Wetenschappelijke resultaten Clementine

Wetenschappelijke resultaten Clementine Ir. R. Noomen

Aanvang 1994 werd de ruimtevaartwereld aangenaam verrast door de Amerikaanse satelliet Clementine. Dit voertuigje zou trendsetter blijken te zijn op twee gebieden. Allereerst was het een van de eerste missies ontworpen volgens een nieuwe filosofie: door zich te beperken in de missiedoelstelling, de verantwoordelijkheden te spreiden, gebruik te maken van “off the shelf” onderdelen en het testen te beperken tot de ècht zinvolle sessies en onderdelen kon men het project eenvoudig houden en efficiënt uitvoeren, met navenante financiële voordelen. Was de uitdrukking “faster, better, cheaper” tot het begin van 1992, bij de conceptie van Clementine, nog geheel onbekend, inmiddels is dit verworden tot het credo van menig modern ruimtevaartproject. Daarnaast was Clementine een van de eerste Maan-sondes sinds lange tijd: aan Amerikaanse zijde dichtte zij een gat van 20 jaar (Explorer-49 in 1974), en zij werd recentelijk slechts voorafgegaan door de Japanse Muses-A (ook wel bekend onder de naam Hiten, 1990). In haar kielzog staat wèl een armada aan (mogelijke) opvolgers, zoals Lunar Prospector (VS, 1997), Lunar-A (Japan, 1997), Lunar Rover Initiative (VS, 1999), Lunar Polar Orbiter (Japan, 2001), LEDA (ESA, 2002) en MORO (ESA, 2003; zie ook “Ruimtevaart” 95/3).

Twee jaar na dato is de verwerking van de metingen van Clementine voor een groot deel afgerond; een goede aanleiding om de wetenschappelijke resultaten op een rijtje te zetten. Alvorens dit te doen, zal eerst de missie beknopt worden beschreven.

Missie Met z’n droge massa van 227 kg, een zelfde massa stuwstof en afmetingen van 1,5 m (diameter) x 2 m past Clementine uitstekend in de “faster, better, cheaper” filosofie. Het traject van conceptie (door de Ballistic Missile Defense Organisation, BMDO en de National Aeronautics and Space Administration, NASA) tot bouw (door het Naval Research Laboratory, NRL) en vlucht was uitermate kort: slechts 3 jaar. De doelstelling van de missie was tweeledig: het in de praktijk testen van nieuwe ruimtevaarttechnologie, middels een observatievlucht om de Maan, en het onderzoeken van de asteroïde 1620 Geographos. Eventuele interessante wetenschappelijke bevindingen omtrent de Maan zouden mooi meegenomen zijn, maar behoorden duidelijk niet tot de primaire interesse van de Amerikaanse militairen.

RUIMTEVAART JUNI 1996

De lancering vond plaats op 25 januari 1994, met een (ex-ICBM) Titan-IIG vanaf Vandenberg AFB. Op 3 februari werd Clementine in een overgangsbaan naar de Maan gebracht, alwaar de satelliet op 19 februari arriveerde. Drie dagen later manoeuvreerde Clementine zich in de gewenste polaire baan, met een minimale/maximale hoogte t.o.v. het maanoppervlak van 400 resp. 2940 km; de om-

Technici van het Naval Research Laboratory werken aan Clementine. [AW&ST]

3

Twee foto’s van de Apollo missies begin jaren zeventig. Links een opname van maan materiaal dat naar de Aarde is gebracht. Rechts een astronaut op de Maan aan het werk. [NASA]

looptijd bedroeg 5 uur. Het periselenium, het punt van dichtste nadering tot de Maan (de eerder genoemde hoogte van 400 km) lag op 30° zuiderbreedte, zodat met name het zuidelijk halfrond gedetailleerd kon worden waargenomen. Op 26 en 27 maart werd, met een totale ∆V van 216,7 m/s, het periselenium verplaatst naar 30° noorderbreedte; in de navolgende maand werd het noordelijk halfrond nauwkeuriger onder de loep genomen. De maanobservaties werden beëindigd op 4 mei, toen Clementine koers zette naar de asteroïde 1620 Geographos. Zoals bekend (zie o.a. “Ruimtevaart” 94/3) kwam de missie op 7 mei 1994 tot een voortijdig einde, nadat het voertuig door een fout in de programmatuur in een onherstelbare spin van 80 omw/min was gekomen, waarbij alle stuwstof voor de standregeling was opgesoupeerd. Hiermee was de doelstelling van de missie maar in beperkte mate bereikt. Immers, niet alle geplande tests van de sensoren e.d. konden worden uitgevoerd. Desondanks hebben de Amerikanen de maanobservaties zodanig uitge-

De naam “Clementine” Clementine is vernoemd naar de dochter van de mijnwerker uit het aloude lied “My Darlin’ Clementine”. Een toepasselijke naam, want de missie had o.a. tot doel de mineralogische samenstelling van de Maan en de asteroïde 1620 Geographos vast te stellen. Tevens zou ze na de scheervlucht langs Geographos “lost and gone forever” zijn, net als in het lied. Schrijnend is dat ze dit al vóór die ontmoeting is geworden...

4

buit, dat de missie nu toch als een succes wordt ervaren.

Wetenschapelijke resultaten Clementine was uitgerust met een vijftal instrumenten, dat in bijgaande tabel vermeld staat. Bij eerdere missies leidde men de samenstelling van de maanbodem af uit röntgen- en γ-straling; nu werd gekeken naar de relatieve intensiteit van de metingen in 11 spectrale banden, verkregen met de instrumenten UVVIS, LWIR, HIRES en NIR. Alle sensoren werden gebouwd door het Lawrence Livermore National Laboratory. De laserafstandmeter LIDAR leverde directe metingen van de afstand tot het maanoppervlak. Behalve de genoemde instrumenten was er ook een gravitatie-experiment, gebaseerd op de Doppler-verschuivingen in het S-band telemetriesignaal. Hoewel scheidingen niet altijd even scherp zijn aan te geven, richtten de experimenten zich op de volgende onderwerpen: gravitatieveld, topografie en dikte van de korst, bodemsamenstelling en de zuidpool. Hier volgt een bespreking van de meest aansprekende resultaten op deze gebieden. Gravitatieveld Het experiment voor de bepaling van het gravitatieveld van de Maan kan gerust als een “extraatje” worden beschouwd, want er waren geen speciale instrumenten aan boord. Informatie over dit veld werd op indirecte wijze verkregen door te kijken naar Dopplerverschuivingen van het S-band signaal dat de satelliet naar de Aarde zond. Deze verschui-


vingen worden veroorzaakt door de beweging van de Maan en de Aarde (beide perfect te modelleren) en van Clementine zelf; onregelmatigheden in deze worden geïnduceerd door variaties in de aantrekkingskracht die de satelliet ondervindt. Zo zal er bij de nadering van een gebied(je) met veel massa een relatief grote aantrekkingskracht op Clementine worden uitgeoefend, en zal Clementine dus versneld worden. Het S-band telemetriesignaal werd gemeten door NASA-grondstations in Goldstone (Californië), Canberra (Australië) en Madrid (Spanje), en het NRLstation in Pomonkey (Maryland); de genoemde NASA-stations vormen te zamen het bekende Deep Space Network (DSN). In totaal werden 361.000 Doppler-waarnemingen (precisie: 0,25 mm/s) verkregen, die voor de berekening van het gravitatieveld gecombineerd werden met 347.000 Dopplermetingen afkomstig van de Lunar Orbiters 1-5 (1966-1967) en de sub-satellieten van Apollo-15 en -16 (1971 en 1972). Vanwege de relatief grote hoogte van de Clementinebaan leverde deze voornamelijk informatie over het langgolvige deel van het gravitatieveld; de “historische” satellieten bereikten soms hoogten van slechts enkele tientallen kilometers boven het maanoppervlak, en verschaften zo met name informatie over het kortgolvige (fijnmazige) deel van het veld, met name in de buurt van hun periselenium. De analyses die het NASA Goddard Space Flight Center heeft uitgevoerd, hebben geresulteerd in het Goddard Lunar Gravity Model 2 (GLGM-2). Omdat er geen tracking data voorhanden is voor de achterkant van de Maan (de rotatietijd van de Maan is gelijk aan de periode van haar omloop op de Aarde) moeten de verstoringen aldaar in wezen geëxtrapoleerd worden naar zichtbare delen van Clementine’s baan. Hierdoor is de kwaliteit van GLGM-2 variabel: NASA claimt 0,22 mm/s2 en 0,47 mm/s2 voor de voor- resp. achterkant; dit komt overeen met ongeveer 0,02 % van de gemiddelde aantrekkingskracht aan het oppervlak. Het oplossend vermogen van dit gravitatieveld bedraagt ongeveer 80 km.

opgeloste gravitatieveld laat duidelijk zien dat de hooglanden – anders dan men zou verwachten – weinig variatie in de sterkte van de lokale zwaartekracht vertonen. Dit duidt op isostatie van deze gebieden, hetgeen wil zeggen dat een eventueel overschot (tekort) aan massa is gecompenseerd door een zakking (stijging) van de maankorst aldaar, zodat het netto effect op de zwaartekracht gering is. Omdat dit fysische proces van compensatie veel tijd vergt (10.000 - 100.000 jaar), is het niet verbazend dat met name “oude” gebieden in isostatie verkeren (alhoewel zaken als dikte en sterkte van de lithosfeer (mantel) een belangrijker rol spelen dan leeftijd). Verrassend genoeg ligt dit anders bij basins, waar een grote variatie aan isostatie blijkt voor te komen. Het zijn met name de basins aan de aardzijde van de Maan die lokaal anisostatie vertonen, met in het midden onder het oppervlak een zgn. mascon, een massaconcentratie, en daarbuiten een ring met een “tekort” aan massa. Wetenschappers geven als verklaring dat de inslag van een of meerdere meteorieten grote stukken van de maankorst heeft weggeslagen. Omdat de onderliggende mantel daardoor onvoldoende belast werd, stulpte zij a.h.w. naar boven uit. De overmaat aan ijzer en magnesium in de lithosfeer, gekoppeld aan deze uitstulping, is daarmee een van de oorzaken van het teveel aan massa. Het geheel wordt nog versterkt omdat de leeggeslagen basins in een later stadium weer volgelopen zijn met lava, zodat er een tweede bron voor “overmaat aan massa” voorhanden was. De totale belasting was teveel voor de lithosfeer om te dragen,

De geschiedenis van de zeeën op de Maan is bepaald door twee zaken: inslagen en vulkanisme. [ESA]

De Maan is een hemellichaam met een bijzonder complexe structuur, hetgeen ook door het gravitatie-experiment is bevestigd. Het


5

en het geheel zakte daardoor een klein beetje in. Dit verklaart op haar beurt weer het ringvormige tekort langs de randen van zo’n basin. Topografie en dikte korst Hoewel de techniek al eerder op Aarde is toegepast, zij het voornamelijk voor de bepaling van oceaan-topografie, is de globale “coverage” van de Maan met een hoogtemeter als de LIDAR een absolute primeur geweest. Het instrument heeft in wezen het hoogteprofiel loodrecht onder de satelliet gemeten. Hierbij had de Clementine-baan een radiale nauwkeurigheid van 100 m, terwijl LIDAR een meetnauwkeurigheid van 40 m had. Door de rotatie van de Maan (en de stabiliteit van de baan van Clementine) verschoof het Maanoppervlak iedere omloop (5 uur) over een hoek van 2,5°, en kon zo stelselmatig het gehele Maan-oppervlak in kaart worden gebracht. Vanwege technische beperkingen (óók een gevolg van de “faster, better, cheaper” filosofie) van LIDAR werd dit in twee stappen gedaan: het instrument werkte alleen op hoogtes lager dan 640 km. Zodoende kon alleen de omgeving van het periselenium worden bestreken, en werd in de eerste maand het gebied tussen de breedtegraden -75° en +15° geobserveerd, en in de tweede maand het gebied tussen -15° en +75°. De

72.300 goede metingen, ongeveer 19 % van het totale aantal uitgezonden pulsen, zijn inmiddels verwerkt in het Goddard Lunar Topography Model 1 (GLTM-1), de eerste digitale “kaart” van de Maan. In horizontale richting bedraagt het oplossend vermogen ongeveer 80 km. De overeenkomst in vertikale richting met eerdere, onvolledige, topografie-kaarten uit het Apollo-tijdperk bedraagt 500 m. Dit verschil is met name terug te voeren op de beperkte nauwkeurigheid van de baan van de Apollo-modules en de altimetermetingen zelf. Het topografie-experiment heeft een aantal opmerkelijke zaken aan het licht gebracht. Zo is de vooralsnog grootste en diepste krater in ons zonnestelsel ontdekt: het South Pole - Aitken Basin, gelegen op de nachtzijde van de Maan (180° O.L., 56° Z.B.). Op basis van metingen van de Lunar Orbiter 5 (1967) had men reeds vermoedens over het bestaan van een dergelijk fenomeen. De diameter van het South Pole - Aitken Basin bedraagt maar liefst 2500 km, ofwel 23 % van de omvang van de Maan; het diepste punt ligt op 8,2 km onder het gemiddelde maanoppervlak, terwijl de kraterrand daar juist 4 km bovenuit steekt. Het is opmerkelijk dat dit basin niet gevuld is met lava, althans niet in de mate waarin dit in omringende basins is

Overzicht van de wetenschappelijke instrumenten aan boord van Clementine. instrument

golflengte (µm)

Ultra-Violet Visible camera (UVVIS)

0,415 0,750 0,900 0,950 1,000 0,4-0,95 8,0-9,5 0,415 0,560 0,650 0,750 0,4-0,8 1,10 1,25 1,50 2,00 2,60 2,78 0,532 1,064

Long-Wave Infrared camera (LWIR) High-Resolution camera (HIRES)

Near-Infrared camera (NIR)

Laser-ranger (LIDAR)

6

vermogen (W)

massa (kg)

