Praktische opdracht Natuurkunde ESA

Transcriptie

1 Praktische opdracht Natuurkunde ESA Praktische-opdracht door een scholier 2415 woorden 16 jaar geleden 5,5 26 keer beoordeeld Vak Natuurkunde De betekenis van de ESA is: European Space Agency, vertaald in het Nederlands: Europees Ruimte Agentschap. De medewerkers zijn lang zo bekend niet als hun Amerikaanse collega s bij de NASA. De verschillen tussen hen zijn dat de NASA mensen de ruimte instuurt en de ESA doen vooral wetenschappelijke onderzoeken. En dat vinden de mensen veel minder interessant. De verhouding tussen de beide organisatie s moet niet worden gezien als concurrentie maar als samenwerking. WAT DOET DE ESA? De ESA is in 1975 door vijftien Europese landen opgericht. Portugal kwam er als laatste in 2001 bij. ESA is actief op vier terreinen. Behalve wetenschappelijk onderzoek is het onderzoeken van ruimtevaarttoepassingen voor het dagelijks leven een belangrijke activiteit. Zo bestaat telecommunicatie zoals satelliet-tv dankzij de ruimtevaart. Een belangrijk project van ESA was het vorig jaar gelanceerde aardobservatiestation Envistat. In 2008 komt Galileo een satelliet die dient als een volledig satelliet navigatie systeem die bestaat uit 30 satellieten. Een derde activiteit van ESA zijn de Ariane - raketten waarvan er in Frans Guyana elke maand een wordt gelanceerd. Tenslotte is er de bemande ruimtevaart, die zich vooral manifesteert in het internationale ruimtestation ISS. ESA is voor acht procent eigenaar, meer dan de helft is van de VS (NASA). De Visie en Strategie van ESA ESA heeft een visie voor de toekomst van Europa in de ruimte en het voordeel dat satellieten kunnen gebruikt worden voor het dagelijks leven. Ook ontwikkelt ESA de strategie die nodig is om deze visie te realiseren. Daarbij vormen samenwerkingsprojecten in ruimtewetenschap en de technologie de kern. De ontwikkeling van krachtige lanceersystemen en innovatieve satellietsystemen is een van de manieren die ESA toepast. Een andere manier is de creatieve wisselwerking met nationale ruimtevaartorganisaties en de lucht- en ruimtevaartindustrie in ESA s 15 lidstaten. In het tijdperk na de Koude Oorlog, dat zich kenmerkt door wereldwijde samenwerking in de ruimte, spreekt en handelt ESA namens Europa op het wereldtoneel. De successen van de laatste kwart eeuw hebben hun weerslag gehad op ESA s rol. Toen de organisatie in 1975 werd opgericht, was het doel voornamelijk om bij te komen. Pogingen om een eigen Europese lanceerraket te bouwen waren helaas mislukt. Maar Europese wetenschappers beschikten reeds over een Pagina 1 van 6

2 goed werkend multinationaal programma, waarbij ze echter wel moesten vertrouwen op Amerikanen en Russen om hun ruimte-experimenten en kleine satellieten in de ruimte te krijgen. Hoe anders is dat alles nu! Europa etaleert nu een hoog niveau van kennen en kunnen via ESA s programma s voor lanceersystemen, wetenschap, telecommunicatie, aardobservatie en bemande ruimtevaart. Ruimtevaartprojecten en hun toepassingen behoren nu tot het normale activiteitenpatroon in de ESA lidstaten. In Europa werken nu mensen direct, en mensen indirect in de ruimtevaartsector. Deze aantallen stijgen nog steeds. ESA is dus niet alleen een technische organisatie, maar ook een wezenlijk onderdeel van Europa s economische en sociale structuur, alsmede van de kennis- en vaardigheidscultuur. Om dit succes door te trekken naar de 21ste eeuw verwachten de lidstaten van ESA voortdurend voorstellen voor haalbare en zorgvuldig opgezette multinationale ruimtevaartprojecten waarmee ondermeer hun industriële concurrentiekracht kan worden vergroot. ESA zorgt er daarenboven voor dat het blikveld breed blijft, zodat een keur van uitdagingen tot een succes kan worden gebracht. Tien uitdagingen in de ruimte voor ESA Navigatie-satellieten. Ruimtesystemen voor navigatie zijn onmisbaar voor de wetenschap en de industrie. We vinden ze zelfs in auto s. Maar in bepaalde kritische toepassingsterreinen, zoals de luchtvaart, is het gebruik beperkt omdat de bestaande Russische en Amerikaanse systemen onder militair beheer staan. De beheerders verlagen het serviceniveau bewust ten tijde van een crisis. In de Europese Unie is daarover herhaaldelijk onvrede geuit. Als antwoord daarop werkt ESA nu met spoed aan een civiel systeem voor navigatiesatellieten om de Europese autonomie te waarborgen. Meer gemak bij ruimtevaart. De huidige methoden om satellieten, astronauten en voorraden inde ruimte te brengen op basis van gebruikelijke chemische rakettechnologie, zijn ingewikkeld, vergen veel tijd en zijn erg duur. Daarom gaat ESA door met het stimuleren van verbeteringen aan de Ariane - raketten en een nieuwe, kleine draagraket onder de naam Vega. De aandacht van zowel ESA als de Europese ruimtevaartindustrie blijft daarbij gespitst op het vinden van radicale lange termijnoplossingen in de richting van herbruikbare lanceersystemen. Die kunnen bijvoorbeeld horizontaal starten en landen. In de baan om de Aarde maken ze van nieuwe voortstuwingstechnieken gebruik. Voorbeelden daarvan zijn elektrische systemen op basis van zonne-energie die bij ESA al worden ontwikkeld, en wellicht het gebruik van de zonnewind om met behulp van zeilen de toestellen in de banen tussen de planeten onderling te dirigeren. Nanosatellieten. De eerste Amerikaanse satelliet (Explorer 1) uit 1958 woog slechts 8 kg maar toch werden er de stralingsgordels rondom de Aarde mee ontdekt dank zij een eenvoudige Geigerteller (instrument waarmee men de aanwezigheid van afzonderlijke snel bewegende elektronen of andere elementaire deeltjes kan aantonen, genoemd naar de Duitse natuurkundige Hans Geiger ( ). Later werden satellieten van honderden of duizenden kilo zwaar de norm voor een satelliet. Nu gaat de Pagina 2 van 6

