RUIMTEVAART (II) Het resultaat van Amerika is meer dan bekend: Op 21/7/69 zet Armstrong als eerste mens voet op maanbodem!

Transcriptie

1 RUIMTEVAART (II) Ja, ruimtevaart, dit kan zeker de 'ontdekking' van de 20e eeuw genoemd worden, te vergelijken met de stoommachine in de 19e eeuw die de ontwikkeling van de industrie (molens werden vervangen door machines), de spoorwegen (i.p.v. diligence en trekschuit) en niet de vergeten de invoering van de elektriciteit (stoommachines werkten als generatoren) ten gevolge had. Denk U zich eens een wereld zonder dat in! Wat verstaan we in feite onder 'ruimte vaart'? Niet zozeer dat de mens de ruimte inging, neen dat gebeurde al in 1908 met het eerste vliegtuig. 4 oktober 1957 wordt vrij algemeen als de start gezien: Lancering van de eerste kunstmaan (door Rusland) die (minimaal) één rondje in z.g. gewichtloze toestand om de aarde cirkelde. Het begin van de ruimtevaart was een exclusieve aangelegenheid tussen Amerika en Rusland: de koude oorlog woedde in alle hevigheid en wie de ruimte beheerste was 'koopman'. (Denk eens aan de recente oorlogen tegen Irak: uitsluitend door het luchtoverwicht was de overwinning zeker gesteld). De wedloop tussen Amerika en Rusland was in feite tweeledig. I Een prestigeslag waarin aanvankelijk Rusland zondermeer koploper was: 1e kunstmaan (Spoetnik, 4/10/57). 1e raket richting de maan (Loena-1, 2/1/59, welke na passage verder richting zon gaat). 1e raket naar Venus (Jan 61) en niet te vergeten: Eerste mens in de ruimte (Gagarin, 12/4/61). Amerika was zeer gefrustreerd maar... één topprestatie was nog niet geleverd: De eerste mens op de maan! Het zeer kostbare Apollo project (25 miljard dollar en dat in die tijd!) kwam tot stand. In het diepste geheim werkte ook Rusland aan deze doelstelling maar er werd niets van bekend. Begin '90 waren enkele Amerikaanse hoogleraren bij een bezoek aan het instituut voor luchtvaart te Moskou werkelijk perplex! Alles was er: een capsule, een maanlander etc. Dat er nooit een Rus op de maan heeft gestaan was te wijten aan problemen met de draagraket. In '74 werd de hele missie definitief afgeblazen. Het resultaat van Amerika is meer dan bekend: Op 21/7/69 zet Armstrong als eerste mens voet op maanbodem! II Een tweede minstens zo belangrijk punt (zo even al genoemd) was het verkrijgen van militair overwicht. Het is wrang maar waar: dank zij militaire overwegingen is er veel tot stand gebracht want daar werd geld voor beschikbaar gesteld. Niet alleen de ruimte vaart maar ook de gehele ontwikkeling van de computers is daaraan te danken: in militair opzicht was een snelle besluitvorming van het grootste belang. Snelle beslissingen konden door ingewikkelde berekeningen door de computer veel sneller uitgevoerd worden. In feite zijn ruimtevaart en de computertechnologie niet los van elkaar te zien. Zonder de computer was ruimtevaart gewoonweg onmogelijk.

