Inleiding Ruimtevaart

Inleiding Ruimtevaart Ondersteunend materiaal bij het college AE1-801 Space Engineering and Technology I Space Missions and Systems

1. 2. 3. 4. 5.

Omschrijving van enige begrippen Verloop van ruimtevluchten Korte historie van de ruimtevaart Bemande ruimtevaart Gebruik van ruimtevoertuigen

Tabellen en figuren

In het materiaal zijn bijdragen opgenomen van B.A.C. Ambrosius, K.F. Wakker, H. Wittenberg en B.T.C. Zandbergen. In de tekst wordt op sommige plaatsen verwezen naar tabellen en figuren, zoals opgenomen in het collegedictaat bij ae1-801, Space Engineering and Technology I, Space Missions and Systems.

2

1.

Omschrijving van enkele begrippen

Ruimtevaart

Onder ruimtevaart wordt verstaan alle activiteiten, waarbij al of niet bemande voertuigen buiten de aardse atmosfeer worden gebracht met het doel om een taak in de ruimte te verrichten.

Ruimteonderzoek

Hieronder wordt begrepen het verrichten van wetenschappelijk onderzoek met behulp van ruimtevoertuigen (al of niet bemand).

Ruimtevaarttechniek Dit is de techniek voor de ontwikkeling en bouw van ruimtevoertuigen, incl. de vereiste lanceervoertuigen (draagraketten). De ruimtevaart omvat meer dan het ruimteonderzoek en de ruimtevaarttechniek (ook wel ruimtetechnologie genoemd). Vele ruimtevaartactiviteiten zijn direct gericht op maatschappelijke dienstverlening; telecommunicatie, meteorologie, aardobservatie, navigatie en dergelijke. In het algemeen worden hierbij satellieten om de aarde gebruikt, die wel toepassingssatellieten (applicationsatellites) worden genoemd.

Deelgebieden van de ruimtevaarttechniek Het zal duidelijk zijn dat van de bovengenoemde gebieden wij hier aan de faculteit vooral geïnteresseerd zijn in de ruimtevaarttechniek. De ruimtevaarttechniek houdt zich in het bijzonder bezig met het onderzoek, de ontwikkeling en de bouw van : lanceervoertuigen of draagraketten instrumentdragers (onbemande satellieten en ruimtesondes) bemande ruimtevoertuigen. De ruimtevaarttechniek omvat een aantal afzonderlijke deelgebieden, zoals : de vliegmechanica (beweging van lanceer- en ruimtevoertuigen in hun baan en de standregeling in de baan) de voortstuwing (i.h.b. raketmotoren) de aërodynamica of stromingsleer (i.v.m. opstijging en terugkeer in de atmosfeer en stroming van hete gassen in de straalpijp van raketmotoren) de materialen, constructie en productie de elektrische uitrusting voor energievoorziening en communicatie.

Deze deelgebieden vertonen overeenkomst met die van de luchtvaarttechniek, zij het dat de bijzondere kenmerken van het ruimtemilieu en van de te verrichten taken in de ruimte (missies) de ruimtevaarttechniek een eigen accent geven. Wegens het gebruik van dezelfde beginselen en werkmethoden behoort het onderzoek, de

3 ontwikkeling en de bouw van lanceer- en ruimtevoertuigen over vrijwel de gehele wereld tot het werkterrein van de vliegtuigfabrikanten en de luchtvaartlaboratoria, die daartoe in vele gevallen over afzonderlijke op de ruimtevaartactiviteiten gerichte afdelingen beschikken. In dit verband spreekt men dan ook in het algemeen van de lucht- en ruimtevaarttechniek (>aero-space technology=) en van de lucht- en ruimtevaartindustrie (>aero-space industry=). Daarnaast levert uiteraard ook de elektronische industrie belangrijke bijdragen tot de lucht- en ruimtevaart. In dit college wordt een overzicht van de ruimtevaarttechniek behandeld. Daar het hier een inleiding in dit vakgebied betreft, is gekozen voor een elementaire behandeling, waarbij de nadruk is gelegd op een beschrijving van principes.

2.

Verloop van ruimtevluchten

Bij de huidige stand van de ruimtevaarttechniek is elke ruimtevlucht opgebouwd uit verschillende fasen, bestaande uit : De gedreven vlucht(en), waarin het voertuig d.m.v. raketkracht gedurende korte tijd wordt versneld (of vertraagd). Hiertoe behoort altijd de lanceervlucht vanaf het aardoppervlak, doch ook kunnen tijdens de uitvoering van vluchten in de ruimte baanveranderingen met behulp van raketkracht worden bewerkstelligd. De vrije vlucht onder invloed van de aantrekkende krachten van de hemellichamen (zonder werkende voorstuwingsorganen), gebruikmakend van de energie die in de gedreven vlucht is verkregen. Deze vluchtfase heeft i.h.a. een veel langere duur dan de gedreven vlucht en wordt wel aangeduid met de term >graviteren=. De splitsing in de beide genoemde vluchtfasen hangt samen met de zeer korte werkingsduur van de huidige raketmotoren, waarbij de voortstuwingsenergie wordt verkregen d.m.v. een chemische reactie van in de raket of in het ruimtevoertuig meegevoerde stuwstoffen. Deze werkingsduur ligt in de grootteorde van enkele minuten, terwijl de vrije vlucht een duur kan hebben, die zich over vele jaren uitstrekt. Alleen bij enkele bijzondere voortstuwingsmiddelen (behorend tot de elektrische voortstuwingssystemen) kan de werkingsduur veel langer zijn en kan een aanzienlijk deel van de ruimtevlucht een gedreven vlucht zijn, zoals dit ook bij motorvliegtuigen het geval is. In verband met de genoemde splitsing in de twee fasen bij de gebruikelijke ruimtevluchten, worden in het algemeen dan ook de beweging van raketten (gedreven vlucht) en van ruimtevoertuigen (gravitatie-vluchten) afzonderlijk behandeld.

3.

Korte historie van de ruimtevaart

De lancering van de eerste kunstmatige aardsatelliet - de Russische Sputnik I op 4 oktober 1957 wordt algemeen als de aanvang van het ruimtevaarttijdperk beschouwd.

4 Maar de gedachten over het maken van ruimtereizen zijn al zeer oud (Tabel A1). Zo is er uit 160 N.Chr. al een fantasie verhaal bekend over een reis naar de maan. De bekende Franse schrijver Cyrano de Bergerac schreef rond 1650 een verhaal over een ruimtereis. Waarin hij al voorstelde een soort raket als voortstuwingsmiddel te gebruiken. Ook de astronoom Kepler (1571 - 1630) schreef een sciencefiction verhaal over een denkbeeldige reis naar de maan, dat eerst na zijn dood werd gepubliceerd. Heel bekend is ook het in 1865 verschenen boek van Jules Verne (1828 - 1905) over een reis naar de maan en van H.G. Wells1 over ruimtevluchten waarbij van anti-zwaartekracht gebruik gemaakt werd. Raketten ofwel vuurpijlen, want veel meer waren het niet in die tijd, kende men al reeds lang. Tot en met de 16e eeuw waren vuurpijlen met wisselend succes al in veldslagen en oorlogen gebruikt evenals voor feestelijke festiviteiten. Net als tegenwoordig echter werd de technologische vooruitgang vaak bepaald door de bruikbaarheid vanuit militair oogpunt. Daarbij was de raket voortdurend in het nadeel, omdat de ontwikkelingen op het gebied van de normale artillerie sneller gingen. Het grootste probleem van de raket was zijn trefzekerheid, ofwel de besturing. Deze kwam bij lange na niet in de buurt van granaten die uit kanonnen met getrokken lopen kwamen (18e eeuw). Ofschoon het principe van de werking van een raket (actie = reactie, Newton) reeds sinds ongeveer 1700 bekend was, waarmee tevens het fysische principe was verklaard dat raketten het enige voortstuwingsmiddel zijn dat in de >lege ruimte= kan werken, lieten de echte theoretische en technische ontwikkelingen op dit gebied toch nog op zich wachten. Tot aan het begin van de 20e eeuw bestonden raketten steevast uit een kartonnen of metalen huls gevuld met een mengsel van salpeter, zwavel en koolstof. De eerste technische en wetenschappelijke arbeid op het gebied van de rakettechniek en de ruimtevaart werd in de periode 1900 - 1945 verricht (Tabel A2). De Rus Tsiolkowsky (1857-1935) was de eerste die in 1898 het gebruik van vloeibare stuwstoffen voor raketten voorstelde. Hij bestudeerde tevens de wiskundige technieken om de banen van raketten en ruimtevoertuigen te berekenen. Verder leidde hij een formule af voor de theoretische eindsnelheid die een raket kan bereiken  M   Ve = c ln 0  Me  

en concludeerde op basis daarvan dat meertrapsraketten nodig zouden zijn om ruimtevluchten uit te voeren. Zijn werk werd in 1903 gepubliceerd. Ook de Fransman Esnault-Pelterie (1881-1957), een tijdgenoot van Tsiolkowski hield zich bezig met de berekening van de prestaties van raketten en kwam eveneens tot de conclusie dat het met de beschikbare stuwstoffen en fabricage technieken niet mogelijk was om met een enkele rakettrap een baan om de aarde te bereiken. Hij heeft ook veel praktisch onderzoek verricht naar verschillende typen stuwstofcombinaties en typen raketmotoren. Een tweede grote pionier was R.H. Goddard (1882-1945), een Amerikaan die in de periode 1920 1

N.B. : Orson Wells schreef & sprak een hoorspel over Marsbewoners.