3 aandacht vooral uit naar kleine maar zeer intelligente machines die tien kilo of minder wegen. De eerste Europese nanosatelliet, ontwikkeld door een Britse universiteit, werd in juni 2000 gelanceerd. Deze satelliet genaamd SNAP-1 weegt 7 kg en is gebaseerd op kennis en ervaring die gedurende 40 jaar werd opgedaan op het vlak van micro-elektronica en micromechanica. Of het nu gaat om enkelvoudige satellieten voor snelle, goedkope missies, of meervoudige systemen voor aardobservatie, nanosatellieten bieden kleine landen, organisaties en instellingen een kans om te concurreren met de reuzen uit de luchten ruimtevaart. Marktaandeel. Het grote succes van de Europese Ariane - raketten bij het verwerven van een groot marktaandeel in het lanceren van commerciële satellieten, heeft geen vergelijking gekregen in de productie en verkoop van commerciële satellieten. Niet-Europese telecommunicatiebedrijven geven bijvoorbeeld nog steeds Amerikaanse leveranciers de voorkeur. De Amerikaanse ruimtevaart industrie ondervindt belangrijke steun via omvangrijke fondsen uit publieke middelen en technologische stimulatie vanuit de militaire sector. Dit laatste is in Europa betrekkelijk klein. ESA zoekt naar meer effectieve en direct toegankelijke manieren om Europa s commerciële ruimtevaartsector meer armslag te geven, bijvoorbeeld via demonstratieprojecten van nieuwe technologische middelen en,kleine, snel te vervaardigen ruimte-experimenten. Klimaatbeheersing. Onder grote diplomatieke druk ontstaan er wereldwijde beleidsvoornemens om het effect van klimaatveranderingen te kunnen beperken. ESA s Aardobservatiesatellieten dragen bij aan juistheid onderzoeken van de wetenschappelijke basis voor een dergelijk beleid. Deze bieden zicht op het feit of dit beleid ook daadwerkelijk wordt uitgevoerd en beschouwen de bereikte resultaten. Het is waarschijnlijk dat zich klimaatveranderingen zullen voordoen, wel of niet onder invloed van menselijke activiteiten. Op lange termijn biedt ruimtetechnologie het perspectief om het weer actief te gaan reguleren, bijvoorbeeld met grote spiegels in een baan om de Aarde waarmee de intensiteit van zonnestraling in bepaalde gebieden kan worden vergroot of verkleind. Europa moet bij de tijd blijven met dergelijke technologie en zich er terdege van bewust zijn rekenschap geven van de ingewikkelde politieke en juridische vraagstukken die zij met zich meebrengen. Inslagen. In 1996 sprak de Raad van Europa zich uit voor een grotere inspanning om planetoïden (= kleine planeten tussen Mars en Jupiter) en kometen op te sporen die gevaarlijk kunnen zijn voor de mensheid. In het verleden hebben inslagen van dergelijke hemellichamen regionale en wereldwijde catastrofes veroorzaakt. De jacht op deze kleine objecten in mogelijke gevaarlijke banen is dan ook volledig geopend. ESA ondersteunt Space guard in Rome, dat op zijn beurt 80 centra voor planetoïdenjagers, verspreid over de planeet, coördineert. Met behulp van het ESA ruimtevaartuig Rosetta, die in 2003 vertrekt naar de komeet Wirtanen, zal de aarde van deze dreiging verlost worden. Daarnaast bestudeert ESA momenteel twee projecten die van grote betekenis kunnen zijn bij de planetoïdenjacht: BepiColombo, met als bestemming de planeet Mercurius in het binnenste deel van het zonnestelsel, en GAIA, een satelliet om sterposities te meten. Pagina 3 van 6

