der er noget i vejen med vores teknik, men at kemiske raketter er begrænsede af, hvor meget energi der er i selv de bedste brændstoffer.

Det bedste og mest energirige brændstof er flydende brint og flydende ilt. Vi kender kemiens love, så det er muligt helt sikkert at sige, at der ikke findes noget bedre brændstof. SLS-raketten bruger netop flydende ilt og brint.

Vi er meget heldige

Det både lyder vanskeligt og er vanskeligt at gennemføre rumrejser, hvor rumskibets vægt kun udgør 1-1,5 procent af rakettens startvægt.

I dag har vi ikke andre løsninger end at bygge meget store raketter – således har Starship fra SpaceX en startvægt på 5.000 ton, men det er begrænset, hvor langt man kan gå ad den vej.

I stedet må vi glæde os over vores helt utrolige held, nemlig at Jorden ikke er større. Vi kender i dag masser af exoplaneter, der ligner Jorden, men bare er større og derfor har en stærkere tyngdekraft. For at flyve bort fra en af disse ’superjorde’ kræves ofte en fart på 60.000 – 100.000 km/t, og det kan kemiske raketter simpelthen ikke klare.

Den hurtigste rumsonde, der nogensinde er opsendt, er Pluto-sonden New Horizons. Den fik en fart på 16,3 km/s eller godt 59.000 km/time. Men for at det overhovedet skulle lade sig gøre, var det nødvendigt at gøre rumsonden lille, med en vægt på 480 kg.

Alligevel var det nødvendigt at bruge en stor Atlas 5-raket udstyret med et ekstra trin. Rakettens startvægt var 590 ton, så rumsondens vægt udgjorde kun 0,1 procent af startvægten.

Havde vi boet på en superjord, havde vi slet ikke haft mulighed for rumfart med kemiske raketter. Måske findes der på de utallige superjorde i Mælkevejen mange intelligente arter, der bare er så uheldige at bo på en planet, hvor rumfart er umulig.

Er det muligt at snyde?

Den mest oplagte tanke er jo at erstatte de kemiske raketter med atomdrevne raketter, men det er nu heller ikke en løsning.

For at opsende store raketter kræves motorer, der er så kraftige, at de kan få raketten til at løfte sig. Det betyder i praksis, at motorerne skal levere en effekt, der måles i Gigawatt. Det kan gøres i nogle få minutter med en kemisk raket, der til gengæld så bruger ustyrlige mængder brændstof.

En atomreaktor kan også godt levere en høj effekt – men det er nok umuligt at anbringe en gigawatt-reaktor i en raket. Atomkraftværker af denne størrelse fylder jo her på Jorden flere bygninger, med afskærmning, køletårne og meget andet.

Atomraketter er meget mere effektive end kemiske raketter, men realistisk skal det være små motorer, så reaktoren ikke bliver for stor og tung. De skal enten være øvre trin eller startes fra en bane om Jorden.

Men det vil så kræve, at man bygger en rumstation, og på en superjord kræver selv det at gå i bane om planeten så meget fart og energi, at det ikke engang er muligt med en kemisk raket.

Her på Jorden er vi igen usandsynligt heldige, da det kun kræver 28.000 km/t at gå i bane. På en superjord kan vi let komme op på 40.000 – 50.000 km/time, og det vil gøre det meget, meget vanskeligt at bygge en stor rumstation.

Vi kan med atomkraft måske ’snyde lidt’, men der er nu grænser, som er sat af lovene for fysik og kemi.

De gale romere sagde ’Per Aspera ad Astra’ - ad de trange veje til stjernerne. Det er meget sandt, for vejen til stjernerne er lang og trang med enorme tekniske udfordringer. Men vi er så heldige, at vi trods alt kan komme ud i rummet.