5 1940 zeer belangrijk ontwikkelingswerk op het gebied van vloeibare raketstuwstoffen heeft gedaan. Hij lanceerde in 1926 de eerste raket met vloeibare stuwstoffen. Hij was ook de eerste die het probleem van de besturing van raketten rigoureus aanpakte, en hij slaagde erin om met een systeem van gyroscopen en stuurvinnen de raketten een gecontroleerde vlucht te laten uitvoeren. De derde grote pionier was Herman Oberth (1894-1989) die de rakettechniek uitbreidde naar de echte ruimtevaart en die de theoretische grondslagen voor de ruimtevaart legde. Hij was een man met grote visie, die reeds lang voordat de ruimtevaart werkelijkheid zou worden allerlei praktische problemen diepgaand bestudeerd had. Van hem is bijvoorbeeld het idee een ruimtestation in een baan om de aarde te construeren in de vorm van een groot wiel dat langzaam om zijn as roteert en daardoor een kunstmatige zwaartekracht opwekt. Hoewel dit concept voor het eerste Amerikaanse ruimtestation niet zal worden toegepast, is het nog steeds een zeer aantrekkelijk concept voor latere grote stations. Behalve deze >hele groten= werkte er in deze begintijd nog een aantal grote pioniers op het gebied van de rakettechniek en de ruimtevaart. Zo moet zeker de naam van Walter Hohmann genoemd worden die in 1925 voorstelde voor interplanetaire ruimtevaart een bepaald type baan om de zon te gebruiken die correspondeerde met een minimum stuwstofverbruik. Deze baan speelt nog steeds een grote rol, zowel in de interplanetaire ruimtevaart als bij manoeuvres om de aarde. Maar ook Nederland heeft twee pioniers gekend Johan Kooy en Marius Vertregt. Vertregt heeft zich vooral bezig gehouden met de baanberekening van ruimtevoertuigen, terwijl Kooy bekend is geworden om zijn werk op het gebied van de technische aspecten van raketvoorstuwing en ook op het terrein van geleiding van raketten en ruimtevoertuigen, baanberekening van ruimtevoertuigen en het wezen van de zwaartekracht. Het is misschien interessant te melden dat Kooy tot in de zeventiger jaren onderwijs gaf aan deze faculteit. Zeer belangrijk voor de ontwikkeling van de ruimtevaart was ook dat er >Verenigingen= van geïnteresseerden werden gesticht waardoor behalve de echte >grote geesten= veel meer mensen zich met de ontwikkelingen gingen bezighouden. Rond 1930 komt de ontwikkeling van de raket met vloeibare stuwstoffen in een stroomversnelling. In de omgeving van Berlijn experimenteert een groepje jonge raketenthousiasten (Vereniging) waaronder de later beroemd geworden Werner von Braun (1912-1977). Met wisselend succes proberen zij raketten te ontwikkelen. Een van hun raketten, de Repulsor, bereikt in 1931 een hoogte van 1100 m. Dan komt de duistere periode in de menselijke beschaving die tot de 2e Wereldoorlog zal leiden. Hitler komt in 1933 aan de macht en zijn militaire adviseurs zien het grote militaire potentieel van raketten. Bovendien vielen raketten niet onder beperkingen die de geallieerden Duitsland na de eerste wereldoorlog (1914-1918) op het gebied van de wapenindustrie hadden opgelegd. Zodoende begon in Kummersdorf, 25 km ten zuiden van Berlijn, de ontwikkeling van de eerste echte oorlogsraket. Vanwege de gewenste geheimhouding en omdat de grotere prestaties van de raketten grotere proefterreinen vereiste, werd later verhuisd naar het beroemd geworden Peenemünde aan de Oostzee. De leiding van het rakettenproject berustte bij de generaal W.

6 Dornberger, de technische leiding had de burger von Braun. Via de A1, A2, A3 en A5, een reeks steeds zwaardere raketten, ontstond de A4, later de V2 genoemd (A = Aggregate, V = Vergeltungswaffe; zie Sheet ae1-801/SMS/2-9). Het ontwerp van de V2 stond al in 1937 op de tekentafel, maar met de A5, een 750 kg zware raket, werd tot het begin van de jaren veertig ervaring opgedaan op het gebied van de voortstuwing en de besturing. Een belangrijke ontwikkeling daarbij was het gebruik van grafiet roeren in de gasstraal van de raketmotor. Hierdoor werd een stuurmogelijkheid verkregen in de eerste fase van de vlucht, wanneer de snelheid nog gering is en de externe aërodynamische vinnen nog niet effectief zijn. Na twee mislukkingen vindt de eerste geslaagde vlucht van de V2 plaats op 3 oktober 1942. De raket woog totaal 13 ton, had een stuwkracht van 25 ton, bereikte een hoogte van 96 km en legde in 296 s een afstand van 192 km af. De motor werkte op een mengsel van alcohol met water en vloeibare zuurstof met een totaalgewicht van 8.8 ton. De pompen die de stuwstoffen de verbrandingskamer in moesten persen werden aangedreven door de gassen die ontstonden door waterstofperoxide in contact te brengen met een katalysator. Met zijn lading van 1000 kg springstof en een bereik van ca. 300 km was de V2 een formidabel wapen dat echter gelukkig te laat gereed kwam om nog een beslissende invloed te kunnen uitoefenen op het verloop van de 2e Wereldoorlog. In de laatste 7 maanden van deze oorlog, vanaf september 1944, zijn naar schatting 4300 van deze raketten afgevuurd op Londen, Brussel, Antwerpen en Luik, waarbij Nederland de twijfelachtige eer genoot het lanceerterrein te zijn voor de projectielen die op Londen waren gericht. De doorbraak van raketten als wapen was voornamelijk te danken aan het feit dat zij een springlading over grote afstand konden vervoeren en dat zijn door hun hoge snelheid onaantastbaar waren voor de toenmalige verdedigingsmiddelen. Daarmee was definitief de ontwikkeling ingezet die heeft geleid tot de moderne ruimtevaart en helaas ook van de huidige afschrikkingwapens. Opgemerkt kan worden dat de ruimtevaart een bijproduct is van militaire activiteiten en niet andersom zoals vaak wordt gesuggereerd. Tegen het einde van de 2e Wereldoorlog kregen de oprukkende Amerikaanse en Russische legers het bevel zoveel mogelijk van deze nieuwe Duitse technologie, die lag opgeslagen in Peenemünde en de ondergrondse fabrieken in handen te krijgen. Honderden geheel of gedeeltelijk voltooide V2's, ontwerpen voor nog krachtigere raketten, en honderden Duitse deskundigen werden buitgemaakt en overgebracht naar Amerika en Rusland. De belangrijkste Duitse experts, waaronder von Braun, wisten de oprukkende Russische legers te ontlopen en gaven zich aan de Amerikanen over. Zij werden, tezamen met onderdelen voor zo=n honderd V2's en tonnen documenten naar de USA vervoerd waar zij eerst bij de US Air Force en later bij de US Army te werk werden gesteld. Tussen 16 april 1946 en 29 september 1951, werden er in de VS in totaal 68 V2's gelanceerd, de meeste vanaf de White Sands basis in New Mexico, doch ook enkele van het later beroemd geworden Cape Canaveral in Florida. Het enige verschil was dat bij deze vluchten de raket verticaal omhoog ging en dat er in de neuskegel geen oorlogslading zat maar dat ze was volgepakt met wetenschappelijke meetinstrumenten. Bij 8 van deze lanceringen werd de V2 voorzien van een 2e trap, de WAC-Corporal (Sheet ae1-801/SMS/2-11). Dit was een in de USA

7 door het Jet Propulsion Laboratory ontwikkelde wetenschappelijke raket die werd aangedreven door een motor met gebruik van de hypergolische vloeibare stuwstofcombinatie aniline + salpeterzuur. Met één van deze lanceringen werd op 24 februari 1949 de recordhoogte van 402 km bereikt, waarmee de ruimtevaart feitelijk was begonnen. Daarna gaan in de USA de ontwikkelingen op het gebied van de rakettechniek erg snel. Verschillende groepen houden zich ermee bezig, maar het moet worden gezegd dat de groep van Von Braun, die inmiddels in het Redstone Arsenal van de US Army te Huntsville, Alabama, te werk was gesteld, een dominante rol heeft gespeeld. En dit niet alleen op het gebied van de technologische ontwikkeling zelf, maar von Braun heeft voortdurend bij de volksvertegenwoordiging en de regering zijn ideeën over de toekomst van de raketten en de ruimtevaart uitgedragen. Als begaafd en overtuigend redenaar wist hij daarbij velen voor zijn ideeën te winnen. Het ging hem daarbij al lang niet meer om de militaire raketten, maar om het gebruik van die raketten om satellieten te lanceren en vooral ook om zijn oude droom, het bereiken van de maan, te realiseren. Echter, in de eerste jaren was het klimaat nog niet rijp voor deze wetenschappelijke idealen en was de raket voor velen niets anders dan een oorlogswapen. Von Braun en zijn groep werden in Huntsville ingezet voor de ontwikkeling van de Redstone raket die een atoomkop over een afstand van 800 km zou moeten vervoeren. Dit was een rechtstreeks van de V2 afgeleid wapen. De motor die door de Rocketdyne Division van North American Aviaton werd gebouwd was een verbeterde V2 motor die nog steeds op vloeibare zuurstof en ethanol liep. De eerste vlucht in mei 1953 eindigde op 7 km hoogte met het opzettelijk vernietigen omdat de raket van zijn koers afweek. De tweede lancering op 20 augustus 1953 was een volledig succes. Behalve de WAC-Corporal beschikte men in de begintijd over twee typen wetenschappelijke raketten, zgn. sondeerraketten: deViking en de Aerobee. De Aerobee raketten werden gebouwd door Douglas, en tussen 1948 en 1958 zijn er ca. 250 gebouwd en gelanceerd, waarbij regelmatig hoogten van 160 km werden bereikt. Daarbij werd dan wel gebruik gemaakt van toegevoegde vaste-stuwstof aanjaagraketten als eerste trap. De Viking werd door Martin Company ontwikkeld vanuit de V2. De eerste vlucht vond plaats op 3 mei 1949. Deze raket werd volgens nieuwe constructietechnieken gebouwd en vormt daarmee de basis voor een hele serie latere ontwikkelingen. Een daarvan was het gebruik van aluminium legeringen in plaats van staal voor de raketconstructie, waardoor 80% van de startmassa kon bestaan uit stuwstoffen tegen slechts 67% bij de V2, hetgeen de prestaties van de raket aanmerkelijk verbeterde. De volgende mijlpaal in historie van de ruimtevaart is het International Geophysical Year (IGY) dat van juli 1957 tot december 1958 liep. In deze periode zou de zon weer een maximum in haar elfjaarlijkse activiteitcyclus bereiken, en men was het eens geworden wereldwijd een gecoördineerd wetenschappelijk onderzoek op het gebied van de geofysica en vooral de invloed van de zon op allerlei processen in de hogere atmosfeer op te zetten. In oktober 1954 hield de internationale commissie voor de voorbereiding van het IGY in Rome een vergadering en formuleerde daar in voorzichtige bewoordingen dat een kleine kunstmatige satelliet aan het IGY misschien een nuttige bijdrage zou kunnen leveren. Gedacht werd daarbij aan metingen aan: magnetische velden,