4,5

0,41

13,0 9,5

2,1 1,12

11,0

1,92

2,6-6,8

1,25


gebeurd. Blijkbaar is de eruptie van lava hier niet of nauwelijks voorgekomen. Wetenschappers worstelen nog met de vraag of dergelijke uitbarstingen geblokkeerd zijn, of dat de kern van de Maan een tekort aan nucleaire, warmte-producerende elementen heeft. Dat laatste zou ook verklaren waarom vulkanische en tectonische processen op de Maan zo’n 2,5 à 3 miljard jaar geleden al opgehouden zijn, terwijl dat op de Aarde nog steeds door gaat (beide hemellichamen zijn ongeveer 4,6 miljard jaar oud; een ongunstige oppervlakte/inhoud verhouding met bijbehorende hoge warmteverliezen van de Maan kan hier ook een rol spelen). Iets verder naar het noorden, in de omgeving van het Korolev Basin, vinden we een maximale hoogte van 8 km. Het totale “hoogtebereik” van het maanoppervlak komt hiermee op 16,2 km ofwel 0,93 % van haar straal. Ter vergelijking: voor de Aarde en Mars bedraagt dit resp. 0,20 en 0,76 %. De digitale hoogtekaart is vervolgens gebruikt voor een statistische bestudering van het maanoppervlak. Hierbij heeft men gebruik gemaakt van zgn. hypsogrammen, waarin de hoogte uitgezet wordt tegen het totale oppervlak dat die hoogte heeft. Dergelijke figuren geven met name informatie over grootschalige planeet-processen. Ze tonen bijvoorbeeld heel duidelijk het bimodale karakter van het oppervlak van de Aarde aan: enerzijds oceanen, anderzijds continenten. De hypsogrammen hebben aangetoond dat de hoogtevariatie van de Maan niet een “normale” verdeling (in statistische termen) heeft, die van een verzadigd kraterlandschap wèl verwacht mag worden: de Maan vertoont aanmerkelijk meer structuur. Daarnaast is het karakter van de naar de Aarde toegekeerde zijde wezenlijk verschillend van dat van de


andere zijde: gemiddeld ligt het oppervlak aan “deze” zijde zo’n 2 km lager dan dat aan “gene” zijde, terwijl de variatie of spreiding juist groter is (2σ = 2,5 km voor deze kant, 2σ = 5 km voor de afgekeerde kant). Deze constatering wordt overduidelijk bevestigd door het verschil in uiterlijke verschijning: de afgekeerde kant is fors gekraterd, terwijl het karakter van de “aardkant” daarentegen bepaald wordt door de grote lava-zeeën. Over de oorzaak tast men nog in het duister.

Een typerend beeld uit het Apollo-tijdperk, in dit geval van de hoeveelheid γ-straling: de opnamen laten al duidelijk de grote variatie zien, maar zijn heel beperkt in hun bedekking van de Maan. [ESA]

Een ander typerend fenomeen waarvan het bestaan is bevestigd door de metingen van de laser-hoogtemeter is het bestaan van zgn. oude kraters. In z’n algemeenheid kan gesteld worden dat bestudering van het voorkomen van kraters op de Maan (grootte en leeftijd) ook directe informatie geeft over de geschiedenis van de Aarde. Zo heeft er zo’n 600 miljoen jaar na het ontstaan van het Aarde-Maan-stelsel (4 miljard jaar geleden dus) een hevig bombardement van meteorieten plaatsgevonden: in een tijdsbestek van 100 à 200 miljoen jaar werden 10 of meer grote maanbasins gevormd. Gezien de grotere “vangstraal” van de Aarde moet zich hier iets dergelijks, maar dan in heviger mate, hebben afgespeeld. Op Aarde zijn de sporen hiervan door verwering allang weer verdwenen, en op de Maan bijna, zij het om andere redenen: de grote kraters uit die tijd zijn geheel of gedeeltelijk gevuld met lava, en hun structuur is vertroebeld door (de ejecta van) nieuwe inslagen. Desondanks hebben het gravitatieen topografie-experiment heel duidelijke kenmerken van oude kraters vastgesteld. Veelal bestaan ze uit meerdere ringen (zoals het Mendel-Rydberg Basin: 600 km doorsnede, 6 km diep, 3 ringen; of het Coulomb-Sarton Basin, met een doorsnede van 500 km, een diepte van 6 km en eveneens 3 ringen).

7

Ook het eerdergenoemde South Pole - Aitken Basin behoort tot de “oude kraters”. Verder blijkt de sterkte van de zwaartekracht weinig variatie te vertonen over deze oude basins. Blijkbaar worden de grote lege kraters, waar een “tekort” aan zwaartekracht verwacht zou mogen worden, gecompenseerd door dicht gesteente dat meer naar de oppervlakte is gedrukt. Te zamen met het gravitatie-experiment levert de topografie ook een model voor de dikte van de korst van de Maan: onder de aanname dat het maangesteente een constante dichtheid heeft van 2,8 kg/dm3, kan de gemeten sterkte van de totale zwaartekracht (“free air gravity”) worden gecorrigeerd voor de bijdrage van de eveneens gemeten topografie. Het resultaat is de zgn. Bouguer-anomalie. Volgens een simpele interpretatie zijn deze anomalieën direct gerelateerd aan de dikte van de korst van de Maan. Hieruit blijkt dat de naar de Aarde toegewende kant een korst met een gemiddelde dikte van 60 km heeft, terwijl dat voor de andere zijde 68 km bedraagt. De korst is dun onder alle basins, met extremen voor Mare Crisium (kleiner dan 1 km), en de basins Oriëntale (4 km), Smythii (15 km) en South Pole - Aitken (20 km). De dikste korst komt voor in de buurt van het Korolev Basin, aan de achterkant van de Maan (dikte 107 km). Deze theorie verklaart tevens het verschil tussen het massamiddelpunt en het geometrisch centrum van de Maan: het massamiddelpunt ligt 1680 ± 50 m dichter bij de Aarde.

Bodemsamenstelling De instrumenten UVVIS, NIR, LWIR en HIRES hebben het gehele maanoppervlak, 38 miljoen km2, vastgelegd in 1 miljoen opnamen, met een resolutie van 200 m. In totaal werd in 11 spectrale banden gemeten, lopend van zichtbaar licht tot infrarood. Deze banden zijn zodanig gekozen dat zij de emissiespectra van de diverse componenten van de bodem karakteriseren, en daarmee dus ook de samenstelling zelf. De opnamen hebben geresulteerd in de eerste globale kaart van de kleur van de Maan. Hoewel dit een triviale constatering lijkt, is zij belangrijk: kleur verraadt in wezen de samenstelling van de maan-bodem, en vertelt tevens hoe lang het oppervlak reeds is blootgesteld aan de ruimte. Door verwering immers wordt de absorptie van licht bij rode golflengtes steeds zwakker, en toont het maanoppervlak roder. Voor de bestudering van de bodemsamenstelling hebben onderzoekers gebruik gemaakt van verhoudingen van stralingsintensiteiten gemeten op verschillende golflengten. Op deze manier elimineert men natuurlijke variaties in helderheid, bijvoorbeeld t.g.v. reflecties of schaduwwerking. De concentratie van titanium, bijvoorbeeld, is vastgesteld door te kijken naar de stralingsintensiteit op 415 en 750 nm. In wezen hebben deze multispectrale beelden de grote diversiteit van het maanoppervlak bevestigd: een mengelmoes van vulkanische gebieden en inslagkraters, met alle mogelijke variaties daartussen. Zo zien we bijvoorbeeld in de rand van de

Gravitatie-anomalieën volgens het GLGM-2 model. Op de naar de Aarde toegekeerde zijde (hier: rechts) zijn de massaconcentraties midden in de basins duidelijk zichtbaar. [AAS/AIAA]

8


krater Copernicus (diameter 93 km) binnen het bestek van 1 à 2 km grote variaties tussen basaltische gesteenten en veldspaat optreden; vertoont de krater Tycho duidelijke sporen van smeltingsprocessen na een inslag; en laat de krater Giordano Bruno (diameter 22 km) een mengsel van vers uitgeslagen materiaal en ouder gesteente zien. Kraters kunnen opgevat worden als vensters naar het binnenste van de Maan; immers, bij inslagen kan materiaal tot op een diepte van 10 % van de krater-diameter worden weggeslingerd. De spreiding van deze zgn. ejecta geeft bovendien weer een aanwijzing voor de geometrie en zwaarte van de betreffende meteoriet-inslag. Meer algemeen heeft Clementine aangetoond dat de aardzijde van de Maan een overmaat aan ijzer, thorium en titaan bevat, naast een grote verhouding magnesium/aluminium. Zoals eerder opgemerkt zijn lava-zeeën hier het primaire landschapselement. Aan de achterkant van de Maan, daarentegen, waar het landschap gedomineerd wordt door de gevolgen van inslagen, komen genoemde elementen slechts in beperkte mate of geheel niet (magnesium en aluminium) voor. Zuidpool Een gebied dat speciale vermelding verdient is de zuidpool van de Maan. Afgeschermd door de Leibnitz Bergen, heeft men decennia lang gespeculeerd over het “luna incognita” dat daarachter ligt. In 1977 ontdekte de Russische Zond een grote inzinking, maar het precieze hoe en wat bleef onduidelijk. Het is alweer Clementine geweest die ons de eerste beelden van dit gebied heeft geleverd. De metingen toonden aan dat zich hier inderdaad een inslagbasin bevindt: het Schrödinger Basin, met een diameter van 320 km en een diepte (kraterrand-bodem) van 2 à 3 km. De 3,8 miljard jaar oude krater is gevuld met een deken van ejecta; meest voorkomend is materiaal dat bij inslagen gesmolten is. Intrigerender is het feit dat zich hier een gebied bevindt dat zich in eeuwige duisternis


hult. Dit 30.000 km2 grote gebied ligt binnen 5° van de zuidpool verwijderd. Omdat het zonlicht hier nooit doordringt is de temperatuur altijd extreem laag: -233°C. Men heeft het vermoeden (de hoop?) dat water, zo het zich al voordoet op de Maan, zich wellicht hier bevindt in de vorm van ijs. De aanwezigheid van ijs is op twee manieren onderzocht: m.b.v. de metingen direct verkregen met de instrumenten aan boord van Clementine, en door vanaf de zuidpool weerkaatste radarsignalen van Clementine op Aarde met de DSN-stations op te vangen. In de meetgegevens heeft men sterke aanwijzingen gevonden die duiden op de aanwezigheid van ijs; in publicaties is sprake van “strongly suggests” en “very encouraging”.

De ligging van de belangrijkste basins op de Maan. De “aardzijde” is het rechterdeel van deze figuur. [Science]

Conclusies Met de “faster, better, cheaper” filosofie van het ontwerpteam heeft Clementine een nieuwe standaard gezet. Behalve technologisch heeft de mijnwerkersdochter ook wetenschappelijk een indrukwekkende bijdrage geleverd: de missie heeft geresulteerd in aanzienlijk verbeterde en vooral completere modellen voor het gravitatieveld, de topografie en de dikte van de korst van de Maan. Daarnaast is het maanoppervlak beter gekarakteriseerd, en is men erin geslaagd de globale bodemsamenstelling goed vast te leggen. Tipjes van een aantal intrigerende sluiers zijn opgelicht. Clementine, een historische missie die zeer zeker opvolging verdient.

9

Waarom Ruimtevaart (deel 1) Het belang van ruimtevaart voor de Nederlandse samenleving Ir. D. de Hoop Nederlands Instituut voor Vliegtuigontwikkeling en Ruimtevaart

Regelmatig worden door zowel de overheid als de belastingbetaler vragen gesteld over het waarom van ruimtevaart en het belang van ruimtevaart voor onze Nederlandse samenleving. Veelal betreft het dan vragen over de keuze van ruimtevaartprojecten, en de hoeveelheid geld waarmee Nederland hieraan moet deelnemen. Tevens wordt de laatste jaren het aspect van spin-off belangrijk geacht: wat levert de kennis van ruimtevaarttechnologie op voor andere disciplines? Het gebruik van communicatie- en weersatellieten is bij een ieder goed bekend. De hoogte van de ruimtevaartbudgetten is vaak een discussiepunt. Zo werd de laatste jaren dikwijls de vraag gesteld in hoeverre Nederland zou moeten meedoen aan bemande ruimtevaart. Verder zouden de effecten van spin-off beter zichtbaar gemaakt moeten worden. Tenslotte is menigeen niet bekend met de grote voordelen van de aanwezigheid van ESTEC in Nederland. Deze aspecten zullen aan de orde komen in een drietal artikelen met als thema “waarom ruimtevaart”. Specifiek zullen deze artikelen gaan over 1) het belang van de ruimtevaartactiviteiten voor de Nederlandse samenleving; 2) de voordelen van ESTEC voor Nederland; en 3) technologietransfer tussen ruimtevaart-, civiele en militaire projecten.