4 Moeilijke taken. De meeste van de tamelijk gemakkelijk te realiseren ruimtevaartprojecten zijn al eens uitgevoerd. Het ontwikkelen van nieuwe toepassingen en het doen van nieuwe ontdekkingen vergt vaak nieuwe ruimtetechnologie. Om een voorbeeld te noemen: zowel wetenschappers in het aardonderzoek als astronomen willen graag dat satellieten automatisch correcties uitvoeren op zogeheten niet - gravitationele krachten ( gravitatie = zwaartekracht). Dat kan zijn de remmende kracht als gevolg van de ijle luchtlagen in het bovenste deel van de atmosfeer, of de druk van de zonnestraling tijdens interplanetaire (tussen de planeten onderling plaatsvindend) missies. Verder is het gebruik van laserstralen over grote afstanden een andere complexe technologie, waarvan de toepassingen veelbelovend zijn. Het nu in studie zijnde ESA project LISA, bedoeld om zwaartekrachtsgolven te meten, bestaat uit twee satellieten die zich vijf miljoen kilometer van elkaar bevinden en die onderling verbonden zijn door een laserstraal. De strategische vraag die bij dit soort moeilijke projecten aan de orde is: wanneer moet ESA onafhankelijk deze technologie ontwikkelen, en wanneer in internationaal samenwerkingsverband. Grondstoffen en energie in de ruimte. De Maan en de planetoïden bevatten veel materiaal dat in principe geschikt is om er zuurstof en water van te maken. De moeilijkheden bij het werken in de ruimte hangen deels samen met de, in vergelijking met de Aarde, zwakke zwaartekracht die op deze hemellichamen heerst. In de verre toekomst zullen ruimtestations of,zich tussen de sterrenstelsels bevindende, ruimteschepen bijvoorbeeld gemakkelijker in een baan om de Aarde kunnen worden geassembleerd. ESA moedigt het denken langs dergelijke lijnen aan onder ingenieurs en wetenschappers aan. Tegelijkertijd houdt ESA de mogelijkheden in de gaten om de Aarde te gaan voorzien van schone energie vanuit de ruimte. Zo is een ander lange termijnidee om in ruimtestations zonne-energie of de natuurlijke energie in de ruimteomgeving om te zetten in microgolfstraling en deze naar de Aarde te zenden. Robots of astronauten? De gedenkwaardige vlucht in 1993 waarbij de beschadigde NASA-ESA Hubble Space Telescope werd gerepareerd, en waar onder andere ESA astronaut Claude Nicolier aan deelnam, snoerde critici van bemande ruimtevaart de mond. Toch worden onbemande toestellen en robots elk jaar weer slimmer. Ze hebben geen systemen nodig om leven in stand te houden en vragen ook niet om een retourticket. Voor de ruimtestrategen is het daarom van groot belang een goede afweging te maken tussen de rol van robots en van astronauten in ruimtestations, maanbases en bij de onderzoeking van Mars. ESA heeft volledig toegestemd met bemande ruimtevaart in het International Space Station. Toch vormen de inspanningen, geleverd binnen dit project, voor de ontwikkeling van een robotarm en een geautomatiseerd transporttoestel het bewijs dat ESA ook de onbemande ontwikkeling ondersteunt. Ondertussen worden in het kader van wetenschapsmissies robottoestellen ontwikkeld die autonoom ingewikkelde taken, ver van de Aarde, kunnen uitvoeren. Vooraan blijven lopen. Terwijl de Ariane 4 draagraket in de jaren negentig op het toppunt van zijn succes was, ontwikkelde ESA al de krachtige opvolger: Ariane 5. Tegen het jaar 2005 zal een opgevoerde Ariane 5 in staat zijn 11 ton Pagina 4 van 6