8 samenstelling en dichtheid van bovenste lagen van de atmosfeer, poollicht, micrometeorieten en geodetische studies. In de overtuiging dat de Sovjet Unie plannen had voor een dergelijke satelliet wilde de voorzitter van het Amerikaanse IGY comité een primeur hebben en verklaarde hij op 26 juli 1955 dat Amerika definitieve plannen had om tijdens het IGY verscheidene kleine satellieten te lanceren. Een dag later kwamen de Russen met een dergelijke mededeling en was de ruimtewedloop begonnen. Een wedloop die vorm heeft gegeven aan onze huidige ruimtevaart. Aangezien raketten een aangelegenheid waren waarbij behalve het leger in de USA ook de luchtmacht en de marine betrokken waren was de beslissing over welke meertrapsraket gebruikt zou worden voor die Amerikaanse kunstmanen een moeilijke. Een commissie kwam op 4 augustus 1955 tot de conclusie dat dit de Vanguard-raket zou moeten zijn die onder de marine ressorteerde. Dit ontwerp was gebaseerd op een gewijzigde en sterk verbeterde versie van de Viking als eerste trap (stuwkracht 12.2 ton), een Aerobee als tweede trap (stuwkracht 3.4 ton) en een vaste-stuwstof raket als derde trap. Voor het eerst werd de constructietechniek van een dunwandige dragende huid uitgevoerd en werden kantelbare hoofdmotoren voor de besturing van de onderste trap toegepast. Later zou echter blijken dat deze beslissing nogal ongelukkig was omdat verschillende onderdelen van de raket nog nooit beproefd waren. Na de keuze van de Vanguard kreeg het von Braun-team de opdracht zich niet verder met satellietprojecten te bemoeien, en al hun aandacht te richten op de ontwikkeling van een Jupiter lange afstand militaire raket, in aanvulling op de later zo bekend geworden Thor militaire raket die door de luchtmacht werd ontwikkeld. De voortstuwing van de Jupiter werd door één motor met een stuwkracht van 72 ton geleverd, de stuwstoffen waren LOX en RP1 (kerosine). Von Braun kreeg het echter toch voor elkaar een grote meertrapsraket, de Jupiter-C te mogen ontwikkelen, die bestond uit een Redstone raket met daarboven twee trappen die elk bestonden uit bundels vaste-stuwstofraketten: elf voor de tweede en drie in de derde. Deze raket zou een satelliet kunnen vervoeren, maar de dekmantel van het project was dat men de Jupiter IRBM in de dichte atmosfeer wilde uittesten. Op 20 september 1956 vond de eerste lancering van deze combinatie plaats die een met ballast gevulde Anuttige lading@ tot een hoogte van 1100 km en 5300 km ver stuwde. Toen wist von Braun zeker dat deze raket een satelliet kon lanceren. Op 4 oktober 1957 werd de eerste kunstmaan Sputnik 1 door de Russen gelanceerd. Deze satelliet kwam in een baan op een hoogte van 945 km (apogeum) en 227 km (perigeum) om de aarde en woog 84 kg, d.w.z. 8 keer zwaarder dan de zwaarste geplande Vanguard satelliet. Op 3 november 1957 volgde Sputnik 2 met een gewicht van 508 kg en met het hondje LAIKA aan boord. Deze satelliet kwam in een baan tussen de 212 km en 1660 km terecht. Inmiddels werd de eerste Vanguard samengebouwd op Cape Canaveral. Op 6 december 1957 vond de lancering plaats, waarbij de raket na enkele seconden op het lanceerplatform terugviel en explodeerde. Na deze teleurstelling kreeg von Braun de opdracht zo snel mogelijk een satelliet te lanceren. Hij gebruikte zijn Jupiter-C raket met daar bovenop als vierde trap een enkele vaste stuwstof raket waarop de satelliet was bevestigd. In feite had hij op 8 november 1957 al de opdracht gekregen om in maart 1958 een satelliet te lanceren maar hij kreeg nu de opdracht deze lancering te vervroegen.

9 En op 31 januari 1958 was het zover. Explorer 1 werd de eerste Amerikaanse satelliet. Hij had een massa van 13.5 kg en bewoog zich in een baan tussen 360 km en 2550 km om de aarde. Wetenschappelijk was deze lancering ook een groot succes. De geigerteller aan boord registreerde een toenemende straling met toenemende hoogte, zoals verwacht werd, tot zij op een hoogte van 500 km plotseling niets meer registreerde. Dr. Van Allan die verantwoordelijk was voor dit experiment begreep er eerst niets van, totdat hij zich realiseerde dat het wegvallen van de informatie er ook op kon wijzen dat de straling enorm was toegenomen en de teller verzadigd was. Het bestaan van de Van Allan gordels, hoogenergetische deeltjes die in het magnetische veld van de aarde zijn ingevangen, was hiermee aangetoond. Project Vanguard beleefde op 5 januari 1958 zijn tweede mislukking, doch op 17 maart 1958 was het eindelijk raak. Een miniatuur satelliet van 1.5 kg en 15 cm diameter werd in een baan op een hoogte van 650 - 4000 km gebracht. Het was de eerste satelliet die gebruik maakte van silicium zonnecellen voor de opwekking van elektrisch vermogen. Daardoor kon hij langdurig radiosignalen uitzenden, waardoor de satelliet in zijn baan nauwkeurig kon worden gevolgd. Daardoor kon men afwijkingen in de berekende baan waarnemen die leidde tot de ontdekking dat de aarde behalve afgeplat ook enigszins peervormig is. Nu eenmaal de eerste stappen in de ruimte waren gezet was een verdere ontwikkeling niet meer te stuiten. In de USA werden alle civiele ruimtevaart inspanningen samengebracht in de National Aeronautics and Space Administration (NASA). Deze organisatie werd op 29 juli 1958 opgericht en kwam voort uit de toenmalige National Advisory Committee for Aeronautics (NACA). Uit de militaire Thor, Atlas en Titan raketten worden versies ontwikkeld die in de ruimtevaart worden toegepast. Bij de Jupiter en Thor maakte men al gebruik van lichtgewicht integrale tankconstructies, maar bij de Atlas en Titan ging men nog verder. Hier werden de tanks als ballonconstructies van enkele tienden millimeters staalplaat uitgevoerd. Bij de Titan gebruikte men geen vloeibare zuurstof meer, maar een combinatie van UDMH (Unsymmetrical Dimethyl Hydrazine) en stikstoftetroxide (N2O4). Deze stuwstoffen zijn niet cryogeen, en kunnen langdurig bij kamertemperatuur en normale atmosferische druk worden opgeslagen, hetgeen voor militair gebruik erg belangrijk is. Lanceerraketten voor satellieten worden ontwikkeld uit deze basisraketten door ze steeds verder te verbeteren en er bovenste trappen aan toe te voegen. Zo krijgen we de families van Thor-Delta raketten, de Atlas-Agena en Atlas-Centaur en de Titan III en Titan-Centaur, en de Saturn raketten. De ontwikkeling van de Centuur betekende een grote technologische doorbraak. Als stuwstof werd gebruik gemaakt van de buitengewoon krachtige combinatie LOX + LH2. Wanneer U bedenkt dat >t kookpunt van LH2 bij -250°C ligt is het duidelijk dat het bewaren in de tanks, het pompen in de motor en het gecontroleerd laten wegbranden met LOX extreme technische eisen stelt. Na verschillende aanloopproblemen is deze trap vele malen gebruikt voor de lancering van vele wetenschappelijke en communicatie satellieten en voor vluchten naar de planeten. De eerste succesvolle vlucht van de Atlas Centaur vond plaats op 27 november 1963. Vanuit de Titan werd de Titan-III ontwikkeld. Het unieke aan deze raket is de toevoeging van 2

10 gigantische vaste-stuwstof motoren als hulptrappen. Deze boosters hebben elk een diameter van 3 m, een massa van 230 ton, en een stuwkracht van 520 ton. Los van dit alles werd de Saturn familie ontwikkeld onder leiding van von Braun. Oorspronkelijk voor de lancering van zware satellieten maar later voor het Apollo project. De Saturn-1B bestond uit een bundel van 9 stuwstofreservoirs gelijk aan die van de Jupiter en Redstone raketten. Door dit bouwconcept was er geen nieuwe fabricage techniek nodig. De aandrijving gebeurde door 8 motoren van de Thor raket. De tweede trap bestond uit een cryogene motor die uit de Centaur was ontwikkeld. De gigantische Saturn-5 had een geheel nieuw ontwikkelde onderste trap met een diameter van 10 m. De 5 motoren van die trap werden gevoed met LOX + kerosine. De 2e trap werd aangedreven door 5 LOX + H2 motoren en de derde trap had een LOX + H2 motor. Van deze raketten is er nooit één mislukt. En dan, de culminatie van de rakettechniek : de Space Shuttle. (Sheet ae1-801/SMS/2-20). In het begin van de jaren 70 werd dit project gestart, met de oorspronkelijke bedoeling de eenmalig bruikbare raketten te vervangen door een meermalig bruikbaar lanceersysteem. Het oorspronkelijke ontwerp bestond uit 2 vliegtuigen op elkaar, die beide na volbrenging van hun taak op aarde zouden landen. Dit bleek echter technologisch toch te ingewikkeld en praktisch te duur. Daarom is voor het huidige concept gekozen, dat bestaat uit het eigenlijke voertuig, de Orbiter, dat na de ruimtevlucht weer op aarde landt, twee vaste stuwstof aanjaagraketten, die na leegbranden worden losgekoppeld, in de oceaan vallen en weer worden gebruikt voor een volgende vlucht, en een grote externe stuwstoftank voor de motoren van de Orbiter. Deze tank weegt leeg 29930 kg en bevat 559 m3 (626 t) vloeibare zuurstof en 1514 m3 (104 t) vloeibare waterstof die in de motoren bij een zeer hoge druk van 200 atm. verbranden. De vloeibare zuurstof wordt met maximaal 1110 l/s aangevoerd, de vloeibare waterstof met 3000 l/s. In 480 seconden is de externe tank leeg. Vlak voor de Orbiter zijn baan bereikt wordt de tank afgestoten, waarna hij in de dampkring terugkeert en verbrandt. (Sheet 1.3-9). Andere motoren in de Orbiter zorgen dan voor het laatste duwtje, en worden ook gebruikt voor manoeuvres en om de Orbiter af te remmen voor terugkeer in de atmosfeer. Deze terugkeer is op zich al een technisch hoogstandje. Als een hypersoon en later supersoon en subsoon zweefvliegtuig komt hij aan het eind van de missie precies op de landingsbaan aan. De Shuttle kan per vlucht 30 ton nuttige last in een baan om de aarde brengen. De bemanning bestaat uit 3 - 7 personen. De eerste vlucht van de Space Shuttle vond plaats op 12 april 1981, precies 20 jaar nadat de eerste mens, Joeri Gagarin, een ruimtevlucht had gemaakt. In een periode van bijna 5 jaar werden 24 succesvolle vluchten uitgevoerd tot zoals U allen weet op 28 januari 1986 de 25e lancering in een drama eindigde. Ook in Europa is een raketontwikkelingsprogramma uitgevoerd. In 1962 werden de European Launcher Development Organisation (ELDO) en de European Space Research Organisation (ESRO) opgericht, die beide op 30 mei 1975 opgingen in de huidige European Space Agency (ESA). De ELDO hield zich bezig met de ontwikkeling van de Europa draagraket, gebaseerd op de in Engeland ontwikkelde Blue Streak militaire raket als 1e trap, een Franse 2e trap en een in Duitsland ontwikkelde 3e trap. Er zijn in totaal 10 lanceringen geweest vanaf de Australische basis Woomera, waarbij de laatste drie vluchten met operationele bovenste trappen. De laatste lancering vond plaats

