Onconventionele lanceersystemen: Schieten met satellieten

Onconventionele lanceersystemen: Schieten met satellieten Ir. H.M. Sanders, Bradford Engineering B.V. Dr. C.M. Wentzel, TNO Prins Maurits Laboratorium

Sinds de lancering van de eerste Sputnik zijn alle satellieten met meertrapsraketten gelanceerd die allen direct of indirect zijn afgeleid van militaire raketten. Echter voor het begin van de ruimtevaart werd hier anders over gedacht. Er werden in het verleden veel verschillende manieren bedacht om ladingen de ruimte in te brengen. Kanonnen, vliegwielen en zelfs zwanen werden in vroege sciencefiction romans gebruikt om de ruimte te bereiken. Vanuit ons gezichtspunt is het gemakkelijk om wat lacherig te doen over deze verhalen, maar ze getuigden van een creativiteit die vandaag nog maar beperkt aanwezig is in de ruimtetransportwereld.

Inleiding Met name door de druk om de kosten te verlagen is men de laatste tien jaar gaan zoeken naar andere mogelijkheden om satellieten te lanceren. De meeste studies richtten zich op herbruikbare lanceervoertuigen die gebruik maken van conventionele of luchtademende (raket)motoren. Er zijn echter ook studies gedaan naar andere methoden om satellieten te lanceren op onconventionele manieren. In dit artikel wordt dieper op deze manieren ingaan. Het is moeilijk een duidelijke definitie te geven van onconventionele lanceersystemen. Een ruwe definitie is dat er systemen mee worden bedoeld die, in ieder geval voor een gedeelte van de vlucht, geen gebruik maken van conventionele voortstuwingswijzen. Men kan conventioneel zien in ruime zin, dus inclusief luchtademende motoren. Onconventionele systemen zijn dus systemen die, voor een gedeelte van de vlucht, geen gebruik maken van raket of luchtademende motoren. Het grote voordeel

van de meeste als onconventioneel te boek staande systemen is dat een deel van de versnelling niet door het voertuig zelf wordt opgewekt. Hierdoor heeft het lanceervoertuig veel minder stuwstoffen nodig om in een baan om de aarde te komen en kan dus kleiner en goedkoper worden uitgevoerd. Het TNO Prins Maurits Laboratorium en Bradford Engineering hebben in opdracht van ESA onconventionele lanceersystemen aan een nader onderzoek onderworpen. In dit artikel zal een overzicht worden gegeven van mogelijke onconventionele lanceersystemen en zal er nader worden ingegaan op kanonlanceersystemen. Beide onderwerpen waren onderdeel van de ESA studie.

Geschiedenis Voordat er sprake was van enige technische ontwikkeling van de ruimtevaart en aanverwante technologieën was het allerminst duidelijk dat raketten de meest efficiënte manier zou zijn om ruimtevaartuigen te lanceren.

Een van Gerald Bull’s Martlet projecten. [US Air Force]

RUIMTEVAART FEBRUARI 2000

3

Om het probleem ‘hoe lanceer ik mijn ruimtevaartuig’ op te lossen, hebben denkers en zieners uit de voorgaande eeuwen een hele serie ingenieuze oplossingen bedacht. Veel van de huidige onconventionele ideeën werden in die tijd voor het eerst beschreven. In de literatuur zijn veel voorbeelden hiervan te vinden; hieronder volgen enkele. Wanneer men aan lanceersystemen zonder raketten denkt dan zal het kanon uit het boek Reis naar de maan, van Jules Verne, bij de meeste mensen het eerst te binnen schieten. In dit klassieke boek wordt een maanreis gemaakt door een projectiel met drie passagiers af te schieten met een enorm kanon dat niet ver van het huidige Cape Canaveral was gebouwd. Het boek werd geschreven in 1865 en is de eerste min of meer wetenschappelijke benadering van reizen door de ruimte. Overigens werd het idee om met behulp van een kanon ruimtevaart te bedrijven ook al in 1815 beschreven door Edgar Francesca Burney. Een ander idee uit de negentiende eeuw dat regelmatig terugkomt, is het lanceren van ruimtevaartuigen door ze op een vliegwiel te monteren. Door het vliegwiel met grote snelheid te laten draaien krijgt het projectiel dat aan de buitenkant zit een hoge snelheid. Door het projectiel op het juiste moment los te laten zal het de ruimte ingeslingerd worden. In 1869 beschreef de Engelse schrijver Edward Everett Hale een dergelijk systeem in het boek The Brick Moon. In dit boek werd het vliegwiel gebruikt om een navigatiesatelliet voor de scheepvaart te lanceren. Een zeer originele manier van ruimtetransport bedacht H.G. Wells. In First men in the Moon uit 1901 liet hij zijn held cavoriet uitvinden, een materiaal dat de zwaartekracht tegenhoudt. De laatste jaren zijn er theoretische aanwijzigen gevonden dat het manipuleren van zwaartekracht mogelijk zou kunnen zijn. Wie denkt dat tethers (lange kabels in de ruimte) iets van de laatste twintig jaar zijn, komt bedrogen uit. Een ladder naar de hemel werd al in het boek Genesis beschreven waar Jacob met een door engelen neergelaten ladder naar de hemel klom. Het concrete idee van een ruimtelift, de Moeder aller Tethers, werd al in 1960 in Rusland beschreven.

4

Marine kanonnen en SDI lasers Er is niet alleen geschreven over onconventionele lanceersystemen, er zijn ook serieuze studies aan gewijd. In enkele gevallen kwam het zelfs tot daadwerkelijke technologie-ontwikkeling. De twee meest bekende ontwikkelaars waren de Canadees Gerald Bull, die in de jaren zestig zeer serieus werkte aan een ruimtekanon, en de Amerikaan Leik Myrabo, die al enige jaren met een klein team met laservoortstuwing experimenteert. Gerald Bull begon midden jaren zestig te werken aan de lancering van satellieten met een conventioneel kanon. Hij gebruikte hiervoor 40 cm diameter kanonnen van de Amerikaanse marine die hem in het kader van het High Altitude Research Program (HARP) beschikbaar waren gesteld. Bull en zijn team ontwikkelden een serie raketaangedreven projectielen, de Martlets, die na het afschieten werden afgevuurd om de projectielen nog veel hoger te brengen dan het kanon alleen had kunnen doen. Het team moest hiervoor een flink aantal nieuwe technologieën ontwikkelen. Zo werd ontdekt dat de stuwstofpil tegen beschadiging tijdens het afschieten kon worden beschermd door de centrale opening in de motor op te vullen met zinkbromide, een vloeistof met een vergelijkbare dichtheid als de vaste stuwstof. Ook werd een hele serie instrumenten ontwikkeld die tienduizend g’s kon overleven. Onder andere werden er horizonsensoren, zonsensoren en een spinsnelheidsmeter gebouwd, maar ook ondersteunende apparatuur zoals batterijen, elektronica en zelfs koudgas stuurraketten. Tijdens het HARP-programma, dat tot het eind van de jaren zestig doorliep, werden zo’n 300 schoten afgevuurd en werden hoogten van 285 km bereikt. Het programma liep af omdat Bull Canadees was en het programma niet langer door de Canadese strijdkrachten werd ondersteund. Verder was het Amerikaanse leger beperkt tot het gebruik van artillerie met een bereik van 60 mijl. Aangezien het doel van Bull was een satelliet te lanceren ging hij de limiet van zestig mijl te boven en begaf hij zich op het gebied dat de luchtmacht toebehoorde. Hierdoor kon het leger hem niet meer on-


Overzicht van alle onconventionele lanceersystemen die in de vermelde ESA-studie zijn geïdentificeerd. [B. Sanders]

dersteunen. Dit politiek gekonkel maakte van Bull een verbitterd man. Hij heeft wel nog geprobeerd het SDI programma voor zijn ideeën te interesseren, maar tevergeefs. Bull zocht daarna zijn heil in het bouwen van geschut voor landen als Zuid-Afrika, China en Irak. In 1990 werd Bull onder mysterieuze omstandigheden in Brussel doodgeschoten, enkele weken voordat er in Engeland onderdelen voor een Iraaks superkanon werden onderschept. Na de Golfoorlog vonden VN wapeninspecteurs twee half afgebouwde superkanonnen in Irak. Er wordt over het algemeen aangenomen dat Bull deze kanonnen heeft ontworpen en dat hem dit het leven heeft gekost. Hoewel het Bull niet lukte geld van het SDI programma te krijgen, heeft dit programma wel een ander onconventioneel lanceersysteem voortgebracht: nl. laservoortstuwing. Het principe van laservoortstuwing is al lange tijd bekend maar het heeft tot de komst van


het SDI-programma in het midden van de jaren tachtig geduurd voordat er serieuze aandacht aan werd besteed. In de jaren tachtig werkten onderzoekers van het Lawrence Livermore National Laboratory in de Verenigde Staten serieus aan het onderwerp. Eind jaren tachtig werd de fakkel overgenomen door Professor Leik Myrabo van het Rensselear Polytechnick Institute in New York. Met een 10 kW SDI laser begon men daar midden jaren negentig te experimenteren. Bij de eerste tests werd een klein model langs een horizontale draad voortgestuwd om het principe te bewijzen. Later werden vrije vluchten gemaakt binnen zijn laboratorium en het vluchtprogramma werd daarna langzaamaan verder uitgebouwd. Inmiddels zijn vluchten tot zo’n 30 meter hoogte gemaakt en zijn vluchten tot vele kilometers hoogte in voorbereiding. Door de vrije vluchten kreeg Myrabo veel media aandacht en natuurlijk de broodnodige fondsen om zijn werk voort te zetten.

