RUIMTEVAART. Inhoud. Rubrieken Jaargang 55 Nummer 2

Transcriptie

1 RUIMTEVAART Jaargang 55 Nummer 2 Inhoud 3 GMES Henk H.F. Smid Het Global Monitoring for Environment and Security initiatief is een gezamenlijke inspanning om gegevensen informatieverschaffers met gebruikers samen te brengen zodat zij elkaar beter begrijpen en het er over eens worden hoe milieu-informatie wordt verstrekt aan mensen die dat nodig hebben. GMES heeft een duidelijk ruimtevaart aspect Op weg naar de grenzen van het zonnestelsel Marco van der List In 1930 werd de planeet Pluto ontdekt door de Amerikaanse astronoom Clyde Tombaugh. Pluto is tot op de dag van vandaag als enige planeet nog niet van dichtbij door een ruimtesonde onder de loep genomen. Daar gaat nu verandering in komen met de lancering van de New Horizons missie. Maar is Pluto eigenlijk wel een planeet? 17 Commerciële Ruimtevaart: De tweede generatie Arno A. Wielders, MSc Terwijl de NASA zich volledig richt op het mogelijk maken van de Vision for Space Exploration met hernieuwde bemande vluchten naar de maan en uiteindelijk ook naar Mars, is er een nieuwe lichting van commerciële ondernemers opgestaan die denkt een graantje van een nieuwe markt mee te kunnen gaan pikken. In tegenstelling tot 20 jaren geleden, lijken er dit keer wel grote investeerders klaar te staan om geld in ruimtevaartsystemen te steken. Delfi-C3 A.R. Bonnema / Delfi-C3 Team De kennismaking met het CubeSat programma, gepaard gaande met de voltooiing van een clean room en het Delfi grondstation op de TU Delft, creëerde de mogelijkheid tot een relatief kortlopend afstudeerproject met het ultieme doel van een lancering in het vooruitzicht. Met het vastleggen van een tweetal industriële payloads en een samenwerkingsverband met de faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica (EEMCS) was de derde satellietmissie van de TUDelft een feit. 22 Rubrieken RUIMTEVAART KRONIEK Ir. G.D. Hazebroek en Henk H.F. Smid RUIMTEVAART

2 IJsbedekking in de Arctische (boven) en Antarctische poolgebieden. [ESA/AOES Medialab] 2 RUIMTEVAART

3 GMES Global Monitoring for Environment and Security Henk H.F. Smid ribs SC&I / DB&C Het GMES initiatief is, eenvoudig uitgedrukt, een gezamenlijke inspanning om gegevens- en informatieverschaffers met gebruikers samen te brengen zodat zij elkaar beter begrijpen en het er over eens worden hoe milieu-informatie wordt verstrekt aan mensen die dat nodig hebben. De uitdaging voor GMES ligt in het vergaren van relevante informatie en te zorgen voor innovatieve, kosteneffectieve en gebruiksvriendelijke diensten die beslissingnemers beter in staat moeten stellen te anticiperen op crisissituaties die zijn gerelateerd aan het managen van milieu en veiligheid. GMES is een politiek initiatief om voor Europa een autonoom en operationeel informatieproductiesysteem voor het milieu en voor veiligheid zeker te stellen. Dit artikel beoogt zeker niet volledig te zijn, maar lezers aan te moedigen zich in deze complexe (ruimtevaart) materie te verdiepen. Inleiding Het GMES initiatief vindt zijn oorsprong in een internationale bijeenkomst in Baveno (Italië, 1998) die werd gehouden door het Joint Research Centre van de Europese Commissie (EC) en de European Space Agency (ESA) tezamen met de grote Europese ruimtevaartagentschappen en -organisaties. In het Baveno Manifest bevestigden de deelnemers de centrale rol die ruimtevaartgebaseerde informatie kon spelen voor het monitoren van het milieu op wereldomvattende basis en riepen zij op tot het preciseren van een gezamenlijke agenda voor global environmental security monitoring issues. Na veel vergaderen ontstond al snel het Action Plan ( ) dat door de EC en ESA werd overgenomen. ENVISAT. [EADS Astrium] Voor het maken van Europa tot een betere plek voor haar burgers is het verwerven en distribueren van accurate informatie van de wereld rondom ons een eerste vereiste. Moderne rapportages over het weer en vervuiling zijn slechts enkele van de voorbeelden waarin kwalitatieve en tijdige informatie van belang kunnen zijn voor de mens in de straat. Er is al veel informatie beschikbaar die voor allerlei doeleinden kan worden gebruikt. Ongelukkigerwijs zijn organisaties die het publieke welzijn trachten te bevorderen vaak gedwongen gebruik te maken van gefragmenteerde en slecht gepresenteerde informatie. Gebruikers van aardobservatiegegevens, waaronder wetenschappers, beleidmakers, maar ook de industrie en handel, worden geconfronteerd met reusachtige hoeveelheden gegevens waaruit het steeds moeilijker wordt de informatie die men nodig heeft te onttrekken. Gegevensen informatieverstrekkers coördineren niet voldoende en de gegevens zijn RUIMTEVAART

4 vaak niet compleet, niet vergelijkbaar of moeilijk te benaderen. Geavanceerde gegevensverzameling is nauw verbonden met in de ruimte op satellieten gestationeerde aardobservatiemiddelen (remote sensing satellieten) maar ook met op aarde geplaatste in situ monitoring faciliteiten. De eindgebruiker is daarbij nagenoeg altijd een aardgebonden organisatie of institutie ten behoeve van het milieu, landbouw, visserij, humanitaire hulp of politiek- danwel ecologisch crisismanagement. Sinds de bekrachtiging door de Europese Commissie (EC) en de ESA van een gezamenlijk Initial Period Action Plan ( ) in november 2001, hebben deze twee instituties samengewerkt om GMES van de grond te krijgen. Op 3 februari 2004 nam de EC een voordracht aan over het GMES initiatief dat de geleerde lessen gedurende de initiele periode in kaart bracht en dat in een actieplan beschreef hoe in 2008 GMES capaciteit operationeel kon zijn. Dit omvatte een managementstructuur, prioriteitenstelling en een financieel plan. Als eerste prioriteit werd aangemerkt dat gegevens en informatie samengebracht moesten worden om bruikbare diensten te kunnen opzetten. Hierbij zijn twee sleutelelementen van belang. Ten eerste moeten de vele bronnen van gegevens worden geïdentificeerd en geïntegreerd. Daarna moeten er effectieve middelen voor distributie van die gegevens naar TerraSAR. [DLR] de gebruikers worden ontwikkeld. Het actieplan omschrijft de benodigde werkzaamheden om dit in de eerste vier jaren te bereiken als volgt: Ontwikkel de juiste gereedschappen in de ruimte, in de lucht, in de oceanen en op de grond om de noodzakelijke informatie te vergaren; Bepaal de juiste gegevensintegratie en informatiemanagement infrastructuren die er voor zorgen dat gebruikers gemakkelijk bij de gegevens kunnen komen en de informatie kunnen delen; Zorg voor regelmatige en betrouwbare diensten die zijn toegespitst op de specifieke behoeften van de gebruikers; Stel een structuur vast voor effectief financieren en managen van de nieuw gevormde GMES capaciteit. GMES en ESA ESA s aardobservatieprogramma bestaat uit drie hoofdactiviteiten. Een daarvan is de voortzetting van het zeer succesvolle EOEP (Earth Observation Envelope Programme). Specifieke technologieën worden hier ontwikkeld die de sleutel zullen zijn tot toekomstige toepassingen en de voortgang van de Explorer missies welke de ruggengraat zijn van de Living Planet Strategy. Elke methodologie begint met wetenschap en daarom wordt elke twee jaren een Explorer missie gelanceerd die door de wetenschappelijke gemeenschap wordt bepaald. De gerelateerde wetenschap en technologieën zullen vaak de basis vormen voor toekomstige operationele missies. Het samenbrengen en laten evolueren van deze technologieën en methodologieën is ESA s tweede doelstelling. Dit vertaalt zich uiteindelijk in operationele missies zoals GMES en onderschrijft nog eens de belangrijkheid van EOEP. In de voorbereiding voor GMES werkt ESA aan initiële operationele diensten die de implementatie van Europese doelstellingen ondersteunt. METOP. [ESA] Het derde element in het ESA aardobservatieprogramma is de samenwerking met EUMETSAT waarvoor ESA meteorologische satellieten ontwikkelt. De samenwerking met EUMETSAT is een goed voorbeeld voor hoe GMES geïmplementeerd kan worden. Onderdeel van de Living Planet Strategy is de categorie Earth Watch missies. Feitelijk zijn de meteorologische satellieten zoals MSG en Metop eveneens Earth Watch missies. GMES zal echter niet alleen uit door ESA ontwikkelde missies bestaan. Hier moet ook worden gedacht aan het Spaanse Fuegosat systeem voor branddetectie en Terra- SAR van InfoTerra. Beide missies hebben potentie om in de toekomst onderdeel te gaan uitmaken van GMES. Sentinel ESA stelt voor de tekortkomingen in operationele remote sensing capaciteiten op te heffen door de Sentinel satellieten. De Sentinels zullen niet voor bestaande sensoren in de plaats komen en zullen ook niets dupliceren wat al wordt gedaan in nationale initiatieven. De Sentinels zullen complementair zijn aan bestaande en geplande nationale inspanningen die onderdeel zijn van GMES of daar aan bijdragen. De definitie van de Sentinels is gebaseerd op de geanticipeerde benodigdheden voor de toekomst in Europa. Hier worden gebruikersbehoeften in systeembehoeften omgezet. Verwacht wordt dat er uiteindelijk vier of vijf families van Sentinels ontwikkeld zullen worden en die zullen gaten in de Europese opera- 4 RUIMTEVAART