Inleiding Ruimtevaart is ingebed in nagenoeg alle geledingen van ons dagelijks bestaan, van telecommunicatie en meteorologie tot weten-

Een Space Shuttle lancering is een gewone zaak geworden, de ruimtevaart raakt ingeburgerd in het dagelijkse leven. [NASA]

10

schap en technologie. Ruimtevaart levert een belangrijke bijdrage aan ons welzijn: denk alleen maar aan weersvoorspellingen en stormwaarschuwingen, of aan het verzorgen van communicatie met eenieder waar ook ter wereld. In Nederland is menigeen goed bekend met de ruimtevaart, aangezien de media een goed en breed beeld geven van het wereldgebeuren om ons heen, inclusief belangwekkende ontwikkelingen op ruimtevaartgebied. Zo worden bijvoorbeeld de activiteiten bij de ESTEC-vestiging in Noordwijk regelmatig verslagen. De overheden van geïndustrialiseerde landen willen regelmatig de ruimtevaartactiviteiten evalueren, om te bezien of budgetten en prioriteiten moeten worden bijgesteld. Momenteel wordt meer de nadruk gelegd op directe toepassingen, zoals het onderzoek aan de atmosfeer door middel van satellieten en het opnemen van beelden van onze eigen Aarde. In de jaren zestig was het technologische en prestige-aspect belangrijk. Honderden miljoenen personen overal ter wereld volgden de maanmissies. In de jaren zeventig en tachtig werd aandacht besteed aan bemande ruimtevaart: Soyuz, Skylab,


De IRAS satelliet, het tweede grote nationale ruimtevaart project voor Nederland, gaf de industrie een goede uitgangspositie voor het verkrijgen van ruimtevaartopdrachten. [NIVR]

Space Shuttle en Spacelab. In de jaren negentig wordt nu mede door het International Space Year 1992 veel aandacht besteed aan aardobservatieprogramma’s. Door de jaren heen zijn honderden wetenschappelijke, weer- en communicatiesatellieten gelanceerd. Daar deze satellieten ons wereldbeeld hebben beïnvloed, bestaat momenteel een redelijk positief beeld over het nut van ruimtevaart. Nu hoort men vaak het verwijt: “we horen zo weinig meer over ruimtevaart; leeft dit nog wel?” Het antwoord ligt voor de hand. Ruimtevaart is een gewone zaak geworden, het nieuwtje is er af. Evenmin als elke Boeing-vlucht niet in de pers wordt verslagen, komt ook niet elke Space Shuttle- en raketlancering meer op TV. Alleen als er iets spectaculairs gebeurt, zoals de reparatie van de Hubble Space Telescope, de koppeling van de Space Shuttle aan Mir of de uitvoering van een vooraanstaand Nederlands experiment in de ruimte, krijgen we fraaie beelden op de TV te zien. Toch blijft het zaak om ruimtevaartactiviteiten regelmatig te publiceren, niet in de laatste plaats ook om de belastingbetaler in Nederland te laten zien dat het geld dat geïnvesteerd is in ruimtevaart er dubbel en dwars weer uitkomt.

Ruimtevaart in Nederland De Nederlandse overheid heeft al vroegtijdig het nut van ruimtevaart onderkend. In de jaren zestig werd deelgenomen aan verschil-


lende projecten van de Europese ruimtevaartagentschappen ELDO en ESRO, die in 1975 overgingen in de European Space Agency (ESA, officiële oprichtingsdatum 1980). Nederland heeft twee grote nationale satellietprojecten gekend, namelijk de wetenschappelijke satellieten ANS (Astronomical Netherlands Satellite; lancering 1974) en IRAS (InfraRed Astronomical Satellite; lancering 1983). De Nederlandse astronomen, kennisinstituten en bedrijven kregen hiervoor internationaal veel lof toegezwaaid. Fokker en Philips toonden aan dat men de buitenlandse concurrentie aan kon door het ontwerpen en vervaardigen van complexe boordcomputers en systemen en sensoren voor de standregeling. Momenteel kent Nederland kleinere nationale projecten, waarbij bijvoorbeeld instrumenten zoals SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Chartography) worden ontwikkeld. De uitgaven van de ruimtevaartactiviteiten bedragen nu meer dan ƒ 200 miljoen per jaar, waarvan driekwart naar ESA gaat. Nederland doet voor ruim 4 % mee aan verplichte ESAprojecten (o.a. het wetenschappelijke programma), terwijl voor gemiddeld 3 % wordt deelgenomen aan niet-verplichte projecten zoals aardobservatiemissies, bemande ruimtevaart en Ariane. Nederland is ook lid van het Europese agentschap voor meteorologie EUMETSAT. De Nederlandse instellingen NIVR, SRON en BCRS voeren nationale ruimtevaartprojecten uit betreffende respectievelijk technologie, wetenschappelijke in-

11

strumenten en het gebruik van gegevens van aardobservatiesatellieten.

brekend onderzoek op het gebied van satellietgeodesie en het berekenen van satellietbanen.

Nederlandse wetenschappers en gebruikers

Op het gebied van het gebruik van aardobservatiegegevens vervult de BCRS een coördinerende rol. Tientallen projecten worden door BCRS gestimuleerd via het Nationaal Remote Sensing Programma en het programma GebruikersOndersteuning. Zo zijn remote-sensing beelden door Rijkswaterstaat gebruikt bij het onderzoek naar wateroverlast in Zuid en Midden Nederland in 1993-95. Ook worden remote-sensing beelden gebruikt voor het beheer van binnenwateren. SRON heeft inmiddels diverse deelprojecten gedefinieerd om het onderzoek op het gebied van aardobservatie verder te bevorderen. Momenteel wordt in opdracht van BCRS en SRON het netwerk NEONET opgezet, waarbij de gebruikers via Internet informatie kunnen verkrijgen over zeer verschillende onderwerpen ten aanzien van aardobservatie.

Nederland doet mee aan de meeste ESA-programma’s. De deelnemingspercentages aan de diverse projecten verschillen, waarmee prioriteit kan worden gegeven aan bepaalde activiteiten. In de jaren zestig en zeventig werd mede door de ANS- en IRAS-projecten veel aandacht besteed aan wetenschappelijk astronomisch onderzoek. Momenteel wordt ook aan aardobservatie een hoge prioriteit gegeven. Het instrument SCIAMACHY dat het onderzoek omtrent atmosfeerchemie in Nederland een stimulans zal geven, trekt nu de aandacht. Daarnaast verwacht Nederland een vooraanstaande rol te kunnen vervullen op het gebied van ozon-onderzoek middels het deelnemen aan projecten zoals GOME (Global Ozone Monitoring Experiment).

Een gecombineerde foto van twee Meteosat satellieten. Deze satellieten zijn onmisbaar geworden voor de dagelijkse weersvoorspelling. [ESA]

Nederlandse wetenschappers hebben nog steeds een vooraanstaande positie op het gebied van ruimteonderzoek. SRON en de Universiteiten van Utrecht, Amsterdam, Leiden en Groningen zijn betrokken bij vele nieuwe wetenschappelijke missies die worden uitgevoerd door ESA en NASA. De gegevens van IRAS worden nog altijd verwerkt, terwijl SRON goed betrokken is bij de in 1995 gelanceerde infraroodsatelliet ISO (Infrared Space Observatory). De TU Delft doet baan-

Tientallen Nederlandse instellingen, universiteiten en laboratoria zijn betrokken bij het zogenaamde microzwaartekrachtonderzoek. Meer dan dertig Nederlandse experimenten op het gebied van celbiologie, menswetenschappen, materiaalkunde, fysica en chemie zijn tot dusverre in de ruimte uitgevoerd door onder meer wetenschappers van het Hubrecht Laboratorium, de Universiteiten van Utrecht, Amsterdam, Groningen, Leiden, Delft, Maastricht en Rotterdam, het Van der Waals laboratorium, NLR en TNO. Veelal werden deze proeven verricht in raketmodules en faciliteiten in Spacelab, waarbij Nederlandse bedrijven als Fokker Space, Bradford en CCM een hoofdrol vervulden bij het vervaardigen van de instrumentatie hiervoor. Op het gebied van telecommunicatie en weersatellieten zijn vanzelfsprekend de PTT respectievelijk het KNMI actief. In Burum (Friesland) staat een groot ontvangststation voor de INTELSAT-satellieten. Verder is de PTT actief in de Europese EUTELSAT-organisatie. Via onder meer de EUTELSATsatellieten ontvangen we vele TV-zenders. Het KNMI is vertegenwoordigd in de organen van de Europese meteorologische organisatie EUMETSAT. Vanzelfsprekend benut het KNMI de gegevens ontvangen van mete-

12


orologische satellieten voor het opstellen van de dagelijkse weersverwachtingen. Deze gegevens worden ook gebruikt voor wetenschappelijk onderzoek naar onder meer klimaatveranderingen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van zowel de Amerikaanse NOAAsatellieten als de Europese METEOSAT-satellieten. Momenteel worden nieuwe ruimtesystemen ontwikkeld zoals METEOSAT Second Generation en polaire missies. De Nederlandse industrie is actief ten aanzien van zowel de levering van instrumenten en subsystemen van de satellieten als grondsystemen voor de ontvangst en verwerking van weerbeelden. Op het gebied van communicatiesystemen spelen Nederlandse onderzoekers een bescheiden rol. De Universiteiten van Eindhoven en Delft hebben tezamen met de PTT onderzoek verricht op het gebied van propagatie van signalen door de atmosfeer. TNO-FEL heeft een behoorlijke kennis op het gebied van satellietcommunicatie verkregen door middel van contracten van ESA voor apparatuur en componenten. Ook kleinere bedrijven als March en Hymec zijn dienaangaande actief. TNO-FEL, Fokker Space, NLR, Signaal en vele anderen zullen vanwege hun jarenlange ervaringen op dit gebied hopelijk nauw worden betrokken bij de geplande nieuwe civiele en militaire telecommunicatiesatellieten. Uit het bovenstaande kan worden afgeleid dat (soms zelfs onbewust) tientallen instituten en universiteiten gebruik maken van satellieten en andere ruimtevaartmissies. Helaas wordt dit niet altijd onderkend, zodat soms bezuinigingen worden aangekondigd op juist die gebieden waar eigenlijk een stimulans nodig is. Hopelijk kunnen de gebruikers van ruimtevaartsystemen verder worden gestimuleerd door middel van voldoende budgetten. De Nederlandse industrie staat hierbij klaar om ondersteuning te geven aan wetenschappers en gebruikers door het bouwen van faciliteiten, instrumenten en grondsystemen.

Industriële ruimtevaartactiviteiten Een honderdtal Nederlandse bedrijven en instellingen ontwikkelen en vervaardigen ruimtevaartproducten, -systemen en -faciliteiten. Vanwege de aanwezigheid van ESTEC in


Nederland leveren veel middelgrote en kleine bedrijven delen van testfaciliteiten bij ESTEC en instrumenten en software voor satellieten. Een twintigtal bedrijven levert hoogwaardige producten, die worden meegenomen in de zogenaamde “juste retour” berekening van de Nederlandse deelname aan ESAprogramma’s. Verschillende adviesbureaus zoals GTS hebben berekend dat (vooral door ESTEC) de Nederlandse economie meer dan 400 % terugkrijgt van haar bijdrage aan ESA. Elke gulden geïnvesteerd in ruimtevaart komt er dus dubbel en dwars uit.

Communicatie satellieten zoals de hier getoonde Hughes satellieten hebben de huidige informatiemaatschappij mede mogelijk gemaakt. [Hughes]

Nederlandse bedrijven, laboratoria en instellingen concentreren zich op een beperkt aantal hoogtechnologische gebieden. De huidige prioriteiten zijn zonnepanelen, mechanische systemen, robotica, ladingen, instrumenten, dataverwerking, grondsystemen en voortstuwing. De meest actieve bedrijven zijn Fokker Space, SPE, Bradford, BSO, ICT, Urenco, Genius Klinkenberg, Comprimo, Satelli-

13

te Services, CCM, Brandt en Mecon. Het NLR geeft aan veel bedrijven ondersteuning bij het onderzoek en de ontwikkeling van nieuwe producten. TNO-instellingen, zoals TPD, FEL en PML, zijn op veel gebieden actief, variërend van optische systemen tot communicatieapparatuur en stuwstoffen. Het NIVR geeft vanuit het NRT-ruimtetechnologieprogramma ondersteuning aan deze bedrijven en instellingen. Diverse nationale deelprojecten, zoals simulatiefaciliteiten, gloveboxen, zonnepanelen, Artificial Intelligence technieken en grondstations worden in nauwe samenwerking met ESA/ESTEC uitgevoerd. Hierdoor heeft Nederland in veel ESA-projecten hoogwaardige opdrachten kunnen verwerven.

De Envisat satelliet uitgerust met een geavanceerd zonnepaneel van Fokker Space. [FS]

Fokker Space heeft een bijzonder goede marktpositie opgebouwd ten aanzien van zonnepanelen. Tientallen kleine, middelgrote en zeer grote panelen zijn geleverd voor wetenschappelijke satellieten zoals IRAS, HIPPARCOS (High Precision Parallax Collecting Satellite) en AXAF (Advanced X-ray Astrophysics Facility), voor telecommunicatiesatellieten als OTS (Orbital Test Satellite), ECS (European Communication Satellite), MARECS (Maritime ECS), Telecom, INMARSAT (International Maritime Satellite) en Hisparsat en voor grote platforms zoals EURECA (European Retrievable Carrier) en ENVISAT (Environmental Satellite). Bradford heeft inmiddels een wereldnaam op het gebied van gloveboxen, waarin experimenten op het gebied van biologie en materiaalkunde onder veilige condities kunnen wor-

den uitgevoerd. Een vijftal typen gloveboxen is inmiddels geleverd aan NASA en ESA voor gebruik in Spacelab, het Space Shuttle Middeck, Mir en het International Space Station Alpha. Het softwarebureau BSO heeft reeds tientallen opdrachten verkregen van ESA voor programmatuur, multimedia-systemen, crew support computers en AI-technologie. Fokker Space, SPE, NLR, ICT, BSO en anderen zijn actief op het gebied van robotica en simulatiefaciliteiten. Zo is de Nederlandse bijdrage aan het ESA-programma voor de ontwikkeling en bouw van de Europese Robot Arm (ERA) circa 50 %. In dit korte overzicht zijn enkele voorbeelden vermeld om vooral aan te geven dat Nederlandse bedrijven erin zijn geslaagd technologisch hoogwaardige opdrachten te verwerven. Deze ruimtevaartkennis betreffende dataverwerking, robotica, stuwstoffen en dergelijke kan ook elders in militaire en civiele projecten worden toegepast. Ruimtevaartactiviteiten worden door vele bedrijven ervaren als een mogelijkheid voor het opdoen van hoogwaardige kennis die noodzakelijk is voor een goede concurrentiepositie op vele gebieden. Vandaar dat de bedrijven ook zelf investeren in ruimtevaarttechnologie. Het NIVR stimuleert momenteel in nauwe samenwerking met ESA, FME en anderen de technologieoverdracht tussen ruimtevaart en civiele technologische ontwikkelingen. Hopelijk wordt ruimtevaart steeds meer door de overheid beschouwd als een speerpunt om de technologische know-how in Nederland te verbeteren. Hiervoor zijn dan wel voldoende budgetten nodig.