11 op 5 november 1971. Het programma was een fiasco, en nooit werd een satellietbaan bereikt. In Frankrijk werd als nationaal project de Diamant draagraket ontwikkeld waarmee succesvol enige satellieten zijn gelanceerd. In Engeland was er het nationale Black Arrow programma, waarmee vanaf Woomera éénmaal een satelliet is gelanceerd. Bij de oprichting van ESA kreeg die organisatie de ontwikkeling van een Europese draagraket toevertrouwd: de ARIANE. (Sheets ae1-801/SMS/2-23 en -24). Dit project wordt onder leiding van Frankrijk uitgevoerd. Hoewel de eerste versies van de ARIANE geen technologisch hoogstandje kunnen worden genoemd is het project nu al zeer succesvol. De eerste lancering op 24 december 1979 was een succes. Tot november 1999 zijn er 122 lanceringen geweest waarvan er 114 een succes waren. De ARIANE 4 versie is een 3-trapsraket waarvan de eerste trap een stuwkracht van 240 ton levert en de stuwstoffen UMDH en N2O4 gebruikt. De tweede trap levert een stuwkracht van 71 ton en gebruikt dezelfde stuwstoffen. De derde trap heeft een stuwkracht van slechts 6 ton en werkt op vloeibare zuurstof en vloeibare waterstof. Momenteel is de ontwikkeling van een nieuwe versie van de ARIANE voltooid, de ARIANE 5 (Sheet ae1-801/SMS/2-25 en -26). Oorspronkelijk zou deze raket ook een Europese verkleinde versie van de Orbiter kunnen lanceren (HERMES), maar dat bleek uiteindelijk technisch (en financieel) niet haalbaar. Sheets ae1-801/SMS/2-12, -13, -15, -16 en -32 geven een overzicht van enige belangrijke parameters van bekende lanceerraketten. Naast de ontwikkeling en bouw van raketten kwam na 1957 ook de techniek van de bouw van de ruimtevoertuigen zelf tot ontplooiing. In de USA onder auspiciën van de NASA en voor wat militaire satellieten betreft, het DoD ; in Europa eerst door de European Space Research Organisation ESRO en sinds 1975 door ESA. Daarnaast natuurlijk een geweldige Russische inspanning; maar ook landen als Japan, de Volksrepubliek China en India spelen een actieve rol bij de bouw en lancering van ruimtevoertuigen. Vooral in Japan en China is de inspanning de laatste jaren enorm en kan zij wedijveren met de inspanning die heel Europa levert. De sinds 1957 uitgevoerde ruimtevluchten kunnen in drie groepen worden ingedeeld : vluchten in een baan om de Aarde (aardsatellieten) vluchten naar de Maan, waarbij het voertuig b.v. in een baan om de maan wordt gebracht (Lunar Orbiter) of een landing op het maanoppervlak wordt uitgevoerd, al of niet met terugkeer naar de Aarde (Apollo) vluchten naar de >verre ruimte=, d.w.z. naar de planeten van het zonnestelsel, de omgeving van de Zon of andere te onderzoeken gebieden van de ruimte. De beide laatste vluchttypen worden tot heden uitsluitend uitgevoerd ten behoeve van het ruimteonderzoek. De aardsatellieten worden zowel voor wetenschappelijk onderzoek als voor andere toepassingen gebruikt. Een indruk van de omvang van het aantal ruimtevoertuigen dat gelanceerd is wordt verkregen uit Tabel A3, waaruit duidelijk de overheersende positie van de V.S. en Rusland blijkt.

12 De ruimtevluchten kunnen ook worden ingedeeld in bemande versus onbemande vluchten. Wegens het enorme belang van de bemande ruimtevaart wil ik nu even kort ingaan op enkele aspecten van de ontwikkeling in de Westerlijke wereld.

4.

Bemande ruimtevaart

In 1961 kondigde wijlen President Kennedy een nationaal bemand ruimtevaartprogramma aan: het Apollo-project. Dit project had tot doel vóór 1970 de mens op de maan te laten landen en hem veilig naar de aarde te doen terugkeren. De kosten die aan dit project, waaraan ca. 20.000 firma=s in de USA deelnamen, verbonden waren, bedroegen tot 1970 ca. 25 miljard dollar. In 1968 bestond het NASA-budget voor het Apollo-project b.v. uit ca. 2,6 miljard dollar. Hoewel er jaarlijks aan het Apollo-project meer werd uitgegeven dan Nederland aan zijn defensie besteedt, dient men wel te bedenken dat deze kosten relatief gezien niet fabelachtig hoog zijn. Zo kan men b.v. stellen, dat er in de USA per jaar ongeveer het dubbele bedrag aan sterke drank wordt uitgegeven, dat de jaarlijkse kosten van het Apollo-project slechts ongeveer 5 % van het totale militaire budget van de USA bedroegen, of dat de jaarlijkse kosten van het Apolloproject minder waren dan 1 % van het bruto nationaal-inkomen in de USA. Bij de voorbereiding van het Apollo-project heeft men twee wegen gevolgd : enerzijds het verkennen van de maan met onbemande ruimtevoertuigen (Ranger, Surveyor en Lunar Orbiter) en anderzijds het opdoen van ervaring met de verschillende systemen aan boord van bemande ruimtevoertuigen in banen om de aarde en het aldaar beproeven van manoeuvres en technieken die onontbeerlijk zijn in het Apollo-project (Mercury- en Gemini-projecten) (Sheets ae1-801/SMS/3-4, -5 en -6). Bij het onderzoek van de maanbodem en het selecteren van geschikte landingsplaatsen is gebruik gemaakt van onbemande ruimtesondes. In de Ranger-serie heeft men het voertuig gedurende ca. 15 minuten voordat het op de maan te pletter sloeg, televisie-opnamen van de maan laten maken en overseinen. Op de laatste foto=s op een hoogte van ca. 500 m, ca. 0,2 sec. voor het inslaan gemaakt, zijn nog objecten ter grootte van ca. 0,5 m waar te nemen. De Surveyor-voertuigen hadden tot taak een zachte landing op de maan uit te voeren en ter plaatse televisie-opnamen van de maan te maken, alsook de maanbodem op mechanische eigenschappen en chemische samenstelling te onderzoeken. Met het televisie systeem heeft men, behalve panoramische overzichtsfoto=s van de landingsplaats ook foto=s van sterren, van de aarde, van de maan in aardlicht, van de zonnecorona en enige kleurenopnamen van de maanbodem verkregen. De Lunar Orbiter-voertuigen zijn foto-satellieten, die in een vrij lage baan om de maan werden gebracht met het doel het maanoppervlak op fotografische wijze in kaart te brengen zodat geschikte landingsplaatsen voor het Apollo-voertuigen konden worden uitgezocht.

13 De Mercury-vluchten hadden primair tot doel het gedrag van de mens als bestuurder van een ruimtevoertuig te onderzoeken, waarbij vooral de afwezigheid van 'eigen gewicht= (gewichtsloosheid) een belangrijk punt vormde, alsook om de mogelijkheid van een behouden terugkeer in de dampkring (>re-entry=) van bemande ruimtevoertuigen aan te tonen. Met het eenpersoons Mercury-voertuig zijn in de periode 1961 - 1963 zes vluchten uitgevoerd, waarvan twee over een kort zgn. >Ballistisch traject=. Met de tweepersoons Gemini-voertuigen is de mogelijkheid van bepaalde >rendez-vous= en koppeltechnieken bewezen. Ook de beschermende werking van ruimtepakken tegen condities die in de ruimte of op de maan heersen, benevens de mogelijkheid om in een dergelijk ruimtepak gestoken bepaalde handelingen te verrichten is tijdens deze vluchten met de EVA (Extra Vehicular Activities) proeven aangetoond. In totaal zijn er tien Gemini vluchten uitgevoerd in de periode 1965 - 1966. Bij de vier bemande Apollo-vluchten, die voorafgingen aan de eerste landing op de maan op 21 juli 1969 werden alle systemen en technieken gebruikt en getest die nodig waren om de landing uit de voeren en de drie ruimtevaarders daarna weer behouden op de aarde terug te brengen. In Sheet ae1-801/SMS/3-6 zijn enige gegevens van de drie typen bemande ruimtevoertuigen verzameld. Zeer globaal gesproken verliep de maanvlucht als volgt (Sheet ae1-801/SMS/3-5). De Saturn 5 raket bracht een samenstel van voertuigen eerst in een baan om de aarde. Daarna werd dat geheel tot de ontsnappingssnelheid versneld en bij de maan gekomen afgeremd waardoor hij in een satellietbaan om de maan kwam. Nu splitste zich een deel af, dat het eigenlijke maanlandingsvoertuig (LM) is. Hiermee volbrachten twee man een zachte landing op de maan, voltooiden daar het onderzoeksprogramma en keerden terug naar de omloopbaan van het resterende deel dat zich nog met één man aan boord om de maan bewoog. Na het volbrengen van een >rendez-vous= manoeuvre verlieten de twee astronauten de LM en voegden zich bij de derde astronaut. Na het afstoten van de LM stootte het om de maan cirkelende voertuig zich uit de maanbaan op weg naar de aarde. Voor deze vlucht was één draagraket met een startgewicht van ca. 2800 ton voldoende : De Saturn-V. Het ruimtevoertuig dat de 3 bemanningsleden naar de maan (en terug naar de aarde) vervoerde, bestond uit drie delen (Sheet ae1-801/SMS/3-4): S De ACommand Module@(CM) De "Command Module" was het enige deel van het voertuig dat op de aarde terugkeerde. Het is het deel waarin de bemanning zonder ruimtepak tijdens de vlucht verbleef en bevatte alle apparatuur waarmee de bemanning het verloop van de vlucht kon controleren en beïnvloeden. S De AService Module@(SM) Dit deel bevatte naast o.a. het systeem dat de elektrische energie voor het voertuig leverde ook het primaire stuwsysteem. Met dit stuwsysteem werden de volgende manoeuvres uitgevoerd : koerscorrecties in de baan naar de maan, afremmen van het voertuig bij de maan opdat het in een baan om de maan kwam, versnellen uit de baan om de maan voor terugkeer naar de aarde en de koerscorrecties in deze terugvlucht. Pas vlak voor de terugkeer in de dampkring maakte de ACommand Module@ met de drie astronauten zich van de AService Module@ los.

14 S

De ALunar Module@(LM) In dit deel van het voertuig voerden twee bemanningsleden de landing vanuit de parkeerbaan om de maan uit. Het voertuig bestond in feite uit twee delen : het onderste deel fungeert bij het vertrek van de maan als Alanceerplatform@ voor het bovenste deel waarmee de twee astronauten een Arendez-vous@ manoeuvre met het om de maan cirkelende voertuig moeten volbrengen.