5 gewicht naar een baan om de Aarde te tillen. Succesvolle teams van ingenieurs, met bewezen resultaten, kunnen heel goed doorgaan op de ingeslagen weg om de voorsprong vast te houden. Evenzo kunnen wetenschapsteams in bepaalde sectoren hun voorsprong en leidende positie uitbouwen. Zo zal ESA s succesvolle ISO infraroodtelescoop uit 1995 worden opgevolgd door de soortgelijke FIRST en Planck projecten in Het is een uitdaging de juiste afweging te maken tussen het reorganiseren van sterke punten en het inslaan van nieuwe wegen, beiden met het doel aan het front van de ruimtevaart te blijven lopen. Europe's access to space Terugblik op 25 jaar successen Antonio Rodota Laten we zeggen: tot nu toe gaat het goed, zegt Antonio Rodota, Director General van ESA. Maar ESA s pioniers waren individuele ingenieurs en wetenschappers met een geweldig voorstellingsvermogen en motivatie. We hebben nu precies dezelfde talenten nodig om het net zo goed te doen als zij toen deden. ESA begon met haar werk in 1975, twee jaar nadat de ministers van tien Europese landen hadden besloten om de voormalige ELDO (European Launcher Development Organisation) en ESRO (European Space Research Organisation) die uit de jaren 60 stamden, samen te voegen. Op dit moment telt ESA 15 lidstaten in Europa, terwijl met Canada een apart samenwerkingsverband bestaat. Gedurende de eerste 25 jaar veranderde ESA Europa s status van een speler aan de zijlijn in een kernspeler. In de meeste onderdelen van ruimtevaart is Europa in hoge mate zelfstandig geworden en heeft het de capaciteit gekregen innovatie op wereldniveau te realiseren. Het keerpunt kwam in 1986 toen ESA s Giotto toestel, gebouwd door de Europese industrie met instrumenten van Europese wetenschappers aan boord en gelanceerd door een Europese raket, een buitengewoon gewaagde, maar door geen enkele andere ruimtevaartorganisatie aangedurfde, scheervlucht langs Komeet Halley uitvoerde. Dit zijn enkele belangrijke ESA wapenfeiten. De door ESA ontwikkelde Ariane lanceerraketten domineren de commerciële markt voor satellietlanceringen, met name voor communicatiedoeleinden. Dit ondanks zware concurrentie van Amerika, Rusland, China en Japan. Het gaat om een marktwaarde van vele miljarden euro per jaar. De huidige generatie communicatiesatellieten is gebaseerd op wereldstandaarden die ontwikkeld zijn uit door ESA gedemonstreerde technologie. Daarnaast bouwde Europa meer dan 50 telecommunicatiesatellieten, opnieuw met een marktwaarde van vele miljarden euro per jaar. ESA heeft een leidende positie bij het monitoren van het gat in de ozonlaag, ijskappen, windvelden op de oceanen, zeestromingen en andere gezondheidsindicatoren voor planeet Aarde. Ook Meteosat, leverancier van de bekende dagelijkse filmpjes van de weersontwikkeling in Europa en Afrika, werd door ESA ontwikkeld. Door ESA gebouwde wetenschapssatellieten hebben geleid tot toonaangevende posities in het onderzoek van de Zon en de wisselwerking tussen de Zon en de Aarde, alsmede in het kometenonderzoek, het bepalen van sterposities en het waarnemen van het heelal via infrarode straling en röntgenstraling. ESA -astronauten namen deel aan tien Amerikaanse Shuttlevluchten en aan enkele missies naar het Pagina 5 van 6

6 Russische ruimtestation Mir. Ze staan klaar om hun taken uit te gaan voeren aan boord van het International Space Station, waar ESA als een volwaardig partner aan bijdraagt. Nog een missie van ESA is de Odissea Belgische ESA -astronaut gaat belangrijk technisch en wetenschappelijk onderzoek uitvoeren aan boord van internationaal ruimtestation ESA-astronaut Frank De Winne vertrekt eind oktober naar het internationaal ruimtestation ISS. De Winne wordt de eerste Belg die het ruimtestation bezoekt. Tijdens de missie, die Odissea is genoemd, zal hij een reeks technische en wetenschappelijke experimenten aan boord van het ruimtestation uitvoeren. De vlucht van De Winne, en de wetenschappelijke experimenten die hij gaat uitvoeren, worden gefinancierd door de Belgische Federale Diensten voor Wetenschappelijke, Technische en Culturele Aangelegenheden (DWTC). De Winne vliegt als boordingenieur mee tijdens een zogenaamde 'taxivlucht' van een Russisch Sojoez TMA-1 ruimteschip. De vlucht staat gepland voor 28 oktober 2002 en vertrekt vanaf lanceerbasis Baikonur in Kazachstan. Commandant van de driekoppige bemanning is Sergej Zaljotin. De hele missie zal tien dagen in beslag nemen. Pagina 6 van 6