Toekomstige ruimtevaartprogramma’s In oktober 1995 vond in Toulouse de ministersconferentie plaats, waarbij belangrijke beslissingen werden genomen over toekomstige ESA-programma’s. De beslissingen betroffen vooral de bemande ruimtevaartprojecten en vervolgprogramma’s voor Ariane. Europa zal blijven deelnemen aan het internationale ruimtestation Alpha (ISSA) met een bemande module, de zogenaamde Columbus Orbiting Facility (COF) en een Automated Transfer Vehicle (ATV). Vervolgens zal de grote Ariane-5 verder worden verbe-

14


terd. Het Ariane-programma is succesvol: tot dusver hebben meer dan 80 lanceringen plaatsgevonden, waarbij een honderdtal satellieten in een baan om de Aarde is gebracht. Het goed lopende wetenschappelijke ESAprogramma Horizon 2000 zal worden vervolgd met missies als XMM (X-ray Multi Mirror mission), INTEGRAL (International Gamma-Ray Astrophysical Laboratory) en vele andere deelprojecten. Verder worden plannen door ESA uitgewerkt voor een missie naar de Maan, waarbij maanvoertuigen worden bestudeerd. Nieuwe projecten over aardobservatie- en meteorologische missies zullen worden gedefinieerd, waarbij diverse instrumenten zullen worden bestudeerd die kunnen worden geplaatst op de Polar Platforms. Ook nieuwe missies met Synthetic Aperture Radars (SAR) zijn gepland. De Nederlandse industrie en instellingen zijn veelal nauw betrokken bij deze nieuwe plannen. Er is zelfs door ESA en vertegenwoordigers uit de lidstaten een prachtig boekwerk uitgegeven met de titel: “Rendezvous with the new millennium”, waarin de verre toekomst globaal is beschreven. De “gewone dagelijkse” ruimtevaartprojecten zullen vanzelfsprekend worden vervolgd: nieuwe communicatiesatellieten, kleine aardobservatiemissies, enzovoort. De Verenigde Staten, Japan en ook andere landen in het Verre Oosten investeren veel in ruimtevaart, welke ontwikkelingen door ESA en landen als Duitsland en Frankrijk met argusogen worden gevolgd. De huidige positie van Europa is niet slecht: succesvolle Ariane-raketten, prima resultaten van vele wetenschappelijke satellieten en nieuwe mogelijkheden voor aardobservatie met behulp van Polaire Platform missies. Desondanks moet Europa wel alert blijven. Ook Nederland heeft gezien zijn projecten als IRAS, SCIAMACHY en ERA en producten als zonnepanelen en gloveboxen een goede concurrentiepositie die we niet moeten verliezen. Investeren in technologie en behoorlijk meedoen aan ESAprojecten blijft voor Nederland een noodzaak. Als slot moeten we het belang van ESTEC voor onze economie niet vergeten. Ne-


Een opname van de milieusatelliet ERS-1 van de Friese eilanden. [ESA]

derland zal ook daarom de huidige ruimtevaartbudgetten niet alleen moeten bestendigen, maar tevens zal de overheid nieuwe initiatieven – middels onder meer nieuwe nationale projecten – moeten nemen om de Nederlandse belangen naar behoren te kunnen blijven behartigen.

Slot Er wordt wel eens opgemerkt dat de media te weinig aandacht schenken aan ruimtevaart. Toch valt dat mee: zowel ESA als Fokker Space hebben een knipselkrant over ruimtevaart waaruit blijkt dat wel degelijk bijna dagelijks nieuwtjes over lanceringen, experimenten en toepassingen in de dagen weekbladen verschijnen. Vooral het Discovery Channel zendt per maand tientallen ruimtevaartprogramma’s uit. Al meer dan 17 jaar verzorgt Piet Smolders een jaarboek met een overzicht over alle gebeurtenissen in dat bepaalde jaar. Verder zijn in de afgelopen jaren prachtige Nederlandstalige boeken verschenen over de resultaten van 35 jaar ruimtevaart (het boek van de TELEAC-cursus), aardobservatie en bemande ruimtevaart. Bij de NVR te Utrecht kunt u een boekenlijst aanvragen. Last but not least: het tijdschrift “Ruimtevaart”. Hierin worden de belangrijkste ruimtevaartontwikkelingen beschreven, waarbij ruime aandacht wordt geschonken aan de activiteiten bij Fokker Space, SRON, NLR en andere Nederlandse instellingen.

15

Sterrenkunde met een “vlaggenschip” E. Echternach redactie Zenit

Sinds 25 april 1990 draait een flinke telescoop op 600 kilometer hoogte zijn baantjes om de Aarde. De Edwin P. Hubble Space Telescope heet hij voluit, maar in de (Engelstalige) media lees je meestal kortweg HST. Dat dit vlaggenschip van het Amerikaanse ruimteonderzoek een moeilijke start heeft gehad, zal de lezer genoegzaam bekend zijn. Inmiddels heeft het onderzoek met de HST echter zo veel boeiende resultaten opgeleverd, dat veel van het leed vergeten is.

Kort voor de lancering van de Hubble Space Telescope schreven Eric Chaisson en Ray Villard van wat toen nog het Public Affairs Office van het Space Telescope Science Institute (STScI) werd genoemd een uitgebreid overzichtsartikel in Vistas of Astronomy. “Nu de werkzaamheden van de ruimtetelescoop gaan beginnen, verwachten we het aanbreken van een nieuw tijdperk van ontdekkingen, een tijdperk waarin de ruimtetelescoop waarschijnlijk (...) de leeftijd van het heelal precies zal bepalen, de oertijd van het ontstaan van sterrenstelsels zal verkennen, de omgeving van zwarte gaten in beeld zal brengen, andere zonnestelsels zal ontdekken”, aldus Chaisson en Villard in hun samenvatting. Als Chaisson en Villard waarzeggers waren geweest, zou men onder indruk geraken van hun voorspellende gave. Want veel van hun verwachtingen zijn nu, zes jaar later, uitge-

komen. Al gaat het nog wat ver om te beweren dat we nu de exacte leeftijd van het heelal kennen, en al zijn de eerste planeten bij andere sterren niet met de HST ontdekt maar met instrumenten op de vaste grond, toch heeft de HST onze astronomische kennis en inzichten wezenlijk verruimd. De woorden van Chaisson en Villard waren niets anders dan een opsomming van de drie sleutelprojecten, die tot de belangrijkste beginwerkzaamheden van de HST waren uitgeroepen, aangevuld met enkele andere intrigerende sterrenkundige raadsels. Door de problemen met de hoofdspiegel van de ruimtetelescoop (zie “Ruimtevaart” 90/6) vielen de sleutelprojecten tijdens het eerste bedrijfsjaar van de HST deels in het water. Maar vooral na de succesvolle reparatie van de telescoop in december 1993 (zie “Ruimtevaart” 93/5-6 en 94/2) is het wetenschappelijke programma goed op gang gekomen.

Twee opnamen, links voor en rechts na de reparatie missie. Tijdens de reparatiemissie werd een extra optisch module “COSTAR” genaamd geïnstalleerd om de fouten in de spiegel van de Hubble te corrigeren. [ESA]

16


Sterren en planeten in wording In bijgaand artikel wordt alleen extragalactisch onderzoek met de HST beschreven. Maar de HST is natuurlijk ook dichter bij huis actief. Eén van de meest recente successen is het onderzoek aan de geboorte van sterren en planeten. Met name de foto’s van de Adelaar-nevel (M16) deden veel stof opwaaien. Aan de randen van de grote zuilen van gas en stof in de Adelaar-nevel - ook wel olifanteslurven genoemd - zijn kleine structuren te zien waarin op dit moment nieuwe sterren ontstaan. De kleine uitstulpingen en “vingertjes” wijzen in de richting van een groepje nabije, hete sterren. Het is de straling van deze sterren die de olifanteslurven langzaam doet “wegeroderen”. Maar op plaatsen waar jonge sterren verborgen zitten, en in de “schaduw” van deze sterren, is het gas en stof hardnekkiger. En daardoor ontstaan de uitstulpingen aan het oppervlak van de olifanteslurven. Op sommige plaatsen in de Adelaar-nevel is ook te zien hoe sterren tevoorschijn zijn gekomen uit hun “stofvinger”. In een ander stervormingsgebied, de Orion-nevel, blijken veel jonge sterren te zijn omringd door een schijf van gas en stof. Zulke stofschijven worden gezien als de geboorteplaats van planeten, vandaar ook dat ze protoplanetaire schijven worden genoemd. Volgens de huidige theorieën over het ontstaan van planeten klonteren in de protoplanetaire schijven stofdeeltjes samen tot steeds grotere, komeetachtige brokstukken – de planetesimalen – die tenslotte uitgroeien tot planeten. Protoplanetaire schijven bestaan voor 99 procent uit (waterstof)gas en ongeveer 1 procent uit stof. De jonge sterren in hun centrum zijn betrekkelijk koel: de oppervlaktetemperatuur loopt uiteen van 3000 tot 5000 graden. Maar dat is heet genoeg om het ondoorzichtige stof van binnenuit op te warmen. Op zijn beurt straalt het stof deze warmte weer uit in de vorm van (nabij-)infrarode straling. Een jonge ster die door stof omringd wordt, zendt dus meer infrarode straling uit dan een “naakte” soortgenoot. Dit overschot aan infrarode straling bij sommige sterren – het infraroodexces – was tot voor kort het beste bewijs voor het bestaan van protoplanetaire schijven. Meer dan de helft van de 700 jonge sterren in de Orion-nevel vertoont dit infraroodexces. Waarschijnlijk zijn protoplanetaire schijven dus eerder regel dan uitzondering, zeker in de Orion-nevel.

De Hubble-constante Hoog op het wensenlijstje van de sterrenkundigen staat de leeftijd van het heelal, of beter gezegd: de Hubble-constante. Deze parameter is eind jaren twintig geïntroduceerd door de Amerikaanse astronoom naar wie ook de ruimtetelescoop is genoemd. Hubble ontdekte dat er een lineair verband is tussen de vluchtsnelheid waarmee een sterrenstelsel van ons weg beweegt – een gevolg van de uitdijing van het heelal – en de afstand waarop het stelsel zich bevindt. Het getal dat afstand en vluchtsnelheid met elkaar verbindt is de Hubble-constante H0. Met behulp van


H0 kan een redelijke schatting worden gemaakt van de leeftijd van het heelal. De precieze waarde van de Hubble-constante is nog steeds niet bekend. Dat heeft ook de HST helaas nog niet kunnen verhelpen. De waarde die sterrenkundigen gebruiken varieert de laatste decennia van 50 tot 100 km/s/ Mpc (de lengtemaat megaparsec (Mpc) komt overeen met 3,26 miljoen lichtjaar). Als we er gemakshalve van uitgaan dat het heelal sinds de oerknal met dezelfde snelheid uitdijt (dat is niet zo), komt een H0 van 50 overeen met een leeftijd van 20 miljard jaar; een H0 van 100 geeft 10 miljard jaar. Omdat de uitdijingssnelheid van het heelal in de loop der

17

De Hubble Space Telescope tijdens de servicing missie zelf. Maar liefst vijf ruimtewandelingen waren nodig om de telescoop te repareren. [ESA]

18

tijden afneemt, zijn de gevonden uitkomsten te hoog. De werkelijke leeftijd van het heelal kan ongeveer een derde lager zijn. De leeftijd van het heelal ligt dus ergens tussen de 7 en 20 miljard jaar. Maar waar precies? Eén van de belangrijkste taken van de HST is het bepalen van de Hubble-constante met een nauwkeurigheid van tien procent. Daartoe moeten van zo veel mogelijk sterrenstelsels de vluchtsnelheid en de afstand worden bepaald; het quotiënt van de twee geeft de Hubble-constante.

Bij de bepaling van de Hubble-constante speelt de zogeheten Virgo-cluster een belangrijke rol. Van deze grote groep sterrenstelsels wordt aangenomen dat ze weinig hinder ondervindt van de aantrekkingskracht van groepen sterrenstelsels in haar omgeving, iets dat de vluchtsnelheid ten gevolge van de uitdijing van het heelal danig kan beïnvloeden. Bovendien staat de Virgo-cluster betrekkelijk dichtbij, wat de bepaling van haar afstand vergemakkelijkt. Eind oktober 1994 maakte de Amerikaanse


sterrenkundige Wendy Freedman de resultaten bekend van haar afstandsbepaling van M100, één van de sterrenstelsels in de Virgocluster. Met behulp van de HST had Freedman in M100 veranderlijke sterren van het Cepheïden-type waargenomen - iets dat vanaf de Aarde vrijwel onmogelijk is. De afstand van een Cepheïde kan gemakkelijk worden bepaald, omdat het tempo waarin zo’n ster “aan” en “uit” knippert een rechtstreekse maat is voor zijn werkelijke lichtkracht. M100 blijkt zich op een afstand van 56 miljoen lichtjaar (17 Mpc) te bevinden. Maar jammer genoeg staat de vluchtsnelheid van M100 niet zo goed vast: men kan “kiezen” uit waarden tussen de 1150 en 1350 km/s. Als je, zoals Freedman, uitgaat van een hoge vluchtsnelheid, vind je een waarde voor de Hubble-constante van ongeveer 80 km/s/ Mpc. En dat zou betekenen dat het heelal hooguit 12 en misschien zelfs slechts 8 miljard jaar oud is. Maar met de lage waarde voor de vluchtsnelheid laten zich ook een H0 van 65 km/s/Mpc en een heelal van ongeveer 14 miljard jaar construeren. De HST is er dus nog niet in geslaagd om deze knoop door te hakken. Veel sterrenkundigen omzeilen het gedoe rond de Hubble-constante liever. Zij wijzen erop dat er goede redenen zijn om aan te nemen dat de oudste sterren in het heelal, die in bolvormige sterrenhopen, 13 tot 16 miljard jaar oud zijn. Als je ervan uitgaat dat die leeftijden realistisch zijn, moet H0 ergens tussen de 45 en de 70 km/s/Mpc liggen. Dat Freedman en anderen een waarde vinden die hoger ligt, komt wellicht doordat de Virgo-cluster niet die nauwkeurige meetlat is waar men op hoopte. Ook de voorlopige resultaten van onderzoek aan de zogeheten Coma-cluster, een verre soortgenoot van de Virgo-cluster, duiden erop dat de Hubble-constante wel eens onder de 70 km/s/Mpc zou kunnen liggen. Dat volgt uit opnamen die in 1994 met de HST zijn gemaakt. In de sterrenstelsels van de Comacluster kan zelfs de ruimtetelescoop geen afzonderlijke Cepheïden “zien”, maar wel bolvormige sterrenhopen. En ook de laatste kunnen als afstandsindicator dienst doen. De voorlopige resultaten geven aan dat de


Coma-cluster minstens 320 miljoen lichtjaar (100 Mpc) ver weg staat. De vluchtsnelheid van 7000 km/s levert dan een H0 van hooguit 70 km/s/Mpc op. Daarmee komt de leeftijd van het heelal weer in de “vertrouwde” omgeving van 13 of 14 miljard jaar.