5 tionele remote sensing moeten vullen. De eerste Sentinel zal op zijn vroegst in worden gelanceerd. Aardobservatiesystemen De laatste jaren heeft Europa aangetoond dat het in staat is geavanceerde aardobservatiesystemen te ontwikkelen en in de ruimte te brengen. Op dit gebied kan zelfs leiderschap worden geclaimd op het gebied van beeldradartoepassingen, radarinterferometrie en hoge resolutie optische beeldvorming. De prominentste Europese civiele resultaten omvatten ondermeer: Meteorologische satellietsystemen (EUMETSAT) die zijn gebaseerd op ontwikkelingen van de ESA. METEO- SAT eerste en tweede generatie satellieten bevinden zich in geostationaire omloop en METOP wordt in juli 2006 gelanceerd als de eerste satelliet in het EUMETSAT polaire systeem (EPS); De Franse SPOT satellieten zorgen voor hoge resolutie multispectrale, optische beeldcapaciteit dat wordt aangevuld met medium resolutie capaciteit die is geoptimaliseerd voor het monitoren van vegetatie; ERS. [CNES] SPOT. [CNES] De ERS en ENVISAT satellieten gebruiken geavanceerde radartechnologieën en optische observatietechnieken om het milieu van de aarde te monitoren. In het bijzonder valt hier te denken aan de chemische samenstelling van de atmosfeer, kust- en oceaanmilieus en processen die zich op land afspelen; De TOPEX-POSEIDON en JASON-1 missies, in een samenwerkingsverband met CNES en NASA, gebruiken radartechnologie voor het continu waarnemen van de oceanen en zijn een voorbode van toekomstige oceaanwaarneming. JASON-2, die in 2007 gelanceerd zal worden, brengt dit op een operationeel niveau waarin EUMETSAT, NOAA, CNES en NASA in een vier partijen programma samenwerken. Andere, meer recente ontwikkelingen, omvatten de lanceringen van elementen van de Disaster Management Constellation (DMC), die zowel Europese als niet-europese partners omvat. Bovendien heeft Europa toegang tot vele niet- Europese satellieten. Dit zijn veelal onderzoek- of demonstratiesystemen (uitgezonderd Radarsat-1 en Landsat- 7). Er zijn plannen in voorbereiding om eveneens toegang te krijgen tot vergelijkbare systemen van Amerika, Canada en Japan. Bovendien zullen in de toekomst nieuwe ESA Earth Explorer missies beschikbaar komen. Uitgezonderd de meteorologische component, waarvoor de continuïteit is gewaarborgd tot 2015/2020, zullen alle Europese satellietsystemen die zich op dit moment in de ruimte bevinden, hun nominale levensduur beëindigen rond 2007/2008. Europa vertrouwt voor een groot gedeelte van haar aardobservatiecapaciteit op onderzoeksatellieten. Continuïteit van meetgegevens is echter noodzakelijk om GMES te kunnen waarborgen. In het bijzonder betreft dit het meten van chemische componenten in/van de atmosfeer, oceaanoppervlakte parameters, vegetatie, landgebruik en landbedekking, en ijskarakteristieken Doelstellingen Op de lange termijn is het noodzakelijk dat GMES over een uitgebreide en complementaire groep van operati- RUIMTEVAART

6 Topex-Poseidon. [CNES] Jason. [CNES] onele ruimtemissies kan beschikken die op wereldomvattende, regionale en lokale schaal permanent en continu de aarde kunnen observeren v.w.b. de atmosfeer, de oceanen, landoppervlak en ijsmassa s. Deze missies/systemen moeten toegang verschaffen tot de volgende meetgegevens(systemen): Zeer hoge (1 m of beter) tot hoge (10 m) resolutie panchromatische en multispectrale optische beelden voor lokale observaties van landoppervlakten en kustzones. Dit is nodig voor de ondersteuning van rampenmanagement (natuurlijke en/of technologische rampen), voorkoming van conflicten en crisismanagement, humanitaire hulp, en stedelijk en kust management. Beeldvormingcapaciteit (onder alle weersomstandigheden) in hoge en medium resolutie voor land, kustgebieden en ijs observaties in bewolkte regio en gedurende de nacht, gekoppeld aan radar interferometrie capaciteit voor het ontdekken van kleine (millimeter en submillimeter niveau) grond bewegingen, met frequenties en operatiemethoden die de GMES-diensten ondersteunen. Dit is nodig voor de ondersteuning van rampenmanagement, het monitoren van vervuiling van kustgebieden en ijswaarneming. Hoge (10 m) tot medium (200 m) resolutie, brede field-of-view, multispectrale en multi-directionele optische beelden voor wereldomvattende en regionale waarnemingen van land- en oceaanoppervlakten. Dit is nodig voor het waarnemen van wereldomvattende vegetatie, bosbouw en biosfeer, management van de waterkwaliteit in kustzones, kustwaarneming, rampenmanagement en humanitaire hulp. Geavanceerde optische- en microgolfwaarneming voor het bepalen van de samenstelling van de atmosfeer en de effecten daarvan op klimaatverandering. Dit is nodig voor de ondersteuning van het management van vervuiling van de atmosfeer, het beter begrijpen en voorspellen van klimaatveranderingen en voor het monitoren van de kwaliteit van de lucht t.b.v. de publieke gezondheid. Radarsat. [CSA] Operationele oceaanwaarneming. Dit is nodig voor het voorspellen van oceaanstromingen en de toestand van de zeeën voor maritieme toepassingen, maar evenzeer voor het begrijpen van klimaatveranderingen en het maken van klimaatmodellen. Hoge tot zeer hoge resolutie (1-5 m) optische- en radarbeelden zullen worden verkregen van nationale projecten als Pleiades, TerraSAR, Cosmo-Skymed en mogelijk andere in ontwikkeling zijnde systemen zoals het Spaanse National Earth Observation System. Al dit soort systemen zijn dual-use, dus zijn zij ook van belang voor de veiligheid dimensies. Gebaseerd op wat er nu bekend is van in ontwikkeling zijnde systemen, is het volgende boodschappenlijstje samen te stellen van benodigde systemen: Een radarsatelliet voor hoge resolutie beeldvorming die voor continuïteit moet zorgen met ERS en ENVISAT radars, met interferometrie capaciteit voor het monitoren van kleine oppervlaktebewegingen en medium resolutie beeldvorming voor maritieme- en ijsbewaking. 6 RUIMTEVAART