Tijdens de start was bovenop de derde trap van de Saturn-V draagraket een conisch overgangsdeel ('adapter') geplaatst waarin zich de LM bevond. Op deze 'adapter' bevond zich de SM waarboven zich de CM en een ontsnappingstoren met raketten, die tijdens de startfase in geval van nood de CM van de raket konden trekken, bevinden (Sheet ae1-801/SMS/3-4). Deze ontsnappingstoren werd na het ontsteken van de motoren van de tweede trap afgeworpen. Nadat de derde trap van de Saturn-V raket het voertuig vanuit de parkeerbaan om de aarde in een baan naar de maan had gestuwd, scheiden de astronauten de SM met de CM van de derde trap waaraan de LM nog is bevestigd. De combinatie wordt nu 180 graden gedraaid en de neus van de CM (dat deel waar de ontsnappingstoren stond) wordt aan de LM vastgemaakt. Dit is een zgn. Adocking-manoeuvre@. Hierna maakt het gehele maanvoertuig zich los van de derde trap, die door het uitstoten van de resterende stuwstoffen in een andere baan wordt gebracht, waardoor hij zich van het maanvoertuig verwijdert. Het totale startgewicht van de draagraket en het Apollo-voertuig bedraagt ca. 2800 ton. Het gehele maanvoertuig woog ca. 43 ton. Het deel dat op de maan lande (LM) woog ca. 15 ton en het gewicht van de capsule die op aarde terugkeerde (CM) was ca. 5 ton. De eerste landing op de maan vond plaats op 21 juli 1969, waarbij Neil Armstrong de eerste mens was die voet op de maan zette. Dit was de vlucht Apollo-11. Daarna zijn er nog 6 vluchten geweest waarbij Apollo-13, door een ontploffing in de SM tijdens de reis naar de maan geen landing kon uitvoeren. In feite was door de ontploffing de hele vlucht uiterst hachelijk geworden en heeft >t een uiterste inspanning gekost de bemanning behouden op aarde terug te brengen. De laatste Apollo vlucht was Apollo-17 die op 7 december 1972 plaatsvond. Op 14 mei 1973 hebben de Amerikanen nog een lege S IV B trap in een baan om de aarde gebracht. In plaats van stuwstoffen bevatte de trap nu een bemanningen verblijf en laboratorium uitrusting. Dit SKYLAB ruimte laboratorium (Sheet ae1-801/SMS/3-12) is in de periode 25 mei 1973 - februari 1974 in totaal 3 x door een bemanning van 3 personen bezocht. Deze bezoeken duurde van 28 dagen voor de eerste missie tot 12 weken voor de laatste periode. De bemanning werd bovenop een Saturn I B raket van de aarde gelanceerd en bereikte SKYLAB met een voertuig dat bestond uit een SM met daaraan vast de CM uit het Apollo project. In juli 1975 heeft nog een koppeling in de ruimte tussen de SM/CM voertuig en een Russisch Soyoez voertuig plaatsgevonden : Apollo Soyoez. Dit gebeurde terwijl beide voertuigen zich in een baan op ongeveer 180 km hoogte om de aarde bewogen (Apollo 18: apogeum 166 km, perigeum 152 km; Soyoez: apogeum 220 km, perigeum 186 km). En de volgende Amerikaanse bemande vlucht vond pas 6 jaar later plaats toen op 12 april 1981 de

15 eerste Space Shuttle lancering plaatsvond. Ook Europa is het tijdperk van de bemande ruimtevaart binnengetreden. Dit geschiedde op 28 november 1983 met de lancering van SpaceLab. Dit (Sheet ae1-801/SMS/3-13) is een bemand ruimtelaboratorium dat in Europa onder auspiciën van ESA is ontwikkeld. Het wordt in het vrachtruim van de Orbiter geplaatst en de bemanning kan in de ruimte vanuit de Orbiter via een luchtsluis SPACELAB betreden. Inmiddels zijn er nog 3 vluchten van SPACELAB geweest en U weet dat bij de SPACELAB D-1 vlucht van november 1985, de Nederlander Wubbo Ockels één van de bemanningsleden was. Dit SPACELAB is van cruciale betekenis voor het doen van allerlei wetenschappelijke en commerciële experimenten die de aanwezigheid van de mens vereisen. Inmiddels hebben de Amerikanen besloten de bouw van een groot ruimtestation, het International Space Station ISS, (Sheet ae1-801/SMS/3-16) voor te bereiden. Hieraan wordt door ESA, Rusland en Japan meegewerkt. Een inbreng van Europa is een bemande SPACELAB-achtige module die aan het Internationale Space Station wordt gekoppeld: COLUMBUS, een andere de European Robotic Arm, die gebruikt zal worden om onderhoud te plegen aan het Russische deel van het Space Station. Momenteel wordt onderzocht of ESA ook de ontwikkeling van het Crew Rescue Vehicle onder zijn hoede zal nemen. Dit voertuig zou Europa de mogelijkheid bieden zelfstandig vluchten van het Space Station terug naar de aarde uit te voeren. Sheet ae1-801/SMS/3-18 geeft een beeld van mogelijke verdere ontwikkelingen (let op de tijdsvertraging die in vijf jaar is opgetreden).

5.

Gebruik van ruimtevoertuigen

Ruimtevaart is nog een zeer jonge tak van menselijke activiteit en op lange termijn zijn ontwikkelingen mogelijk, die nu nog aan de grenzen van de fantasie liggen. Oorspronkelijk hadden de gedachten betreffende de ruimtevaart vooral betrekking op het reizen van de mens naar andere hemellichamen, waartoe de eerste stap is gezet met de Apollo-maanvluchten (eerste maanlanding op 21 juli 1969; commandant Neil Armstrong : AThat=s one small step for man, one giant leap for mankind=). Na zes succesvolle Apollo vluchten met landing op de maan heeft de Amerikaanse bemande ruimtevaart zich na 1972 geconcentreerd op vluchten om de aarde, waartoe ook de talrijke Russische bemande ruimtevluchten tot heden beperkt zijn gebleven. Bemande ruimtereizen naar de maan en verder gelegen reisdoelen liggen slechts voor de 21ste eeuw in het verschiet. Ruimte kolonisatie, waarbij grote aantallen personen voor lange tijd buiten de aarde hun leven leiden in een gesloten, zich zelf onderhoudende gemeenschap, is een toekomstperspectief waaraan slechts enkelingen aandacht geven (zie b.v. G.K. O=Neill : >The High Frontier=, Ned. Uitgave Gottmer, Haarlem, 1978). Het zelfde geldt voor interstellaire reizen buiten het zonnestelsel. Voor de komende decennia zal het gebruik van de mogelijkheden van de ruimtevaart in het bijzonder liggen op het gebied van : wetenschappelijk onderzoek met aardsatellieten (onbemand), met bemande ruimtevoertuigen in een baan om de aarde (SpaceLab en het International Space Station) en met onbemande

16 ruimtesondes in het zonnestelsel en daarbuiten, maatschappelijke diensten met behulp van onbemande aardsatellieten of bemande ruimtevoertuigen, die niet of minder doeltreffend door aan de aarde gebonden middelen kunnen worden geleverd. Beide gebieden van toepassing worden in het onderstaande besproken. -

Ook in Nederland zijn een aantal bedrijven en instellingen, die inspanningen op het gebied van ruimtevaarttechniek en - onderzoek verrichten (Tabel A4).

5.1

Wetenschappelijk onderzoek

Onder de wetenschappelijke discipline die door de ruimtevaart nieuwe mogelijkheden hebben gekregen nemen de astronomie (sterrenkunde) en de geofysica (natuurkunde van de aarde) een voorname plaats in. Deze mogelijkheden vloeien voort uit het feit dat wetenschappelijke meetinstrumenten kunnen worden gebruikt voor: observaties ter plaatse (>in situ= metingen) in de ruimte om de aarde en de zon, alsmede op of in de naaste omgeving van andere hemellichamen (maan, planeten), (atmosfeer, geladen deeltjes, etc.), observaties van elektromagnetische straling van sterren, die door de absorptie in de aardatmosfeer het aardoppervlak niet bereiken. Tot de eerste groep van observaties behoren de talrijke inmiddels uitgevoerde verkenningen van de Maan, Mars, Jupiter, Venus, Saturnus e.d., die ook in de toekomst zullen worden voortgezet ter uitbreiding van de kennis omtrent deze hemellichamen, waarbij ook de vraag naar de ontstaanswijze van het zonnestelsel een rol speelt. Door observaties in de omgeving van de Aarde zijn voorts sinds 1957 geheel nieuwe inzichten verworven in de structuur van deze omgeving. Met de eerste Amerikaanse Explorer I-satelliet (1958) werden de bekende stralingsgordels (>van Allen-Belt=) ontdekt. Dankzij verdere waarnemingen is thans een beeld van de structuur van de ruimte om de Aarde opgebouwd, dat schematisch in Sheet ae1-801/SMS/5-8 is weergegeven. De zon zendt voortdurend een stroom van geladen deeltjes (protonen, elektronen) uit, die de zonnewind wordt genoemd (snelheden van 300 - 700 km/s). Door de interactie tussen zonnewind en het magnetisch veld van de Aarde, wijkt dit laatste sterk af van het klassieke dipool-veld. Er treedt een uit de leer van de supersone stromingen bekende boeggolf op, waarbuiten het magnetisch veld van de Aarde niet meer waarneembaar is en er bevindt zich een magnetisch zog aan de schaduwzijde van de Aarde. Voorts treden mechanismen op waardoor geladen deeltjes in het aardmagnetisch veld worden ingevangen en aldaar de stralingsgordels vormen. Deze elektromagnetische gasdynamische verschijnselen kunnen dankzij de ruimtevaart worden bestudeerd in een >laboratorium=, dat door de ruimte zelf wordt. Voor het sterrenkundig onderzoek is vooral van belang de invloed van de aardatmosfeer op de elektromagnetische straling, die uit de ruimte komt. De meeste van deze straling dringt door de