Naakte quasars Een tweede belangrijke taak van de HST is het quasaronderzoek. Doordat de ruimtetelescoop ook bij ultraviolette golflengten kan waarnemen, vormen deze merkwaardige objecten een aantrekkelijk onderzoeksgebied. Want ondanks hun grote roodverschuivingen, opnieuw een gevolg van de uitdijing van het heelal, liggen belangrijke spectraallijnen als die van de Lyman-reeks (waterstof) nog steeds in het ultraviolet. Van quasars wordt aangenomen dat ze de heldere kernen van verre, actieve sterrenstelsels zijn. Een superzwaar zwart gat in hun centrum trekt voortdurend materie (afkomstig van gaswolken en sterren) naar zich toe, materie die zich in eerste instantie verzamelt in een platte, draaiende schijf: de accretieschijf. De materie in zo’n accretieschijf wordt extreem heet en zendt enorme hoeveelheden straling uit. Bij het opslokken van materie uit de accretieschijf wordt dicht in de buurt van het zwarte gat overmatig veel energie geproduceerd. Hierdoor wordt veel materie weer weggeblazen in twee smalle bundels die loodrecht op de accretieschijf staan: de zogenaamde jets of straalstromen. Als quasars de kernen van sterrenstelsels zijn, moet het ook mogelijk zijn om de resterende delen van deze moederstelsels waar te nemen. Bij enkele nabije quasars is dat ook inderdaad gelukt. Veel quasars zijn echter 10 miljard lichtjaar of meer van ons verwijderd. Zelfs gewone sterrenstelsels zijn dan al moeilijk zichtbaar, laat staan stelsels waarvan de kern ons als een reusachtig zoeklicht tegemoet schijnt. Er bestond echter goede hoop dat de HST meer moederstelsels van quasars zou kunnen zien. Maar dat lijkt tot nu toe een beetje tegen te vallen. Bij een steekproef van vijftien quasars ontdekte de Amerikaanse sterrenkun-

19

dige John Bahcall slechts een viertal exemplaren met een tamelijk helder moederstelsel. In ten minste acht gevallen bleek geen spoor van een omringend sterrenstelsel te vinden te zijn. Voor deze objecten bedacht Bahcall de term “naakte quasars”. Het is echter allerminst zeker dat het hierbij ook werkelijk om geïsoleerde objecten gaat. Veel waarschijnlijker is het dat de moederstelsels van de “naakte quasars” te zwak zijn om zichtbaar te zijn, zelfs als je een gevoelige ruimtetelescoop tot je beschikking hebt. De HST-resultaten duiden er juist op dat ook betrekkelijk kleine, zwakke sterrenstelsels een actieve quasar als kern kunnen hebben. Dat sterkt veel sterrenkundigen in hun idee dat in veel, of misschien zelfs wel in alle, sterrenstelsels een centraal zwart gat huist. Dat niet alle sterrenstelsels een grote kernactiviteit vertonen, heeft er vermoedelijk mee te maken dat het zwarte gat na verloop van tijd zonder brandstof komt te zitten. Overigens heeft een quasar niet eens zo veel brandstof nodig: ongeveer één bescheiden sterretje per jaar is voldoende. Recente waarnemingen met de HST laten zien dat in veel gevallen tòch sterrenstelsels rond quasars te zien zijn. Britse sterrenkundigen, onder leiding van Michael Disney, hebben opnamen van vier quasars gemaakt waarop duidelijk elliptische sterrenstelsels te zien zijn. Bovendien zijn in de omgeving van veel van deze objecten àndere sterrenstelsels te zien. Deze nabije soortgenoten zorgen voor verstoringen in de moederstelsels en spelen waarschijnlijk een belangrijke rol bij het ontstaan van quasarverschijnselen. Bij een botsing met of een nauwe passage van twee sterrenstelsels kan het centrale zwarte gat van nieuwe brandstof worden voorzien in de vorm van aan flarden getrokken sterren en gaswolken.

De diepte in In de “diepten” van het heelal komt men niet alleen quasars tegen. Ook hier vormen “gewone” sterrenstelsels de meerderheid. Dankzij de HST kunnen betrekkelijk scherpe opnamen worden gemaakt van sterrenstelsels op ongekend grote afstanden. Daarbij moet men bedenken dat “grote afstand” in de ster-

20

renkunde gelijk is aan “lang geleden”. Een sterrenstelsel op zeg 10 miljard lichtjaar zien we zoals het 10 miljard jaar geleden was. Op langbelichte opnamen van de HST zijn sterrenstelsels te zien van uiteenlopende afstanden en dus ook leeftijden. Op zulke opnamen is als het ware in één oogopslag het levensverhaal van de sterrenstelsels te zien. Het gaat veel te ver om te zeggen dat we nu alles weten over de eerste miljard levensjaren van het heelal. Maar één ding staat eigenlijk al wel vast: de eerste sterrenstelsels moeten in razend tempo zijn ontstaan. Al binnen een miljard jaar wemelde het heelal van de sterrenstelsels. En de HST heeft een aantal opmerkelijke verschillen met het heelal van nu aan het licht gebracht. Op de eerste plaats blijkt dat de sterrenstelsels aan de rand van het zichtbare heelal – rekening houdend met de roodverschuiving – opvallend veel blauw zichtbaar licht uitstralen. Bij nabije sterrenstelsels is blauw licht een teken dat er veel jonge, hete sterren in het spel zijn. Blijkbaar maken de nog jonge sterrenstelsels aan de rand van het heelal een periode van hevige stervorming door. Een tweede verschil, dat overigens verwacht werd, is het verbluffende aantal sterrenstelsels dat op de “diepe” HST-opnamen te zien is. We kijken immers terug naar een tijd dat het heelal veel kleiner was dan nu, en de sterrenstelsels stonden toen dus ook veel dichter bij elkaar. Langbelichte CCD-opnamen van betrekkelijk “lege” stukken hemel laten per gebiedje ter grootte van de volle Maan vele tienduizenden zwakke sterrenstelsels zien. De verre sterrenstelsels lijken vaak niet erg op hun huidige soortgenoten. Ruim een miljard jaar na de oerknal waren er wel al elliptische sterrenstelsels, die vermoedelijk zijn gevormd door het “samensmelten” van kleinere sterrenstelsels. Maar de bekende spiraalnevels, zoals de Andromeda-nevel of ons Melkwegstelsel, zijn blijkbaar van latere datum. In de diepten van het heelal zijn slechts kleine, tamelijk vormeloze sterrenstelsels te zien, die hooguit kunnen worden beschouwd als de voorlopers van de huidige spiraalstelsels. Blijkbaar neemt de “bouw” van een spiraalstelsel minstens enkele miljarden jaren in beslag.


De kern van het sterrenstelsel M100 waaraan de Hubble onderzoek heeft gedaan om de leeftijd van het heelal te bepalen. De linkerfoto is gemaakt met de Wide Field Planetary Camera zoals die voor de reparatiemissie werd gebruikt, de rechterfoto is gemaakt met zijn vervanger die van gecorrigeerde optiek is voorzien. [ESA]

Uit de HST-opnamen blijkt niet alleen dat de spiraalstelsels pas later op het toneel zijn verschenen, maar ook dat dit type sterrenstelsel erg kwetsbaar is. Met name de zogeheten rijke clusters - grote groepen sterrenstelsels blijken een slechte leefomgeving. Sommige rijke clusters zijn bezaaid met de resten van spiraalstelsels, die zijn overgebleven na onderlinge botsingen en bijna-botsingen. We mogen van geluk spreken dat ons Melkwegstelsel in een betrekkelijk dunbevolkt stukje heelal is ontstaan! In januari van dit jaar werden de “diepste” Hubble-opnamen tot nu toe gepresenteerd. Onder de noemer Hubble Deep Field (HDF) werden 342 opnamen, elk 15 tot 40 minuten belicht, van de Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC-2) aan elkaar geplakt. Tezamen vormen zij het beeld van een piepklein “sleutelgat”, gelokaliseerd in het sterrenbeeld Grote Beer, waardoor we zo’n beetje tot aan de rand van het zichtbare heelal kunnen kijken. Het HDF-gebied is ongeveer 2x2 boogminuut groot, ongeveer een kwartje op 25 meter afstand. In dat kleine gebiedje zijn ten minste 1500 sterrenstelsels in allerlei stadia van evolutie te zien. Zo’n HDF-opname laat zich een beetje vergelijken met een geologisch boorprofiel. In een boorprofiel zijn, naar beneden toe, steeds oudere aardlagen te zien; het vormt dus een overzicht van de geschiedenis van onze planeet. De HDF-opname is een boorprofiel van het heelal: ze bevat informatie over de geschiedenis van het heelal.


Het vervolg De verdere invulling van het levensverhaal van de sterrenstelsels en de geschiedenis van het jonge heelal is afhankelijk van verdere waarnemingen, die met een breed scala aan telescopen - op Aarde en in de ruimte - zullen worden gedaan. Het wachten is onder meer op een geschikte satelliet voor het (verre) ultraviolet, waarmee het uiterlijk van nabije sterrenstelsels bij deze golflengten kan worden onderzocht. Pas dan kunnen we bijvoorbeeld de huidige spiraalstelsels goed vergelijken met hun verre, roodverschoven soortgenoten die met de HST zijn waargenomen. De ruimtetelescoop is in afwachting van een volgende onderhoudsbeurt, die voorlopig voor februari/maart 1997 op het programma staat. Bij die gelegenheid wordt onder meer de NICMOS, de Near Infrared Camera and Multi Object Spectrometer, geïnstalleerd. Deze infraroodcamera zal nog verder in het heelal kunnen doordringen en oersterrenstelsels kunnen waarnemen, waarvan het licht door de uitdijing van het heelal is opgeschoven naar het infrarode deel van het spectrum. Met NICMOS zal de ruimtetelescoop zijn nu al indrukwekkende reeks ontdekkingen ongetwijfeld verder kunnen aanvullen.

21

GPS in navigatie Ir. F.J.G. Boon Technische Universiteit Delft

Stelt u zich voor dat uw vliegtuig net is geland. U loopt snel naar de auto-verhuurzaak en kiest een representatieve auto uit. U heeft haast: het vliegtuig had meer dan een half uur vertraging. Gelukkig is het een auto met een CarNav-systeem. Nadat u bent ingestapt typt u het adres in van de congres-hal waar u over een uur een presentatie moet houden, maar... Foutmelding: “CD-ROM niet aanwezig”. “Slordig verhuurbedrijf”, denkt u, en u kijkt of de stadskaart CD-ROM in het handschoenenkastje ligt. “Gelukkig”. De reistijd blijkt op een half uur te worden geschat, het LCD-scherm rechts van het stuur laat de route zien...

Een schematische weergave van het “differential GPS” systeem. Een ontvanger in het vliegtuig en op de grond bepalen hun positie. Daar de ontvanger op de grond een bekende positie heeft kan de GPS afwijking bepaald worden. Deze afwijking wordt daarna naar het vliegtuig gezonden om de fout in de ontvanger aldaar te corrigeren. [USAF]

22

Misschien klinkt het bovenstaande u als science-fiction in de oren, maar in de Verenigde Staten zijn auto’s met geavanceerde navigatiesystemen realiteit, en diverse Japanse autofabrikanten, zoals Mazda en Toyota, zijn volop bezig met de ontwikkeling van dergelijke systemen. Het elektronica-concern Philips heeft, sinds 1987, ook een navigatieeenheid ontwikkeld, dat begin 1996 op de Duitse markt wordt geïntroduceerd in de Opel Vectra. Het systeem, Car Instrumental

Navigation (CARIN), is gebaseerd op drie sensoren: een Global Positioning System (GPS) ontvanger, een magneetspoel (kompas), en een odometer (afstandmeter). Natuurlijk is het satelliet-navigatiesysteem GPS niet de enige navigatiesensor. Toch kan worden gesteld dat zonder GPS dit soort navigatiesystemen nooit konden ontstaan, althans niet op het marktniveau van consumenten-elektronica. In dit artikel zal de rol van


GPS in navigatiesystemen en de toepassingen daarin nader worden belicht. Voor een technische beschrijving van GPS wordt verwezen naar het artikel “NAVSTAR/GPS” dat eerder in dit tijdschrift is verschenen (“Ruimtevaart” 89/6).

Navigatie Navigatie is de techniek om een optimale route naar een gewenst punt te plannen, onderhevig aan een aantal parameters, zoals minimaal brandstofverbruik, of de kortste reistijd. Verder moet de optimale route natuurlijk mogelijk zijn: de optimale route van een auto wordt beperkt door de stadskaart. Om deze route te bepalen moet in het algemeen bekend zijn waar het voertuig zich op een bepaald tijdstip bevindt, in welke richting het zich beweegt, alsmede de sinds dat tijdstip afgelegde afstand. Voor het bepalen van deze parameters zullen sensoren moeten worden gebruikt. De positiesensoren zijn, een enkele uitzondering daargelaten, ontwikkeld door het Amerikaanse leger of marine. Voorbeelden hiervan zijn het op een radio-baken gebaseerde LORAN (LOng Range Navigation), Omega en TRANSIT. Ook GPS is ontwikkeld door het Amerikaanse leger en is eigendom van het Amerikaanse Department of Defense. Voor de duidelijkheid wordt opgemerkt dat GPS op zich geen navigatiesysteem is, maar een onderdeel ervan vormt. GPS vertelt wat de positie van een voertuig op een bepaald tijdstip is, met een zeer nauwkeurige meting van dat tijdstip. In combinatie met navigatiesoftware en geografische informatie vormt het een navigatiesysteem.