7 Pleiades. [CNES] Coördinatie wordt hierbij gezocht bij de Canadese Radarsat missie om de observatiefrequentie en geografische bedekking toe te laten nemen; Multispectrale optische beeldvormende satellieten in twee resoluties: Hoge resolutie voor lokale en regionale operationele waarnemingstoepassingen (continuering van SPOT en LANDSAT); Medium resolutie voor wereldomvattende toepassingen (continuïteit van waarnemingen met ENVISAT global imaging en SPOT- Vegetation); Waarneming van de dynamiek en chemie van de atmosfeer met instrumenten die continuïteit waarborgen voor de ERS en ENVISAT waarnemingen; De oceaan waarnemingscapaciteit wordt gedeeltelijk gewaarborgd door de EUMETSAT programma s JASON-2 en METOP, maar zou t.b.v. GMES moeten worden aangevuld met een polaire hoogtemeting capaciteit. De operationele continuïteit van meteorologische gegevens, die van belang zijn voor GMES, wordt gewaarborgd door huidige en in ontwikkeling zijnde programma s onder de verantwoordelijkheid van EUMETSAT of door internationale samenwerking. Om te voorzien in de noodzakelijke observatiefrequenties (revisit-tijden) voor bepaalde GMES-diensten zoals risico- en rampenmanagement, vredesbewaking en humanitaire hulp, is het noodzakelijk dat er satellietconstellaties worden gevormd. De DMC en de geplande Pleiades en Cosmo-Skymed systemen kunnen hiertoe een bijdrage leveren. Het is echter van vitaal belang dat, om te voorkomen dat er gaten vallen in de waarnemingcapaciteit, er snel beslissingen worden genomen over te ontwikkelen systemen. GMES en de Europese Unie Civiele Bescherming Burgerbescherming is een van de vier prioriteitsgebieden binnen de civiele aspecten van crisismanagement waar de EU haar capaciteiten wil versterken. Men ontkomt dan niet aan de verwevenheid van GMES en Europese politiek. Kijkend naar de verschillende gebruikers werd vastgesteld dat GMES minstens de volgende EU doelstellingen en politieke invloedsferen moet ondersteunen: Europese milieuverplichtingen binnen het gebied van de EU maar ook wereldomvattend, door bij te dragen aan de formulering, implementatie en verificatie van de Europese milieupolitiek, nationale regelgeving en internationale conventies; Andere EU gebieden van politiek zoals landbouw, regionale ontwikkeling, visserij, transport, externe relaties met betrekking tot de integratie van de milieudimensie in de respectievelijke domeinen en hun specifieke vereisten; Gezamenlijke buitenlandse- en veiligheidspolitiek (CFSP) met inbegrip van de Europese Veiligheids- en Defensiepolitiek (ESDP); Andere politiek die relevant is voor de veiligheid van Europese burgers, bijvoorbeeld grensbewaking. Cosmo-Skymed. [Alenia] GMES en GEOSS De grondidee van GMES is Europese onafhankelijkheid in eigen gegevensbronnen. Nu vertrouwt Europa nog erg veel op internationale gegevens, voornamelijk van Amerika. Als Europa haar eigen capaciteiten heeft, kan het haar diensten internationaal aanbieden en beter over haar deelname in internationale initiatieven onderhandelen. (Vergelijk dit bijvoorbeeld met het GALILEO navigatiesysteem). GMES zal de Europese bijdrage zijn aan het Global Earth Observation System of Systems (GEOSS) waarmee een wereldomvattend milieu monitoring systeem wordt nagestreefd. Informatie op het Internet is onder meer te vinden op: RUIMTEVAART

8 Op weg naar de grenzen van het zonnestelsel Marco van der List Iedereen geboren na 1930 zal met grote waarschijnlijkheid tijdens zijn of haar basisschooljaren hebben geleerd dat er negen planeten rond de zon draaien. In 1930 werd namelijk de planeet Pluto ontdekt door de in 1997 overleden Amerikaanse astronoom Clyde Tombaugh. Pluto is tot op de dag van vandaag als enige planeet nog niet van dichtbij door een ruimtesonde onder de loep genomen. Daar gaat nu verandering in komen met de lancering van de New Horizons missie. Maar is Pluto eigenlijk wel een planeet? Vanaf de zon gerekend komt men eerst vier aardachtige planeten tegen met een vast, rotsachtig oppervlak. Onze eigen thuisplaneet is hiervan het grootste exemplaar. Op grotere afstanden tot de zon bevinden zich de vier gasreuzen, welke veel groter zijn dan de aardachtige planeten en met een enorm diepe dampkring die met toenemende diepte steeds dichter wordt. Deze gasreuzen, met hun uitgebreide manenfamilies en ringensystemen, hebben wel wat weg van minizonnestelsels op zich. Tussen de aardachtige planeten en de gasreuzen, tussen de banen van Mars en Jupiter om meer precies te zijn, bevindt zich de planetoïdengordel. Kleine rotsachtige hemellichamen, die overblijfselen zijn van wat waarschijnlijk nooit tot een planeet heeft kunnen samenklonteren door het sterke zwaartekrachtveld van Jupiter. Verder worden de binnenste regionen van het zonnestelsel frequent bezocht door kometen, kleine ijsachtige hemellichamen die een enorme staart kunnen ontwikkelen als het ijs verdampt in de nabijheid van de zon. Deze kometen Toen de New Horizons eind 2005 op Cape Canaveral in Florida in gereedheid werd gebracht voor de lancering, werd de ontdekking bekend gemaakt van twee nieuwe manen van Pluto. Hoewel met 60 en 200 km kleiner dan Charon, is dit wellicht een voorbode van de vele ontdekkingen die nog zullen volgen. Marco van der List (1975) is afgestudeerd als werktuigbouwkundig ingenieur en is werkzaam als projectleider bij het in Heerle (Noord-Brabant) gevestigde Bradford Engineering B.V. Daar is hij verantwoordelijk voor de ontwikkeling en uitvoering van diverse, technologisch innovatieve, projecten gerelateerd aan satelliet standregeling en voortstuwing. Bovendien heeft hij deelgenomen aan diverse design studies voor planetaire landingsystemen. In 2003 volgde hij het Summer Session Programme van de International Space University (ISU) in Straatsburg. Naast zijn professionele activiteiten is Marco redactielid van het tijdschrift Ruimtevaart van de Nederlandse Vereniging voor Ruimtevaart (NVR) en publiceert hij periodiek de digitale nieuwsbrief Bericht uit de ruimte op worden geacht te komen uit de zogenaamde Oortwolk die zich ver voorbij de baan van Neptunus bevindt, op afstanden tussen 1000 en AE (AE, 1 Astronomische Eenheid is gelijk aan de gemiddelde afstand tussen de aarde en de zon en is gelijk aan 149,6 miljoen km). In de jaren vijftig kwam men tot het inzicht dat de kortperiodieke kometen beter verklaard kunnen worden door een gordel die dichter bij het zonnestelsel ligt, tussen Neptunus en de Oortwolk in. Deze gordel is, naar zijn uit Nederland afkomstige bedenker, de Kuipergordel genoemd. Pluto, vreemde eend in de bijt Uit telescoopobservaties, kort na de ontdekking, bleek al snel dat Pluto helemaal niet zo groot was als bijvoorbeeld Uranus en Neptunus en dus geen gasreus kon zijn. In eerste instantie schatte men de doorsnede van de planeet op 6000 km, maar naarmate de instrumenten beter werden, bleek telkens weer dat Pluto kleiner was dan eerst gedacht werd. Begin jaren negentig was de diameter van de planeet afgenomen tot minder dan 2500 km, wat kleiner is dan Mercurius of zelfs onze maan. Nog vreemder was het gesteld met de baan die Pluto volgt bij haar 248 jaar durende rondgang rondom de zon. Gemiddeld staat de planeet 6 miljard km van de zon en is dus verder weg gelegen dan Neptunus met haar 4,5 miljard km. De baan van Pluto is echter zo sterk elliptisch dat de afstand tot de zon varieert tussen 4,4 en 7,4 miljard km en zelfs de baan van Neptunus kruist. Tussen 1979 en 1999 stond Pluto dan ook dichter bij de zon dan Neptunus. Tot slot staat de baan 17 scheef ten opzichte van het vlak waarin de acht andere planeten ronddraaien. Pluto werd dan ook kort na de ontdekking geclassificeerd als een anomalie. De planeet liet zich in geen bestaande categorie onderbrengen. Een mogelijke theorie om het bestaan van Pluto 8 RUIMTEVAART

