De zoektocht naar innovatie en verkenning is wat samenlevingen vooruit drijft.
Op de dag van de Franse viering van eenheid, 14 juli 2023, kondigde het particuliere ruimtetoerismebedrijf Virgin Galactic zijn tweede commerciële vlucht aan. Drie passagiers die bereid zijn bijna een half miljoen dollar neer te leggen, zullen een lancering en een paar minuten gewichtloosheid meemaken. En daarna keren ze terug naar de aarde, vermoedelijk rijker door de ervaring.
We laten de ironie van een eenheidsdagverklaring over een privilege dat alleen voor de ultrarijken betaalbaar is even voor wat het is. Laten we ons in plaats daarvan richten op Galactic’s lange weg naar de lanceerdag. Die weg is bezaaid met tegenslagen en gebrekkige technologie.
In 2007 kwamen drie medewerkers om het leven toen een onderdeel van een raketmotor explodeerde tijdens een test. Nog eens drie medewerkers raakten zwaargewond. Van toen tot 2014 bleef het bedrijf tegenslagen en vertragingen aankondigen die hen dwongen om lanceringsdata uit te stellen. In 2014 crashte de VSS Enterprise, waardoor Virgin Galactic’s belofte van een ruimteavontuur nog verder werd uitgesteld.
De ontwikkeling ruimtevaart begon met kleine satellieten, maar leidde tot bemande missies, ruimtestations en interplanetaire verkenning. De gedachte aan ruimtetoerisme is niet nieuw, en ook niet beperkt tot één bedrijf. Sinds de ruimterace uit de jaren 1950 hebben bedrijven al gedroomd van een lucratieve ruimtevaartindustrie. Hun dromen omvatten ruimtehotels en ruimtewandelingen.
Tot zeer recent bleef de technologie achter bij die visie. Zoals de ongelukken van Galactic en andere recente raketincidenten bewijzen, hebben wetenschap en techniek nog een lange weg te gaan voordat ruimtevaart alledaags wordt. Superprof grijpt dit moment aan om uit te leggen:
- De eerste stappen in ruimtevluchten
- Technische uitdagingen voor ruimtevaartprogramma’s
- Risico’s voor menselijk leven en het milieu op aarde
- Verschillende ruimtevaarttechnologieën en hun levensduur
We willen ook ingaan op wat er gebeurt met al het puin en afval dat ruimteactiviteiten genereren. De milieukosten van ruimteverkenning op aarde zijn gemakkelijk op te sommen (en moeilijk te overwinnen). We moeten uitzoeken wat er in de ruimte gebeurt als een stuk apparatuur wordt afgeworpen of niet meer functioneert.
De vroege dagen van ruimtevluchten
Het Internationaal Geofysisch Jaar (IGY) duurde bijna 18 maanden. Van juli 1957 tot december 1958 werkten wetenschappers uit 67 landen samen aan een studie van de aarde en de kosmos. Deze groep vertegenwoordigde praktisch de gehele wereldwijde wetenschappelijke gemeenschap. Een opmerkelijke prestatie, gezien de Koude Oorlogsspanningen die Oost en West verdeelden.
De Verenigde Staten (VS) kondigden aan dat ze tijdens het IGY “kleine satellieten in een baan om de aarde” zouden lanceren om zonactiviteiten en kosmische straling beter te kunnen bestuderen. Ze waren van plan dat hun satellieten precisiemetingen zouden leveren en het geomagnetisch veld van de aarde zouden volgen. Ze waren totaal overrompeld toen de Sovjet-Unie, ook deelnemer aan het IGY, in oktober 1957 Spoetnik I lanceerde. De geschiedenis van de ruimtevaart begon met de lancering van Spoetnik en leidde tot een wereldwijde technologische revolutie.
Vanaf dat moment begon een ruimterace. In 1961 werd de Sovjet-cosmonaut Yuri Gagarin de eerste mens in de ruimte. Hij doorbrak de zwaartekracht met een Voskhod-raket aangedreven door 275 kilogram vloeibare gasbrandstof.
De eerste mens in de ruimte, Joeri Gagarin, werd gelanceerd in 1961 met 275 kg vloeibare gasbrandstof.
Het Amerikaanse ruimteagentschap NASA (National Aeronautics and Space Administration) antwoordde met Project Mercury. Het Mercury-Redstone-raketontwerp bevatte extra vloeibare brandstoftanks op zijn eerste trap van het Jupiter C-voertuig.