Killer product Aangezien er meerdere radio-navigatiesystemen bestaan, kan men zich afvragen waarom deze andere systemen nooit zo’n grote vlucht hebben doorgemaakt. GPS kan men omschrijven als een “killer product”: een produkt dat een grote doorbraak in een bepaald gebied maakt, en dat nieuwe markten creëert ten koste van andere produkten die die markt


ook zouden kunnen bedienen. Het ontstaan van de markt is afhankelijk van juist die eigenschappen die het “killer product” bezit. Specifiek voor GPS zijn dat de wereldwijde inzet, de eenvoud van de ontvangers, de hoge nauwkeurigheid en de lage kosten. GPS bezit wat men noemt “global capability”: een gebruiker kan het inzetten ongeacht zijn positie op Aarde. LORAN-C en Omega, maritieme positioneringssystemen, hebben dit niet. GPS is in principe onafhankelijk van de geografische locatie van de gebruiker. Aangezien de radiobakens van GPS om de Aarde cirkelen, en het aantal bakens voldoende is om continu en overal op Aarde service te kunnen verstrekken, is de fabrikant van GPS-ontvangers geografisch gezien onafhankelijk van de afzetmarkt. De ontvangers kunnen worden verkocht met dezelfde hardware, en wereldwijd worden gebruikt. Verder is GPS zodanig ontworpen dat de technisch complexe kant zich in de ruimte bevindt: de gebruiker heeft geen nauwkeurige klok nodig, hetgeen de kosten van een ontvanger sterk drukt. Het enige dat de GPSontvanger in principe doet is het per satelliet ontvangen signaal demoduleren met een digitale code en de digitale informatie decoderen. Op deze manier verkrijgt de ontvanger informatie over o.a. de afstand tot die betreffende satelliet. Tegenwoordig zijn Digital Signal Processing (DSP) chips zo geavanceerd, dat een ontvanger enkel uit DSP-chips kan worden opgebouwd. Ook is de nauwkeurigheid van GPS veel hoger dan die van andere systemen. De nauwkeurigheid loopt van enkele honderden meters tot enkele meters, afhankelijk van het type GPS-meting dat men gebruikt (zie verderop). De ontvangers zijn grotendeels identiek, ongeacht de eisen aan de nauwkeurigheid. Dit werkt ook in het voordeel van GPS: een fabrikant van ontvangers maakt dezelfde hardware voor verschillende klanten-eisen. Natuurlijk speelt ook mee dat de gebruiker geen kosten betaalt voor het systeem. Immers, de Amerikaanse belastingbetaler heeft $ 12 miljard opgehoest om het systeem te ontwikkelen en in gebruik te nemen. Door dit feit kon de prijs van een GPS-ontvanger aan-

23

Een GPS satelliet van de huidige generatie die op het moment in gebruik is. [USAF]

trekkelijk blijven. De klant hoeft alleen te betalen voor de ontwikkelingskosten van de ontvanger, en niet voor die van het systeem zelf. De grote aantallen waarin GPS-ontvangers vandaag de dag over de toonbank gaan hebben de prijzen ook enorm doen kelderen: tegenwoordig kan men een ontvanger kopen voor een paar honderd gulden. Gekoppeld met de miniaturisatie van elektronische componenten is GPS zonder meer een gouden produkt te noemen.

(SA; een opzettelijke degradatie van het navigatiesignaal, en daarmee de opgeloste positie) zullen alle opgeloste posities een onzekerheid hebben van 100 meter. Dit wordt veroorzaakt door het feit dat GPS in de eerste plaats een millitair systeem is, alleen millitaire gebruikers kunnen het nauwkeurige signaal ontvangen. Hierdoor zal, afhankelijk van de snelheid van het voertuig, de snelheidsvector en de richting verkeerd bepaald worden, waardoor men genoodzaakt zal zijn andere sensoren te gebruiken.

GPS-navigatiesysteem

Men kan ook gebruik maken van differentiële GPS (DGPS). Dit concept is gebaseerd op het feit dat de GPS-satellieten voor een aardse gebruiker zeer ver weg staan. Dit betekent dat twee GPS-ontvangers met een onderlinge afstand tot 100 km nagenoeg dezelfde systematische meetfouten (satellietpositie, atmosferische effecten, maar ook het SA-effect) zullen ondervinden. Hierdoor kan men ten opzichte van een referentie-station (dat in principe dezelfde, gecorreleerde absolute onzekerheid heeft) tot op een nauwkeurigheid van enkele meters navigeren. Aangezien het

Aangezien GPS alleen een positie geeft, zijn andere sensoren nodig voor nauwkeurige applicaties: indien het voertuig geen snelheid bezit, geeft GPS geen informatie over de bewegingsrichting van dit voertuig. Als het voertuig beweegt, zal met GPS alleen de richting van de snelheidsvector kunnen worden bepaald. Echter, indien men dit voor minder zware applicaties toepast zullen fouten in de positie doorwerken in andere grootheden. Door het effect van Selective Availability

24


niet aantrekkelijk zou zijn als iedere gebruiker zijn eigen referentie-station(s) zou moeten inrichten en onderhouden, is er een markt ontstaan van bedrijven die differentiële correcties uitzenden, die de systematische fouten elimineren. In landen als Canada, de Verenigde Staten en Zweden staan er vele referentie-stations, en worden op een bepaalde golflengte boodschappen met DGPS-correcties uitgezonden. Hiervoor heeft de Radio Technical Commission for Maritime Services het formaat RTCM SC-104 ontwikkeld. Later is hieruit weer het RTCA-formaat ontwikkeld, dat is toegespitst op de luchtvaart. Voor elke satelliet zendt het referentie-station een afstandscorrectie uit, waarmee de gebruiker SA grotendeels kan elimineren en een nauwkeurige positie kan berekenen. In Nederland is ook een DGPS-netwerk opgestart: een samenwerkingsverband van de Meetkundige Dienst, het Kadaster, de Faculteit Geodesie van de TU Delft en de Nationale Commissie voor Geodesie heeft het Actief Geodetisch Referentie Systeem (AGRS) opgezet. Drie referentie-stations in Nederland verzamelen continu GPS-signalen. De data wordt real-time geanalyseerd en opgeslagen. Het verschil met de DGPS-systemen in bovengenoemde landen is echter dat het hier om een vooralsnog experimenteel netwerk gaat. De gebruiker kan de correcties opvragen, ze worden echter niet door het AGRS uitgezonden.

voldoende navigatie-informatie aanwezig is: chauffeurs kunnen de weg niet tijdig vinden, en vrachten worden niet op tijd afgeleverd. Sindsdien zijn er vele navigatiesystemen getest voor gebruik op land, waaruit bleek dat GPS als hoofdsensor de gunstigste keuze is. Momenteel gebruiken transportconcerns GPS voor “fleet management” en als navigatiesysteem voor vrachtwagens. Ook reddingsvoertuigen, zoals ziekenauto’s en brandweerauto’s, kunnen in een onbekende omgeving met een GPS-navigatiesysteem veel sneller ter plekke zijn. Nu is de tijd aangebroken dat de personenauto kan profiteren van deze ontwikkelingen. De bestuurder heeft geen stedenboek meer nodig, dat hij bij elk rood verkeerslicht even vluchtig kan (moet) controleren. In plaats daarvan toont een LCD-scherm snel de route, en geeft een stem-gestuurd systeem directe aanwijzingen. Het systeem is optimaal indien het wordt uitgerust met programmatuur welke gekoppeld is aan verkeersinformatie, zodat files kunnen worden ontweken.

Naast de complementerende navigatiesensoren (b.v. INS, LORAN, kompas, odometer) zal een GPS-navigatiesysteem bestaan uit integrerende software en een geografische databank. Deze databank kan bestaan uit navigatiepunten, die zijn ingegeven door de gebruiker, of uit een digitale stadskaart waarop de gebruiker zijn eindbestemming aanduidt.

Toepassingen Smart vehicle systemen In 1988 heeft de Organization for Economic Cooperation and Development uitgesproken dat de geïndustrialiseerde landen jaarlijks miljarden guldens verliezen doordat er niet


De lancering van een GPS kunstmaan, die allen met een Delta 2 raket zijn gelanceerd. [McDonnellDouglas]

25

Zeilboten, zweefvliegtuigen, rugzak-trekkers Het explosief toegenomen vrijetijdsgebruik van een complex systeem als GPS geeft al aan hoe enorm de prijzen van GPS-ontvangers zijn gedaald. Sinds het zakken van de prijzen worden GPS-ontvangers aangeboden in speciale watervaste uitvoeringen voor zeilers en rugzak-trekkers. De prijzen liggen momenteel iets boven de 1000 gulden. De GPS-ontvangers voor zweefvliegers zijn iets duurder. Deze ontvangers zijn uitgerust met navigatiesoftware dat GPS als hoofdsensor gebruikt, aangezien de geëiste nauwkeurigheid niet zo hoog is.

dio-uitzendingen. De voorkeur voor GPS is primair gestoeld op de kostenbesparing die GPS zou opleveren ten opzichte van andere opvolgers. Die zouden immers speciaal voor deze applicatie worden ontwikkeld, terwijl de ontwikkelingskosten van GPS allang terug verdiend zijn.

Satellieten Eigenlijk is dit geen echte navigatietoepassing, aangezien satellieten een baan volgen die onderhevig is aan de zwaartekracht: ze navigeren dus niet. Het volgende geval, echter, is te mooi om niet te noemen: Voyager-2 heeft gebruik gemaakt van GPS om door het zonnestelsel te navigeren. Hier ging het natuurlijk niet om de positioneringsfunctie van GPS - de afstand tot de Aarde was immers veel te groot - maar om de preciese tijdmeting gegenereerd door het systeem.

Een andere reden is de nauwkeurigheidseis van landingscategorie III (zeer dichte mist; landing volledig op instrumenten). Hier wordt geëist dat de positie van het vliegtuig bekend is met een nauwkeurigheid van enkele decimeters. In principe is dit alleen mogelijk indien de fase van de draaggolf van het GPS-signaal wordt gemeten: dan kan de afstand tot de satellieten worden bepaald op sub-mm niveau. Dit maakt positiebepaling mogelijk met een nauwkeurigheid van enkele centimeters. Echter, bij fasemetingen meet men enkel de fase in een periode. Het gehele aantal periodes (overeenkomend met een afstand van 19 of 24 cm, afhankelijk van de golflengte van het GPS-signaal) moet dus op een andere manier worden bepaald. Tot op het moment van schrijven zijn er echter nog geen adequate rekenmethodes voorhanden, waarmee het aantal periodes met voldoende zekerheid geschat kan worden.

Toen Voyager-2 bij Neptunus was aangekomen, was de marge voor baancorrecties zeer klein. Om de correcties op het juiste tijdstip uit te voeren waren nauwkeurige gegevens nodig over de positie en de snelheid van het ruimtevoertuig. De snelheid kon worden gemeten uit de Doppler-verschuiving van het signaal dat de Voyager uitzond. Om deze frequentieverschuiving nauwkeurig te meten moest de tijd tot op 30 nanoseconden precies bekend zijn. Omdat deze meting verdeeld was over drie stations op Aarde (Californië, Spanje en Australië), moesten deze stations onderling ook gesynchroniseerd zijn. GPS is het enige systeem dat dit adequaat kon doen. Auto-landing systemen In de luchtvaart wordt GPS al geruime tijd gezien als de opvolger van het huidige landingsysteem ILS (Instrument Landing System), waarbij een vliegtuig langs een radiosignaal naar de landingsbaan wordt geleid. ILS moet verdwijnen, want het maakt gebruik van het frequentiedomein dat wordt verdicht door toenemende commerciële ra-

26

Echter, doordat GPS door het Amerikaanse leger wordt beheerd en de civiele gebruiker het systeem “mag” gebruiken, biedt GPS geen afdoende bedrijfszekerheid voor de civiele gebruiker. Dit is een van de redenen waarom een landingsysteem gebaseerd op GPS nog niet in gebruik is genomen.

Landbouw Deze applicatie is op zich misschien geen navigatie, maar het is wel een middel waar GPS iets op zijn juiste plaats brengt. In de VS en Rusland, waar landbouwvelden enorm uitgestrekte gebieden zijn, is het een grote kostenpost indien mest of zaad op de verkeerde plaats terecht komt. Sinds 1991 gebruiken grote landbouwbedrijven een koppeling tussen Geografische Informatie Systemen (GIS) en GPS om de verdeling van mest en zaad over het land te optimaliseren. De GIS-kaarten geven de plekken aan waar mest of zaad moet worden aangebracht. Deze plekken worden opgeslagen in het navigatiesysteem. Vervolgens rijdt de boer met een met


De GPS satellieten bevinden zich in circulaire banen op 18000 km hoogte in drie verschillende baanvlakken. Zo zijn voor elke gebruiker altijd tenminste vier satellieten zichtbaar. Vier satellieten zijn nodig om de eigen positie en snelheid te bepalen. [USAF]

GPS uitgeruste wagen over het terrein, en de programmatuur zorgt er voor dat de juiste kleppen openen indien over een plek wordt gereden waar het mest of het zaad moet worden aangebracht.