9 te verklaren, was dat deze een ontsnapte maan van Neptunus zou zijn. Een theorie die gestaafd leek te worden door het feit dat de grootste maan van Neptunus, Triton, een zogenaamde retrograde baan heeft; de maan draait precies in tegenovergestelde richting rond de planeet als de andere manen of de aswenteling van de planeet. Het leek waarschijnlijk dat een gebeurtenis de baan van de manen danig verstoord had en daarbij Pluto uit het Neptunus systeem had geworpen. Ook deze theorie was geen lang leven beschoren. In 1978 werd ontdekt dat Pluto een eigen maan had, welke de naam Charon kreeg. Rond 1990 was er een periode waarbij Pluto en Charon herhaaldelijk voor elkaar langs passeerden en astronomen konden toen de doorsnede van Charon bepalen op 1200 kilometer. Dat is opmerkelijk groot als men bedenkt dat Pluto zelf een doorsnede bleek te hebben van 2320 kilometer. Sterker nog, er is in ons zonnestelsel geen planeet die een maan heeft die relatief zo groot is. De planeet en haar maan mogen dan ook met recht een dubbelplaneet genoemd worden. De afstand tussen Pluto en Charon bedraagt kilometer. Eens in de 6,4 dagen wentelen de twee hemellichamen om elkaar. Dat is gelijk aan zowel de rotatieperiode van Pluto als van Charon, zodat ze altijd met hetzelfde halfrond naar elkaar gericht zijn. In augustus 1989 voltooide de Voyager 2 met de passage van Neptunus haar grote tour van het zonnestelsel. Ondanks de grote afstand tot de zon en de lage temperaturen bleken Neptunus en haar manen veel dynamischer te zijn dan verwacht werd. Vooral Triton was een verrassing. Er bleek zelfs een vorm van actief vulkanisme voor te komen, maar waar op aarde gesmolten gesteenten een grote rol spelen, was hier de hoofdrol weggelegd voor stikstof. Bij de heersende lage temperaturen van 218 C treden faseovergangen van stikstof op. Het smeltpunt van stikstofijs ligt namelijk bij 210 C en het kookpunt bij 196 C. De Voyager 2 trof dan ook op Triton geisers aan die stikstof spuwden, tot zelfs enkele kilometers boven het oppervlak van de maan. De uitstoot verspreidde zich vervolgens honderden kilometers door de zeer dunne atmosfeer van de maan. Na de aarde en de Jupitermaan Io was nu actief vulkanisme vastgesteld op een derde hemellichaam en op een plaats die zo koud was dat niemand er op gerekend had. In datzelfde jaar werd ontdekt dat Pluto over een atmosfeer beschikt. Hoewel dikker dan de dampkring van Triton, is de oppervlaktedruk slechts 1/7500 ste van die op aarde. Uit spectroscopische waarnemingen bleek dat de atmosfeer stikstof, koolstofmonoxide en methaan bevat en juist deze samenstelling kan interessante fenomenen tot gevolg hebben. De temperatuur van Pluto varieert als gevolg van de sterk elliptische baan van de planeet tussen de 233 en 213 C. In 1989 bereikte Pluto haar kortste afstand tot de zon in 248 jaren en was het dus met ongeveer 213 C volop zomer. De smeltpunten van typisch op Pluto voorkomende stoffen zoals stikstof (-210 C), koolstofmonoxide (-205 C) en methaan (-183 C) liggen allemaal in dit temperatuurbereik. Het blijkt dan dat stikstof en koolstofmonoxide gemakkelijk kunnen verdampen en een dampkring kunnen vormen. De mogelijke faseovergangen zijn zodanig dat het zelfs stikstof of koolstofmonoxide zou kunnen regenen of sneeuwen. Als we dit vergelijken met de aarde, waar alleen water als regen of sneeuw kan voorkomen, geeft Pluto de mogelijkheid voor het bestuderen van de interactie tussen de verschillende gassen met een soortgelijke neiging om neerslag te vormen. De atmosfeer van Pluto is echter geen permanent fenomeen. De planeet verwijdert zich nu langzaam van de zon totdat in 2114 de grootste afstand bereikt wordt op 7,4 miljard km. Al lang daarvoor zal de atmosfeer verdwenen zijn om geheel bevroren op het oppervlak van Pluto te liggen. In 1992 kwam een andere, grote doorbraak in het onderzoek naar de buitengebieden van ons zonnestelsel. Astronomen hadden op het Mauna Kea Observatorium in Hawaï een object buiten de baan van Neptunus ont- Koude, dynamische werelden Tekening van New Horizons met de belangrijkste instrumenten. De isolatiedekens zijn niet weergegeven in deze afbeelding). [NASA/APL] RUIMTEVAART

10 dekt. Het hemellichaam, onpoëtisch 1992QB1 genoemd, had een doorsnede van 320 km en draaide eens in 296 jaren rond de zon. Hiermee was het eerste exemplaar van de Kuipergordel gevonden; althans dat dacht men. In de daaropvolgende jaren zijn er steeds meer Kuipergordel objecten gevonden. Op het moment van schrijven zijn er meer dan duizend objecten bekend. In 2003 en 2005 werden enkele hemellichamen ontdekt in de Kuipergordel die bijna zo groot als Pluto zijn of zelfs mogelijk nog iets groter, en sommigen hebben zelf een of meerdere manen. Het object 2003UB313 zou mogelijk 3000 km in doorsnede zijn. Omdat 2003UB313 nu ongeveer op het verste punt (14,5 miljard km) van de zon bevindt in haar 560 jaren durende omloop, is de doorsnede niet direct te meten. Dit geeft natuurlijk stof om de classificatie van Pluto als planeet te heroverwegen. De meeste sterrenkundigen noemen Pluto gewoon de negende planeet, maar melden er gelijk bij dat deze overweging om historische redenen is ingegeven. In werkelijkheid is het Pluto-Charon systeem een van de grootste exemplaren van de Kuipergordel. Het plan voor een missie krijgt vorm Helaas voerden de banen van de twee Voyager sondes niet langs Pluto en de verkenning van de verre planeet zou dus moeten blijven liggen totdat een volgende missie kon plaatsvinden. Met alle nieuwe ontdekkingen in de Kuipergordel begon de NASA aan het einde van de twintigste eeuw met het daadwerkelijk plannen van die missie. Na het bestuderen van diverse concepten, variërend van de zware vlaggenschepen van het planeetonderzoek zoals de Galileo en Cassini missies, tot miniatuursondes van enkele kilogrammen, viel de uiteindelijke keuze op een middenklasse ruimtevaartuig. De Pluto Kuiper Express zou ongeveer De route die New Horizons zal volgen door het zonnestelsel op weg naar Pluto en de Kuipergordel. [NASA/APL] 15 jaren na de lancering een passage van de planeet en haar maan uitvoeren. Helaas bleek al snel dat de ontwikkeling, bouw en lancering van zelfs deze bescheiden sonde, meer dan 800 miljoen dollar zou gaan kosten. NASA schrapte het project dan ook in Deze beslissing viel om begrijpelijke redenen niet in goede aarde bij de wetenschappers en wat daarop volgde was uniek voor de ruimtevaart. In plaats van zelf een missiescenario te ontwikkelen, vroeg NASA in 2001 om voorstellen van de industrie en instituten voor een missie naar Pluto die aan de volgende eisen zou moeten voldoen: een passage van het Pluto-Charon systeem voor 2020, de mogelijkheid om vervolgens langs minimaal een ander hemellichaam in de Kuipergordel te vliegen, en dit alles voor minder dan 500 miljoen dollar. In november 2001 selecteerde NASA het team van het Southwest Research Institute (SRI) en het Applied Physics Laboratory (APL) van de Johns Hopkins University met hun concept getiteld New Horizons. In hun voorstel hadden SRI en APL gekozen voor het gebruik van zoveel mogelijk bestaande systemen en concepten om de ontwikkelingstijd, -kosten en -risico te verminderen. New Horizons ten voeten uit De unieke eisen van een missie naar de buitenste regionen van het zonnestelsel resulteren in een unieke set technische eisen die aan de sonde gesteld worden. De sonde heeft een massa bij lancering van 478 kg, inclusief brandstof. New Horizons is net als de Pioneer-10 en 11 en de twee Voyagers uitgerust met een grote schotelantenne. Deze antenne, met een doorsnede van 2,1 m, verzorgt de transmissie van de gegevens naar de verre aarde. Ondanks alle geavanceerde technieken die zijn toegepast en de 70 m ontvangstschotels van het Deep Space Network op aarde, zal tijdens de Plutopassage door de enorme afstand de transmissiesnelheid maar tussen 600 en 1200 bits/s liggen. Dit is langzamer dan de eerste generatie computermodems die eind jaren tachtig werden geïntroduceerd. Ook de energievoorziening vormt een grote uitdaging. Zo is de toepassing van zonnepanelen vanwege de grote afstand tot de zon niet mogelijk. Net als bij eerdere sondes die naar Jupiter en verder weg gezonden werden, hebben de ontwerpers gekozen voor een radio-isotoop elektrische generator. Hierin wordt de warmte die vrijkomt bij 10 RUIMTEVAART