5

Onderverdeling van onconventionele lanceersystemen In het overzichtschema is een systematisch overzicht van onconventionele lanceersystemen te vinden. Er zijn zeven hoofdgroepen te onderscheiden die elk hun eigen karakteristieke eigenschappen hebben. Systemen met versnelling op de grond Bij deze systemen wordt een deel van de eindsnelheid bereikt door het voertuig op de grond te versnellen. Een manier om dit te bereiken is door middel van rails of voertuigen waarmee snelheden tot ongeveer de geluidssnelheid kunnen worden bereikt. Voor de aandrijving op de grond worden elektrische aandrijvingen, stoomkatapults of ook wel raketten gebruikt. Na het van de grond loskomen, vliegt het lanceervoertuig met één of twee trappen de ruimte in. Deze voertuigen lijken dan vrij veel op de huidige voorstellen voor lanceervoertuigen. Veel onconventioneler zijn de zogenaamde hypervelocity launchers. Hierbij wordt het lanceervoertuig tot nog veel hogere snelheden op de grond versneld. De snelheden kunnen oplopen tot vele kilometers per seconde. Deze systemen zijn afgeleiden van het Jules Verne kanon. Verschillende manieren om deze zeer hoge snelheden te bereiken zijn voorgesteld en in het laboratorium heeft men al projectielen van 4 kg tot 4 km/s kunnen versnellen. Met kleinere ladingen zijn al snelheden van 10 km/s bereikt. Naast conventionele kanonnen zijn er hiervan tweetrapsversies, de zogenaamde light gas gun, ontwikkeld. Ook heeft men elektrische versnellers ontwikkeld die het projectiel door middel van elektrische krachten versnellen. Voorbeelden hiervan zijn de railgun en de coilgun. Tot slot zijn er de zogenaamde ramversnellers. Van al deze systemen zijn proefmodellen gebouwd en hun werking is op kleine schaal aangetoond. Het probleem is echter dat het vaak moeilijk is deze systemen op te schalen naar een grootte die hen aantrekkelijk zou maken om satellieten te lanceren. De hypervelocity launchers hebben hierbij bovendien nog het nadeel dat de versnellingen die op het voertuig worden losgelaten zeer hoog zijn, in

6

de orde van duizenden g’s. In het laatste deel van dit artikel worden verschillende hypervelocity launchers uitgebreider beschreven. Opgestraalde energie systemen Een andere manier om de hoeveelheid stuwstof te beperken is om de energie die nodig is voor de verbranding van de grond naar het voertuig te sturen in plaats van het mee te nemen. Het meest bekende concept in deze categorie is laser voortstuwing waar een krachtige laserstraal wordt gebruikt om de stuwstof te verhitten om zo voor voortstuwing te zorgen. Het lanceervoertuig zelf kan zeer eenvoudig en daardoor goedkoop zijn omdat het het licht alleen hoeft te bundelen, alle sturing en dergelijke gebeurt van de grond. Echter, om een zeer kleine satelliet te lanceren is er een laservermogen van tientallen tot honderden Megawatts nodig en deze lasers bestaan simpelweg nog niet. Bovendien kan een dergelijke laser ook voor minder vreedzame doeleinden worden gebruikt. Een ander voorstel voor opgestraalde energie systemen maakt gebruik van microgolven die aan boord van het lanceervoertuig worden omgezet in warmte. Lucht gelanceerde systemen Deze systemen worden allen vanuit de lucht gelanceerd. Zij worden door ballonnen, luchtschepen of vliegtuigen op grote hoogte en eventueel met een bepaalde snelheid losgelaten en vliegen daarna zelf naar een baan om de aarde. De snelheid is meestal laag, in het gros van de voorstellen lager dan de geluidssnelheid en in enkele gevallen supersoon. Voorbeelden van deze systemen zijn bijvoorbeeld de Pegasus raket of de luchtgelanceerde versie van de Britse Hotol. Een bijzondere vorm van een lancering in de lucht is de Eclipse Astroliner van Kelly Space. Dit voertuig wordt door een groot vliegtuig op sleeptouw genomen en omhoog gesleept. Na het loslaten vliegt de astroliner naar een baan om de aarde. Tanken in de lucht Deze lanceervoertuigen zijn nauw verwant aan de vorige groep, maar nu vliegt het ruimtevoertuig zelf naar een grote hoogte. Aldaar wordt het met een tankvliegtuig bijgetankt om daarna de reis naar de ruimte voort te zetten. Hierdoor hoeft het lanceervoertuig geen


extra tanks en motoren voor het eerste stuk van de reis mee te nemen. Het Pioneer rocketplane ontwerp gaat uit van dit systeem en er wordt op dit moment getracht dit systeem te verwezenlijken. Een zeer originele manier van tanken in de lucht is bedacht door David Criswell. In zijn voorstel sproeit een vliegtuig een spoor van brandstof door de lucht. Het lanceervoertuig vliegt daarna door het lucht-brandstofmengsel heen om het te verbranden en als voortstuwing te gebruiken. Het grote voordeel is dat het lanceervoertuig geen stuwstof hoeft mee te nemen en alleen het lucht-brandstofmengel hoeft in te nemen en te verbranden. Tethers Een van de klassieke onconventionele lanceermethoden is de ruimtelift. In dit concept verbindt een kabel een satelliet in een geostationaire baan met de aarde en kan er met een lift langs de kabel de ruimte in worden gereisd. Het enige probleem is dat er geen materiaal bekend is dat sterk genoeg is om tegen de krachten bestand te zijn die op de kabel worden uitgeoefend. Andere versies gebruiken kortere, maar nog steeds honderden kilometers lange ronddraaiende kabelsystemen. Het laagste punt van de kabel pikt op lage hoogte een lading op en als de kabel op zijn hoogste punt aankomt, wordt de lading losgelaten. De centrifugale krachten houden de lange kabels strak. Hoewel er verschillende tethers in de ruimte hebben gevlogen is met name ruimtepuin een grote bedreiging omdat hierdoor de kabels kunnen worden doorbroken. Orbital ring systemen Een zeer innovatieve maar ook zeer ambitieuze manier van ruimtetransport zijn orbitale ringen. Deze systemen zijn afgeleid van de tethers en proberen de problemen van de ruimtelift op te heffen. Het systeem bestaat uit een geleidende kabel die op een paar honderd km boven de evenaar zweeft en de hele aarde omspant. Over de kabel bewegen zich elektrisch aangedreven voertuigen die over de ring kunnen versnellen en vertragen. Door nu met zo’n voertuig met een dusdanig snelheid te laten bewegen zodat hij ten opzichte van de evenaar stilstaat kan vanuit het voertuig een relatief korte kabel worden neergelaten om op het aardoppervlak ladingen op te


pikken. Is de lading binnengehaald dan wordt er weer versneld naar omloopbaansnelheid om de lading in een baan om de aarde te brengen. Bij varianten van dit idee bestaat de ring uit kleine magnetische deeltjes in een baan om de aarde of wordt er gebruik gemaakt van gedeeltelijke ringen die in een lus op aarde terugkeren. Zeer geavanceerde systemen Dit zijn ideeën voor transportsystemen die zich vrijwel geheel in het science fiction stadium bevinden omdat er (nog) geen theorieën bekend zijn die deze systemen fysisch mogelijk maken. Het bekendste voorbeeld is de teleportatie die in de serie Star Trek vaak gebruikt wordt. Hierbij wordt een voorwerp afgebroken tot zijn kleinste deeltjes, deze worden in pure energie omgezet en overgezonden. Elders wordt het oorspronkelijke voorwerp weer gereconstrueerd. Einstein heeft bewezen dan massa inderdaad in energie kan worden omgezet en andersom, maar er zijn geen technieken bekend om dit proces gecontroleerd te laten verlopen.

Verschillende uitvoeringsvormen van gaskanonnen. [TNO]

7

Een ander voorbeeld is anti-zwaartekracht, waarbij wordt aangenomen dat zwaartekracht een golfverschijnsel is. Het moet dan mogelijk zijn deze golven te manipuleren zoals ook licht en geluidsgolven kunnen worden gemanipuleerd. Even ver weg zijn het aanbrengen van een ruimtekromming of lokale wormgaten die ruimtevoertuigen naar een baan om de aarde zouden leiden.

Kanonlanceersystemen De meest realistische onder de genoemde onconventionele systemen zijn de kanonlanceersystemen, zij werden in de studie van PML en Bradford nader bestudeerd. Tijdens de studie werden verschillende kanonnen bekeken waaronder klassieke kanonnen, tweetraps gaskanonnen, ramversnellers en elektromagnetische versnellers. Er werd grote nadruk gelegd op de haalbaarheid van de concepten. Daarnaast werd gekeken naar kostenbepalende factoren en zaken zoals baanberekeningen. Gaskanonnen In gaskanonnen wordt heet gas onder hoge druk geproduceerd door een explosie of mechanische compressie. Als dit gas expandeert wordt het projectiel versneld. Traditionele kanonnen zijn wat snelheid betreft beperkt tot 1 à 2 km/s, wat vrij laag is ten opzichte van de snelheid die nodig is om een ruimtebaan te bereiken (ongeveer 8 km/s). Vanwege de nogal ruwe lancering zal een stevig en dus zwaarder raketvoertuig nodig zijn om een baan om de aarde te bereiken. Door de hoge snelheid die het voertuig zelf moet toevoegen zal een tweetraps raket noodzakelijk zijn. Dit concept volgt de lijnen van project HARP en de technische realiseerbaarheid is dan ook groot. Ook al omdat voor conventionele artillerie granaten beschikbaar zijn met verfijnde elektronica en mechanismen die bestand zijn tegen de hoge versnellingen. Er zijn verschillende mogelijkheden om de prestaties van gaskanonnen te verbeteren. De bekendste hiervan is het tweetraps lichtgaskanon. In dit kanon wordt een conventioneel kanon gebruikt om waterstof of helium met behulp van een zuiger te comprimeren. Bij een van te voren bepaalde druk bezwijkt een

8

breekplaat en zal het lichte gas gaan expanderen. Achter het membraan zit het projectiel dat dan versneld wordt. Omdat het lichte gas veel meer kan expanderen dan bij een standaard kanon kunnen veel grotere snelheden worden bereikt. Een van de bekendste tweetraps lichtgaskanonnen binnen het SHARPproject is die van John Hunter van het Lawrence Livermore National Lab waarmee projectielen van 5 kg zwaar tot 4 km/s zijn versneld. Ook in Europa staan dit soort kanonnen. De FAEC in Vaujours, Frankrijk kan projectielen van 1 kg tot 6.5 km/s versnellen. Uit de studie van Bradford en PML blijkt dat de huidige lichtgaskanontechnologie dicht bij het punt is aangekomen dat een kanon en projectiel met een nuttige lading van 1 kg of minder realiseerbaar lijkt. Een andere variant die mogelijk interessant is zijn kanonnen met meerdere injectiepunten. In de tweede wereldoorlog werkten de Duitsers aan een dergelijk kanon dat 70 kg zware granaten vanuit Frankrijk op Londen moest afvuren. Dit V 3 wapen werd door geallieerde bommenwerpers onschadelijk gemaakt voordat het operationeel kon worden. In het meerdere injectiepunten concept worden meerdere explosies in een centrale loop samengevoegd om het projectiel voort te stuwen. Het zal duidelijk zijn dat hiervoor een zeer precieze timing nodig is. Wanneer deze problemen kunnen worden opgelost, biedt dit concept grote mogelijkheden om zeer hoge snelheden te bereiken. Een bijzondere vorm van het gaskanon is de ramversneller. Aan dit type is veel onderzoek uitgevoerd aan de Universiteit van Washington. Door een buis te vullen met een ideaal lucht brandstofmengsel hoeft een projectiel de zaak alleen maar te onsteken. Het projectiel is in feite een ramjet die door een buis vliegt en dus geen eigen brandstof hoeft mee te nemen. Door een diafragma wordt het gas in de buis gehouden. Door verschillende segmenten aan elkaar te koppelen met verschillende gasverhoudingen, ieder optimaal voor een bepaald snelheidsgebied, kunnen snelheden tot 10 km/s worden bereikt. Met de huidige ramversnellers zijn snelheden tot enkele km/s bereikt, maar het potentieel ligt hoger.


