Probleem 1: De motor
Duitsers ontberen motorkracht
Geen motor is krachtig genoeg om de bijna 13 ton zware raket op te tillen, dus de nazi’s moeten er zelf een maken.
De vijandelijke steden zijn honderden kilometers ver en de raketmotoren hebben nog niet het bereik en vermogen om de 1000 kilo explosieven erheen te brengen.
De nazi’s hebben het geluk dat de natuurkundige Robert H. Goddard al in 1926 een raket uitvond die vliegt op vloeibare in plaats van vaste brandstof. Dat komt het vermogen ten goede, maar er is een complexere motor voor nodig – zeker in een grote en zware raket als de V2.
En er zijn problemen. De druk in de motor is te laag om opwaartse kracht te creëren, of het mengsel van ethyl en vloeibare zuurstof knalt door de wand van de verbrandingskamer heen.
De nazi’s experimenteren heel wat af voor ze een sterke, tonvormige verbrandingskamer weten te maken met een dubbele wand vol alcohol, die koelend werkt. Ook halen ze extra kracht uit de motor met twee turbopompen, die brandstof en zuurstof de verbrandingskamer in spuiten met maar liefst 125 liter per seconde.
Al met al halen de nazi’s 25 ton stuwkracht uit de V2. Dat is 17 keer zo veel als enige andere raket uit die tijd.
OPLOSSINGEN:
Dankzij een aantal nieuwe technieken krijgt de V2-raket voldoende stuwkracht:
- Een nieuw type brandstof
- Turbopompen
- Een andere motorvorm
- Een grotere uitlaat
1. Brandstof jaagt aandrijving op
Met vloeibare zuurstof en ethyl heeft de raket meer stuwkracht per kilo stuwmiddel dan andere vastebrandstofraketten van toen.
2. Pomp zet turbo op de motor
Twee turbopompen op stoom vergroten de druk bij de brandstoftoevoer, waardoor er veel meer de brandstofkamer in komt. Zo heeft de motor tien keer zoveel stuwkracht.
3. Vorm bevordert de verbranding
De verbrandingskamer wordt tonvormig en mengt daardoor de zuurstof en het ethyl beter. Verder maakt de vorm de wanden bestand tegen de 2600 °C hete uitlaatgassen.
4. Straalpijp dringt wrijving terug
De uitlaat helt niet 10 maar 30 graden. Zo brengen de Duitsers de wrijving tussen het staal en de uitlaatgassen terug, wat de voortstuwing efficiënter maakt.
Probleem 2: Aerodynamica
Supersnelheid slaat romp stuk
De V2-raket vliegt als eerste sneller dan het geluid, maar met die vaart leidt de kleinste afwijking tot rampzalige slingeringen in de lucht.
Vóór de V2 had geen groot object sneller dan het geluid gevlogen (circa 1200 km/h). De Duitse raket gaat zelfs
4,5 keer zo snel, wat hoge eisen aan de aerodynamische stabiliteit stelt.
Het probleem is vooral het afdalen naar de bestemming: wanneer de V2 met 5700 km/h door de onderste laag van de atmosfeer raast, neemt de luchtdichtheid toe en trekt de hoge luchtweerstand aan de raket. Daardoor kan hij in stukken breken of zelfs in de lucht exploderen.
LEES HET HELE VERHAAL – Alles over de mannen achter het raketprogramma van nazi-Duitsland:
De Duitsers zetten alles op alles om een sterke, gestroomlijnde constructie te bouwen. De vier raketvinnen wijzen naar achteren als de veren van een pijl,
omdat experimenten in sommige van de eerste windtunnels hebben aangetoond dat dit turbulentie en luchtweerstand bij supersonische snelheden terugdringt. Ook de bedekking van de raket wordt volgens nieuwe methoden ontworpen.
Windtunneltests met warmtesensoren tonen aan dat de buitenkant van de raket 805 °C heet wordt bij die snelheden, waarbij de wrijving toeneemt. De Duitse aerodynamici bedekken de V2 met een ideaal soort staal om slijtage tijdens het vliegen te voorkomen.
OPLOSSINGEN:
De Duitsers stabiliseren de V2-raket met:
- Raketvinnen
- Een gering gewicht
- Versterkingen van blik
- Een nieuwe projectielvorm
1. Raketvinnen geven stabiliteit
Met vinnen verschuift het drukpunt naar achter, wat voorkomt dat de raket bij hoge snelheden voorover kiept.
2. Triplex verdeelt stuurkamers
Het ‘brein’ van de raket is een 1,4 meter lange stuurkamer met vier scheidingswanden van triplex. De houten wanden scheiden onder meer besturingsinstrumenten, radioapparatuur en accu’s en houden het gewicht van de raket laag.
3. Blik houdt de punt bijeen
De punt van de raket wordt versterkt met een dunne beplating. Deze versterking moet voorkomen dat de raket in de lucht in stukken breekt doordat de romp te zeer verhit wordt.
4. Vlucht is stabiel dankzij de kogelvorm
De raket is gevormd naar de ‘S’-geweerkogel van de Duitse infanterie. De nazi’s hebben ontdekt dat die kogel stabiel vliegt zonder te gaan tollen, zelfs bij supersonische snelheden.
Probleem 3: Precisie
Raket waait met de wind mee
Raketten vliegen alle kanten op. Willen de nazi’s hun vijand exact raken, dan moeten ze een gloednieuw besturingssysteem ontwikkelen.
Raketbesturing in de jaren 1930 en 1940 komt erop neer dat je een raket een kant op laat wijzen en er het beste van hoopt. Daar hebben de nazi’s weinig aan als ze met hun raketten steden als Londen en Parijs moeten treffen vanaf honderden kilometers afstand.
Ze bedenken een automatisch besturingssysteem, waarbij twee gyroscopen de raket op koers houden, terwijl een accelerometer de snelheid bewaakt. Zo kan de raket de motor uitzetten op precies het juiste moment dat nodig is om het doel te bereiken.
Het systeem stelt de V2-raket in staat na 200 kilometer in de lucht een plek te treffen binnen een straal van 5 kilometer rond het doelwit. Door fouten in de instellingen en constructie is de raket echter minder betrouwbaar, en van de circa 1200 raketten die op Londen werden afgevuurd treffen er maar 517 doel.
OPLOSSINGEN:
De ingenieurs ontwikkelen een voor die tijd zeer nauwkeurig besturingssysteem, inclusief:
- Raketvinnen
- Straalroeren
- Gyroscopen
1. Roeren geven vliegende start
Een roer op elk van de vier raketvinnen werkt het rollen en draaien tegen, vooral net na de start. De roeren werken twee aan twee met de roeren aan de uitlaat van de raket.
2. Straalroeren doen het hoogtewerk
Aan de uitlaat zitten vier grafietroeren die de raket sturen via de uitlaatgassen. Dat is handig hoog in de atmosfeer, waar de druk daalt en vinnen niet goed werken.
3. Stuurdoos houdt koers
Gyroscopen sporen afwijkingen in de hellingsgraad en koers op. Correcties worden doorgegeven aan twee elektromotoren, die ze naar de staartroeren doorspelen.