11 het radioactief verval van plutonium- 238 direct in elektrische energie omgezet. De generator van New Horizons zal ten tijde van de lancering ongeveer 240 watt vermogen leveren. Omdat het verval van een isotoop een exponentiele terugval kent, neemt het geproduceerde vermogen elk jaar met een paar watt af. De aanwezigheid van plutonium tijdens een lancering zal net als bij voorgaande missies weer de nodige aandacht van de media en milieubeschermers krijgen. Dit ondanks het feit dat voldoende maatregelen zijn genomen om te voorkomen dat het plutonium in het milieu terecht kan komen, zelfs in het geval van een onverhoopte, mislukte lancering. Naast de optische apparatuur is de sonde ook nog uitgerust met een zonnewindmeter (SWAP), een spectrometer voor de detectie van energetische deeltjes (PEPSSI) en een door studenten gebouwde stofdetector. Deze stofdetector zal continu gebruikt worden omdat er nog niet eerder soortgelijke instrumenten voorbij de baan van Uranus gevlogen hebben. Door de unieke gelegenheid die de New Horizons mis- sie biedt, krijgen de studenten de gelegenheid om een nog niet eerder onderzocht terrein te betreden. Het laatste instrument is de sonde zelf. Na de kortste passage zal New Horizons achter de planeet en haar maan doorvliegen. De hoofdantenne is uitgerust om te kunnen bepalen hoe een vanaf de aarde uitgezonden radiosignaal door de atmosfeer afgebogen en beïnvloed wordt. Om weerstand te bieden aan de extreem lage temperaturen waaraan de sonde onderworpen zal worden ter hoogte van Pluto (typisch -220 C), is het toestel ontworpen als een grote thermosfles. Zoveel mogelijk instrumenten en apparatuur zijn in een driehoekige gesloten structuur ter grootte van een pianovleugel ondergebracht. Deze gehele sonde, met uitzondering van de antenne en instrumentopeningen, is omgeven met in meerdere lagen goudkleurige isolatiedekens. De warmte die gedissipeerd wordt door de elektronica en de restwarmte van de radio-isotoop generator zorgen ervoor dat de temperatuur in de thermosfles tussen de +10 en +30 C blijft. De belangrijkste elementen van New Horizons zijn natuurlijk de wetenschappelijke instrumenten. Het hoofdinstrument is een visuele en infrarood camera genaamd RALPH die opnames kan maken met een resolutie van ongeveer 250 m ten tijde van de kortste afstand tot de planeet. LORRI is een optische telescoop die alleen in visuele golflengten waarneemt en waarmee detailopnamen van geselecteerde gebieden met een resolutie van 50 m gemaakt kunnen worden. De LORRI zal ook gebruikt worden voor observaties als New Horizons nog maanden van Pluto verwijderd is. De New Horizons wordt op de derde trap geplaatst, waarna de neuskap om de combinatie gemonteerd zal worden. [NASA/KSC] RUIMTEVAART

12 Profiel van de missie New Horizons werd op 19 januari 2006 gelanceerd met een Atlas V draagraket en de sonde zal in februari/maart 2007 de planeet Jupiter passeren, net buiten de baan van de maan Callisto. Tijdens deze gravity assist wordt extra snelheid verkregen zodat Pluto op 14 juli 2015 wordt bereikt. Gedurende het grootste deel van de reis naar Pluto zal New Horizons zich in een soort slaapmodus bevinden waarbij alleen benodigde systemen operationeel zijn en de sonde een peilsignaal naar de aarde zendt om te laten weten dat aan boord alles in orde is. Het toestel zal dan spingestabiliseerd zijn en met de hoofdantenne in de richting van de aarde wijzen. Ongeveer vijftig dagen per jaar wordt het hele toestel geactiveerd om alle instrumenten te testen en te kalibreren. Ook worden gedurende deze periodes de eventueel benodigde koerscorrecties uitgevoerd. Tijdens de Jupiterpassage kan deze periode gebruikt worden om alle instrumenten te testen en extra wetenschappelijke gegevens over de grootste planeet van ons zonnestelsel en haar uitgebreide manenfamilie te vergaren. Na meer dan vijf miljard km te hebben afgelegd, zal ongeveer vijf maanden voor de Plutopassage de observatiefase aanvangen. Tien weken voor de passage zullen de foto s een betere resolutie hebben dan de beste die gemaakt zijn door de Hubble ruimtetelescoop, terwijl vier weken voor de passage dagelijkse gedetailleerde studies van Pluto en Charon gemaakt zullen worden. De drukste periode van de tien jaren durende missie beslaat slechts een enkele dag. Van 12 uur voor de dichtste nadering tot 12 uur erna zal New Horizons al haar instrumenten op het Pluto-Charon systeem richten. De kortste afstand tot de planeet zal ongeveer km bedragen. Tot vijf maanden daarna zal de sonde nog regelmatig Al in haar neuskap verpakt, arriveert New Horizons op Lanceercomplex 41 op Cape Canaveral om geïnstalleerd te worden op de gereedstaande Atlas V raket. [NASA/KSC] De geometrie van de passage van New Horizons door het Pluto-Charon systeem. Elk puntje op de baan is tien minuten. [NASA/APL] terugkijken op het tweetal hemellichamen, omdat in tegenlicht de ruwheid van het oppervlak en eventuele mist die in de dunne dampkring van Pluto voorkomt, beter waar te nemen zijn. Als New Horizons in juli 2015 Pluto passeert bevindt de planeet zich op 4,9 miljard km van de zon (32 maal de afstand aarde-zon). Op deze afstand doet een radiosignaal er 4 uur en 25 minuten over om de aarde te bereiken. Voorbij Pluto Na de passage dringt New Horizons steeds dieper de Kuipergordel in, letterlijk het onbekende tegemoet. Afhankelijk van de hoeveelheid resterende brandstof, en budget voor het vluchtleidingsteam op aarde, kan de sonde nog een of twee objecten in deze gordel passeren. De selectie van een definitief doel hoeft pas kort voor de Plutopassage genomen te worden. Men onderzoekt momenteel de aanwezigheid van mogelijk geschikte hemellichamen die zich nabij de route van New Horizons zullen bevinden. Dit tot op een afstand van 55 AE, omdat dit het maximale bereik is van de antenne. Uiteindelijk zal de sonde het zonnestelsel verlaten en de interstellaire ruimte bereiken. Tegen die tijd zal de radio-isotoop generator echter al lang uitgeput zijn en de sonde zal stilzwijgend haar weg vervolgen. 12 RUIMTEVAART

13 Commerciële Ruimtevaart: De tweede generatie Arno Wielders In de jaren tachtig leek de commerciële ruimtevaart eindelijk te gaan starten. Bedrijven zoals Kistler Aerospace beloofden nieuwe ruimteschepen die voor het eerst de gewone man naar de ruimte zouden gaan brengen. In de jaren negentig werd duidelijk dat zij die beloften niet waar konden maken en een aantal bedrijven gingen dan ook failliet. Tien jaren later lijkt een volgende generatie ondernemers weer een poging te wagen om ruimtevaart dichter bij te brengen en het lijkt dit keer te lukken. In 2004 werd eindelijk de X-prijs uitgekeerd aan Burt Rutan en Paul Allen (voormalig Microsoft topman), die met de door Rutan ontworpen SpaceShipOne twee keer binnen twee weken een mens boven de 100 km hoogte bracht. In dit artikel worden een aantal van deze nieuwe ruimtevaartondernemers besproken en wordt bekeken of de tweede ruimtevaartrevolutie binnen 20 jaren stand kan houden. Space Adventures Het bedrijf Space Adventures (SA) is verantwoordelijk voor de lancering van de eerste ruimtetoerist. De Amerikaanse zakenman Dennis Tito werd in april 2001 gelanceerd samen met de nieuwe bemanning voor het International Space Station (ISS) met een Russische Soyuz draagraket. Tito verbleef tien dagen aan boord van het ISS waarna hij veilig op aarde terugkeerde. Na hem volgden de Zuid-Afrikaan Mark Shuttleworth en Greg Olsen. Ook zij verbleven tien dagen aan boord van het ISS, waarbij zij door hen zelf meegebrachte experimenten uitvoerden. Op dit moment maakt een Japanse internettycoon zich klaar om de vierde ruimtetoerist te worden. Dice-Q zal in september 2006 naar het ISS gaan. Al deze ruimtetoeristen hebben ongeveer 20 miljoen dollar voor hun trip naar de ruimte betaald. SA is de intermediair tussen de aspirant ruimtetoeristen en de Russische ruimtevaart organisatie RKA. Het koopt de plaatsen in de Soyuz capsule van de RKA en zorgt dat de toerist alle relevante medische keuringen en trainingen ondergaat. Naast deze ISS vluchten organiseert SA ook zero-g vluchten. In speciale vliegtuigen kunnen mensen een echte kosmonauttraining ondergaan en kunnen luchtvaartenthousiastelingen met Russische MIG vliegtuigen meevliegen. Onlangs heeft SA aangekondigd dat zij de sub-orbital markt gaat betreden. Het sub-orbitale ruimtetransport systeem Explorer is ontwikkeld door het Myasishchev Ontwerp Bureau in Rusland. De Explorer zal de capaciteit hebben om vijf mensen in de ruimte te brengen. Het bouwen van de Explorer zal geleid worden door het Russische ruimtevaartagentschap en de kosten zullen gedragen worden door SA samen met een groep van investeerders waaronder de Ansari familie die ook de 10 miljoen dollar voor de X-prijs Artistieke impressie van de ruimtehaven zoals die is gepland in de Verenigde Arabische Emiraten. [Space Adventures] RUIMTEVAART