17 absorptie in de atmosfeer niet door tot het aardoppervlak (of is sterk verzwakt) met uitzondering van het gebied van golflengten van het zichtbare licht (optisch venster) en van radiogolven (radiovenster). Zie Sheet ae1-801/SMS/5-9, waarin het spectrum van de elektromagnetische golven met de benaming van de diverse golflengte-gebieden en de eerder genoemde vensters zijn weergegeven. Tot ca. 1945 beschikten de astronomen alleen over mogelijkheden van sterrenkundige waarnemingen via het optisch venster met behulp van telescopen op het aardoppervlak (optische astronomie). Na 1945 is de radio-astronomie snel tot ontwikkeling gekomen dankzij de voortschrijding van de korte-golf radiotechniek. Via het radiovenster kan de kosmische radiostraling met radiotelescopen op de grond worden waargenomen. Ook in ons land is daarbij belangrijk pionierswerk verricht en de grote radiotelescoop in Westerbork is een vooraanstaand instrument in de wereld. Door waarnemingsinstrumenten buiten de aardse dampkring te brengen, kunnen echter onderzoekingen aan stralingen van het elektromagnetische spectrum buiten het zichtbare licht- en radiovenster worden uitgevoerd. Deze mogelijkheid, die alleen door de ruimtevaart wordt geboden, wordt door de astronomen van een zelfde betekenis geacht als destijds de uitvinding van de telescoop in het begin van de 17e eeuw. Gebleken is nl. dat in de ruimte straling over vrijwel het gehele elektromagnetische spectrum wordt waargenomen. Deze straling wordt opgewekt door de kosmische processen, die zich tijdens de verschillende ontwikkelingsfasen van sterre- en melkwegstelsels voordoen. Naarmate de golflengte van de maximale stralingsintensiteit korter is, zijn de temperaturen van de processen die de straling opwekken, hoger (stralingswet van Wien). Infrarood straling treedt b.v. op tijdens het ontstaan- en het (langzame) vergaan van sterren, terwijl röntgen- en gammastraling op hoge temperaturen wijst van actieve sterren, explosieprocessen e.d. Daar de absorptie van de straling toeneemt naarmate de atmosfeer dichter wordt, kunnen sommige stralingen ook worden waargenomen op hoogten van 30 à 40 km, die met ballonnen kunnen worden bereikt (IR- en UV straling). Andere stralingen (X- en γ-straling) kunnen gedurende korte tijd worden waargenomen door instrumenten, die met sondeerraketten tot grote hoogten (enkele honderden kilometers) worden gevoerd. Waarnemingen gedurende langere tijd buiten de aardatmosfeer kunnen alleen worden verkregen met behulp van aardsatellieten, die als (onbemande) sterrenkundige observatoria zijn ingericht. De door de meetinstrumenten gemeten gegevens worden door de boordapparatuur >vertaald= in elektrische signalen, die via het >radiovenster= naar grondstations op het aardoppervlak worden overgebracht. Figuur A1 brengt dit in beeld voor de eerste Nederlandse Astronomische Satelliet (ANS). De astronomische satellieten hebben geheel nieuwe gebieden van astronomische deeldisciplines mogelijk gemaakt: Infrarood (IR)-, Ultraviolet (UV)-, Röntgen (X)- en γ-astronomie. Het inzicht in de astrofysische processen is daardoor verdiept en vele nieuwe ontdekkingen zijn gedaan, waaronder de >zwarte gaten=. De doelstellingen liggen op het verkrijgen van kennis omtrent de kosmische processen met ook hier de vraag naar het ontstaan en de ontwikkeling van het heelal. De natuurkundige kennis die de astrofysica verwerft, kan ook van belang zijn voor latere toepassingen op aarde (b.v. voor kernfusie). Door de ruimtevaart krijgt ook de optische astronomie weer nieuwe

18 mogelijkheden van niet door de atmosfeer belemmerde waarnemingen in de vorm van de (onbemande) Space Telescope (ST) als gezamenlijk Amerikaans- Europees project (lancering met Space Shuttle in 1985). Naast de astronomie en het onderzoek van de ruimte nabij de aarde kunnen als andere gebieden van ruimteonderzoek worden genoemd : Het onderzoek van de eigenschappen van de aarde t.a.v. de vorm en het zwaartekrachtsveld en van de hoge atmosferische lagen. Hierbij wordt o.a. gebruik gemaakt van zogenaamde geodetische satellieten, waarmede nauwkeurige afstandsbepalingen tussen punten op aarde mogelijk is, o.a. door afstandsmetingen tot de satelliet met laser-stralen. Hierbij wordt b.v. nagestreefd de bewegingen van de zogenaamde aardschollen te meten (bewegingsafstanden in de orde van grootte van centimeters per jaar), waardoor de kennis omtrent het ontstaan van aardbevingen kan worden vergroot. Het gebruik van de specifieke ruimteomstandigheden : afwezigheid van zwaartekracht (nul-g) en vrijwel absoluut vacuüm. Vooral de eerste omstandigheid kan op aarde niet gedurende lange tijd worden gesimuleerd (alleen door valproeven of korte gravitatievrije vliegmanoeuvres met vliegtuigen). Natuurkundige, materiaalkundige, biologische en medische experimenten kunnen van dit bijzonder milieu gebruik maken. De ontwikkeling van het Europese project >SpaceLab= als bemande laboratoriumruimte aan boord van de Amerikaanse Space Shuttle is onder meer gericht op onderzoekingen op deze gebieden. Daar door o.a. kleine bewegingen van SpaceLab geen absolute >gravitatievrije= omgeving wordt gerealiseerd, spreekt men van onderzoek onder >micro-gravitatie-omstandigheden. De eerste vluchten van SpaceLab hebben vanaf 1983 plaatsgevonden. Ook Nederland heeft tot nu toe een werkzaam aandeel gehad in het ruimteonderzoek met name op het gebied van de astronomie en de geodesie. Astronomisch onderzoek wordt uitgevoerd door werkgroepen verbonden aan de Universiteiten van Utrecht, Leiden en Groningen, onder auspiciën van de SRON (Stichting Ruimte Onderzoek Nederland) van ZWO; totaal personeelsbestand van de SRON ca. 130 man). Deze werkgroepen nemen deel aan ruimteonderzoek in internationaal verband en zij ontwikkelen o.a. instrumenten voor ruimteonderzoek aan boord van ESA-satellieten. Ook leveren zij de wetenschappelijke en instrumentele bijdragen tot de >nationale= satellietprojecten, zoals de ANS (Astronomische Nederlandse Satelliet, gelanceerd 30 Augustus 1974 en in operatie gedurende 12 jaar, Sheet ae1-801/SMS/5-10) en de IRAS (Infra-Red Astronomical Satellite, gezamenlijk project van Nederland, V.S. en Engeland, lancering in januari 1983, Sheet ae1801/SMS/5-11). Daarnaast verleent de SRON steun aan het satellietobservatiestation van de TU Delft te Kootwijk, dat o.a. met laser-meetapparatuur metingen aan geodetische satellieten uitvoert.

5.2

Maatschappelijke dienstverlening

In het kader van maatschappelijke diensten worden aardsatellieten vooral gebruikt voor de navolgende doeleinden:

19 a. b. c. d.

Communicatie (telefoonverkeer, TV, datadistributie) Meteorologie Aardobservatie Navigatie.

Deze toepassingen zullen in deze paragraaf kort worden besproken. Andere toepassingen kunnen b.v. liggen op het gebied van fabricageprocessen onder micro-gravitatie omstandigheden, waarbij producten kunnen worden vervaardigd, die onder aardse omstandigheden niet of minder goed kunnen worden verwezenlijkt. Onderzoek met b.v. SpaceLab kan tot deze toepassing leiden. De hieronder besproken toepassingen zijn uiteraard zowel van belang voor civiel als militair gebruik; de meeste van de genoemde voorbeelden hebben betrekking op civiele toepassingen. A. Communicatie-satellieten Daar met toenemende frequentie (afnemende golflengte) de signaaloverdrachtscapaciteit van een radioverbinding toeneemt, wordt bij de moderne communicatiemiddelen elektromagnetische golven van hoge frequentie (5 cm - 3 m) toegepast, die zich rechtlijnig voortplanten en niet worden weerkaatst door de geïoniseerde hogere atmosferische lagen (zoals bij de klassieke kortegolf verbindingen van λ > 10 m). Wegens de rechtlijnige voortplanting is telecommunicatie tussen zend- en ontvangststation slechts mogelijk bij onderling zicht tussen de antennes (bekend uit de ontvangst bij TV en andere straalzenders). Een satelliet biedt de mogelijkheid van het plaatsen van antennes op een grote hoogte boven het aardoppervlak, die zich binnen het >gezichtsveld= bevinden over een groot gebied op de grond. De satelliet vervult de functie van tussenstation (>relay-station=) bij de verbinding tussen zenden ontvangststation op de grond, waarbij onderscheid wordt gemaakt tussen : a. Passieve systemen, waarbij de radiosignalen d.m.v. een grote ballonvormige satelliet worden teruggekaatst. Dit systeem is in de jaren zestig voor experimentele doeleinden gebruikt (Amerikaans project ECHO, ballondiameter : 30 m), doch vindt thans geen toepassing meer. b. Actieve systemen, waarbij een grondstation de signalen naar de satelliet zendt (up-link), waar zij worden versterkt en vervolgens opnieuw uitgestraald (down-link), waardoor een betere kwaliteit van de verbinding wordt verkregen dan bij het onder a genoemde systeem. De meeste actieve commerciële communicatiesatellieten gebruiken thans de 4/6 GHz band (downlink 3,7 - 4,2 GHz, up-link 5.925 - 6.425 GHz); i.v.m. vermijden van interferentie met grondstraalverbindingen wordt tegenwoordig ook de 11/4 GHz band toegepast. Voor de onderlinge verbinding tussen satellieten in de ruimte vindt ook onderzoek plaats op het gebied van communicatie m.b.v. laserstralen. Een overzicht van de voor communicatie gebruikte frequenties is gegeven in Tabel A7. De eerste actieve communicatie-satelliet was de Amerikaanse ATelstar@, die in 1962 werd gelanceerd in een ellipsvormige baan om de aarde en waarmede ook de eerste directe TV-verbinding tussen de V.S. en Europa tot stand kwam. In tegenstelling tot latere communicatiesatellieten bevonden de