2 Ruimtevaart was niet alleen van belang omdat men nu de 'vijand' vanuit de lucht kon 'bestoken', ook werden satellieten gebruikt voor communicatieve militaire doeleinden. De geostationaire baan was echter nog niet (technisch) realiseerbaar zodat alleen kortstondig, gedurende de enkele minuten dat de satelliet over ontvangst- en zendstation (op aarde) vloog, gecommuniceerd kon worden. Van de ruimtevaart/satelliet ontwikkeling op militair gebied is uiteraard weinig bekend: alles was zéér geheim. Minuteman en Polaris (afgevuurd vanuit een atoomonderzeeër) waren de 1e categorie militaire raketten. Berucht (en alom bekend) waren de kruisraketten waartegen veel (Mient Jan Faber!) geprotesteerd is. Op basis van een globale richtingaanduiding vinden ze zelf hun doel. [Denk bv aan de laatste oorlog tegen Irak!, We zullen op dit soort raketten niet verder ingaan] Een nuchter en vredelievend mens zou kunnen denken: zonde toch, al dat geld 'weggegooid', alleen om prestige te krijgen en militair overwicht te hebben. Maar dat gaat uiteraard niet op: Denk eens aan alle 'niet militaire' voordelen van de ruimte vaart: Televisie, weersverwachting (NB geen 'voorspelling!), het huidige telefoonverkeer (mobieltjes!), navigatie, onderzoek van aardbodem èn inhoud (aardolie!), dit alles is mogelijk dankzij de ruimtevaart. Ook nu weer: ons huidige bestaan is bijna ondenkbaar geworden zonder dat alles. En niet te vergeten -en nu zijn we weer 'thuis'- de ontwikkeling van de astronomie zou zonder ruimtevaart op doodspoor zijn geraakt: Kijkers op aarde zouden nog zo geperfectioneerd kunnen worden, de aardatmosfeer zou een beperkende factor blijven en bovendien: veel straling wordt door de atmosfeer geabsorbeerd. Geheel nieuwe astronomieën zijn door de ruimtevaart ontstaan: De gamma- en röntgenastronomie, de UV astronomie en de I(nfra)R(ood) astronomie. Instrumenten voor deze onderzoekingen zijn geplaatst in satellieten welke in banen rond de aarde (meestal op enkel honderden km hoogte) cirkelen. Maar er worden ook satellieten gestuurd naar de maan, onze zon en de planeten tot aan de Kuipergordel aan toe. Er kunnen nu foto's (van bv het Marsoppervlak) gemaakt worden met details van slechts enkele meters groot. Bij landing op het oppervlak zelf zijn de details uiteraard nog veel kleiner en kunnen zelfs grondmonsters genomen worden. Maar nu lopen we op de zaak vooruit. Dit alles zal in volgende nummers uiteraard -uitgebreid- aan de orde komen. Eerst zullen we iets vertellen over meer aardse zaken zoals telecommunicatie, weersverwachting en geodesie (aardonderzoek). (Tele)communicatie NB Voor de betekenis van acroniemen (afkortingen) zie bijlage 1A Wat zou de mensheid (in zijn huidige vorm) zijn zonder communicatie? Denk bv aan de spraak en (veel later) het schrift (boeken, krant etc). Alle kennis en ontwikkeling geschiedt met behulp van spraak en/of geschrift. Een volgende belangrijke stap was de telecommunicatie: telegrafie en daarna telefonie. [De 1e transatlantische telegraafkabel werd reeds in 1866 gelegd en pas 90 (!) jaar later de 1e transatlantische telefoonkabel. Daarvoor had reeds radio en (veel later) televisie zijn intrede gedaan. Radioverbindingen (en met behulp daarmee ook telefonie) via lange en later ook korte golven (tot +/- 10 m) waren over langere afstand (sinds 1927) mogelijk middels de ionosfeer. NB vanwege zijn rechtlijnige voortplanting waren ultrakorte golven daartoe niet geschikt. Satellieten zouden echter uitkomst kunnen bieden!