14 SpaceShipOne op weg naar de ruimte en de X-prijs. [Scaled Composites] gaan nemen. Virgin Galactic en de staat New Mexico zullen gezamenlijk de kosten van de ruimtehaven gaan dragen. Op de langere termijn kunnen ook andere ruimtevaartmaatschappijen gebruik maken van de ruimtehaven zoals dat bij vliegvelden gebeurt. De eerste plannen van de ruimtehaven laten zien dat het complex grotendeels ondergronds gebouwd gaat worden. Het trainingscentrum en de hangars zullen onder de grond liggen, zodat de bovengrond alleen voor de lanceerinstallaties en start/en landingsbanen beschikbaar zal zijn. op tafel heeft gelegd. De Explorer zal gebruik gaan maken van twee nieuw te bouwen ruimtehavens. De eerste ruimtehaven zal in de Verenigde Arabische Emiraten gebouwd worden in een van de zeven emiraten Ras Al- Khaimah, een uur rijden van Dubai, en wordt voor een deel gefinancierd door de Sjeik Saud Bin Saqr Al Qasimi. De totale kosten van de ruimtehaven worden geschat op 200 miljoen dollar. Een tweede ruimtehaven is gepland in Singapore. Deze ruimtehaven zal niet alleen toeristen in de ruimte brengen via sub-orbitale vluchten, maar ook een groot bezoekers- en trainingscentrum onderbrengen waarin bezoekers aan allerlei ruimtevaartactiviteiten kunnen deelnemen. SA is van plan om voor 2009 de eerste commerciële vluchten uit te voeren met betalende passagiers. Een kaartje zal ongeveer dollar kosten. De Engelse zakenman Richard Branson heeft een jaar geleden Virgin Galactic opgericht. Deze ruimtevaartmaatschappij wil, gebruikmakend van de SpaceShipTwo (SS2), de opvolger van de X-prijs winnaar SpaceShipOne (SS1), betalende passagiers de ruimte inbrengen. Burt Rutan, de ontwerper van SS1 en zijn bedrijf Scaled Composites zijn druk bezig met het bouwen van de SS2. Dit ruimtevaartuig moet in staat zijn om vijf betalende passagiers omhoog te brengen. De SS2 zal met een grotere versie van het White- Knight startvliegtuig op hoogte worden gebracht waarna hij losgekoppeld wordt en zijn eigen voortstuwingsraketten zal ontsteken. Virgin Galactic heeft vijf van deze systemen besteld (SS2 en WhiteKnight2) en hoopt vanaf 2008 de eerste vluchten te kunnen organiseren vanaf een nieuw te bouwen ruimtehaven in de Amerikaanse staat New Mexico. Vlakbij het plaatsje Upham in het zuiden van New Mexico zal de ruimtehaven een oppervlakte van 50 vierkante kilometer in beslag Space X en Falcon Een andere miljonair in de Verenigde Staten, Elon Musk, heeft het bedrijf Space X opgericht. Het eerste project van Space X is de Falcon 1, een nieuwe tweetraps draagraket, met als doel de huidige lanceerkosten met een factor tien omlaag te brengen. De Falcon 1 is in staat om 570 kg in een lage baan om de aarde te brengen. De eerste trap, vervaardigd van een nieuw soort aluminiumlegering, wordt aangedreven door een enkele raketmotor, de Merlin 1. Deze motor gebruikt een mix van vloeibare zuurstof en kerosine. De raket wordt een aantal secon- Virgin Galactic en Scaled Composites Falcon 1 lancering vlak voordat de raket vernietigd werd door een lek in de brandstoftoevoer. [Thom Rogers & SpaceX] 14 RUIMTEVAART

15 den na ontbranding vastgehouden op het platform om snel een laatste check te doen, bij het ontdekken van een fout kan de raket alsnog worden uitgezet. De tweede trap wordt aangedreven door de Kestel raketmotor, een broertje van de Merlin motor. De Kestel raketmotor is geoptimaliseerd voor een lage druk omgeving en kan meerdere keren worden herstart om ladingen in verschillende banen rond de aarde te brengen. De Falcon 1 is de eerste raket uit een familie die uiteindelijk moet leiden tot de Falcon 9 welke geschikt moet zijn om mensen in een baan om de aarde te brengen (25 ton in een lage aardbaan). De kosten van de lancering van de Falcon 1 is 6,7 miljoen dollar terwijl de Falcon 9 ongeveer 78 miljoen moet gaan kosten. In maart 2006 is de Falcon 1 voor het eerst gelanceerd vanaf het Kwajalein atol in de stille oceaan. Helaas is de raket na 35 seconden verloren gegaan door een lek in de stuwstof toevoer waardoor een brand in de motor van de eerste trap is ontstaan. Space X heeft aangekondigd om in ieder geval binnen zes maanden opnieuw een poging te wagen, nadat verbeteringen in de raket zijn doorgevoerd. Space X heeft voor de Falcon 1 al een aantal opdrachten binnen, waaronder orders van het Amerikaanse ministerie van Defensie. Bigelow en Nautilus Een Amerikaanse miljonair, groot geworden door een hotelketen op de Las Vegas gokstrip, heeft een groot gedeelte van zijn vermogen gestoken in het oude Transhab project van NASA. In dit project is een opblaasbare technologie voor een ruimtestationwoonmodule ontwikkeld, welke ooit bedoeld was voor het internationale ruimtestation. Robert Bigelow heeft de patenten voor deze opblaasbare woonmodule opgekocht en een aantal oud NASA medewerkers in dienst genomen. De oorspronkelijke Transhab module zou een diameter van 8,2 meter hebben in opgeblazen vorm en gebruikt kunnen worden als bemanningsverblijf voor reizen naar de maan en Mars. De module wordt in nietopgeblazen toestand gelanceerd en wordt eenmaal in de ruimte gebracht langzaam opgeblazen. De diameter wordt tijdens het opblazen bijna verdubbeld. Op dit moment worden een schaalmodel (1/3 ware grootte) van een opblaasbare module gebouwd. Dit schaalmodel moet binnen twee jaren gaan vliegen om de functionaliteit van de Transhab technologie te testen. De bedoeling van Bigelow is om in 2010 de eerste module voor een privé ruim- Artistieke impressie van het Nautilus ruimtehotel bestaande uit opblaasbare woonmodules. [Bigelow Aerospace] RUIMTEVAART