Elektromagnetische lanceersystemen Ook hier zijn verschillende uitvoeringen te onderscheiden, de belangrijkste zijn de coilgun en de railgun. De coilgun is in feite een serie elektromagneten achter elkaar die één voor één het projectiel voortstuwen. Door ze op de juiste manier te schakelen kan er een min of meer continue versnelling worden geproduceerd. De coilgun werd in de jaren zeventig bekend doordat hij onder de naam massdriver een belangrijk onderdeel was van Gerard O’Neill’s ruimtekolonisatieplannen. De railgun werkt volgens de wet van Lorentz. De loop bestaat uit twee geleidende rails die met een pulsvoeding zijn verbonden. Door nu achter het projectiel een beweegbare elektrische verbinding te leggen kan het projectiel versneld worden. Door de stroom ontstaat er namelijk een magnetisch veld en de combinatie van de stroom en het magnetische veld veroorzaakt de Lorentzkracht. Dit type kanon is uitvoerig onderzocht in het kader van het SDI programma en ook in Nederland is een dergelijk kanon gebouwd en beproefd. Met elektromagnetische versnellers zijn met kleine projectielen (tot een paar honderd gram) snelheden van vele km/s gehaald.

elektromagnetische versnellers is het grootste probleem de voeding. Om een kanon goed te kunnen laten werken zijn er voedingen nodig die zeer korte maar ook zeer intense stroomstoten kunnen leveren. Deze voedingen moeten dan ook nog zeer compact zijn om dicht genoeg bij het kanon te kunnen worden opgesteld. De complexiteit van de voedingen maakt ze ook erg duur. Met name doordat erg grote investeringen nodig zijn voor de bouw van een kanonlanceerinstallatie kan deze alleen rendabel zijn als er veel satellieten mee worden gelanceerd. Ook aan het projectiel worden hoge eisen gesteld. Nadat het eerst met vele duizenden g’s is versneld, moet het daarna met enkele km/s door de atmosfeer vliegen. Hierdoor zal een aanzienlijke afremming en verhitting van het projectiel ontstaan. Het projectiel zal dus robuust genoeg moeten zijn om daarna nog te functioneren. Als het projectiel in de ruimte is aangekomen zal het zich in de goede stand moeten zetten voor het afvuren van de raketmotor die van het projectiel een satelliet maakt. Wat betreft elektronica is dit alles geen groot probleem en Gerald Bull heeft al in de jaren zestig laten zien dat ook raketmotoren deze beproeving kunnen overleven, mits ze goed zijn ingepakt.

Conclusies en uitdagingen voor kanonlanceersystemen De conclusie van het onderzoek was dat met de huidige technologie het in principe mogelijk zou zijn om een kanon te bouwen waarmee een lading van enkele honderden grammen in de ruimte zou kunnen worden gebracht. Het lichtgaskanon en de railgun zijn hierbij de meest veelbelovende kandidaten. Het probleem van de lichtgaskanonnen is dat om een goede versnelling te halen het projectiel in de loop een groot oppervlak moet hebben vergeleken met zijn gewicht om zoveel mogelijk van het expanderende gas te kunnen profiteren. Voor de vlucht door de atmosfeer is dit echter weer een nadeel. Omdat het projectiel met vele km/s door de atmosfeer vliegt, geeft een groot oppervlak weer veel luchtweerstand. Een oplossing zou het gebruik van een sabot kunnen zijn. Dit is een houder die de loop opvult en die na het verlaten van de loop wordt afgeworpen. Het projectiel zelf kan dan slank van vorm zijn. Voor


Een schot afgevuurd tijdens het project HARP [US Air Force]

9

Door de hoge snelheden waarmee het projectiel de loop verlaat is zelfs bij de genoemde hoge versnellingen een loop van tientallen tot honderden meters lengte niet te vermijden. Daarom moeten deze faciliteiten vast worden opgesteld. Dit beperkt natuurlijk de mogelijkheden wat betreft inclinatie en baanhoogte van de afgevuurde projectielen. Tijdens de studie van Bradford en PML werd gekeken naar de mogelijkheden om de paar seconden dat het projectiel door de atmosfeer vliegt te gebruiken om de baan (inclinatie, apogeum) te veranderen. Het bleek dat het zonder al te veel verliezen mogelijk is de baan aanzienlijk te veranderen. Met bepaalde manoeuvres was het zelfs mogelijk de nuttige last te vergroten.

Slotopmerkingen Met de verschillende voorbeelden die in dit artikel zijn aangegeven zal het duidelijk zijn

dat in de Verenigde Staten druk wordt gestudeerd op onconventionele lanceermethoden en dat er in enkele gevallen ook experimenteel werk wordt verricht aan een aantal concepten. In Europa komen nu ook de eerste verkennende studies op gang. Het is niet de bedoeling van deze studies om in Europa een onconventioneel lanceersysteem te gaan bouwen. Zij worden voornamelijk uitgevoerd omdat het voor Europa van strategisch belang is zich op de hoogte te stellen van alle mogelijkheden voor ruimtetransportsystemen en om van al de mogelijkheden een bepaalde basiskennis te vergaren. Hierdoor blijft het mogelijk om alert op nieuwe ontwikkelingen te kunnen reageren en het werk buiten Europa op de juiste manier te kunnen evalueren. Deze studie werd uitgevoerd onder contract van de System Studies Division van ESTEC. Voor meer informatie kunt u contact opnemen met Dr. H. Schoeyer van ESTEC die dit project voor ESA heeft geleid.

Zo ziet de aarde er uit – deze foto is genomen vanuit het Russische Mir ruimtestation op 11 augustus 1999 – bij een zonsverduistering. De schaduw van de maan overschaduwd een gedeelte van de aarde. Deze schaduw beweegt over de aarde met een snelheid van bijna 2000 km/uur. Alleen diegenen die zich nabij het centrum van de schaduw bevinden kunnen een totale verduistering waarnemen. [CNES]

10


Het belang van microzwaartekrachtonderzoek voor wetenschap en industrie Ir. D. de Hoop Nederlands Instituut voor Vliegtuigontwikkeling en Ruimtevaart (NIVR)

Het internationale ruimtestationprogramma bevindt zich in de opbouwfase. In ISS (International Space Station) zal veel onderzoek worden gedaan op het gebied van microzwaartekrachtdisciplines zoals biologie, fysica, materiaalkunde en levenswetenschappen. Het huidige onderzoek op dit gebied vindt plaats in shuttlemissies, raketvluchten, valtorens en vliegtuigen. Het belang van dit onderzoek en de status van de industriële activiteiten wordt hier toegelicht.

Inleiding Nederland neemt reeds vanaf de jaren zeventig deel aan ESA-programma’s inzake microzwaartekrachtonderzoek. Hierdoor konden Nederlandse wetenschappers tientallen experimenten uitvoeren in Spacelab en Spacehab (shuttles), Russische missies, raketvluchten, vliegtuigen en valtorens. Dit betrof onderzoek op het gebied van onder meer celbiologie, levenswetenschappen, eiwitkristallisatie, biotechnologie, vloeistoffysica en materiaalkunde. Hierbij waren universiteiten en instellingen betrokken, zoals de universiteiten van Amsterdam, Groningen, Utrecht, Nijmegen, Leiden, Rotterdam, Maastricht, Eindhoven

en Delft, en instellingen waaronder NLR, TNO en het Hubrecht laboratorium. Nederlandse bedrijven (met name Bradford, Fokker Space, TPD en CCM) hebben instrumenten vervaardigd in het kader van ESA-programma’s en in opdracht van NASA, CNES en anderen. Dit betrof gloveboxen, biologische modules, raketfaciliteiten, bloeddrukmeters en componenten (thermostaten, experimentcontainers en microscopen). Op enkele gebieden is een wereldnaam verworven en op commerciële basis zijn producten verkocht aan NASA, NASDA, Boeing, CNES en universiteiten in Duitsland en België. In de laatste vier jaren bedraagt de omvang van commerciële contracten op dit gebied (dus

Bradford levert verschillende typen gloveboxen aan ESA, NASA en NASDA voor Spacelab, Shuttle, Mir en ISS. [Bradford Engineering]


11

buiten de ESA-markt om) tenminste 20 miljoen gulden, hetgeen meer dan 40% bedraagt van de Nederlandse bijdrage aan de microzwaartekrachtprogramma’s van ESA.

Wetenschappelijke aspecten

CCM vervaardigde tientallen experimenteervaatjes voor biologisch onderzoek in Biobox. [CCM]

Wetenschappelijk belang Het wetenschappelijk belang van microzwaartekrachtonderzoek is in de afgelopen jaren veelvuldig in diverse publicaties (ook in het tijdschrift ‘Ruimtevaart’) toegelicht en er zijn hierover vele verhandelingen geschreven. Er zal daarom slechts worden ingegaan op enige basisbegrippen en het belang van proeven in de ruimte. De zwaartekracht heeft een fundamentele invloed op materialen en biologische organismen. Diverse fysische grootheden, zoals druk, belasting en stromingen in cellen en materialen, zijn in de ruimte anders, waardoor experimenten kunnen wor-

den uitgevoerd die op aarde niet mogelijk zijn. Er zijn inmiddels honderden biologische ruimte-experimenten verricht aan cellen, organismen, algen en vliegjes. Door de afwezigheid van natuurlijke convectie en bezinking, kunnen op het gebied van materiaalkunde bijzondere kristallen (eiwitten, bijzondere legeringen en materialen) worden verkregen. Er kunnen zeer zuivere materialen worden gemaakt (onder meer halfgeleiders) en legeringen die op aarde instabiel zijn. De industrie is dan ook geïnteresseerd in het toepassingsgericht onderzoek naar nieuwe materialen en ook naar fysische verschijnselen waarmee de aardse processen kunnen worden verbeterd. Op het gebied van levenswetenschappen (proeven aan cellen, organismen en ook aan astronauten) zijn vele waardevolle experimenten gedaan om een beter inzicht te verkrijgen in natuurlijke processen, zoals botontkalking, bloeddrukregulatie en evenwichtsstoornissen. Dit ruimteonderzoek levert zo belangrijke gegevens op voor aards medisch onderzoek. Experimenten over botontkalking zijn van groot belang voor aards onderzoek aan het verschijnsel osteoporose bij ouderen. De VU Amsterdam doet hieraan reeds jaren onderzoek, waarbij experimenteervaatjes zijn geplaatst in verschillende ruimtemissies. Het ruimteonderzoek naar het evenwichtsorgaan en het volgen van oogbewegingen van astronauten heeft geleid tot een beter inzicht in zee- en wagenziekte. TNO is hierbij nauw betrokken. Het onderzoek naar oppervlaktespanningen in vloeistoffen is van belang voor aardse chemische en fysische productieprocessen (belangstelling van DSM, voormalige Hoogovens en petrochemische bedrijven). Status huidig onderzoek, aantal missies en belangstelling onderzoekers Begin 1999 heeft ESA een inventarisatie gemaakt van het aantal publicaties (en ook het niveau hiervan) met betrekking tot reeds verrichtte experimenten op het gebied van microzwaartekrachtdisciplines. Hieruit bleek dat zowel het aantal publicaties als de kwaliteit van de tijdschriften waarin werd gepubliceerd, behoorlijk is toegenomen. De uitkomst van deze inventarisatie is vanzelfsprekend een stimulans om door te gaan. Met de komst van ISS zullen de vluchtmogelijkheden en het aantal experimenten toenemen, waardoor