Toekomst GPS heeft de markt van de consumentenelektronica al veroverd. Sterker nog, GPS heeft deze markt gecreëerd. Zonder GPS zouden zeilers of rugzak-trekkers geen goedkoop en hoogwaardig navigatiesysteem hebben. Met de introductie van GPS-systemen in middenklasse personenauto’s zal de prijs van dergelijke systemen steeds verder dalen, en zal het op den duur in elke auto als optie worden aangeboden. Experimenten in de VS hebben reeds aangetoond dat de toepassing van GPS in “smart cars” een geweldige voor-


uitgang is voor reddingswerk. Kortom, de markt voor landen zeenavigatie voor consumenten zoals u en ik is ontstaan, en zal zich verder ontwikkelen. In de civiele luchtvaart daarentegen wordt GPS alleen nog maar gebruikt voor en-route navigatie, waar een nauwkeurigheid van enkele honderden meters afdoende is. De nauwkeurigheid en belangrijker nog de integriteit van GPS is nog niet voldoende om Categorie-III landingen uit te voeren. Echter, het feit dat de VS het Microwave Landing System heeft laten varen als opvolger van ILS ten faveure van GPS geeft overduidelijk de richting aan waarin de luchtvaartautoriteiten denken. Het definitieve groene licht is afhankelijk van het beschikbaar komen van een techniek waarmee het onbekende aantal gehele periodes betrouwbaar bepaald kan worden.

27

Ruimtevaart in de Volksrepubliek China H.H.F. Smid ribs Space Consultancy & Insurance

De regering van China legde in 1956 de fundering voor haar ruimtevaartprogramma. China is qua grootte het derde land in de wereld, en het onderkende de noodzaak om een eigen ruimtevaarttechnologie te ontwikkelen. De hoofddoelstellingen, destijds èn nu, zijn: het ontwikkelen van betrouwbare nationale en internationale communicatie, het maximaal benutten van de eigen hulpbronnen door middel van observatie van de Aarde vanuit de ruimte (remote sensing), meteorologische waarnemingen vanuit de ruimte ten behoeve van betrouwbare weervoorspellingen en aardobservatie ten behoeve van de nationale veiligheidspolitiek. De verslechterende verhouding tussen de toenmalige Sovjetunie en China leidde tot een versnelde ontwikkeling van een complexe ruimtevaarttechnologie. Vergeleken met de ruimtevaartprogramma’s van de Sovjetunie en de Verenigde Staten was dat van China relatief klein, maar China boekte opmerkelijke successen op verschillende gebieden. Zo werd China al in 1975 het derde land dat in staat was een satelliet terug naar de Aarde te halen en te bergen (recupereren), en

werd zij in 1984 het vierde land dat meerdere satellieten met één draagraket in de ruimte kon brengen. Ook gebruikte China al vloeibare zuurstof en vloeibare waterstof als raketstuwstoffen nog voordat de Russen deze technologie beheersten. In dit artikel wordt de niet zo uitgebreide informatie, die in open bronnen over ruimtevaart in de Volksrepubliek China is verschenen, geïnventariseerd. Achtereenvolgens zal

Een overzicht van de belangrijkste ruimtevaartcentra in China en de activiteiten die aldaar ontplooid worden. [ribs SC&I]

28


in het kort worden ingegaan op de geschiedenis van de Chinese ruimtevaart, wordt gekeken naar de vernieuwde organisatiestructuur en zullen draagraketten, ruimtevaartuigen en ruimtevaartcentra worden beschreven. Vervolgens zal een overzicht worden gegeven van commerciële ruimtevaartactiviteiten en internationale relaties. Het artikel wordt afgesloten met een blik naar de toekomst.

Geschiedenis De geschiedenis van het Chinese ruimtevaartprogramma is nog steeds in officiële nevelen gehuld. In 1984 maakten de Chinezen bekend dat ze al in 1967 met behulp van een zgn. suborbitale draagraket een hondje in de ruimte hadden gebracht. Het hondje Xiao Bao (Klein Luipaard) zou met succes zijn gerecupereerd. Ook werd vermeld dat er zich op 28 januari 1978 op een van de lanceerplaatsen een grote explosie had voorgedaan die vele gewonden tot gevolg had. In het Chinese periodiek “Ruimtevaartpolitiek” van mei 1991 verscheen een artikel van dr. Yanping Chen dat enig licht doet schijnen op de ontwikkeling van de Chinese ruimtevaart. Dr. Chen verdeelt het Chinese ruimtevaartprogramma in vier perioden: 1956-1966, als het ruimtevaartprogramma gestalte begint te krijgen ondanks “traumatische politieke gebeurtenissen”, zoals de Grote Sprong Voorwaarts en het stoppen van Sovjet-hulp voor Chinese wetenschap en technologie; 1966-1976, in welke periode het ruimtevaartprogramma op koers bleef ondanks dat “feitelijk alle sectoren in de Chinese maatschappij uit elkaar werden gerukt” door de Culturele Revolutie; de periode 1976-1986 waarin het ruimtevaartprogramma op een laag pitje werd gezet, maar overleefde, terwijl het land zich herstelde van de Culturele Revolutie; en 1986 tot het heden, welke periode dr. Chen omschrijft als “het toppunt van het programma”, omdat de overheid ruimtevaart tot een “hoeksteen van nationale wetenschappelijke en technologische ontwikkeling” heeft gemaakt. Het artikel besluit met de constatering dat, ondanks een voortdurende verandering in het politieke en economische klimaat, het ruimtevaartprogramma relatief stabiel is gebleven. Gedurende alle politieke veranderingen in het land heeft de ruimtevaartindustrie zich


ontwikkeld en uitgebreid. De eerste geslaagde ruimtevaartlancering vond plaats op 24 april 1970: een draagraket van het type Chang Zheng (Lange Mars) plaatste daarbij de satelliet Dong Fang Hong (Het Oosten is Rood) in een omloopbaan. Alhoewel veel technologie was geïmporteerd – in het begin vooral via Sovjet-assistentie en later via teruggekeerde bannelingen – was het opmerkelijk dat China in staat was met eigen materialen en middelen een eigen lanceer- en satelliettechnologie te ontwikkelen.

Organisatie Wie er voor wat verantwoordelijk is in de Chinese ruimtevaartorganisatie, is niet altijd gemakkelijk te bepalen. Veel parallelle organisaties lijken naast elkaar te bestaan. Het feit dat de structuur van de ruimtevaartorganisatie nog niet zo lang geleden is veranderd, draagt er toe bij dat de verwarring hierover alleen nog maar is toegenomen. De afhankelijkheid of onafhankelijkheid van de aan ruimtevaart gerelateerde Academies, waarvan de meesten ver van Peking zijn gelegen, is moeilijk in te schatten. Chinese staatsorganisaties, zoals de militairen of de ruimtevaartsector, zijn door de centrale autoriteiten aangemoedigd om commerciële ondernemingen op te zetten met het doel het inkomen van die organisaties op te vijzelen. Zo zijn organisaties begonnen met de commerciële produktie van goederen; vaak komen die goederen voort uit ruimtevaartactiviteiten. Voorbeelden hiervan zijn industriële robots en lasers voor medische behandelingen. In een aantal gevallen hebben Academies een reguliere import- en exportonderneming opgezet. Zo’n concept van een zekere economische onafhankelijkheid vermindert de benodigde staatsfondsen t.b.v. ruimtevaartactiviteiten. Dit verklaart mogelijk ook het feit dat het officiële Chinese ruimtevaartbudget voor 1993 slechts $ 150 miljoen groot was, terwijl een organisatie als de Chinese Ruimtevaart Onderneming meer dan 270.000 mensen in dienst kan hebben. Het ruimtevaartbudget van China is overigens moeilijk vast te stellen. Het verschil in economische systemen van China en het Westen maakt een vergelijking in monetaire

29

grootheden onrealistisch. In 1994 onthulde de Chinese Nationale Ruimtevaart Organisatie dat het gemiddelde budget voor civiele ruimtevaart tussen $ 170 en 180 miljoen lag. Als er wordt gekeken naar de ruimtevaartinspanning van China is dat echter een overdreven laag bedrag. De jaarlijkse uitgave voor civiele ruimtevaart wordt door Amerikaanse analisten geschat op $ 500 miljoen, terwijl de uitgaven voor militaire ruimtevaart worden geschat op zo’n $ 850 miljoen. Overigens kunnen extra uitgaven gemakkelijk worden verborgen in andere (overheids)budgetten.

Twee commissies en twee organisaties hebben de totale verantwoordelijkheid voor ruimtevaartactiviteiten in China. De meeste, zo niet alle, ruimtevaartprogramma’s worden geleid door de Commissie voor Wetenschap, Technologie en Industrie voor de Nationale Verdediging (COSTIND). Civiele ruimtevaartprogramma’s vallen onder de hoede van de Chinese Ruimtevaart Onderneming en de Chinese Nationale Ruimtevaart Organisatie, die als façade dient voor buitenlandse contacten. Beide organisaties werden in 1993 gevormd uit het opgeheven Ministerie van Ruimtevaartindustrie. Commerciële activitei-

De verschillende Lange Mars raketten die op dit moment in gebruik zijn. [CGWIC]

30


ten worden geleid via de China Grote Muur Industriële Onderneming. Het Ministerie voor Posterijen en Telecommunicatie is het nationale contact naar Intelsat, en de Peking Marine Communicatie en Navigatie Onderneming vervult dezelfde rol naar Inmarsat. De produktie van draagraketten voor de ruimtevaart vindt plaats bij de voormalige Peking Wan Yuan Industriële Organisatie, die stamt uit 1957 maar nu is omgedoopt tot de Chinese Academie voor Draagrakettechnologie. Deze Academie bevindt zich vlak bij de stad Wan Yuan, zo’n 50 km ten zuiden van de hoofdstad. De produktie van ruimtevaartuigen is de verantwoordelijkheid van de Chinese Academie voor Ruimtevaarttechnologie. Beide Academies rapporteren aan de Chinese Ruimtevaart Onderneming. Verder kent China nog een grote organisatie met meer dan 20.000 man personeel, die verantwoordelijk is voor de lanceercentra, de grondstations, twee volgschepen en Telemetry, Tracking & Control (TT&C). De China Grote Muur Industriële Onderneming is de nationale organisatie voor buitenlandse handel die als enige onderneming onafhankelijk import- en exportzaken mag afhandelen. De onderneming beheert een immense produktiecapaciteit. Het geeft sturing aan onderzoeksinstituten en fabrieken, ingenieurs en technici. De onderneming zorgt voor de ontwikkeling, produktie en lancering van draagraketten en satellieten. De import en export van technologie en goederen gaat via samenwerkingsverbanden, ondernemingen en relaties. Alle buitenlandse contacten lopen via deze onderneming.

Draagraketten De Chinese rakettechnologie is ontstaan vanuit drie primaire ontwikkelingsinspanningen, die China nu voorzien van medium- tot lange-afstand nucleaire aanvalsraketten en een reeks draagraketten voor de ruimtevaart. De eerste primaire ontwikkeling was de Dong Feng-2 (Oosten Wind) Intermediate Range Ballistic Missile. Deze raket kon een nucleaire lading van 20 kton over een afstand van 1200 km verplaatsen. Van deze raket werden er zo’n 90 geproduceerd en gericht op de


Sovjetunie. In principe was deze DF-2 een verlengde en verbeterde Russische SS-3 met de NAVO-codenaam Shyster. Deze raket gebruikte moeilijk op te slaan vloeibare zuurstof. De tweede belangrijke ontwikkeling was dan ook het gebruik van stuwstoffen die gemakkelijk konden worden opgeslagen. Deze technologie werd toegepast voor de DF3, die ongeveer 1500 kg over een afstand van 2700 km kon verplaatsen. Met de ontwikkeling van een tweetraps modificatie van de DF-3, aangeduid met DF-4, werd in 1965 begonnen. Dit programma leidde tot de eerste Chinese draagraket CZ-1. De derde ontwikkelingsinspanning richtte zich op de DF-5, welke als basis ging dienen voor de draagraket Feng Bao (Storm). Deze draagraket is zeker vijf keer gebruikt (waarvan één mislukking). Naar verluidt zijn de FB en de CZ-2 ontwikkeld vanuit dezelfde specificaties, waarbij de FB primair voor militaire ruimtevaarttoepassingen was bedoeld. De superieure werking en de successen van de CZ-2 zijn er waarschijnlijk de oorzaak van geweest dat de FB na 1981 werd uitgefaseerd.

Het vluchtleidingscentrum van het Xichang lanceerbasis waarvan alle Chinese geostationaire missies starten. [CGWIC]

De reeks van draagraketten t.b.v. de ruimtevaart die China ontwikkelde, voldoet aan de nationale behoefte en aan de uitgebreide behoefte van potentiële internationale klanten. De draagrakettenfamilie CZ-2 werd ontwikkeld vanuit het concept van de CZ-1, en is de meest gebruikte Chinese draagraket. Het zijn voornamelijk satellieten voor de lage omloopbaan die gebruik maken van deze draagraket. De evolutie van CZ-2 naar CZ-3 concentreerde zich op de ontwikkeling van een cryogene (vloeibare zuurstof/waterstof) laatste trap waarmee satellieten in de geostatio-

31

Een recupereerbare satelliet van het type FSW-1 waarin naast aardobservatie camera’s ook microzwaartekracht instrumenten en experimenten kunnen worden meegenomen. [CAST]

blijven. Het ruimtevaartuig is bovendien uitgerust met apparaten voor real-time verzending van data en bandrecorders voor gegevensopslag. De FSW-2-serie heeft een veel zwaardere lading, en kan tien tot vijftien dagen in omloop blijven. Op het ogenblik ontwikkelt China tezamen met Brazilië een remote-sensing satelliet, CBERS-1, die wordt uitgerust met een multispectrale scanner.

naire omloopban konden worden gebracht. De lancering van een CZ-3 in januari 1984 bevestigde China als derde gebruiker van cryogene stuwstoffen voor raketvoortstuwing, na de Verenigde Staten en ESA maar vóór de Sovjetunie. De CZ-3 wordt nog steeds verder ontwikkeld voor zwaardere ladingen. De CZ-4 gebruikt dezelfde eerste en tweede trap als de CZ-3, maar heeft een derde (bovenste) trap die geoptimaliseerd is voor zonsynchrone ladingen zoals meteorologische satellieten.