16 testation in een lage aardbaan te brengen. Voor het in de ruimte brengen van de module was Bigelow eerst in onderhandeling met de Russen om gebruik te gaan maken van de Soyuz draagraket, maar een jaar geleden heeft hij 50 miljoen dollar als prijs ter beschikking gesteld voor degene die in staat is om vijf mensen in een baan rond om de aarde kan brengen en dit binnen twee maanden met hetzelfde ruimteschip opnieuw te doen. Als back-up denkt Bigelow de Falcon 9 van Space X te kunnen gaan gebruiken. Uiteindelijk wil Bigelow een ruimtehotel bouwen bestaande uit opblaasbare modules gebaseerd op de Transhab technologie. Zijn Nautilus ruimtestation moet hotelovernachtingen aan gaan bieden voor een prijs van 1 miljoen dollar per nacht. Ruimtelift De ruimtelift is een van de voorgestelde manieren om lanceerkosten sterk te verlagen. In plaats van een raket, waarmee satellieten omhoog gebracht worden, wordt er via een km lange kabel vanuit een geostationaire baan verbonden met een punt op de aarde op de evenaar, een satelliet via de kabel naar boven gebracht. Een eerste haalbaarheidstudie werd gedaan in het kader van de speciale projecten bij NASA door Brad Edwards. Uit deze haalbaarheidsstudie kwam naar voren dat de enige kritische technologie welke een grote ontwikkeling nodig heeft, de kabel zelf is. Deze kan vanwege de sterkte-eisen alleen worden vervaardigd uit een enkelvoudig kristal van een koolstofnanobuis. De verwachting is dat dit binnen 30 jaren haalbaar wordt. Een aantal ondernemers ziet in de ontwikkeling van de ruimtelift commerciële perspectieven. Het bedrijf LiftPort Group, ooit opgericht door Brad Edwards die de space elevator via een haalbaarheidstudie op de kaart heeft gezet, is nu bezig met het organiseren van wedstrijden waarin teams met eigen gebouwde robots langs een kabel van een paar kilometer lengte vanuit een ballon omhoog en omlaag moeten kunnen lopen. In de nabije toekomst zullen nieuwe wedstrijden, waarbij zowel commerciele als universitaire instituten deelnemen, georganiseerd worden waarin de benodigde ruimtelifttechnologie verder ontwikkeld zal worden. Ook NASA ziet steeds meer in dat commerciële ontwikkelingen nuttig kunnen zijn en steekt geld in prijzen voor bepaalde ontwikkelingen. Zo zijn ook voor de ruimtelift prijzen uitgeloofd. Analyse Terwijl NASA zich volledig richt op het mogelijk maken van de Vision for Space Exploration met hernieuwde bemande vluchten naar de maan en uiteindelijk ook naar Mars, is er een nieuwe lichting van commerciële ondernemers opgestaan die denkt een graantje van een nieuwe markt mee te kunnen pikken. In tegenstelling tot 20 jaren geleden lijken er dit keer wel grote investeerders klaar te staan om geld in ruimtevaartsystemen te steken. De geschatte opbrengsten van de com- merciële ruimtevaart wordt door het marktanalyse bedrijf Futron geschat op 1 miljard dollar in Ook NASA ziet in dat deze nieuwe ondernemers bijvoorbeeld aan het ISS kunnen bijdragen. Zo hebben een aantal van deze nieuwe bedrijven gereageerd op de Call for Proposals van NASA om te zorgen voor een systeem dat vracht en mensen van en naar het ISS kan brengen. Op deze manier betaalt NASA alleen voor de vluchten en blijft het transportsysteem eigendom van het commerciële bedrijf. Het lijkt erop dat alleen in de Verenigde Staten dit soort ontwikkelingen plaatsvinden. In Europa is nog geen bedrijf of ondernemer gezien die het aandurft om dit soort activiteiten te ondernemen. Wellicht verandert dat in de nabije toekomst. In ieder geval lijkt de tweede ruimtevaartrevolutie binnen 20 jaar dit keer wel te lukken en zien we over een aantal jaren universiteiten op routinematige manier hun eigen satellieten en sondes naar andere planeten lanceren en ruimtetoeristen het felbegeerde astronautenspeldje krijgen. Op internet is veel informatie te vinden over de commercialisatie van de ruimtevaart. Bronnen die voor dit artikel zijn gebruikt worden hier weergegeven RUIMTEVAART

17 Delfi-C3 A.R. Bonnema / Delfi-C3 Team De kennismaking met het CubeSat programma, gepaard gaande met de voltooiing van een clean room en het Delfi grondstation op de TU Delft, creëerde de mogelijkheid tot een relatief kortlopend afstudeerproject met het ultieme doel van een lancering in het vooruitzicht. Met het vastleggen van een tweetal industriële payloads en een samenwerkingsverband met de faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica was de derde satellietmissie van de TUDelft een feit. Introductie De laatste jaren hebben microsysteemtechnologie en micro-elektronica hun intrede gedaan binnen de ruimtevaart waarmee de miniaturisering van systemen en experimenten in gang is gezet. De prestaties van deze systemen zijn vaak hoger dan die van hun grotere voorgangers doordat verschillende functies in een enkele component geïntegreerd wordt terwijl de massa, het energieverbruik en het volume van dergelijke systemen steeds kleiner worden. De toepassing van dergelijke microsystemen in de ruimtevaart heeft de trend naar steeds kleinere satellieten ingeleid zogenaamde picosatellieten van minder dan 1 kg worden al gelanceerd. De lanceerkosten van een satelliet worden voornamelijk bepaald door zijn massa, waardoor een drastische verkleining van satellieten tevens kan leiden tot een aanzienlijke vermindering van de lanceerkosten. Door de complexiteit van kleine satellieten relatief laag te houden, kunnen ook de totale missiekosten een stuk lager zijn dan die van conventionele missies. Hiermee is een nieuwe generatie van kleine, relatief goedkope en snel te ontwikkelen satellieten geboren, waarmee missies die voorheen ondenkbaar of onbetaalbaar waren, mogelijk worden. Zo wordt het mogelijk hele zwermen of constellaties van kleine satellieten te lanceren die samenwerken op het gebied van bijvoorbeeld aardobservatie, communicatie en exploratie. Het verlies van één of meerdere satellieten, of individuen, kan binnen een zwerm of constellatie eenvoudig worden opgevangen door het collectief. Technologie demonstratie Een andere veelbelovende toepassing van kleine satellieten is het direct in de ruimteomgeving demonstreren en testen van de functionaliteit en prestaties van nieuwe technologieën. Met dit soort demonstratiemissies wordt het vertrouwen in de nieuwe technologieën vergroot. Hiermee zou zelfs een deel van het intensieve kwalificatieproces, dat gewoonlijk vooraf gaat aan de acceptatie van nieuwe technologieën voor toepassing in de ruimtevaart, vervangen kunnen worden. Vooral voor micro- en nanotechnologieën, die worden gekarakteriseerd door hun relatief kleine afmetingen, lage massa en laag energieverbruik, kunnen pico- en nanosatellieten een zeer geschikt kwalificatieplatform vormen. Deze satellieten hebben een maximale massa van respectievelijk 1 en 10 kg. De relatief lage missiekosten stellen technologieontwikkelaars in staat hun producten in de ruimte te demonstreren en te kwalificeren, zonder daarbij hoge (financiële) risico s te lopen. Het CubeSat programma Een aantal jaren geleden is er door een samenwerking tussen Stanford University en California Polytechnic State University (CalPoly) een standaard ontwikkeld voor pico- en nanosatellieten: het CubeSat programma. Dit programma biedt een compleet kader met specificaties en richtlijnen voor het ontwerpen, ontwikkelen en lanceren van pico- en nanosatellieten tot 3 kg. Een standaard CubeSat, of 1-Unit, is een kubus met zijden van 10 centime- Een 1-Unit, en 3-Unit CubeSat structuren. [A.R. Bonnema / Delfi-C3 Team] RUIMTEVAART