3 Hierbij zijn tevens een zend- en ontvangststation nodig. De eerste communicatiesatelliet was SCORE (18/12/58 gelanceerd), en gebruikt ten behoeve van de Amerikaanse luchtmacht. De omloopbaan was enkele duizenden km hoog met een omloopstijd van enkele uren dus gedurende slechts korte perioden zichtbaar (en dus bruikbaar). 12/8/60 werd de Echo-1 gelanceerd, een (passieve) in de ruimte opgeblazen ballon. Door weerkaatsing van microgolven tegen deze satelliet werden lange afstand verbindingen gerealiseerd. Aardige bijkomstigheid: vanaf de aarde was de ballon zichtbaar aan de sterrenhemel als een zich snel verplaatsend helder object en daardoor voor veel mensen de eerste kennismaking met het ruimtevaarttijdperk. 4/10/60 werd de Courier-IB als eerste actieve communicatiesatelliet gelanceerd. De satelliet kon signalen ontvangen, op band opslaan en later weer uitzenden. Tot nu toe was communicatie uitsluitend voor (Amerikaans) militair gebruik. 10/7/62 werd Telstar-I gelanceerd en maakte de eerste uitwisseling van transatlantische televisiebeelden mogelijk (dus ook voor niet-militair gebruik). Hierna volgden nog lanceringen van Telstar-II en Relay-I en II. Door hun 'lage' baan waren deze satellieten dus slechts kort voor ontvangst- en zendstations zichtbaar en waren dus meerdere satellieten (voor continu contact) nodig en bovendien moesten de grondstations over beweegbare antennes beschikken. Een satelliet met een geosynchrone (= 24 uurs)baan in Oost-Westrichting blijft echter zichtbaar. De vereiste hoogte is km -voor het gemak afgerond op km-. Dit werd de Syncom-II (juli '63 gelanceerd). Een speciale geosynchrone satelliet is een z.g. geostationaire satelliet. Deze draait bovendien in het vlak van de ecliptica en blijft dus op een vast punt (boven de evenaar) hangen. De eerste geostationaire satelliet was de Syncom-III (augustus '64 gelanceerd). Voor het verkrijgen van een wereldomvattend communicatiesatellietsysteem werd in '63 de Comsat opgericht, een particuliere maatschappij, onder toezicht van de Amerikaanse regering. Een internationale overeenkomst was echter nodig. Daartoe werd de Intelsat (in augustus '64) opgericht, door vertegenwoordigers van 11 landen waar onder Nederland. In mei '78 waren dat er al 102! Op 6/4/65 vond de lancering van Intelsat I (Early Bird) plaats. In '67, '69 en '71 volgden achtereenvolgens de lanceringen van de Intelsat II, III en IV. Rusland (niet behorend tot de Intelsat, koude oorlog!) bouwde zijn eigen communicatiesysteem: 23/4/65 werd de communicatiesatelliet Molniya gelanceerd. NB In '78 waren er al een tiental andere communicatiesystemen naast de Intelsat werkzaam! Enige technische toelichting: Een satelliet behoort te roteren (draaien) ter stabilisatie. Dit betekent dat de meeste stralingsenergie verloren gaat daar de aarde, vanaf de satelliet zichtbaar is onder een hoek van 17 graden. Intelsat III heeft een draaiend gedeelte waarop zich de zonnecellen bevinden (nodig voor de te leveren energie) en een 'stilstaande' hoornvormige antenne die continu op de aarde is gericht. Inteldat IV heeft meerdere antennes waarvan één stel (gericht op aarde) sterk gebundeld is zodat deze slechts 1/16 deel van het aardoppervlak bestrijkt.

4 NB Voor een groot deel van het aardoppervlak is ontvangst maar zeer beperkt nodig: dit gedeelte heeft dus géén ontvangst. Een niet onbelangrijke toepassingen is gebruik van televisie voor onderwijs in vooral achtergebleven gebieden. Europese inspanningen: Europa, verenigd in de ESA, lanceerde 12/5/78 zijn eerste communicatiesatelliet OTS-2 [Lanc OTS-1 op 14/9/77 mislukte]. OTS werd gebruikt door 50 Europese instituten. In '83 vond de lancering plaats van de eerste operationele communicatiesatelliet ESC-1 In totaal zijn er nu 4 van deze satellieten gelanceerd (en daarmee een netwerk vormend). Andere Europese communicatiesatellieten zijn Marot en Inmarsat ten behoeve van de scheepvaart (communicatie en navigatie) 12/7/'01 vond de lancering plaats van de Europese communicatie satelliet