Robert Hutchings Goddard (1882–1945) geldt als de grondlegger van de moderne raketwetenschap. Als eerste ter wereld lanceerde hij in 1926 een raket op vloeibare brandstof, ontwikkelde hij turbopompen, regeneratieve motorkoeling en gyroscopische besturing, en legde hij in 214 octrooien de technische basis voor alle raketaandrijving die volgde. Dit artikel vertelt het verhaal over zijn leven, zijn baanbrekend werk en de blijvende impact ervan op de ruimtevaart.
Een droom in een kerselaar
Robert Hutchings Goddard werd op 5 oktober 1882 geboren in Worcester, Massachusetts, als zoon van Nahum Danford Goddard en Fannie Louise Hoyt. Van jongs af aan was hij een dromer van uitzonderlijk formaat. Op zeventienjarige leeftijd klom hij op 19 oktober 1899 in een kerselaar achter het huis van zijn grootmoeder en keek neer op de weide beneden. In zijn dagboek schreef hij dat hij zich die dag plotseling voorstelde hoe geweldig het zou zijn om een apparaat te bouwen dat naar Mars kon reizen. Die datum herdacht hij de rest van zijn leven als zijn persoonlijke "verjaardag van de ruimtevaart." Goddard studeerde aan het Worcester Polytechnic Institute, waar hij in 1908 afstudeerde, en promoveerde in 1911 aan Clark University in Worcester. Zijn academische loopbaan was niet zonder strijd: hij leed als jongeman ernstig aan tuberculose, een ziekte die hem herhaaldelijk terug naar huis dwong en waarvan artsen aanvankelijk dachten dat hij er niet van zou herstellen. Die slopende periodes gebruikte hij echter productief. Hij las, rekende, en dacht na over raketpropulsie terwijl zijn tijdgenoten hem beschouwden als een excentrieke droom. Zijn doctoraatsthesis aan Clark behandelde de fundamentele elektronica van zijn tijd, maar zijn echte intellectuele passie lag elders: in de natuur- en vloeistoffysica van voortstuwing.
De eerste theoretische doorbraken
Zijn eerste baanbrekende theoretische werk dateert al van vóór de Eerste Wereldoorlog. In 1912 begon Goddard serieus de thermodynamica van raketmotoren te bestuderen en berekeningen op te stellen over de energie-efficiëntie van diverse brandstoffen. Hij onderzocht de specifieke impuls, een maatstaf die aangeeft hoeveel stuwkracht een raketmotor per massa-eenheid brandstof kan genereren, en begreep intuïtief dat vloeibare brandstoffen een aanzienlijk hogere specifieke impuls konden bieden dan vaste kruitlading. Dit was in die tijd geen vanzelfsprekend inzicht. Het overgrote deel van de raketingenieurs en militaire technici van zijn generatie werkte uitsluitend met kruit en andere vaste explosieven, erfenissen van eeuwen artillerie. In 1914 ontving Goddard zijn eerste twee octrooien, beide van groot technologisch belang. Het eerste patent beschreef een meertrapsraket, een concept waarbij opeenvolgende rakettrappen worden afgestoten naarmate hun brandstof opraakt, zodat de totale massa van het voertuig progressief afneemt en de acceleratie toeneemt. Dit principe, dat later door Konstantin Tsiolkovsky onafhankelijk wiskundig was beschreven en door Hermann Oberth verder zou worden uitgewerkt, vormt tot op heden de fundamentele architectuur van elke draagvluchtraket die ooit naar de ruimte is gevlogen. Het tweede patent beschreef een raketmotor die gebruikmaakte van een combinatie van brandstof en oxidator die afzonderlijk werden opgeslagen en in de verbrandingskamer werden gemengd, het basisprincipe van elke moderne vloeistofraketmotortechnologie. Het Smithsonian Institution, destijds een van de weinige Amerikaanse wetenschappelijke instanties die Goddards ideeën serieus nam, verleende hem in 1916 een subsidie van vijfduizend dollar. Met dit geld begon hij zijn experimentele werk op Clark University systematisch te intensiveren. Hij testte kleine raketmotoren in zijn laboratorium, mat stuwkrachten, verbrandingstemperaturen en uitstroomsnelheden, en bouwde vacuümkamers om de prestaties van zijn motoren in ruimteachtige omstandigheden na te bootsen. Zijn laboratoriumaantekeningen uit die jaren getuigen van een nauwgezette, empirische geest: hij werkte hypothese voor hypothese af, mat alles wat hij kon meten, en paste zijn ontwerpen iteratief aan.