18 voor studenten. Voor de eerste missie, Delfi-0, werd een bestaande microsatelliet nader bestudeerd op mogelijke verbeteringen. De tweede missie, Delfi- 1 genaamd, was gericht op de ontwikkeling van een eigen microsatelliet ter grootte van een kubus met zijden van 40 centimeter. Door de vele werkpakketten en variabelen bleek echter dat het project een langere looptijd had dan gewenst voor de continuïteit van een afstudeerproject. Het CubeSat programma, de voltooiing van een clean room en het Delfi grondstation op de TU Delft, creëerde de mogelijkheid van een afstudeerproject met het doel van een lancering in het vooruitzicht. Met het vastleggen van een tweetal industriële payloads en een samenwerkingsverband met de faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica (EEMCS) was de derde satellietmissie, Delfi-C3, een feit. De Poly-Picosatellite Orbital Deployer P-POD. [CalPoly] Missie overzicht ter en heeft een maximale massa van 1 kg. Door kubussen samen te voegen kunnen ook 2-Unit en 3-Unit CubeSats ontwikkeld worden, met massa s van maximaal 2 en 3 kg. Een CubeSat wordt gelanceerd in een kokervormige lanceeradapter, een zogenoemde Picosatellite Orbital Deployer (POD), waarin drie 1-Unit CubeSats worden geplaatst. Dit kunnen uiteraard ook een 1-Unit en een 2-Unit of één 3-Unit CubeSat zijn. De satellieten worden vervolgens na lancering op het juiste moment met behulp van een veersysteem uit de POD geschoven. Doordat de CubeSats gedurende de lancering opgesloten zitten in de lanceeradapter, afgeschermd van hun omgeving, worden de onderhandelingen om als secundaire lading op een draagraket mee te gaan eenvoudiger, aangezien het risico dat de CubeSats schade kunnen aanrichten aan de primaire lading verminderd wordt. Binnen het CubeSat programma fungeren verschillende partijen als makelaars voor een lancering, die deze als pakket aanbieden, compleet met lanceeradapter, acceptatietest en integratie met het lanceervoertuig. De twee belangrijkste partijen hierin zijn CalPoly, met hun P-POD als adapter, en Toronto University, die een gelijksoortige lanceeradapter heeft ontwikkeld, T-POD genaamd. In prijs verschillen de twee overigens weinig; het complete pakket kost K per 1-Unit CubeSat, ofwel per kilogram. Het CubeSat programma is uitermate geschikt voor het ontwikkelen van satellieten aan universiteiten, doordat de voorgeschreven specificaties en richtlijnen, gecombineerd met de mogelijkheid om een verzorgde lancering in te kunnen kopen, een universiteitsproject een jump start kunnen geven. Delfi-C3 De faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek (LR) van de Technische Universiteit Delft heeft al sinds 1996 satellietmissies als afstudeerproject De primaire missiedoelen van Delfi-C3 omvatten het in de ruimte demonstreren en testen van de functionaliteit en prestaties van zowel een nieuw type dunne film zonnecellen (TFSC) voor Dutch Space, als een autonome draadloze zonnesensor (AWSS) voor TNO Industrie en Techniek. Andere missiedoelen zijn het testen van een volledig on-chip geïntegreerde zendontvanger voor de faculteit elektrotechniek en het opzetten van een wereldovattend grondstation netwerk dat gebruik maakt van de internationale gemeenschap van radio amateurs. Naast deze technische missiedoelen heeft het Autonome draadloze zonnesensor van TNO S&I. [E.N. van der Linden / Delfi-C3 Team] 18 RUIMTEVAART

19 Delfi-C3 project uiteraard ook een educatief doel. Studenten van zowel de faculteit LR als de faculteit EEMCS van de TU Delft werken in het kader van hun afstuderen samen aan het ontwerp en de ontwikkeling van deze satelliet. Daarnaast is er een behoorlijk aantal stagiaires en afstudeerders van technische hogescholen rond Delft dat meewerkt aan het project. Gezamenlijk krijgen de studenten de mogelijkheid om ervaring op te doen met werken aan een realistisch project binnen een interdisciplinair team. Alle aspecten van een satellietmissie, van ontwerp en ontwikkeling tot assemblage, integratie, verificatie, lancering en operatie komen aan bod. Een nauwe samenwerking met de industrie zorgt voor een interessante werkomgeving voor de teamleden. Dunne film zonnecellen De primaire payload aan boord van Delfi-C3 zijn de dunne film zonnecellen (TFSC). Deze cellen bestaan uit een fotovoltaïsche laag opgedampt op een flinterdun titanium substraat van slechts 25 micrometer. Ze worden door Dutch Space ontwikkeld met als uiteindelijk doel de kosten van een zonnepaneel met 50% te verlagen, terwijl de ratio van het vermogen over massa juist met 50% wordt verhoogd. Ook al is de verwachte efficiëntie van de cellen met 12% een stuk lager dan die van sommige conventionele zonnecellen, door hun minieme dikte kunnen veel van deze cellen gecombineerd worden tot een deken die dezelfde energie levert als een huidig zonnepaneel, maar in opgeborgen toestand (tijdens lancering) een veel kleiner en lichter pakket vormt. Om de celkarakteristieken te verifiëren zullen in de ruimte metingen gedaan worden aan de spanning en stroom die geleverd worden door de cellen. Omdat deze gerelateerd zijn aan de temperatuur van de cel, wordt ook deze temperatuur gemeten. De cellen worden opgehangen in een frame, zodat ze met de achterkant Dunne film zonnecellen opgehangen in een frame [E.N. van der Linden / Delfi-C3 Team] naar de koude ruimte warmte kunnen afstralen. Autonome draadloze zonnesensor De tweede industriële payload aan boord van Delfi-C3 zijn de twee autonome draadloze zonnesensoren (AWSS), gevlogen voor TNO. Bij het testen van de AWSS gaat het vooral om de verificatie van de autonomie van de sensor en de draadloze verbinding met de het boordcomputersysteem. De basis van de AWSS wordt gevormd door een analoge sensor gehuisd in een aluminium box van ongeveer 6x4x2 cm. De uitleeselektronica zorgt ervoor dat de analoge signalen van de sensor worden omgezet naar een digitaal datawoord, dat via een radioverbinding wordt verstuurd naar de ontvanger die verbonden is met de boordcomputer. Het elektrische vermogen dat hiervoor nodig is, wordt opgewekt door een zonnecel op de aluminium box, waardoor de AWSS geen enkele draadverbinding met de satelliet zelf meer nodig heeft en zo volledig autonoom functioneert. De AWSS is een voorloper van andere microsensoren die momenteel door TNO Industrie en Techniek ontwikkeld worden. Als de autonomie en draadloosheid van de AWSS succesvol blijken te zijn, zal een nieuwe generatie van plug and play sensoren ontstaan. RUIMTEVAART

20 de satelliet geen actieve standregeling heeft. Aangezien vooral de downlinkantennes behoorlijk lang zijn ten opzichte van de hoofdstructuur, zijn speciale modulaire antennedoosjes ontwikkeld waarin de antennes opgeslagen zijn tijdens de lancering. Ook het inwendige van Delfi-C3 is modulair opgebouwd, met subsystemen verdeeld over printplaten die los van de hoofdstructuur als een stapel met elkaar verbonden zijn. Naast de boordcomputer beschikt ieder subsysteem over zijn eigen microcomputer, die bij het uitvallen van die boordcomputer via een noodverbinding met de zender alsnog de belangrijkste data naar de aarde kunnen sturen. Artistieke weergave van een operationele Delfi-C3. [E.N. van der Linden / Delfi-C3 Team] Systeem overzicht Delfi-C3 is gebaseerd op het Cube- Sat concept, maar niet op de 1-Unit standaard. Om redenen van massa en benodigd paneeloppervlak voor elektrisch vermogen, heeft Delfi-C3 het formaat van een 3-Unit, ofwel ongeveer 34x10x10 cm. Om ontwerp- en ontwikkelingstijd te besparen, zijn de structuur en de boordcomputer commercieel verkrijgbare componenten, die als CubeSat kit verkocht worden. Voor de elektrische stroomvoorziening wordt gebruik gemaakt van vier series van vijf GaAS zonnecellen met een relatief hoge efficiëntie. De zonnecellen zijn geplakt op vier modulaire, afneembare zonnepanelen, waaraan ook de TFSC frames bevestigd zijn. De panelen staan onder een hoek van 35 graden ten opzichte van de hoofdstructuur, een hoek die gebaseerd is op het te allen tijde kunnen beschikken over een minimaal vermogen van ongeveer 2.1 watt. Een opmerkelijke eigenschap van Delfi-C3 is dat er geen gebruik wordt gemaakt van een batterij. Naast het feit dat een batterij grote invloed heeft op het massabudget en het toegestane temperatuurbereik van de satelliet, is het hoofdargument dat de satelliet niet operationeel hoeft te zijn in eclips, aangezien voor het voldoen aan de primaire missiedoelen juist zonlicht nodig is. Voor de communicatie maakt Delfi-C3 gebruik van twee sets antennes van rolmaatstaal. Beschikbaar zijn vier 18 cm antennes voor de uplink communicatie en vier 50 cm antennes voor de downlink communicatie. Samen vormen deze antennes een omnidirectioneel patroon, dat nodig is omdat Het inwendige van Delfi-C3 is modulair opgebouwd. [E.N. van der Linden / Delfi-C3 Team] 20 RUIMTEVAART