12


ook een betere statistiek kan worden opgebouwd. Voornamelijk vanwege het beperkt aantal Europese ruimtevluchten staat momenteel het microzwaartekrachtonderzoek nog enigszins in de kinderschoenen. Bovendien bestaat er een groot aantal disciplines (biologie, fysica, levenswetenschappen), waardoor de diversiteit eveneens groot is. Op al deze gebieden worden tientallen voorstellen ingediend en die kunnen niet allemaal worden geselecteerd. De beschikbare fondsen voor ruimtemissies zijn beperkt, zodat hervluchten (nodig voor statistisch onderzoek en het bestuderen van onverwachte fenomenen) nog steeds schaars zijn. Hierdoor hebben de meeste wetenschappers slechts een beperkt aantal experimenten kunnen uitvoeren. Teneinde goede resultaten te kunnen verkrijgen, zullen voor de meeste experimenten meerdere missies moeten worden uitgevoerd, ook om de vele parameters in het proces te kunnen veranderen. Ondanks het geringe aantal experimenten is er op veel gebieden toch voortgang geboekt. De kosten van ruimtevaartprogramma’s zijn hoog. Microzwaartekrachtonderzoek is hierop geen uitzondering. Zodoende vinden nagenoeg jaarlijks in nagenoeg alle lidstaten van ESA discussies plaats over de omvang van de budgetten voor dergelijk onderzoek. De meningen hierover zijn nog steeds behoorlijk verdeeld, mede doordat menigeen onvoldoende op de hoogte is van dergelijk hoogstaand en soms baanbrekend ruimteonderzoek aan menselijke en biologische systemen, organen en organismen en aan materiaalonderzoek voor industriële doeleinden. Dit onderzoek dat zo belangrijk kan zijn voor ons menselijk welzijn, wordt nog steeds geëvalueerd tezamen met andere ruimtevaartwetenschappen en dan kunnen behoorlijke conflicten ontstaan over de besteding van de schaarse fondsen. Tot op heden zijn duizenden hoogleraren, vooraanstaande technologen en vele anderen betrokken bij de honderden proeven die zijn verricht. Er zijn duizenden publicaties en papers uitgebracht en boekwerken en proceedings van symposia over de resultaten van ruimteproeven hebben het licht gezien. Verder zijn honderden artikelen verschenen in toonaangevende tijdschriften. Het wordt zo steeds moeilijker een stelling te verdedigen dat dergelijk onder-


zoek nog nauwelijks resultaten heeft opgeleverd. Men is er nog lang niet, maar de vooruitzichten zijn goed.

Het Columbus laboratorium gekoppeld aan ISS. [ESA]

Ondanks de veelbelovende onderzoeksmogelijkheden en het toenemend aantal (ook Nederlandse) voorstellen, hoort men weinig sterke geluiden uit de wetenschappelijke wereld en overheden om veel fondsen hiervoor ter beschikking te stellen. Daarvoor zijn diverse oorzaken aan te voeren. De wetenschappelijke gemeenschap (biologen, materiaalkundigen, fysici), die belang hecht aan ruimteproeven, is divers. Ze vormen, ook in Nederland, geen homogene groep zoals dat wel het geval is met bijvoorbeeld astronomen. Deze zijn wel goed georganiseerd en kunnen hun belangen goed verdedigen. Dit gebrek aan groepsvorming is niet zo verwonderlijk daar in Nederland relatief nog weinig onderzoek per discipline tijdens een beperkt aantal ruimtevluchten is verricht. Hierdoor wordt de stem van de wetenschappers, die actief zijn bij ruimteproeven, nog onvoldoende gehoord. Indien ISS binnenkort meer op continue basis kan worden benut en er dus ook meer experimentatoren komen, kan daarin verbetering worden gebracht. Vanwege de genoemde onzekerheden over budgetten, vluchtmogelijkheden en dergelijke, zou men verwachten dat ook de belangstelling voor onderzoek in het ruimtestation ISS matig zou zijn. Dit nu blijkt niet het geval te zijn. Gedurende de laatste twee jaar is er zelfs een be-

13

hoorlijke toename van wetenschappers die belangstelling tonen voor onderzoek in ISS. Naast concrete voorstellen worden ook voorlopige ideeën via letters of intent naar ESA en NASA verzonden. In de afgelopen twee jaren hebben – na de zogenaamde Announcement of Opportunities (AO) die nu regelmatig worden uitgebracht – veel wetenschappelijke instellingen en gebruikersindustrieën (Shell, voormalige Hoogovens, MAN in Duitsland) voorstellen ingediend bij NASA, ESA en anderen. AO’s verschijnen tegenwoordig ook op het Internet. Zo zijn in 1998 een internationale Life Sciences Research Announcement en ESA AO’s over fysisch onderzoek uitgebracht, waarop een honderdtal Europese wetenschappers (waarvan meer dan twintig uit Nederland) hebben gereageerd. Momenteel heeft ESA een lijst van 220 serieuze experimenten in behandeling, waarbij zich 11 Nederlandse (voorlopig) geselecteerde voorstellen bevinden. Hiernaast bestaat een honderdtal voorstellen die nog verder moeten worden uitgewerkt. De Nederlandse experimenten betreffen onder meer thermofysische en stollingseigenschappen van metalen (voormalige Hoogovens), bepaling van transporteigenschappen van schuim die van belang zijn voor petrochemische processen (Shell), osteoporosis onderzoek (Hubrecht Laboratorium), massatransportverschijnselen (NLR, Universiteit van Groningen), onderzoek aan botten (VU Amsterdam) en onderzoek aan verbrandingsprocessen (TU Delft). Lopende en reeds afgesloten wetenschappelijke projecten Bovengenoemde experimenten zijn nieuw. Er lopen nog steeds ten minste vijf Nederlandse projecten omtrent botonderzoek, bacteriën en eiwitkristallisatie, die onder meer in faciliteiten aan boord van de space shuttle missie STS 107 (gepland in maart 2001) zullen worden uitgevoerd. Over belangstelling is hier niet te klagen. Het zou te ver voeren om alle tot op heden uitgevoerde experimenten toe te lichten. Tientallen wetenschappers van eerdergenoemde universiteiten en instellingen hebben experimenten uitgevoerd op het gebied van biologie, levenswetenschappen, fysica, chemie, materiaalkunde, vloeistofdynamica en biotechnologie. Er wordt hier vol-

14

staan met een korte opsomming van enkele belangwekkende proeven. De VU Amsterdam heeft een vijftal experimenten uitgevoerd inzake de invloed van gewichtloosheid op de mineraalhuishouding van botweefsel. De universiteiten van Utrecht, Amsterdam en Rotterdam hebben diverse proeven uitgevoerd over de invloed van de zwaartekracht op cellulaire processen. Het IZF laboratorium van TNO is reeds meer dan tien jaar betrokken bij experimenten inzake ruimteziekte. In de zogenaamde kantelkamer bij TNO werden proeven aan astronauten verricht. De Universiteit van Amsterdam, in samenwerking met het AMC en TPD, heeft met de bloeddrukmeters Finapress en Portopress onderzoek gedaan aan het cardiovasculaire systeem van astronauten, waarbij onder meer het bloeddrukprofiel werd opgenomen. De Universiteit van Nijmegen heeft diverse experimenten verricht omtrent het vervaardigen van zuivere kristallen van het eiwit rhodopsine. Het NLR heeft een viertal proeven verricht in Spacelab en raketmodules betreffende onderzoek aan de dynamica van vloeistoffen. De universiteiten van Amsterdam en Groningen hebben een zestal experimenten verricht op het gebied van vloeistoffysica (kritische punt en Marangoni convectie). De TU Delft heeft onderzoek gedaan aan de stolling van gietijzer, waarbij werd samengewerkt met het Duitse bedrijf MAN. De Universiteit van Amsterdam heeft verschillende proeven uitgevoerd op het gebied van plantenfysiologie, waarbij bijvoorbeeld ook het seksueel gedrag van algen werd onderzocht.

Microzwaartekrachtprogramma’s van ESA en NASA NASA heeft een behoorlijk budget voor microzwaartekrachtonderzoek. In het merendeel van de shuttlemissies (er hebben al bijna 100 shuttlevluchten plaatsgevonden) zijn instrumenten aangebracht voor microzwaartekrachtonderzoek. Vooral in het zogenaamde Shuttle Middeck zijn hiervoor instrumenten aangebracht. NASA heeft in samenwerking met onder meer ESA, NASDA en Canada verschillende Spacelabmissies uitgevoerd, waarin ook Nederlandse experimenten en instrumenten waren aangebracht. Nederland heeft zelfs behoorlijk deelgenomen aan Ame-


rikaanse Spacelabmissies zoals USML-1 en 2, waarin zich gloveboxen bevonden die door Bradford waren vervaardigd. ESA kent momenteel een tweetal microzwaartekrachtprogramma’s, namelijk EMIR (European Microgravity Research) ten behoeve van basisonderzoek en MFC (Microgravity Facilities Columbus) in welk kader faciliteiten worden vervaardigd voor ISS. Nederland neemt reeds vanaf de jaren zeventig deel aan de verschillende ESA-programma’s, die onder meer dienden ten behoeve van Europese experimenten in meer dan zes Spacelabmissies, zoals de eerste ESA/NASA Spacelabvlucht, de beide Duitse/ESA D-missies, de beide IML Spacelabvluchten en de missie met Neurolab. Nederlandse wetenschappers hebben veelal slechts een beperkt aantal missies kunnen uitvoeren, aangezien Nederland bescheiden heeft deelgenomen aan deze ESA-programma’s en er veel andere Europese gegadigden waren. Toch heeft Nederland – aangezien de voorstellen van hoge kwaliteit waren – meer experimenten in shuttle en raketmissies kunnen uitvoeren dan waarop ze formeel recht hadden. In de Spacelab D1 vlucht (van Dr. Ockels) waren van de honderd proeven er negen van Nederlandse oorsprong. Ook hebben Nederlandse wetenschappers behoorlijk gebruik gemaakt van raketmodules en faciliteiten zoals Biobox en BioPack, die werden geplaatst in de herbruikbare Russische Foton capsule en in Spacehab. Nederland neemt deel aan de ESA-programma’s inzake de ontwikkeling, de bouw en het gebruik van ISS. Wanneer ISS omstreeks het jaar 2004 operationeel is, zullen ook Nederlandse experimenten op meer continue basis kunnen worden uitgevoerd. Uiteraard speelt de hoogte van de Nederlandse bijdrage aan toekomstige ISS exploitatieprogramma’s een rol bij de bepaling van het aantal Nederlandse proeven. Nederlandse wetenschappers hebben inmiddels goede contacten met hun Amerikaanse, Duitse, Franse, Belgische en Italiaanse collega’s. Ook met andere landen wordt samengewerkt. De bovengenoemde activiteiten worden voor het grootste deel gefinancierd uit de budgetten voor de ESA Microgravity Programmes. Diverse ondersteunende en voorbereidende activiteiten omtrent


nieuwe faciliteiten en het gebruik hiervan worden betaald uit ESA technologieprogramma’s zoals TRP en GSTP en uit de bemande ruimtevaartprogramma’s van ESA. Zo zijn Nederlandse instellingen en bedrijven betrokken bij deelprojecten omtrent de Microgravity Science Glovebox en het European Drawer Rack die plaatsvinden in het kader van ESA Manned Space programma’s.