20 eerdere typen zich in een relatief lage baan, waardoor zij zich slechts gedurende een beperkte tijd gelijktijdig binnen het gezichtsveld van twee grondstations bevonden, zodat communicatie slechts periodiek kon plaats hebben bij het >overkomen= van de satelliet. Thans worden voor communicatiedoeleinden algemeen toegepast de geostationaire satellieten, die zich steeds op een t.o.v. de aarde vast punt boven de evenaar bevinden op ca. 36.000 km hoogte. Deze satellieten kunnen daardoor een groot deel van het aardoppervlak bestrijken. Reeds in 1945 heeft Arthur Clarke aangegeven dat met een stelsel van drie geostationaire satellieten een communicatiesysteem kan worden gerealiseerd, waarmede vrijwel het gehele (bewoonde) aardoppervlak kan worden bereikt (Sheet ae1-801/SMS/74). Aanvankelijk was men bevreesd dat bij telefonische communicatie de optredende tijdsvertraging door heen en weer af te leggen afstand (3 s) hinder zou opleveren, hetgeen echter niet het geval bleek te zijn. De eerste experimentele geostationaire satelliet was de Amerikaanse Syncom III in 1964, reeds in 1965 gevolgd door het eerste commerciële type (>Early Bird=, later IntelSat I). Sindsdien heeft de communicatie met geostationaire satellieten een grote vlucht genomen en vormen zij een onmisbare schakel in de wereldwijde communicatie. Het door Clarke voorgestelde systeem is niet gerealiseerd en de huidige geostationaire communicatie-satellieten bevinden zich i.h.a. op plaatsen boven de evenaar, die zijn aangepast aan de verbinding tussen de continenten (boven Atlantische-, Indische- en Stille Oceaan2. Een belangrijke organisatie voor het beheer van internationale communicatiesatellieten is INTELSAT (International Telecommunications Satellite Organisation), opgericht in 1964, waarvan 105 staten lid zijn. Tabel A8 en Sheet ae1-801/SMS/7-20 tonen de opeenvolgende generaties van IntelSat-satellieten, waaruit o.a. duidelijk de groei van de communicatie capaciteit blijkt. Behalve voor inter-continentale verbindingen worden communicatiesatellieten ook gebruikt voor communicatie binnen kleinere nationale gebieden, b.v. in de V.S., Canada, India, Indonesië en Japen (>domestic use=). Bovendien zijn er naast publieke telefoon- en TVverbindingen andere toepassingen van satellietcommunicatie, b.v. communicatie tussen bedrijven of computernetwerken, scheepvaartcommunicatie e.d. Als gevolg hiervan zijn er nu vele geostationaire satellieten actief en begint de baan aardig vol te raken (Figuur A2). Gezien de te verwachten grote markt voor communicatiesatellieten, heeft naast de Amerikaanse ook de West-Europese ruimtevaart- en elektronische industrie grote belangstelling voor dit veld (ESAsatellieten : OTS, ECS, Marecs, L-Sat/Olympus); ditzelfde geldt ook voor Japan. B. Meteorologische satellieten Reeds in 1960 werd in de V.S. de eerste satelliet voor meteorologische observatie gelanceerd (TIROS I, Television and Infra-Red Observation Satellite), ingericht voor het nemen van wolkenfoto=s en de uitvoering van infra-rood waarnemingen die informatie leveren over de >warmtehuishouding' van de aarde. Een andere bekende reeks satellieten voor weerkundig- en atmosferisch onderzoek zijn de grotere Nimbus-satellieten (Sheet ae1-801/SMS/6-22). Thans staat voor operationeel gebruik over 2 Er bestaan ook transoceanische kabelverbindingen, waarvan de betekenis door de komst van de communicatiesatellieten geringer is geworden.

21 de gehele wereld het Amerikaanse satellietsysteem van de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) met TIROS-N-satellieten (massa 270 kg, zonsynchrone baan op ca. 900 km hoogte) ter beschikking. De weersatellieten zijn vooral van belang voor weerkundige en klimatologische waarnemingen op wereldschaal; zeer bekend is de waarneming van wervelstormen. Behalve visuele waarnemingen worden ook temperaturen in de atmosfeer en van het aardoppervlak bepaald, alsmede dienen de satellieten als platform voor de data-collectie van andere waarnemingsmiddelen (ballonnen, zeeboeien e.d.). Naast deze weersatellieten in lage banen, worden ook geostationaire weersatellieten gebruikt, zoals de MeteoSat van ESA, de Amerikaanse GOES (Geostationary Operational Environmental Satellites) en de Japanse GMS. C. Observatie-satellieten Deze satellieten worden gebruikt om i.h.b. land- en wateroppervlakten waar te nemen, zowel in het zichtbare licht-, infrarood- als microgolfgebied (radar). De daarbij gebruikte methoden van observatie worden met >remote sensing= aangeduid. I.h.a. worden polaire banen met relatief lage hoogten (omstreeks 1000 km) toegepast, waardoor het gehele aardoppervlak kan worden waargenomen. Tot de eerst en bekendste observatie-satellieten behoren de Landsat-satellieten, die gebruik maken van het eerder genoemde Nimbus-satellietvoertuig. Een minder vaak genoemde observatie satelliet is SEASAT (Sheet ae1-801/SMS/6-24). Het gebruik van de observaties van deze satellieten in West Europa vindt plaats via de ESA (>Earthnet=). Ook ESA heeft de lancering van dergelijke observatiesatellieten in voorbereiding (ERS = ESA Remote Sensing Satellite voor resp. land- en oceaanwaarnemingen). De observatie-satellieten kunnen informatie verschaffen betreffende landbouw (soort en stand van gewassen, bodemgesteldheid), bosbouw, waterhuishouding, toestand van zeeën (temperatuur, golven, ijs, vervuiling), cartografie, landinrichting, demografie, geologie en exploratie van grondstoffen (mineralen, olie). De verwerking en het gebruik van de gegevens die met observatie-satellieten kunnen worden verkregen, eist nog een omvangrijk onderzoek, dat aan operationele toepassingen voorafgaat. Gezien het belang van een goede beheersing van de wereldhuishouding t.a.v. voedselproductie, grondstoffen, urbanisatie en vervuiling mag van observatie-satellieten in de toekomst een belangrijke dienstverlenende functie worden verwacht. Ook in ons land heeft deze toepassing van satellieten de aandacht. D. Navigatie-satellieten Satellietnavigatie berust op de omstandigheid dat de positie van een satelliet t.o.v. de aarde zeer nauwkeurig kan worden gemeten en voorspeld. De satelliet zendt - regelmatig via grondstations aangepaste - gegevens omtrent zijn baanpositie uit. Met deze gegevens en de positiebepaling van het voer- of vaartuig t.o.v. de satelliet, volgt ook de gewenste positie op aarde (Sheet ae1-801/SMS/816). De positiebepaling t.o.v. de satelliet kan o.a. geschieden met behulp van de meting van Doppler frequentie-verschuiving van een door de satelliet uitgezonden bakensignaal. In 1960 werd de eerste experimentele navigatiesatelliet >Transit= gelanceerd t.b.v. de Amerikaanse Marine, waarbij dit beginsel werd toegepast, sinds 1963 is dit systeem operationeel in gebruik (na 1967 ook voor civiele gebruikers). In de jaren zeventig zijn verbeterde versies van de Transit-satelliet ontwikkeld en in

22 gebruik gesteld (NOVA). Nu wordt veel gebruik gemaakt van een ander operationeel navigatiesysteem: het Global Positioning System (GPS): >Navstar=, waarbij de positie van de gebruiker bepaald wordt door afstandsmetingen tot (tenminste) vier satellieten, die in zichtbereik zijn. (Sheets ae1-801/SMS/8-12, -13 en -15). Deze afstandmeting geschiedt door bepaling van het tijdsinterval tussen de uitzending van het bakensignaal door de satelliet tot de ontvangst op de grond. Aan boord van de satelliet bevindt zich een extreem nauwkeurige klok; tijdssynchronisatie tussen deze klok en de (eenvoudiger) klok van de gebruiker geschiedt door gebruik van meer dan drie satellietsignalen. De nauwkeurigheid van de positiebepaling (plaats op aarde en hoogte en snelheid) is afhankelijk van de apparatuur, waarover de gebruiker op de grond, op de zee of in de lucht beschikt. Een nauwkeurigheid van de plaatsbepaling tot ca. 10 m kan worden verkregen met de meest geavanceerde grondapparatuur. Voor een aantal (civiele) toepassingen kan echter met eenvoudiger apparatuur en geringe nauwkeurigheid worden volstaan. In zijn uiteindelijke vorm in het midden van de jaren 90 kon het GPS-systeem 18 satellieten hebben in zodanige banen op 20.000 km hoogte, dat op elk tijdstip en op elke plaats op aarde een nauwkeurige plaatsbepaling (incl. hoogte boven het aardoppervlak) mogelijk is. In het bovenstaande zijn de gebruiksmogelijkheden van satellieten beschreven, zoals deze thans reeds zijn verworven of in de nabije toekomst gerealiseerd zullen worden.

23 160 N Cr.

Loukinos: Reis naar de Maan Bron: Notie maan als hemellichaam Kepler, Goodwin, Cyrano de Bergerac: Ruimtereizen Kepler: "Somnium", errste Science Fiction Bron: Kennis hemelmechanica en telescoop Van Bilderdijk: Eerste Nederlandse S.F.? Jules Verne, A. Dumas, A. Eyraud E.E. Hale: The Brick Moon Kunstmatige satelliet; notie reeds bij Newton aanwezig H.G. Wells: Anti-gravitatie K. Lasswitz: Bemand ruimtestation

1650

1813 1865 1869/70 ~ 1900

Tabel A1 : Ruimtevaart vóór 1900: Fantasie

A.

De drie >groten= : 1. 2. 3.

B.

(1857 - 1935) (1882 - 1945) (Geb. in 1894)

De verenigingen : 1924 1927 1930 1933 Ook

C.

K.E. Tsiolkowsky R.H. Goddard H.J. Oberth

: : : : :

Rusland Duitsland V.S. Engeland (B.I.S.) Frankrijk

Andere pioniers : Hohmann, Esnault-Pelterie, W. Ley Sänger, Clarke Nederland: Kooy, Vertregt.

Tabel A2: a.

Van Science Fiction naar werkelijkheid(1900 - 1940) Aardsatellieten

24 Land

b.

Aantal gelanceerd

Aantal in baan

USA USSR ESA IntelSat Japan Overige landen

817 1370 13 23 18 67

387 541 7 23 16 45

Totaal

2308

1019

Vluchten naar verre doelen (onbemand) Land

c.

Maan

Planeten

USA USSR

36 33

15 29

Totaal

69

44

Bemande vluchten Land

Aardbaan

Maan

Totaal

Totaal man-uren

USA USSR

22 39

9 -

31 39

22.278 36.556

Totaal

61

9

70

58,834

Tabel A3 : Aantal ruimtevluchten per 31 December 1979 (Bron : TRW Space Log 1978/79, vol. 17, 1980)

25 Fokker Space BV NLR Stork Product Engineering (SPE) URENCO Nederland BSO Aerospace & Systems ICT Automatisering CMG TNO-TPD TNO-PML/Aerospace Propulsion Products TNO-FEL TNO-IZF Comprimo (Stork) Bradford Engineering Centrum voor Constructie en Mechatronica Mecon Genius Klinkenberg Hymec Signaal Special Products Delft Instruments NIVR SRON NISO TU Delft, L&R DEOS ESTEC/ESA Nederlandse Vereniging voor Ruimtevaart Zie tijdschrift Ruimtevaart, Augustus 1993

Tabel A4 : Overzicht Nederlandse bedrijven en instituten betrokken bij de Ruimtevaart

26 a.