Sindsdien zijn voortstuwingssystemen grotendeels gelijk gebleven. Nieuwe technologieën brachten ontwerp- en productieaanpassingen teweeg in de decennia sinds die eerste lanceringen. Nieuwe materialen maakten lanceervoertuigen iets lichter, waardoor de nuttige lading van raketten kleiner werd en er minder stuwkracht nodig was.
De eerste ruimterace en zelfs de Koude Oorlog bevorderden meer samenwerking dan we nu in hedendaagse ruimte-initiatieven zien. Landen zijn meer beschermend en bezitterig geworden over hun kennis en technologieën. Zelfs rivaliserende commerciële bedrijven strijden met elkaar om suprematie in de ruimte.
Voortstuwingssystemen en andere uitdagingen
Ondanks technologische vooruitgang op andere vlakken is er weinig veranderd op het gebied van brandstofverbruik in de ruimtevaart. Raketmotoren gebruiken nog steeds ofwel vloeibare ofwel vaste brandstof. Maar dankzij grotere rekenkracht kunnen voertuigen hun brandstofverbruik nauwkeuriger regelen, wat ze iets efficiënter maakt. Dat laat ruimte voor nieuwe voortstuwingstechnologieën.
In het Verenigd Koninkrijk werkt Reaction Engines Limited aan een synergetische lucht-inademende raketmotor (SABRE). Hun ontwerp is bedoeld om boostertrappen te omzeilen en een ruimtevaartuig in een baan om de aarde te brengen. Omdat er geen onderdelen hoeven te worden afgeworpen, verlaagt SABRE de productie- en lanceerkosten.
Momenteel bestaat een standaardlancering uit minstens twee trappen, en het voertuig heeft hetzelfde aantal onderdelen. Zodra een trap voltooid is, wordt het onderdeel afgestoten en valt het terug naar de aarde. Dit systeem vermindert het gewicht en de hoeveelheid brandstof die een raket nodig heeft om in een baan te komen. De afgestoten trappen (onderdelen) worden al dan niet hergebruikt.
Kernenergie kan een andere efficiënte, lichte en goedkope voortstuwingstechnologie worden. Een bimodale nucleaire thermische raket genereert energie op dezelfde manier als kernreactoren. De gecontroleerde splijtingsenergie verwarmt de voortstuwingsbrandstof, meestal vloeibaar waterstof. Dergelijke systemen worden niet gebruikt voor lancering, maar om het voertuig tijdens de vlucht aan te drijven.
Daartegenover staat nucleaire pulsvoortstuwing, die door gecontroleerde kernexplosies een grotere en consistentere stuwkracht belooft. Deze theorie ontstond tijdens de eerste atoomproeven in 1947. Technologische vooruitgang en verfijnde ontwerpen stellen nu inertiële fusie voor als een veiligere, werkbare oplossing.
Nucleaire voortstuwing zou wel eens de oplossing kunnen zijn voor kosteneffectieve ruimtevaart. Private ruimtevaartbedrijven hebben meer middelen om het beste talent aan te trekken voor onderzoek naar nieuwe voortstuwingssystemen. Het helpt ook dat de Amerikaanse overheid hun inspanningen vaak subsidieert en NASA haar enorme hoeveelheden ruimtedata beschikbaar stelt.
Onderhoud van ruimtevaartuigen in een baan
Dankzij ruimtevaarttechnologie ontstonden innovaties zoals gps, satellietcommunicatie en geavanceerde sensoren. Economische motieven drijven private ruimtevaartbedrijven meer dan wetenschappelijke vooruitgang. Dat hoeft geen probleem te zijn, zolang ze delen wat ze onderweg leren. En zolang deze bedrijven oog houden voor het onderhouden van de systemen die ze in de ruimte brengen.
Elon Musk haalt om allerlei redenen de krantenkoppen – sommige goed, veel andere niet, en enkele twijfelachtig. Zoals het lanceren van zoveel satellieten dat ze de apparaten van andere landen verdringen. In de afgelopen vijf jaar zijn meerdere Starlink-satellieten bijna in botsing gekomen met belangrijkere systemen. De heer Musk blijft onverstoord bij zijn doel en lijkt zich weinig aan te trekken van al het ruimtepuin dat zijn bedrijf achterlaat.