De astronaute Dr. Coleman verrichtte onderzoek in de Spacelab USML-2 Glovebox tijdens de STS 73 missie. [NASA]

De positie van de Nederlandse industrie Nederlandse bedrijven en instellingen hebben in het kader van zowel ESA- als commerciële programma’s een veelheid aan industriële activiteiten verricht. De lijst van betrokkenen is behoorlijk groot. Relatief veel MKB’s doen hieraan mee en natuurlijk maken zij weer gebruik van subcontractors. Hiermee wordt duidelijk aangegeven dat Nederlandse bedrijven die goede kennis bezitten en flexibel en snel zijn, wel degelijk goede kansen hebben om internationale opdrachten te verkrijgen. Bradford Engineering heeft veel instrumenten vervaardigd, waaronder gloveboxen, BioPack, biologische modules en componenten. Fokker Space heeft reeds een zestal grote CIS-raketmodules ontwikkeld, terwijl tevens diverse componenten zijn vervaardigd, zoals experimentcontainers, centrifuges en microscopen. TPD heeft een wereldnaam op het gebied van bloeddrukmeters. CCM heeft al een tiental jaren honderden kleine en middelgrote containers gemaakt voor raketmodules, capsules en Space-

15

habfaciliteiten (Biobox). Ook zijn testfaciliteiten zoals de Microgravity Simulator vervaardigd. Stork Product Engineering (SPE) is al jaren actief op het gebied van biotechnologie, biosensoren en dergelijke. SPE heeft apparatuur ontwikkeld, zoals een instrument met betrekking tot elektroforese. Hierbij werkt SPE nauw samen met MKB’s als Bioclear en 3T. De Universiteit van Amsterdam, tezamen met het bedrijf IDEAS!, heeft reeds diverse typen thermostaten ontwikkeld en geleverd aan ESA, CNES en Duitse instellingen voor kritisch punt onderzoek en ook ten behoeve van experimenten op het gebied van fysica (atoomklok). Het NLR heeft diverse containers gevuld met vloeistof vervaardigd ten behoeve van onderzoek aan het klotsen van vloeistoffen in de ruimte. Ook is het NLR betrokken bij andere projecten, waaronder microscopen en apparatuur voor biotechnologie. De firma DESC ondersteunt wetenschappers. Verder leveren diverse MKB’s zoals Brandt, MECON, Dinfa en Adimec onderdelen voor gloveboxen, BioPack en microscopen. Fokker Space vervaardigde faciliteiten voor onderzoek in sondeerraketten. [Fokker Space]

Promotie van het gebruik van ISS en ondersteuning wetenschappers NASA en ESA hebben inmiddels fraaie websites gemaakt over microzwaartekrachtonderzoek en het gebruik van vooral ISS. De beste sites zijn www.spaceflight.nasa.gov/ station/science en www.estec.esa.int/spaceflight. Ook in de AO’s voor het indienen van voorstellen voor experimenten wordt goede informatie verstrekt. Inmiddels hebben symposia plaatsgevonden over Life Sciences (Maastricht, juni 1999) en over ISS-gebruik (in 1998 bij ESTEC en in 2000 in Berlijn). In de Proceedings van deze symposia is dan ook erg veel informatie te vinden over nagenoeg alle aspecten van microzwaartekracht. In Nederland is de organisatie DESC actief. Op www.desc.med.vu.nl vindt men zelfs een uiteenzetting wat microgravity is en de potentiële gebruiker krijgt hierbij een goede indruk van wat de mogelijkheden van onderzoek zijn. Tenslotte kan in dit verband worden vermeld, dat zowel ESA als de (Duitse) organisatie INTOSPACE jaarlijks meerdere fraaie nieuwsbrieven uitgeven die gratis kunnen worden verkregen. In het ESTEC Erasmus gebouw is onlangs het zogenaamde Erasmus User Centre (EUC) geopend. In dit gebouw bevinden zich faciliteiten, instrumenten, computers en TV studio’s die dienen om zowel het grote publiek als de wetenschappers te informeren over het potentiële gebruik van ISS. Het publiek heeft via een mooie galerij zicht op de grote hal, waarin zich een model van het Columbus Laboratorium en vele testopstellingen bevinden. Ook kan de bezoeker in een Virtual Reality Theatre zich al aan boord van ISS wanen: men zweeft in de werkruimtes van ISS en ook beweegt de toeschouwer zich virtueel rondom ISS. Verder is er voor de wetenschappers een multimedia bibliotheek. In de TV studio worden opnames gemaakt bij allerlei gebeurtenissen, zoals de reparatie van de Hubble Telescoop en de lancering van steeds nieuwe elementen van ISS. In en rondom EUC bevinden zich testopstellingen en rekken met wetenschappelijke instrumenten, waarbij alvast allerlei handelingen worden beproefd die de astronauten later in ISS moeten doen om de experimenten

16


goed en efficiënt te kunnen uitvoeren. Uiteraard moet op de grond alles goed voorbereid worden. De tijd van de astronaut is kostbaar en hij moet niet ter plaatse dingen doen die veel beter van tevoren kunnen worden gedaan. Ook wordt de wetenschapper in een dergelijk User Centre geholpen bij de uitwerking van de experimenten: aanpassen van de wensen van de wetenschapper aan de mogelijkheden, adviezen geven over te gebruiken containers, handelingen voorbereiden, enzovoort. Ook Nederland doet mee aan dergelijke activiteiten. De Nederlandse overheid heeft het opzetten van EUC behoorlijk gesteund en in het Erasmus gebouw komt ook een apart User Centre om de gebruikers van het European Drawer Rack te assisteren. In dit zogenaamde Facility Responsible Centre (FRC) voor EDR werken ESTEC medewerkers nauw samen met Belgische en Nederlandse instellingen, die het voortouw hebben genomen bij de definitie hiervan.

Toekomstverwachtingen, marktperspectieven voor de industrie en spin-off Wetenschappers en ook gebruikersindustrieen zullen ISS zeker willen gebruiken, daar is geen twijfel over. De kosten daarvan zullen ongetwijfeld onderwerp zijn van vele discussies: wie betaalt wat en wie is verantwoordelijk voor de ondersteuning, de hardware en de vluchtkosten. Bedrijven als Bradford, CCM, Fokker Space en vele MKB’s en ook NLR en TNO/TPD hebben een unieke positie opgebouwd op het gebied van instrumenten voor microzwaartekrachtonderzoek met betrekking tot specialismen als gloveboxen en biologische modules. Op dit gebied zijn MKB’s behoorlijk actief. Het NLR ondersteunt veel instellingen en bedrijven. De toekomstperspectieven van Nederlandse bedrijven lijken gunstig, mede daar ESA en ook NASA en CNES, op nagenoeg alle Nederlandse expertisegebieden vervolgactiviteiten voorzien. Zo zullen faciliteiten en componenten, zoals gloveboxen, bloedrukmeters, BioPack, microscopen, thermostaten en experimentcontainers, worden aangepast aan de nieuwe eisen van de gebruikers en diverse hervluchten van genoemde instrumenten zijn reeds gepland.


Ook is er reeds op veel van de genoemde gebieden een behoorlijke spin-off bereikt en/of er bestaan goede perspectieven voor nieuwe aardse toepassingen. Bradford heeft de plannen verder uitgewerkt om de ruimtewaardige en geavanceerde gloveboxen ook op de medische markt te brengen. De Portopress bloeddrukmeter is bijvoorbeeld afgenomen door militaire instanties. De Ozoniser (deel van de BGB glovebox) zal worden benut voor het steriliseren van medisch apparatuur. De technologietransfer met betrekking tot componenten als microscopen, biotechnologie en thermostaten is evident. Met name op het gebied van biotechnologie (biologische luchtfilters, biosensoren, instrumenten voor bacteriënonderzoek, eiwitkristallisatie faciliteiten en dergelijke) zijn de spin-off effecten al in vele nationale en internationale publicaties beschreven. De lopende studies over de technologietransfer van dergelijke activiteiten zullen worden voortgezet om het gebruik van de ontwikkelde hoogwaardige ruimtewaardige instrumenten in aardse toepassingen beter in kaart te brengen. Zo kan het Biological Air Filter (BAF), waarvan kleine prototypen in Mir hebben gevlogen, ook worden toegepast in onderzeeboten en in afgesloten ruimten.

De huidige configuratie van ISS. [NASA]

17

Jaaroverzicht 1999 Drs. J.G. van Dalen & Drs. G.G. van de Haar

In veel jaaroverzichten zal sprake zijn van een veelbewogen jaar of zelfs eeuw. Dit geldt ook voor de ruimtevaart in 1999. Een korte terugblik laat veel dieptepunten zien en slechts een paar hoogtepunten. Er waren reeksen mislukte lanceringen, het hele Marsproject van NASA viel dit jaar in het spreekwoordelijke water, er waren slechts drie shuttlevluchten en met het International Space Station gaat het ook al niet best. Daar staan slechts tegenover de eerste en voluit geslaagde commerciële lancering van de Ariane 5, de geslaagde flyby’s van Galileo en de negen geslaagde Ariane 4 lanceringen. Dat wil niet zeggen dat er verder niets gebeurde, integendeel, en ook daarover gaat dit jaaroverzicht. Bovendien zal hier en daar gekeken worden naar de effecten die het gevolg zijn van gebeurtenissen in 1999.