Wetenschappelijke satellieten Naam

Lanceerdatum

Einde operaties

Totale massa in baan (kg)

Baan (initieel, apogeum-/ perigeumhoogte in km)

Doel (missie)

ESRO-II (Iris)

17-05-68

09-05-71

75

1094 / 332

ESRO-IA (Aurorae)

03-10-68

26-06-70

86

1534 / 253

HEOS-1

05-12-68

18-10-75

108

223.428 / 424

ESRO-IB (Boreas)

01-10-69

23-11-69

86

393 / 306

HEOS-2

31-01-72

02-08-74

117

238.119 / 359

TD-1

12-03-72

04-05-74

471

545 / 533

ESRO-IV

22-11-72

15-04-74

115

1178 / 245

COS-B

09-08-75

--

278

99067 / 337

Geos-I

20-04-77

23-06-78

275

ISEE-2*) Int.SunEarth Explorer) IUE *) (Int. Ultraviolet Explorer) Geos-2

22-10-77

--

160

38000 / 2050 (nominaal : geostationair) 144.000 / 270

26-01-78

--

430

Geosynchroon

Zon/aarde relaties, magnetosfeer UV-astronomie

14-07-78

--

275

Geostationair

Magnetosfeer

Kosmische straling, röntgenstraling van zon Polaire ionosfeer, noorderlicht Zonnewind en interplanetair medium Als ESRO-IA Interplan. Medium en magnetosfeer boven noordpool Astronomie (UV-, X-, γstraling) Ionosfeer, magnetosfeer, zonnedeeltjes γ-kosmische straling Dynamica van magnetosfeer

)

* Samenwerkingsprogramma met o.a. NASA. Naam EXOSAT ISPM (Int. Solar Polar Mission) Giotto Hipparcos Space Telescope (ST) 1) 2)

Lancering

Totale massa (kg)

Nominale baan (apogeum/ perigeum-hoogte)

Doel (Missie)

1982 1985

500 464

1985

430

Röntgenastronomie ESA/NASA project, onderzoek interplan. ruimte, met twee voertuigen 1) Onderzoek van komeet

1985 / 1986 1985 2)

480

200.000 / 500 baan via Jupiter over N- en Z-pool van zon ontmoetingsbaan met komeet Halley Geostationair Circulaire baan op 500 km hoogte

Grote telescoop in ruimte, deelneming aan NASA-project; levensduur 15 jaar

~ 5000

Optische astrometrie

: Ontwikkeling NASA-voertuig onzeker (zomer 1981) : Lancering met Space Shuttle.

Tabel A5 : ESA-aktiviteiten op ruimtevaartgebied (tot 1975 : ESRO)

27 b.

Toepassingssatellieten Naam

Lancering

Totale

massa (kg)

Baan

Doel

bij start

in baan

23-11-77 12-06-81 11-05-78

700 700 900

290 290 440

Geostationair Geostationair Geostationair

meteorologische waarneming meteorologische waarneming experimenteel telecommunicatie programma

Sirio 2

1982

420

230

geosynchroon

ECS-1 (European Communication Satellite) Marecs (Maritime ECS)

1982

1000

550

Geostationair

distributie van meteogegevens; atoomkloksynchronisatie operationele communicatie voor West Europa

1981/82

1000

550

Geostationair

MeteoSat 1 MeteoSat 2 OTS-2

operationele communicatie voor scheepvaart

Toepassingssatellieten (2e helft jaren >80) Communicatie L-Sat/Olympus (massa in baan: 1400 kg) Earth Resources Ocean And Ice Monitoring (ERS-1) Advanced Land Surveillance (ERS-2)

c.

Overige programma=s 1. 2.

Ariane-lanceerraket; startmassa 208.000 kg, nuttige last : 1000 kg in geostationaire baan ; eerste succesvolle lancering : 24 dec 1979. SpaceLab; bemande ruimtelaboratorium aan boord van Amerikaanse Space Shuttle; massa 14.500 kg; vluchtduur 7 - 30 dagen in baan om de aarde op 300 - 500 km hoogte; eerste lancering in 1985.

Tabel A5 (vervolg) : ESA-aktiviteiten op ruimtevaartgebied (tot 1975 : ESRO)

28 Datum

Gebeurtenis

04-10-1957

Eerste kunstmatige aardsatelliet (Russische Sputnik 1).

31-01-1958

Eerste Amerikaanse aardsatelliet (Explorer I, ontdekking van Allen-stralingsgordels.

13-09-1959

Eerste >harde= landing op maan (Lunik-2, Rusland).

12-04-1961

Eerste bemande satellietvlucht (Gagarin, in Russische Vostok I, 1 omloop).

20-02-1962

Eerste Amerikaanse bemande satellietvlucht (Glenn, Mercury-capsule, 3 orbits).

27-08-1962

Lancering van Mariner II (V.S.) Naar Venus (aankomst 14-12-1962); eerste succesvolle planetaire vlucht.

18-03-1965

Lancering Russische Voskhod-2 ; met eerste ruimte-wandeling van Leonov.

17-05-1968

Eerste Europese wetenschappelijke satelliet gelanceerd (ESRO II).

20-07-1969

Eerste bemande landing op de maan (Armstrong en Aldrin, Apollo 11).

22-07-1972

Succesvolle landing op planeet Venus van Russische Venera 8 ; lancering 27-03-1972.

30-08-1974

Lancering eerste Nederlandse satelliet van Western Test Range in California, V.S. (ANS, Astronomische Nederlandse Satelliet).

20-07-1976

Succesvolle landing op planeet Mars van Amerikaanse Viking 2 ; lancering 09-09-1975.

20-08-1977

Lancering Voyager 2 (V.S.) Met passage Jupiter (juli >79) en Saturnus (aug. >81), op weg naar Uranus (jan. >86) en Neptunus (aug. >89).

24-12-1979

Eerste en geslaagde vlucht van de Europese draagraket >Ariane=.

12/14-04-1981

Eerste succesvolle vlucht van de Amerikaanse Space Shuttle.

Tabel A6 : Enige hoogtepunten in de ontwikkeling van de ruimtevaart.

29 Aanduiding

Frequentie-bereik

Golflengte

Toepassing

VLF, very low frequency

3-30 kHz

100-10 km

lange afstandsnavigatie

LF, low frequency

30-300 kHz

10-1 km

lange afstandsnavigatie

MF, medium frequency

300-3000 kHz

1-0,1 km

lokale omroep, bakens

HF, high frequency

3-30 MHZ

100-10 m

kortegolf, radio

VHF, very high frequency

30-300 MHZ

10-1 m

TV, politie, telemetrie

UHF, ultra high frequency

300-3000 MHZ

1-0,1 m

TV, FM

SHF, super high frequency

3-30 GHZ

10-1 cm

EHF, extr high frequency

30-300 GHZ

10-1 mm

satellietcommunicatie, radar --

Frequentie λ = aantal trillingen per sec.; 1 trilling/s = 1 Herz (Hz) 1 kilo Herz (kHz)

= 103 Hz

1 Mega Herz (MHz)

= 106 Hz

1 Giga Herz (GHz)

= 109 Hz

Voortplantingssnelheid electro-magnetische golven (lichtsnelheid) : C = 3 . 108 m/sec (300.000 km/sec = ca. 7 x aardomtrek/sec) Verband golflengte en frequentie : Install Equation Editor and doubleclick here to view equation.

Tabel A7 : Frequenties voor telecommunicatie.

30 Satelliet type

Eerste lancering (totaal aantal)

Lanceer raket

IntelSat I (Early Bird)

06-04-65 (1)

ThorDelta

IntelSat II

26-10-66 (3)

Improved Delta

IntelSat III

18-09-68 (5)

Improved Delta

Intelsat IV

25-01-71 (7)

AtlasCentuur

IntelSat IVA

25-09-75 (6)

AtlasCentuur

IntelSat V

06-12-80 (7)

AtlasCentuur

Communicatie capaciteit

240 telefoon circuits of 1 TV kanaal Idem 1200 telefoon circuits en 2 TV kanalen 4000 telefoon circuits en 2 TV kanalen 6000 telefoon circuits en 2 TV kanalen 12000 telefoon circuits en 2 TV kanalen

Aantal transponders

Electr. vermogen Watt

Massa bij lancering in baan (kg)

Satelliet lichaam Diameter (m)

Hoogte (totaal) (m)

Standregeling

Ontwerp levensduur

Kosten Satelliet

Kosten Lancering 106 $

jaar

2

40

68/39

0,72

0,60

tolstabilisatie

1,5

7

4,7

1

75

162/86

1,42

0,67

tolstabilisatie

3

3,6

4,6

2

120

294/ 152

1,42

1,04

tolstabilisatie met "despun" antennes

5

6,25

5,75

12

400

1418/ 732

2,38

2,80 (5,28)

tolstabilisatie met "despun" antennes

7

18,5

32,5

20

500

1516/ 863

2,38

2,80 (5,90)

tolstabilisatie met "despun" antennes

7

21,5

32,5

27

1200

1870/ 1012

20

-157

drie-assig gestabiliseerd

7

28,0

32,0

Tabel A8 : Enkele gegevens van INTELSAT-communicatiesatellieten.

31 Information transmission for public services : - Communication : Person/t--Person, Votinh/polling, etc. - Data Transmission : Electronic Mail, Package tracking, Surveillance. - Navigation/Traffic control : Personal, Air Traffic, Ships. - Information storage : For Recall from Earth or Space, Computer in Space. - Public Information Service : Education, Cultural/entertainment programmes. Data acquisition/transmission : - Meteorology : Accurate Weather Predictions. - Probing of atmospheric layers : Ozone layer, Ionosphere. - Land Monitoring : Resources, Fault zones, Earthquake areas, coasts. - Ocean Monitoring : Currents, Wave conditions, Icebergs, Marine life. - Collection/Transmission from surface buoys and balloons. - Solar activity monitoring : Flare warning, etc. Earth-oriented teleoperation and telemonitoring : - Long pipelines and power lines. - Remote industrial facilities : Desert Solar Power Stations, etc. - Remote agricultural facilities. - Remote human activities : Expeditions, Search/Rescue, etc. Nucleair waste disposal : - From earth surface : To long-lifetime orbits or Sun. - From vicinity of orbiting industrial facilities. Manufacturing in low earth orbit : - High-cost low-weight/volume products : from Earth-supplied Materials. - Structures and structural elements for space facilities : from Earth-or Moon-supplied Materials Space light (illumination from space) : - Industrial/Agricultural operations, commercial traffic, urban areas. - Food Production : Plankton growth, etc. - Weather modification : Crop damage prevention. Space microwave power (energy from space) : - Long-distance relay of power from source to user center. - Space-generated power to terrestrial user center. - Space-generated power to space industrial facilities.

Tabel A9 : Voorbeelden van mogelijke toekomstige toepassingen van de ruimtevaart. (Bron : Puttkamer, Journal of the British Interplanetary Society: vol. 30, pg. 264, 1977)

32 Lunar industrialization : - Supply of oxygen for rocket propulsion/life support : Transportation. - Structural and manufactured goods to orbiting facilities. - Primary commodities and manufactured goods to earth. Human activities : - Medical/therapeutic services/opportunities : Curative and Alleviative - Alleviative. - Recreation : Space Tourism Facilities. Solar system industrialization : - Mars : Staging ans supply base for asteroidal utilization. - Asteroidal metals for earth. - Heliocentric exploration.

Tabel A9 (Vervolg) : Voorbeelden van mogelijke toekomstige toepassingen van de ruimtevaart. (Bron : Puttkamer, Journal of the British Interplanetary Society: vol. 30, pg. 264, 1977)

33

Figuur A1 : Observatie en transmissie golflengten van de Astronomische Nederlandse Satelliet (ANS)

34

Figuur A2 : Bezetting geostationare baan (~ 1982).