Beschaamd door de New York Times
In 1919 publiceerde de Smithsonian zijn befaamde verhandeling A Method of Reaching Extreme Altitudes, een document dat in de academische gemeenschap weinig ophef maakte maar in de populaire pers bijna zijn carrière verwoestte. In deze verhandeling behandelde Goddard de thermodynamica van raketaandrijving, de raketbasisvergelijking van Tsiolkovsky, de mogelijkheid om meertrapsraketten te gebruiken om de aardse atmosfeer te verlaten, en in een korte slotpassage die hij zelf later betreurde openbaar te hebben gemaakt, de theoretische mogelijkheid om een lading op de maan te schieten door middel van een flitspoeder dat bij inslag zichtbaar zou zijn door telescopen op aarde. De New York Times reageerde op 13 januari 1920 met een redactioneel artikel dat aanvoerde dat Goddard klaarblijkelijk de basisbeginselen van de newtoniaanse mechanica niet begreep, aangezien een raket in het vacuüm van de ruimte niets zou hebben om zich tegen af te zetten. Dit was natuurlijk volkomen onjuist, het derde wet van Newton stelt immers dat een raket stuwkracht genereert door massa achterwaarts uit te stoten, ongeacht het omringende medium, maar de beschaming trof Goddard diep. Hij trok zich terug in een nog grotere publieke geslotenheid en weigerde voor de rest van zijn leven enthousiast met de pers te communiceren.
16 maart 1926: de dag die alles veranderde
Zijn grootste experimentele triomf volgde op 16 maart 1926. Op een boerenplaats in Auburn, Massachusetts, gelegen op het terrein van zijn tante Effie Ward, lanceerde Goddard om 14:30 uur de eerste vloeibare-brandstofraket ter wereld. Het apparaat, gevuld met vloeibare zuurstof als oxidator en benzine als brandstof, steeg op tot een hoogte van slechts 12,5 meter en legde een afstand van 56 meter af in 2,5 seconden. De raket woog bij lancering circa 4,2 kilogram en de motor produceerde een bescheiden stuwkracht van 9 à 10 Newton. Naar moderne maatstaven was het een microscopisch klein experiment; historisch gezien was het de opening van een geheel nieuw technologisch tijdperk. Het was de eerste keer in de geschiedenis van de mensheid dat een raket op vloeibare stuwstof vloog. Goddard noemde het vluchtje laconiek: "It looked almost magical as it rose."
Roswell: een woestijn vol innovaties
In de jaren daarna verfijnde Goddard zijn techniek met systematische doorzettingsvermogen. Hij verhuisde zijn testoperaties naar de uitgestrekte woestijnen bij Roswell, New Mexico, mede omdat de Smithsonian en particuliere mecenassen zoals Daniel Guggenheim hem financieel begonnen te steunen en omdat de droge, dunbevolkte landschappen van New Mexico meer ruimte en minder bezorgde buren boden dan de velden van Massachusetts. Zijn team, een handvol assistenten, zijn vrouw Esther als fotografe en bedrijfsleider, werkte in betrekkelijke isolatie aan een reeks raketten die hij intern aanduidde als de A-, K-, L- en P-serie. De technische innovaties die Goddard in Roswell introduceerde, zijn buitengewoon. Hij was de eerste ter wereld die een gyroscopisch stuursysteem voor raketnavigatie ontwikkelde en testte, gebruikmakend van gyroscopen gekoppeld aan onderdelen in de uitlaatstraal van de motor. Hij ontwikkelde het cardan-opgehangen raketmotor ontwerp, waarbij de motor zelf kantelt om de stuwrichting te wijzigen in plaats van aparte stuurvlakken of gasvanen te gebruiken. Hij ontdekte en documenteerde het fenomeen van cavitatie in brandstofpompen en ontwikkelde tegenmaatregelen. Hij ontwierp en bouwde turbopompsystemen die brandstof en oxidator onder hoge druk naar de verbrandingskamer pompten, waarmee hij de weg vrijmaakte voor raketten die zwaarder konden zijn dan de brandstof die zij op dat moment aan boord hadden. Hij experimenteerde met regeneratieve koeling van de verbrandingskamer, een techniek waarbij de vloeibare brandstof vóór injectie door mantels rond de hete verbrandingskamer wordt geleid zodat de kamer gekoeld wordt en de brandstof voorverwarmd, een techniek die cruciaal zou blijken voor alle latere hogedrukmotors. Hij ontwikkelde tevens parachutelandings systemen voor zijn testvluchtdata-instrumenten. Zijn raket van 22 mei 1935, aangeduid als raket nummer L-13, bereikte een hoogte van bijna 1400 meter en een snelheid van circa 1100 kilometer per uur, dicht bij de geluidsbarrière. Het was een indrukwekkende prestatie voor een éénmansteam met beperkte middelen, maar het onderstreept ook de fundamentele beperking van Goddards werk: hij opereerde vrijwel volledig alleen, deelde zijn bevindingen nauwelijks, weigerde medewerkers in vertrouwen te nemen uit angst voor plagiaat, en publiceerde op systematische wijze bijna niets in peer-reviewed wetenschappelijke tijdschriften. Zijn tweede grote monografie voor de Smithsonian, Liquid Propellant Rocket Development, verscheen pas in 1936 en was qua tijdigheid al ingehaald door de Europese concurrentie.