Bemande Ruimtevaart International Space Station (ISS) Voor het ISS was er weinig voortgang, veel problemen – vooral aan Russische kant (maar niet alleen daar) – zorgden voor hernieuwd uitstel. Naar nu wordt verwacht zal het station niet eerder dan eind 2005 gereed zijn, elf jaren later dan gepland. Bottleneck is de Russische Service Module, Zvezda, dat op 26 april gereed was maar nog steeds niet is gelanceerd. Deze module is nodig om eerste bewoning van ISS mogelijk te maken. De vervolgens voor november geplande lancering werd opnieuw uitgesteld als gevolg van de mislukte Proton-lanceringen op 5 juli en 27 oktober. In het ergste geval heeft NASA overigens een Interim Control Module ter beschikking, dat met enkele wijzigingen de functies van Zvezda (deels) zou kunnen overnemen. Problemen met de bedrading aan boord van de shuttle orbiters en softwareproblemen aan NASA-zijde m.b.t. het US Laboratory Module leidden tot uitstel van de Zvezda-lancering tot over de eeuwgrens heen, waarschijnlijk niet voor mei 2000.

op de External Tank vertrok deze orbiter op 27 mei met aan boord een zevenkoppige bemanning voor een bezoek aan het ISS. Op 29 mei koppelden de ruimtevaartuigen. Er werd ruim twee ton aan voorraden aan boord van het ISS gebracht en tijdens een zes uur durende ruimtewandeling werden werkzaamheden verricht aan de buitenkant van het station. Binnenin werden onder andere ventilatoren afgedekt met isolatiemateriaal. Het geluids-

Ruimteveer Discovery klaar voor de lancering voor de tweede Amerikaanse missie naar het internationale ruimtestation. [NASA]

Shuttlevluchten Uiteindelijk vonden in 1999 slechts drie shuttlevluchten plaats. Gepland was het dubbele aantal. Oorzaken daarvan waren onder meer veiligheidsaspecten. STS-96 De Discovery beet het spits af. Met een week vertraging als gevolg van inslagen van hagel


19

niveau was zo hoog dat de astronauten oordopjes nodig hadden. De werkzaamheden binnen bleken geen pretje te zijn. Mogelijk als gevolg van een teveel aan kooldioxide werden de astronauten misselijk, kregen ze hoofdpijn en hadden ze last van geïrriteerde ogen. Oorzaak leek een niet optimale luchtcirculatie te zijn tussen shuttle en ISS-modules. Discovery landde op 6 juni, na een vlucht van bijna 10 dagen, op het Kennedy Space Center. STS-93 Als gevolg van problemen met de Inertial Upper Stage (IUS) tijdens de lancering van een Defense Support Program satelliet op 10 april werd de STS-93 vlucht vertraagd omdat deze ook gebruik maakte van een IUS. Op 20 juli werd de lancering kort voor het ontsteken van de hoofdmotoren gestopt omdat hoge concentraties waterstof werden waargenomen. Het bleek een meetfout. Uiteindelijk vond de lancering plaats op 23 juli. Het was de eerste lancering van een shuttle met een vrouwelijke commandant, Eileen Collins, een feit dat een enorme hoeveelheid publiciteit kreeg. Het vrachtruim van de Columbia werd vrijwel geheel gevuld met de röntgentelescoop Chandra – bekend geworden als AXAF, van Advanced X-ray Astrophysics Facility – en de IUS. De Columbia werd hierdoor zo zwaar belast dat het aantal bemanningsleden was teruggebracht tot vijf personen en de vluchtduur tot vijf dagen. De lancering verliep niet volgens plan: ongeveer vijf seconden na lift-off viel als gevolg van kortsluiting in een van de brandstofcellen de spanning weg van twee van de Space Shuttle Main Engine (SSME) controllers. Reserve controllers namen het over. Heel even dacht men aan waar men liever niet aan wil denken: een levensgevaarlijke Return to Launch Site Abort. Oorzaak van de kortsluiting bleek afgeschaafde isolatie van een kabel te zijn. Vervolgens bleek dat een van de SSME’s heter werd dan gepland, hetgeen leidde tot een meerverbruik van 1818 kg zuurstof. De motoren werden daardoor enkele seconden eerder uitgeschakeld dan de bedoeling was waardoor de baanhoogte 1,1 km te laag werd. Het Orbital Maneuvering System (OMS) corrigeerde dit. De oververhitting bleek het gevolg van minuscule gaatjes in drie koelbuisjes van de motoruitlaat, waardoor vloeibare

20

waterstof in de uitlaat terechtkwam. De telescoop – kosten US$ 1,5 miljard – werd buitenboord gezet en de IUS bracht het gevaarte zonder problemen in de geplande baan van 9850 bij 138 900 km. Op 28 juli keerde de Columbia terug op het Kennedy ruimtevaartcentrum. In augustus werden de eerste opnamen van Chandra vrijgegeven. Ze bleken van een veelbelovende kwaliteit. De beschadigde bedrading van de orbiter leidde tot een intensief onderzoek in de hele shuttlevloot. Dit had weer vertragingen tot gevolg, zowel voor de al gereed staande Endeavour (voor de Shuttle Radar Topography Mission, nu gepland voor februari 2000) als voor de ISS-vluchten. Het onderzoek bleek wel degelijk nodig: in alle orbiters werden vergelijkbare beschadigingen ontdekt. STS-103 Ook de reparatievlucht van de Hubble Space Telescope (HST) liep vertraging op, maar ging uiteindelijk op 20 december, bij de negende poging, de ruimte in. Dat was wel nodig ook, want nadat in april de derde gyroscoop aan boord van de HST er mee was gestopt, legde op 13 november de vierde het loodje. De facto was de telescoop daardoor buiten werking. De derde reparatievlucht werd in tweeën gesplitst: nu een deel en in de zomer van 2001 de rest. Bij deze vlucht bleef echter genoeg te doen: het vervangen van de gyroscopen, het plaatsen van een nieuwe zender, batterijen, recorder en computer en beginnen met het plaatsen van nieuwe isolatiedekens. Een en ander vond plaats tijdens een drietal ruimtewandelingen die in totaal bijna 24,5 uur duurden. De vlucht verliep verder zonder problemen en de landing vond plaats op 28 december op het Kennedy Space Center. NASA had zodoende ruim de tijd om vóór de jaarwisseling de orbitersystemen uit te schakelen. Mir Voorzover nu bekend keerde de laatste reguliere Mir-bemanning op 28 augustus 1999 terug op aarde. Er staat alleen nog een soort opruimploeg gepland, bestaande uit twee Russen die in maart-mei 2000 Mir moeten voorbereiden op diens terugkeer in de atmosfeer. De ervaren 27ste Mir bemanning bestond uit commandant Viktor Afanasyev, eerste boordingenieur Sergei Avdeyev en


als tweede boordingenieur de Franse ESAastronaut Jean-Pierre Haigneré. Afanasyev en Haigneré waren op 20 februari samen met de eerste Slowaak in de ruimte, Ivan Bella, met de Soyuz TM-29 naar Mir gelanceerd. Een week later keerde Bella, samen met Padalka van de vorige bemanning, terug terwijl diens collega Avdeyev achterbleef. Dat de Russische overheid haar aandacht meer en meer richt op (de verplichtingen voor) ISS had duidelijk effect op de activiteiten in Mir: er waren minder ruimtewandelingen dan voorzien (drie in plaats van de voorziene vijf, waarbij Haigneré als tweede ESA-astronaut een wandeling buiten mocht maken) en waren er vooral herhalende werkopdrachten. Het werk bestond uit reparaties en experimenten waaronder veel medisch/biologische en aardobservatie, maar ook astronomie met o.a. de nog steeds werkende Nederlandse COMIS röntgentelescoop. Een grote klap betekende het uitvallen in april van de geostationaire communicatiesatelliet Luch, waardoor de bemanning net als vroeger slechts ongeveer 15 minuten per omloop met het grondstation kon praten. Een van de twee bezoekende Progress M vrachtschepen bracht ook een nieuwe computer mee, speciaal bedoeld om Mir vanaf aarde te kunnen blijven besturen na het vertrek van de bemanning.

China Niet alleen de Russen en de Amerikanen houden zich daadwerkelijk bezig met bemande ruimtevaart, de Chinezen hebben ook vergaande plannen in die richting. Zij streven naar een eerste bemande vlucht in 2003 (wellicht eerder) en willen daarbij gebruik maken van een opgevoerde Lange Mars draagraket, de 2F. De capsule, Shenzhou, kan in elk geval twee ‘taikonauten’ bevatten en lijkt op een Russische Soyuz TM. Op 20 november vond vanaf de basis Jiuquan de lancering plaats van een Lange Mars 2F die de (onbemande) Shenzhou-capsule in de ruimte bracht. De vlucht duurde 21 uur, waarna de capsule met een dummy-astronaut erin aan een parachute landde en op 1,5 m hoogte door kleine remraketten werd afgeremd. Verder is er een Lange Mars 2EA ontwikkeld die in staat is om grotere modules in de ruimte te brengen. Dit kan er op wijzen dat de Chinezen ook toewerken naar een ruimtestation.

De teruggekeerde Shenzhou capsule die in Peking tentoongesteld werd, zag er opzienbarend weinig verhit uit. [S. Grahn]

Ondertussen werden in Rusland allerlei – tot nu toe mislukte – pogingen ondernomen om Mir met commerciële middelen langer operationeel te houden, nadat de officiële overheidsfinanciering na augustus zou ophouden. Eén zo’n poging betrof de beoogde lancering van een Britse zakenman (Peter Llewellyn), een andere het idee om een film in Mir op te nemen (met acteur Vladimir Steklov) en tenslotte het verzoek aan ESA om tegen betaling een astronaut in de opruimploeg op te nemen. Oud-kosmonauten Vitali Sevastyanov en Gherman Titov, nu leden van het Russische parlement, probeerden Mir te redden door een inzamelingsactie te organiseren en vervolgens door een voorstel om Mir-aandelen uit te geven. Gedeeltelijk succes had hun actie om hun collega’s in het Russische parlement, de Duma, over te halen meer geld voor Mir vrij te maken. Mir zal waarschijnlijk tot de lancering van Zvezda in de ruimte worden gehouden.


21

Lanceersystemen Nieuwe draagraketten Het verbeteren van bestaande alsmede het ontwikkelen van nieuwe lanceervoertuigen is iets waarmee veel bedrijven zich al jaren bezighouden. Een van die ontwikkelingen is het Sea Launch project, dat gebruik maakt van een drijvend lanceerplatform. Dit omgebouwde olieplatform, Odyssey, kan zich naar de meest efficiënte lanceerplaats, een plek op de evenaar, begeven om daarvandaan raketten te lanceren. Gekozen is voor een thuisbasis in Long Beach Californië en een lanceerplaats in de Stille Oceaan. Als draagraket fungeert de Zenit 3SL waarvan de capaciteit die van de krachtigste Arianes en de Chinese LM3B evenaart. Lanceringen worden geleid vanaf de Sea Commander, een schip dat zich op een veilige afstand van de Odyssey positioneert. Een internationaal consortium onder leiding van Boeing is eigenaar van het systeem. De mislukte lancering van een Zenit-2 in september 1998 had tot gevolg dat er bij de eerste Sea Launch lancering op 28 maart geen echte satelliet aan boord was. Gepland was de Galaxy 11, de zwaarste commerciële communicatiesatelliet tot dan toe, die uiteindelijk op 22 december met een Ariane 44L de ruimte in ging. De 4500 kg zware dummy DemoSat werd met succes in een geostationaire

Vlucht 119/AR504 stijgt op 10 december 1999 naar de ruimte boven het lanceerplatform ELA-3 op zijn eerste commerciële vlucht. [Arianespace]