Deze aanpak is duidelijk niet duurzaam. We zien de gevolgen van roekeloos afval achterlaten in de Grote Pacifische Vuilnisbelt. In de microplastics die in elk levend organisme worden gevonden, zelfs in onbewoonde gebieden. In zeedieren die verhongeren omdat hun magen vol plastic zitten.
Of het nu op aarde of in de ruimte is, bedrijven moeten verantwoordelijk zijn voor en zorg dragen voor de systemen die ze lanceren. Zo’n verplichting biedt ook economische kansen. Stel je een robotsysteem voor dat satellieten repareert of een programma voor het opruimen van ruimteafval.
Dit concept is niet nieuw. NASA voerde het eerste ruimte-recoveryprogramma uit toen het ruimteveer Discovery twee defecte satellieten terughaalde. Dat was in 1984; latere missies repareerden andere apparaten in een baan. De NASA-missie van de Endeavour in 1993 om de hoofdspeigel van de Hubble-telescoop te repareren is nog zo’n voorbeeld.
Regels en bescherming
Ruimtevaart en ruimtegebruik zitten vol onzekerheden. Zo veroorzaakte een fout van 1/450 mm in het oppervlak van de hoofdspeigel de Hubble-miskleun. Als dat defect niet was hersteld, zou Hubble een zeer duur stuk ruimtepuin zijn geworden.
Ruimteagentschappen met toegang tot het internationale ruimtestation (ISS) zorgen ervoor dat regelmatig onderhoud wordt uitgevoerd. Maar dat zou niet alleen moeten gebeuren omdat er mensen aan boord zijn. Het ISS is een kostbaar project dat een degelijk rendement oplevert. Ontdekkingen aan boord van het station helpen bij het verbeteren van technologie die we nodig hebben om systemen op aarde te herstellen.
Het touwtrekken tussen Old Space en New Space – tussen gevestigde, door de overheid geleide ruimteagentschappen en nieuwe commerciële belangen – moet duidelijke grenzen krijgen. In het belang van eerlijkheid: niet elk land beschikt over miljardairs met de mogelijkheid om kapitaal op te halen. In naam van de wetenschap mogen zulke miljardairs technologie, kennis of winsten uit de ruimte niet monopoliseren.
De zoektocht naar innovatie en verkenning is wat samenlevingen vooruit drijft. Het bevordert kennis en vormt de basis voor toekomstige ontdekkingen. Het voedt de verbeelding en maakt het onmogelijke mogelijk. Een beetje gezonde concurrentie is goed; een zero-sum mentaliteit – alles voor mij, niets voor jou – heeft het tegenovergestelde effect.
De weinige regels die het lage-aardebaangebied (LEO) beheersen, richten zich op de wildgroei aan satellieten. Deze regels zouden moeten worden uitgebreid met bepalingen over afvalverwijdering en een limiet op het aantal satellieten. Er circuleren al ernstige waarschuwingen over vallend ruimtepuin. Dat puin vormt niet alleen een gevaar voor het leven op aarde, maar bedreigt ook toekomstige ruimtemissies.
Stel je een kamer voor die helemaal netjes is – zoals het hoort. Je komt binnen en laat een trui op een stoel liggen. Je opent je post en legt het op een tafel. Je drinkt iets en laat het glas op de schoorsteenmantel staan.
Zo gaat het bijna zeven jaar door; de kamer is niet langer bruikbaar. Stel je nu zo’n nalatigheid voor over bijna 70 jaar – zo lang sturen we al dingen de ruimte in.
Het universum is vermoedelijk oneindig en ons zonnestelsel is gigantisch – net zoals een kamer veel groter is dan een glas. Maar de baan om de aarde is eindig en klein in vergelijking. En hij is nu al zo druk dat satellieten risico lopen op botsingen.
In de geschiedenis van de ruimtevaart zie je hoe wetenschappers, landen en bedrijven samen de ruimte toegankelijk maakten. Als we de ruimte willen blijven verkennen, moeten we regelgeving invoeren voor ruimteverkeer, inclusief satellietverkeer. Als de mensheid zich buiten LEO wil wagen, moeten we het Outer Space Treaty uitbreiden. Deze basale ruimteregels zijn gebaseerd op ideeën uit 1967, het jaar waarin 113 landen samenkwamen om het verdrag te ondertekenen. Tijden en ideeën zijn veranderd; dus ook de wetten die de ruimte beheersen.
Wat vind jij het belangrijkste bij ruimtevaarttechnologie?
Vond je dit artikel leuk? Laat een beoordeling achter!
Laden...