De Duitsers gaan er vandoor met zijn werk
Want terwijl Goddard in relatieve anonimiteit in de New Mexicaanse woestijn experimenteerde, bouwde de Verein für Raumschiffahrt in Duitsland een gemeenschap van raketonderzoekers die zijn gepubliceerde werk bestudeerden en verder ontwikkelden. Hermann Oberth, Wernher von Braun, Walter Thiel en hun collega's in Peenemünde bouwden voort op de theoretische fundamenten die Goddard had gelegd, deels rechtstreeks geïnspireerd door zijn gepubliceerde monografieën, deels onafhankelijk op basis van dezelfde thermodynamische principes. De V-2 raket, die in oktober 1942 voor het eerst de ruimte bereikte, bevatte vrijwel elk technologisch principe dat Goddard had gepatenteerd: turbopompen, regeneratieve koeling, gyroscopische besturing, scheidbare trappen. Na de oorlog zei Von Braun beroemd: "Goddard is ahead of us all." De Amerikaanse overheid en het leger toonden tijdens Goddards leven nauwelijks interesse in zijn werk. Hij bood zijn diensten meerdere malen aan het leger aan, ook tijdens de Eerste Wereldoorlog, en ontwikkelde een vroeg prototype van de bazooka, een raketsysteem voor infanterie, dat door het leger aanvankelijk werd afgewezen. Pas na de Tweede Wereldoorlog, toen de VS de architectuur van de V-2 onder ogen kregen en beseften hoe ver de Duitsers waren gevorderd met technologie die grotendeels op Goddards octrooien was gebaseerd, begon de erkenning. In 1960, zestien jaar na Goddards dood op 10 augustus 1945 aan keelkanker in Baltimore, kende de Amerikaanse overheid zijn nalatenschap en weduwe Esther een betaling toe van één miljoen dollar voor het gebruik van zijn 214 octrooien door de overheidsrakettechnologieprogramma's.
Een nalatenschap in staal en vuur
Goddards wetenschappelijke en technische nalatenschap is moeilijk te overschatten. Zijn werk van 1914 tot en met 1941 produceerde de complete conceptuele en technische gereedschapskist voor vloeistofraketaandrijving. De moderne raketmotor, zoals de Rocketdyne F-1 die de Saturn V naar de maan stuurde, de RD-180 die tientallen jaren lang Amerikaanse satellieten in een baan om de aarde bracht, of de Raptor-motor die SpaceX op zijn Starship heeft gemonteerd, is direct terug te herleiden tot de principes die Goddard als eerste experimenteel valideerde. De turbopomp, de regeneratieve koeling, de giroscopische besturing, het meertrapsprincipe: het zijn stuk voor stuk innovaties waarbij Goddards naam in de primaire bronnen staat. Wat zijn nalatenschap tegelijkertijd tragisch en fascinerend maakt, is de paradox van zijn werkwijze. Hij was een man van buitengewone intuïtie en doorzettingsvermogen, maar ook van een pathologische geslotenheid die zijn eigen invloed ondermijnde. Hij leefde lang genoeg om de eerste Duitse V-2-lanceringen te horen en te beseffen dat zijn werk, zijn octrooien, zijn principes, zijn technologie, was gestolen en tot een vernietigingswapen was omgebouwd. Hij stierf acht weken na de atoombom op Hiroshima, in een wereld die zijn uitvindingen al had ingezet voor de meest destructieve doeleinden denkbaar.
Zijn naam leeft verder
Toch blijft zijn leven een inspirerende bron voor elke ruimtevaarttechnicus en wetenschapper. De NASA heeft zijn naam verbonden aan het Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, dat honderden wetenschappelijke satellieten en instrumenten heeft gebouwd en beheerd, waaronder de Hubble Space Telescope. De Goddard Medal van de American Institute of Aeronautics and Astronautics is een van de hoogste onderscheidingen in de lucht- en ruimtevaartwetenschap. Clark University, zijn alma mater en levenslange academische thuis, beheert zijn archief en eert zijn naam in tal van gebouwen en beurzen. Elke astronaut die ooit in een ruimtecapsule is gestapt, elke satelliet die communicatie, navigatie en klimaatobservatie mogelijk maakt, elk ruimtevaartuig dat planeten, manen en sterrenstelsels heeft onderzocht, heeft zijn bestaan mede te danken aan de formules die Goddard neerkrabbelde in een laboratorium in Worcester, en aan de benzine en vloeibare zuurstof die hij op een koude ochtend in maart 1926 op een besneeuwd veld in Massachusetts tot ontbranding bracht.