22

overgangsbaan gebracht. Bij de eerste commerciële lancering op 10 oktober werd de DirecTV-1R, een HS601HP communicatiesatelliet, gelanceerd. Het vluchtmanifest van Sea Launch telt nu ongeveer 20 satellieten. Een ander concept is Roton, een single-stage-to-orbit (SSTO) ruimtevaartuig. Het kegelvormige, ruim 19 m hoge gevaarte heeft op de neuskegel een viertal rotorbladen die het na een vlucht in de ruimte als een soort helikopter moeten laten landen. Voor tests zijn ze ook in staat de Roton de lucht in te tillen. De Roton heeft een tweekoppige bemanning aan boord. Aan de helikopterbladen zitten straalmotoren die werken op een combinatie van waterstofperoxide en methanol. De standregeling maakt eveneens van deze stuwstoffen gebruik. De hoofdmotor werkt op kerosine en vloeibare zuurstof en gebruikt centrifugale krachten om de stuwstoffen naar 72 verbrandingskamers onderin de raket te stuwen. Roton moet in staat zijn satellieten in een variëteit aan banen af te leveren. Op 23 juli vond de eerste zweeftest plaats. Deze duurde 4 min 40 sec en bracht het Atmospheric Test Vehicle tot een hoogte van 2,4 m. Bij de tweede vlucht, op 16 september, bereikte het testvoertuig een hoogte van 6 m. Op 12 oktober vond een vlucht plaats waarbij de raket een laterale beweging maakte over ca. 1300 m met een snelheid van ca. 80 km/uur. De “vlucht” duurde 3 min 47 sec en de maximale hoogte was 22 m. Echter, een groot probleem voor Rotary Rocket is het verkrijgen van de benodigde financiën. Dan is er nog Kistler Aerospace, dat overigens ook met financiële problemen kampt. Hun K-1 tweetrapsraket heeft een hoogte van 35 m en moet maximaal 4500 kg in een lage aardbaan brengen en 2600 kg in middelhoge banen. De eerste trap gebruikt drie Russische NK-33 motoren, de tweede trap één NK-43. Beide trappen keren terug naar de lanceerbasis aan parachutes, waarbij het laatste restje snelheid gebroken wordt met behulp van airbags. Lanceerbasis is vooralsnog Woomera, in Australië, en mogelijk komt er nog een in Nevada. Een eerste lancering was gepland voor 1999, maar schuift nu door naar voorjaar 2000. Kistler wil in elk geval vijf K-1’s in gebruik nemen, teneinde te kunnen werken


aan een soort United Parcel Services in de ruimte. Opvolgers van de Shuttle Er wordt veel aan gedaan om de shuttlevloot nog enkele decennia in bedrijf te houden. Voortdurend worden de boordsystemen verbeterd en vinden studies plaats om de onderdelen van het hele space transportation system aan te passen of door beter te vervangen. Liquid flyback boosters is zo’n idee, ter vervanging van de nog altijd als extreem gevaarlijk beschouwde solid rocket boosters. Toch wordt al geruime tijd gezocht naar opvolgers. De z.g. technology demonstrators uit de Xseries zijn er de eerste verschijningsvormen van. Voor ruimtevaart zijn dit de X-33 en de X-34; de X-37, X-38 en de X-40 zijn overigens meer Orbit to Earth concepten. De X-33 is de voorloper van de VentureStar, een SSTO lanceersysteem dat met raketmotoren de ruimte in gaat en als de shuttle terugkeert. Het was de bedoeling de eerste suborbitale testvluchten nog in 1999 te maken. Onder meer als gevolg van problemen met de waterstoftank wordt dit echter op z’n vroegst in de zomer van 2001. De X-34 wordt in de lucht gelanceerd en moet onderzoek mogelijk maken naar gedrag bij hoge snelheden en onder microzwaartekrachtomstandigheden. Ook hier had een eerste vlucht in december 1999 moeten plaatsvinden, maar die is uitgesteld tot 2000. Hieraan vooraf gaan testvluchten waarbij de X-34 aan de Lockheed 1011 Tristar van Orbital Sciences Corp. vastgekoppeld blijft zitten, de z.g. captive flights, en daadwerkelijke valtesten, waarbij de X-34 wordt losgekoppeld voor een glijvlucht naar de aarde. De eerste, voortijdig afgebroken captive flight vond plaats op 29 juni. De valtesten en de eerste aangedreven vluchten zullen plaatsvinden in 2000. De X-37 is een experimenteel ruimtevliegtuig. Het moet met de robotarm uit het shuttle vrachtruim worden gezet of op een draagraket in de ruimte worden gebracht, autonoom missies uitvoeren en na afloop als een shuttle landen. De X-37 heeft overigens veel weg van het Amerikaanse Space Maneuvering Vehicle, de X-40. Afgeleide ontwerpen van de X-37


zouden kunnen dienen als boventrap voor draagraketten. De X-38 is voorloper van een reddingssloep, het Crew Return Vehicle (CRV), die astronauten uit het ISS veilig terug moet brengen naar de aarde. De eerste valtest werd al in 1998 uitgevoerd. Op 6 februari werd er nog één uitgevoerd om verbeteringen aan het parachutesysteem te testen. De derde vrije vlucht werd uitgevoerd op 5 maart.

Telecommunicatie Een groot aantal, ruim 70, communicatiesatellieten kwam in een baan rond de aarde. Bijna 50 hiervan behoorden tot de satellietnetwerken Globalstar (40), Orbcomm (7) en Iridium (2). Er waren reeds acht Globalstar satellieten gelanceerd. Het netwerk omvat nu dus 48 satellieten, voldoende om operationeel te worden, wat dan ook in oktober gebeurde. Er is nog een lancering gepland die zal voorzien in vier reservesatellieten. Met enkele netwerken gaat het niet zoals de aandeelhouders dat hadden gepland: Iridium – na onder andere een verlies van US$ 440 miljoen in het laatste kwartaal van 1998 – en ICO gingen in surséance van betaling. Begin 1999 waren er 86 Iridium-satellieten in de ruimte, waarvan er al 12 buiten werking waren. De financiële problemen lijken vooral te zijn ontstaan door tekorten aan telefoonsets, de hoge kosten van die sets en de hoge gesprekkosten. Een fikse verlaging van de kosten mocht niet baten. ICO had in juli de eerste 12 satellieten van haar netwerk op een ILS Proton willen lanceren. Als gevolg van een mislukte Protonlancering ging dit niet door. De lucht betrok verder toen het bedrijf, dochter van Inmarsat, problemen ondervond bij het verkrijgen van de benodigde financiën. Dit was in het kader van de problemen met Iridium natuurlijk niet echt verwonderlijk. Beide maatschappijen werden genoodzaakt hun financiële structuur te wijzigen, iets dat onder bescherming van de surséance mogelijk is. Of dat voldoende is, zal moeten blijken.

Navigatie Al jaren wordt er gebruikt gemaakt van satellieten voor navigatie en positiebepaling.

23

Het Amerikaanse militaire systeem GPS en het Russische Glonass maken dit mogelijk. De Europese Commissie heeft nu een onafhankelijk Europees systeem, het Global Navigation Satellite System (GNSS), voorgesteld. Het krijgt de naam Galileo en zal zeker 3 miljard Euro gaan kosten. Naast de onafhankelijkheid heeft het systeem het voordeel dat het compleet nieuwe toepassingen kan bieden. Wel moet het compatible zijn met zowel GPS als Glonass. De bijeenkomst van ESA-ministers in Brussel op 11 en 12 mei ondersteunde de voorstellen. Het systeem moet zeker niet in de laatste plaats bruikbaar zijn voor de luchtvaart. De signalen zijn in principe toegankelijk voor iedereen. De hoge kosten moeten evenwel terugverdiend worden en dat kan door een heffing op ontvangstapparatuur en uit betaalde abonnementen waarmee gebruikers toegang kunnen krijgen tot hogere betrouwbaarheids- en nauwkeurigheidsniveaus van het systeem. Galileo, waarvan de definitiefase is gestart, zal bestaan uit minstens 21 satellieten in cirkelvormige banen op 24 000 km hoogte, mogelijk aangevuld met satellieten in de geostationaire baan. Het systeem moet in 2005 operationeel worden.

Wetenschap en aardobservatie

LANDSAT-7, een aardobservatiesatelliet [15 april], een jaar later dan gepland. Aan boord is o.m. een Thematic Mapper, die per dag 250 opnamen met een resolutie van 30 m kan maken. IKONOS-1, een commerciële aardobservatiesatelliet [27 april]. Deze satelliet ging verloren toen de neuskegel niet afgeworpen werd en verbrandde in de atmosfeer. ABRIXAS, de Duitse A Broadband Imaging X-Ray All-sky Survey telescoop [28 april]. Drie uren na de lancering werd een temperatuurstijging in de batterij waargenomen. Kort daarna schakelde de batterij zich af, waarna de satelliet nog twee dagen werkte op een niet-oplaadbare reservebatterij. Op 1 mei ging het contact met ABRIXAS verloren.

In de inleiding noemden we de geslaagde Ariane 5 lancering. Aan boord was de X-Ray Multi-Mirror (XMM) telescoop; XMM kwam in de geplande elliptische baan van 827 bij 113 946 km terecht en is met een massa van 3800 kg en een hoogte van 10 m de grootste wetenschappelijke satelliet van Europa. Tot op zekere hoogte vullen de Amerikaanse Chandra röntgentelescoop en XMM elkaar aan.

TERRIERS, de 125 kg zware Tomographic Experiment using Radiative Recombinative Ionospheric EUV and Radio Sources satelliet [18 mei]. Slechts enkele uren na de lancering stopte de satelliet met werken.

Andere wetenschappelijke- of aardobservatiesatellieten die in 1999 werden gelanceerd zijn:

QUIKSCAT, de Quick Scatterometer satelliet [19 juni]. QUIKSCAT heeft onder meer een Seawinds scatterometer aan boord, waarmee metingen verricht worden aan de windsterkten boven zee en die een verbeterde waarschuwing voor orkanen mogelijk moet maken.

ARGOS, de Advanced Research and Global Observation Satellite van de Amerikaanse Luchtmacht, samen met de Zuid-Afrikaanse Sunsat en de Deense Ørsted [23 februari]. ARGOS heeft negen geavanceerde experimentele instrumenten aan boord die vooral militaire toepassingen krijgen.

24

WIRE, de Wide-Field Infrared Explorer [4 maart]. Deze satelliet ging vier dagen later verloren voor z’n doelstelling, het waarnemen van de sterrenhemel in infrarood licht. Doordat het deksel van de telescoop te vroeg afgeschoten werd, raakte de koelstof, vloeibare waterstof, oververhit en verliet via een ventiel in gasvormige toestand de satelliet. De detectors werden niet meer gekoeld en IRwaarnemingen waren zodoende niet mogelijk.

OCEANSAT-1, een Indiase satelliet voor waarnemingen aan het zeeoppervlak [26 mei] met het Indische Polar Satellite Launch Vehicle PSLV.