Ruimtevaartuigen Parallel aan de ontwikkeling van de eerste draagraketten werden de eerste satellieten ontwikkeld en gebouwd. De in 1970 als eerste satelliet gelanceerde Dong Feng Hong-1 moest ontwerpparameters vaststellen die als uitgangspunten voor de ontwikkeling van verschillende soorten satellieten moesten dienen. Als gimmick zond de satelliet het Chinese liedje “Het Oosten is Rood” uit. Na deze lancering heeft China zo’n veertig zelfgemaakte, recupereerbare ruimtevaartuigen en meteorologische, wetenschappelijke en communicatiesatellieten gelanceerd. Op het gebied van remote sensing maakt China gebruik van recupereerbare ruimtevaartuigen met zichtbaar-licht camera’s die de Aarde fotograferen. Ruimtevaartuigen uit de FSW1-serie kunnen vijf tot acht dagen in omloop

32

Met recupereerbare ruimtevaartuigen heeft China ook talloze wetenschappelijke experimenten uitgevoerd op het gebied van de microzwaartekracht en levenswetenschappen. Zo heeft men bijvoorbeeld onder microzwaartekrachtcondities proteïne-kristallen en zaden laten groeien. China voert dit soort experimenten echter voornamelijk uit via sondeerraketten. Naar verluidt zijn meer dan 260 sondeerlanceringen t.b.v. microzwaartekrachtexperimenten uitgevoerd. De eerste Chinese meteorologische satelliet was de Feng Yun-1 (Wind en Wolk). Deze satelliet was een experimenteel ruimtevaartuig dat was uitgerust met zichtbaar-licht en infrarood scanners (stralingsmeters), beeldzenders, thermische controle etc. Het gewicht van de satelliet was 750 kg, en hij werd in 1988 met een CZ-4 gelanceerd in een polaire omloopbaan. De verwachte levensduur was één jaar, maar de satelliet begaf het reeds na 39 dagen. In 1990 werd een verbeterde versie gelanceerd. China ontwikkelde ook een geostationaire meteorologische satelliet, de FY2, maar deze ging in 1994 bij een explosie verloren toen hij voor de lancering werd uitgetest. De lancering van een nieuwe FY-2 stond gepland voor 1995, maar is herhaaldelijk uitgesteld. In China is ruimtevaartwetenschap en toegepast onderzoek voornamelijk gericht op ruimtefysica, de nabije-ruimte-omgeving, microzwaartekracht, levenswetenschappen en materiaalkunde. Specifieke wetenschappelijke lanceringen zijn uitgevoerd met satellieten uit de Shi Jian (Praktijk) serie. Deze satellieten voerden, behalve praktisch toepassingsonderzoek, hoofdzakelijk metingen uit die op het gebied van de ruimtefysica lagen. Hier moet men denken aan het aardmagnetisch veld, röntgenstraling, kosmische straling, thermische stromingen, protonen en


elektronen, infrarode achtergrondstraling, ultravioletstraling etc. Het Chinese programma voor de satellietcommunicatie begon in 1975 onder toezicht van de Chinese Academie voor Draagrakettechnologie. De eerste communicatiesatellieten (DFH-2) werden in 1984 gelanceerd en hadden een beperkte capaciteit met twee Cband transponders. De tweede-generatie satellieten (DFH-2A) hadden vier C-band transponders, versterkers met meer vermogen en betere antennes. Deze werden tot 1991 gelanceerd, en twee daarvan zijn nog steeds operationeel. De ontwikkeling van een derde generatie telecommunicatiesatellieten (DFH3) ondervond veel tegenslag van sancties opgelegd door de VS. De ontwikkeling van de DFH-3 is sinds 1994 ook ingebracht in de Chinees-Duitse “joint venture” Euraspace. De satelliet moet zo’n 2000 kg gaan wegen en moet worden uitgerust met 24 C-band transponders; hij zal worden gebruikt voor directe radio- en tv-uitzendingen en telecommunicatiediensten. Euraspace zal ook de Sinosat-1 ontwikkelen, een van de DFH-3 afgeleide satelliet met 16 C-band en 6 Ku-band transponders.

Ruimtevaartcentra China heeft drie lanceercentra in gebruik. Het lanceercentrum Jiuquan, van waar de meeste lanceringen plaatsvinden, wordt gebruikt voor lanceringen naar banen met een inclinatie tussen de 57° en 70°. Het lanceercentrum Xichang wordt gebruikt voor lanceringen naar de geostationaire omloopbaan en voor vluchten met een lage inclinatie. Het lanceercentrum Taiyuan wordt gebruikt voor polaire omlopen. In 1992 deed het nieuws de ronde dat een tienjarig ruimteveerprogramma in ontwikkeling was nabij het lanceercentrum Jiuquan. De stand van zaken met betrekking tot zo’n programma is echter onbekend. De lanceercentra vallen onder de verantwoordelijkheid van de Chinese Algemene Organisatie voor Lanceringen en TT&C. Deze organisatie verzorgt de TT&C, zowel tijdens de lancering als gedurende de vlucht. De Chinese Academie voor Draagrakettechnologie heeft de supervisie op het lanceerplatform en is verantwoordelijk voor de lanceerprocedures.


Een speciaal ruimtevaartcentrum voor sondeerraketten werd in 1988 op het eiland Hainan in gebruik genomen.

Commerciële ruimtevaartactiviteiten en internationale relaties Vanaf 1986 wordt door China getracht met de Lange Mars de commerciële lanceermarkt open te breken. Dit gebeurt via de China Grote Muur Industriële Onderneming, die onder de Chinese Nationale Ruimtevaart Organisatie ressorteert. De eerste commerciële lanceringen waren voor het Franse bedrijf Matra in 1987 en het Duitse Intospace consortium in 1988. Het betrof hier piggyback ladingen voor wetenschappelijk onderzoek. De grootste markt voor commerciële lanceringen is die voor communicatiesatellieten. Het zal dan ook geen verwondering wekken dat China zich concentreert op deze categorie. Toch ligt de situatie niet zo eenvoudig. Bijna alle communicatiesatellieten worden door Amerikaanse bedrijven gemaakt of bevatten Amerikaanse componenten. Daarom eist de Amerikaanse regering exportvergunningen voor dit soort satellieten, ook als zij alleen maar worden gelanceerd. In 1988 vroeg China exportvergunningen voor de Australische satellieten Aussat-1 en -2 en voor de Asiasat-1. Asiasat-1 is de opgeknapte communicatiesatelliet Westar-6, die na een gedeeltelijk mislukte lancering in een onbruikbare baan terecht was gekomen en vervolgens door een Amerikaans ruimteveer

Een bergingscapsule van het type FSW-1 na de landing. [CAST]

33

weer terug naar de Aarde werd gebracht. Deze drie satellieten waren door het Amerikaanse bedrijf Hughes gebouwd. Eind 1988 verleende de regering-Bush toestemming voor de export naar China, op voorwaarde dat China drie internationale verdragen zou tekenen. De verdragen regelden onder meer de wettelijke aansprakelijkheid bij lanceringen, het onderhandelen over een faire handelsovereenkomst met de VS m.b.t. lanceerdiensten en het beschermen van de te gebruiken technologie als een Amerikaanse satelliet voor een lancering in China is. In januari 1989 was aan alle condities voldaan. Ook werd afgesproken dat China tussen 1990 en 1994 niet meer dan negen internationale satellieten zou lanceren, en dat China haar tarieven voor lanceringen zou afstemmen op die van de overige aanbieders van lanceerdiensten. Na het neerslaan van de opstand op het Plein van de Hemelse Vrede in Peking, in juni 1989, werden door de regering-Bush alle exportvergunningen naar China ingetrokken. De vergunningen hadden betrekking op produkten die voorkwamen op de zgn. Munitielijst en op de drie satellieten. Vergunningen voor de export van de satellieten zouden pas weer worden verleend als de omstandigheden in China zouden verbeteren en/of de Amerikaanse President zou verklaren dat de vergunningverlening in het Amerikaans belang was. In december 1989 gaf de President zo’n verklaring aan het Congres. Asiasat-1 werd in april 1990 door China gelanceerd, en de twee Aussats, nu Optus-B1 en -B2 genoemd, werden in 1992 gelanceerd. De lancering van de Optus-B2 mislukte overigens. De exportvergunning voor de Aussats verliep in de aanloop naar de lancering in maart 1991. De regering-Bush vernieuwde de vergunning op 30 april 1991, en gaf eveneens toestemming voor export van componenten voor de Zweedse satelliet Freja, die door China zou worden gelanceerd. Tegelijkertijd werd echter een vergunning geweigerd voor componenten voor de nieuwe communicatiesatelliet DFH-3 die China wilde bouwen. Als reden voor de weigering werd opgegeven dat de VS bezorgd was over de Chinese export van ballistische raketten. Twee maanden later, op 16 juni, kondigde het Witte Huis aan

34

dat vanwege de Chinese proliferatie-activiteiten het “niet juist zou zijn dat de VS exportvergunningen aan China zou verstrekken voor commerciële ruimtevaartlanceringen”. Op 17 juli wees het Amerikaanse Ministerie van Buitenlandse Zaken de Chinese Grote Muur Industriële Organisatie aan als een van de twee Chinese organisaties die betrokken waren bij de proliferatie van rakettechnologie die volgens de Arms Export Control Act handelssancties rechtvaardigde. Evenzo werden handelssancties van toepassing verklaard op onderdelen die onder het Missile Technology Control Regime (MTCR) vielen. Alhoewel satellieten niet onder het MTCR vallen – alleen draagraketten, want die zijn in essentie uitwisselbaar met ballistische raketten – werden de Chinese commerciële lanceerbelangen door de handelssancties zwaar getroffen. Toen China in maart 1992 officieel verklaarde zich aan het MTCR te zullen houden, werden de sancties opgeheven. In mei 1992 tekende Intelsat een akkoord voor het lanceren van een van haar Intelsat-700satellieten op een Chinese draagraket. (Deze lancering mislukte echter op 14 februari 1996). Vervolgens werden in september 1992 door het Ministerie van Buitenlandse Zaken de restricties op de export van zes Amerikaanse communicatiesatellieten opgeheven. Vijf vergunningen hadden betrekking op commerciële lanceringen, en de zesde op componenten voor de DFH-3. Het hele patroon herhaalde zich in 1993, toen de VS vaststelde dat China raketten aan Pakistan verkocht en vervolgens handelssancties oplegde, inclusief het weigeren van exportvergunningen. Deze keer liepen vooral in de VS de discussies hoog op. Zowel Hughes als Martin Marietta, een andere satellietbouwer, vonden dat de sancties de Amerikaanse ruimtevaart-industrie meer kwaad berokkenden dan die van China. Toen bleek dat drie satellieten niet op de Munitielijst voorkwamen omdat er geen militair belangrijke onderdelen in verwerkt waren, slaagden de bedrijven er in voor deze satellieten wèl een exportvergunning te krijgen. Andere satellieten zouden onder meer vercijferapparatuur aan boord hebben, en bleven onder de sancties vallen. Nadat deze apparatuur was verwijderd kon ook voor deze satellieten de export doorgaan. Het blijkt dat de


problemen m.b.t. Chinese mensenrechten en proliferatie de relaties tussen de VS en China flink kunnen verstoren.

De toekomst Ofschoon China nog steeds als een ontwikkelingsland wordt aangemerkt, heeft het een indrukwekkend ruimtevaartprogramma opgebouwd. Het behoren tot de weinige landen die hun eigen satellieten kunnen lanceren, heeft China nagenoeg op eigen kracht en kunnen bereikt. Het heeft een onafhankelijke, nationale capaciteit in alle sectoren van de ruimtevaart verwezenlijkt. Indien de politieke wil en de implementatie daarvan in de komende jaren wordt volgehouden, wordt China een serieuze concurrent voor het Westen. Op het ogenblik worstelt China met het dilemma hoe het het vertrouwen in de ontwikkelde produkten kan verbeteren en hoe capaciteitsvergroting kan worden bewerkstelligd. Om deze doelen te bereiken wordt meer en meer internationale samenwerking gezocht. China handelt weer in materialen, apparatuur en technologie met Russische firma’s. Andere potentiële handelspartners zijn Japan, Europa en de VS. Op de korte termijn lijken de Chinese plannen zich te concentreren op ruimtevaarttoepassingen, waarbij de nadruk wordt gelegd op communicatie en remote sensing. Ze hebben openlijk gediscussieerd over het naar de Maan sturen van een robot en over samenwerking met de Russen als deze een ruimtevaartuig naar Mars sturen. In maart 1994 tekenden Rusland en China een protocol over samenwerking m.b.t. het vreedzaam gebruik van de ruimte, waarbij de basis lijkt te zijn gelegd voor uitgebreide bilaterale samenwerking. Het protocol regelt samenwerking op het gebied van nagenoeg alle ruimtevaarttoepassingen. Een plan dat in 1992 het licht zag – Hoofdpunten van China’s Lange- en MiddellangeTermijn Ontwikkeling van Wetenschap en Techniek – gaf aan dat experimentele ruimtevaartuigen om bemanningen in de ruimte te brengen rond 2000 zouden zijn voltooid. In 1993 werd opnieuw door Chinese ruimtevaartfunctionarissen verklaard dat China van


plan was in 2000 een bemanning te lanceren en dat een klein ruimteveer werd ontwikkeld dat in 2010 klaar zou zijn. China blijft haar interesse in bemande ruimtevaart promoten, en heeft zelfs de mogelijkheid geopperd om mee te doen in het Internationale Ruimtestation Alpha.

Een Lange Mars 2E wordt gereed gemaakt voor de start. Met een dergelijke raket zijn onder andere de Australische Optus satelliten gelanceerd. [CGWIC]

Om te kunnen voldoen aan de steeds toenemende binnenlandse vraag zal China een satelliet voor rechtstreekse radio- en TV-uitzendingen ontwikkelen en lanceren. Ook zullen satellieten voor onderzoek naar eigen hulpbronnen, meteorologie en wetenschappelijke doeleinden ontwikkeld blijven worden. De trend in het vergroten van China’s lanceervermogen en het verbeteren van China’s lanceerfaciliteiten zal worden gecontinueerd.

35

Wetenschappelijke resultaten Clementine

Recommend Documents