FUSE, de Far UV Spectroscopic Explorer [24 juni]. De waarnemingen van FUSE moeten astronomen beter in staat stellen hun theorie-


ën omtrent het ontstaan van het heelal en de vorming van sterrenstelsels te testen. IKONOS, een commerciële aardobservatiesatelliet die opnamen met een oplossend vermogen van 1 m en beter, kan maken [24 september]. Deze vervangt de IKONOS die op 27 april verloren ging. TERRA, een bijna vijf ton zware aardobservatiesatelliet van ƒ 2,7 miljard [18 december]. TERRA verricht waarnemingen aan zonnestraling, atmosfeer en zee- en landmassa’s en hun interactie en maakt een diepgaande studie mogelijk naar het (veranderende) klimaat op aarde. TERRA heette voorheen EOS-AM en maakt onderdeel uit van NASA’s ardobservatieprogramma EOS. In het kader daarvan moeten t/m 2003, 25 ruimtevaartuigen gelanceerd worden waarvan TERRA het eerste was. KOMPSAT, de Korea Multi-Purpose Satellite, en ACRIMSAT, de Active Cavity Radiometer Irradiance Monitor Satellite [21 december]. KOMPSAT bevat onder meer een digitale camera waarmee het Koreaanse schiereiland kan worden vastgelegd en een spectrometer die waarnemingen verricht aan het zee-oppervlak. ACRIMSAT is feitelijk een instrument dat uit het ontwerp van de ruim twee dagen eerder gelanceerde TERRA verwijderd werd en meet de hoeveelheid straling die vanaf de zon op de aarde valt. Zo worden werkzaamheden van de Solar Maximum Mission SMM en de Upper Atmosphere Research Satellite UARS voortgezet. ACRIMSAT is de tweede satelliet in NASA’s EOS-programma.

foon. Daarmee moesten de geluiden op Mars, voorzover aanwezig, hoorbaar gemaakt worden. Twee harpoenen, die diep in de rotsbodem moesten doordringen, completeerden het geheel. Uiteindelijk kwam er niets van terecht. Om te beginnen ging op 23 september de MCO verloren. Even nadat de raketmotor was ontstoken, verdween de sonde achter Mars om er niet meer achter vandaan te komen. Analyses wezen uit dat een simpele verwarring van verschillende eenhedenstelsels ervoor had gezorgd dat de sonde in een te lage baan kwam en waarschijnlijk in de Martiaanse atmosfeer is opgebroken dan wel gewoon te pletter geslagen. Het verlies had gevolgen voor de MPL, die de MCO als relay station zou gebruiken en het nu zou moeten redden met rechtstreekse contact met de aarde, dan wel via de nog steeds baantjes rond Mars draaiende Mars Global Surveyor (MGS). De MGS maakt sinds april grote series detailopnamen van het Mars-oppervlak. De aanstaande landing van de MPL op de zuidpool van Mars werd met nog meer zorgvuldigheid omgeven dan al gepland. Alles was volledig opgetuigd om voor ongekende Public Relations te zorgen. De websites waren klaar om naar schatting één miljard bezoekers op te vangen. Alle maatregelen bleken voor niets: na de voorziene landing op 3 december bleef het stil op Mars en ook de beide harpoenen, inmiddels Amundsen en

De X-33 is een van de beoogde opvolgers voor het Amerikaanse ruimteveersysteem. [Florida Today]

Interplanetair Op interplanetair gebied werd het jaar overschaduwd door het verlies van de Mars Climate Orbiter (MCO) en Mars Polar Lander (MPL). De eerste was op 11 december 1998 gelanceerd, de tweede op 3 januari. De MCO had in september in een baan rond Mars moeten komen en de MPL had op 3 december een zachte landing moeten maken. Beide sondes waren opgetuigd voor uitgebreid wetenschappelijk onderzoek, tot en met een door de Interplanetary Society verschafte micro-


25

Scott genoemd, lieten tot teleurstelling van velen niets van zich horen.

ge vorm van water of van hydroxyl-radicalen werd niet ontdekt.

Het bleek de andere kant van faster-bettercheaper en de mislukkingen zullen zeker gevolgen hebben voor toekomstige missies, zoals de voor 2001 geplande Mars Surveyor. Ook voor de mislukking van de MPL en zijn Deep Space harpoenen is een onderzoekscommissie ingesteld. Verder wordt gepoogd uit beelden van de MGS af te leiden of en hoe de MPL is geland: er zal worden gezocht naar sporen van de MPL zelf, maar ook van het hitteschild en de parachute. Het zal evenwel veel weg hebben van het zoeken naar een speld in een hooiberg. Inmiddels heeft ook de ESA besloten tot het verkennen van Mars. In juni 2003 moet de Mars Express vertrekken, met aan boord de Engelse lander Beagle 2.

De vierde Discovery-missie is Stardust. Deze sonde moet stof verzamelen van de komeet Wild 2 en dat terugbrengen naar de aarde. Stardust werd op 7 februari gelanceerd en zal in januari 2004 langs de komeet scheren. Het stof zal verzameld worden op een paraplu met een gel om het vast te houden. In januari 2006 moet een capsule met de stofmonsters aan een parachute landen op aarde.

Mars-onderzoek is in dit verslagjaar niet het enige op interplanetair gebied. Nog steeds draait Galileo rondjes rond Jupiter, daarbij regelmatig ‘maantjes’ aandoend. Vooral scheervluchten langs Io leverden spectaculaire beelden op. Het vulkanisme is er wijd verspreid ( er zijn meer dan 100 werkende vulkanen gevonden ( en er zijn zelfs afzonderlijke lavastromen en -fonteinen waargenomen. Dan is er de Near Earth Asteroid Rendezvous, NEAR, gelanceerd op 17 februari 1996, die op 10 januari in een baan rond de asteroïde 433 Eros had moeten komen. Problemen met de motor op 20 december 1998 resulteerden in een scheervlucht op 23 december 1998. Op 14 februari 2000 zal een nieuwe poging gewaagd worden de sonde in een baan rond Eros te brengen. NEAR was de derde sonde in het kader van NASA’s Discovery Program, de Lunar Prospector was de tweede. Aanwijzingen dat er in de diepe kraters aan de zuidpool van de maan water is, leidden tot het besluit de Lunar Prospector aan het einde van haar bruikbare leven gecontroleerd te laten neerstorten in zo’n krater. Waarnemingen aan het opspattende gesteente en stof zouden het bestaan van water kunnen bevestigen. Men verwachtte dat eventueel tot 18 kg waterdamp zou moeten vrijkomen. Op 31 juli was het zover. De Lunar Prospector stortte als gepland neer, maar eni-

26

Tenslotte was er Deep Space 1, gelanceerd op 24 oktober 1998 als eerste sonde van NASA’s New Millennium Program. DS-1 maakt gebruik van nieuwe technologie, waaronder een ionenmotor en een autonoom navigatiesysteem. Een stuk kunstmatige intelligentie in de vorm van de Remote Agent completeert het geheel. Deze kreeg volledige controle over de sonde. DS-1 maakte op 29 juli een scheervlucht langs de asteroïde 9969 Braille (1992 KD). De kleinste afstand bedroeg slechts 15 km. De infraroodcamera maakte beelden van Braille, maar helaas keek de zichtbaar-licht-camera de verkeerde kant uit. Toch werd de scheervlucht een groot succes genoemd, de nieuwe technieken bleken naar behoren te werken.

Overige lanceringen Rusland In 1999 zijn er net zoveel Russische draagraketten gelanceerd met een nationale lading als met een westerse lading, beide 13. Aan westerse/commerciële satellieten werden er 32 met succes rond de aarde geschoten. Naast 14 nationale zijn dat in totaal dus 46 satellieten. Qua totaal aantal lanceringen en satellieten komt dit overeen met 1998, zij het dat verhoudingsgewijs beduidend meer westerse satellieten werden gelanceerd (32 versus 19 in 1998). Hieronder waren wel 24 Globalstar ssatellieten. Het aantal had nog iets hoger kunnen uitvallen als niet twee Protonlanceringen waren mislukt (één met een nationale en één met een commerciële satelliet). In 1999 werden van elke civiele serie satellieten gelanceerd: Raduga, Molniya en Yamal [telecommunicatie], Foton [wetenschap] en Okean en Resurs [aardobservatie], naast


een Soyuz en twee Progress M ten behoeve van het Mir ruimtestation. Opvallend laag (slechts 4) was het aantal nieuwe militaire satellieten in de Kosmos-serie (1998: 16). Een nieuw rakettype, Dnepr (een voormalige SS-18 raket), werd in april gebruikt voor de lancering van een kleine Britse satelliet. De trend is nu duidelijk gezet. Rusland heeft het westers geld hard nodig. De commerciële activiteiten dienen om het eigen nationale programma in leven te houden en de aanvulling van het beetje overheidsbudget gaat vooral op aan de ISS-verplichtingen. Dat wil zeggen, als het geld aankomt. Het duurt vaak heel lang voor de bedrijven geld zien. Azië Zowel Japan als Taiwan zagen een nationale (telecommunicatie resp. wetenschappelijke) satelliet gelanceerd, elk met een Amerikaanse draagraket. Hong Kong en de Arabische Liga zagen eveneens elk een telecommunicatiesatelliet in omloop komen, met een Russische resp. een Ariane raket. Zuid-Korea lanceerde een telecommunicatiesatelliet en twee wetenschappelijke satellieten, resp. met een Ariane, een Amerikaanse en een Indiase raket. Japan’s eigen H-2 draagraket had geen goed jaar, alleen een mislukte lancering. De vorige lanceerpoging met hetzelfde rakettype mislukte in 1998 ook al. Wel werd met een

Amerikaanse draagraket een Japanse telecommunicatiesatelliet gelanceerd. India had meer succes met de eigen raket. Een geslaagde start bracht drie satellieten omhoog (een nationale voor oceaanobservatie, de Duitse Tubsat en dus een Zuid-Koreaanse). Per Ariane werd ook nog een Indiase telecommunicatiesatelliet gelanceerd. Een verhaal apart begint China te worden. In 1999 werden eerst drie geslaagde standaard lanceringen van elk twee satellieten uitgevoerd. De vierde lancering in november was echter een hele bijzondere: een bemanbaar ruimteschip genaamd Shenzou (‘magisch schip’). Dit ruimtevaartuig, dat verdacht veel lijkt op de Russische Soyuz, maakte een geslaagde landing na 14 omlopen. Volgens Chinese bronnen zullen nog enkele onbemande tests volgen voordat, na Rusland en de Verenigde Staten, China als derde land zelf ruimtevaarders in de ruimte brengt. De conclusie wat betreft Aziatische landen luidt dat een aantal van deze landen zich meer en meer manifesteren, zowel wetenschappelijk als commercieel, vooral wanneer geostationaire lanceringen concurrerend worden aangeboden. Met name China werpt zich op als nieuwe grote ruimtevaartnatie; een eerste verzoek tot ISS-deelname is weliswaar door de Verenigde Staten afgewezen, maar hoelang kun je dat volhouden?

Schilderij van het Stardust ruimtevaartuig bij zijn ontmoeting met de komeet Wild 2. [NASA/JPL]


27

Onconventionele lanceersystemen: Schieten met satellieten

Recommend Documents