Artemis met de Ariane 5 raket - het paradepaardje van de Europese raketindustrie-, vanaf de Europese lanceerbasis Kourou. Gelijk met deze raket ging de Japanse communicatiesatelliet BSAT-2b de lucht in. Helaas verliep de lancering niet vlekkeloos zodat de satellieten in een te lage baan kwamen. Daar er nu extra brandstof nodig is om de gewenste baan te bereiken, blijft er minder over om hem op koers te houden. De geplande levensduur van 10 jaar zal dus niet gehaald worden. Er valt nog heel veel te vertellen over communicatiesatellieten, zoals integratie van netwerken en veel technische details. Daar het hier commerciële en geen wetenschappelijke satellieten betreft, laten we het hierbij. Bijlage 1A betreft communicatiesatellieten. Comsat Communications Satellite Corporation ESA Europian Space Agency ESC Europian Communication Satellite Intelsat International Telecommunications Satellite Organization OTS Orbital Test Satellite SCORE Signal Communications Orbit Relay Experiment Syncom Synchronous Communication Satellite) Weersatellieten Inleiding: Het weer staat al sinds de oudheid in de belangstelling van de mens. Het weer bestaat uit componenten als wind (richting en kracht), (lucht)druk, temperatuur en vochtigheid welke bewolking, zonneschijn en regen bepalen. De oude Grieken (ver voor het jaar nul) hadden al een 'windtoren' welke nog steeds bestaat! In 1643 vond Torricelli de barometer uit, sinds 1700 kwamen Fahrenheit, Reaumur en Celcius met hun temperatuurschalen. De engelse admiraal Beaufort legde ± 1830 zijn alom bekende windschaal vast. Kennis van het weer, ook wel meteorologie genoemd heeft als belangrijk aspect de weersverwachting waar menig mens elke dag reikhalzend naar uitkijkt. Dit aspect wordt ook wel de synoptische meteorologie genoemd [een overzicht van de weerstoestand over grote uitgestrektheden van de aardoppervlakte]. Deze weersvoorspelling bestaat in feite uit 5 stappen:

5 1) waarnemen 2) overseinen 3) plotten (intekenen op kaarten) 4) diagnose en prognose 5) verspreiding voorspelling. Tav 1): In de 19e eeuw deed men al waarnemingen met behulp van (nu al duizenden) stations op de grond, op zee (op vaste en varende schepen en boeien) en (nu ruim 700) in de lucht (ballons). Tav 2): Pas na de uitvinding van de telegraaf was overseinen mogelijk. Tav 3): De eerste kaarten werden vanaf 1863 gepubliceerd. Op de weerstations worden om de drie uur luchtdruk (herleid tot zeeniveau), drukverandering, temperatuur, vochtigheid, windrichting en snelheid, bewolking en neerslag gemeten. Een echte doorbraak vormde de waarneming met behulp van satellieten. Weersatellieten: In april '60 vond de lancering van de eerste weersatelliet TIROS-1 plaats, gevolgd door de nummers II t/m VI (in september '62) welke uiteraard steeds beter en geavanceerder werden. De waarnemingen, aanvankelijk met TV camera's werden tijdelijk opgeslagen en bij overkomst over grondstations weer uitgezonden. 's Nachts namens stralingsmeters infrarode warmtestraling waar, teruggekaatst door aarde en wolken. Voorlopig was de waarneming uitsluitend een Amerikaanse zaak. Pas op 23 november 1977 werd de 1e Europese weersatelliet Meteosat-1 gelanceerd, die na 2 jaar uitviel. NB Meteosat-2 werd pas juni '81 gelanceerd. Uiteraard mocht ook Europa mee profiteren (resultaten via Telstar doorgeseind) maar ook vanuit Europa werden waarnemingen naar Amerika gestuurd ter aanvulling van de satellietopnamen aldaar. Vanaf '64 werden er NIMBUS satellieten gelanceerd welke infraroodopnamen maakten. Rusland lanceerde zijn 1e weersatelliet METEOR in '66. Aanvankelijk beschreven de satellieten -cirkelvormig- banen over de evenaar. De eerste 4 TIROS satellieten bestreken slechts een gebied tussen 48 graden NB en 48 graden ZB. Vanaf '65 beschreven satellieten (wo TIROS 9 als eerste) polaire banen zodat het gehele aardoppervlak in beeld kwam: het draaivlak van de satelliet bleef gelijk, de aarde draaide er 'onderdoor' in 24 uur. De eerste geostationaire satelliet was ATS-1, gelanceerd dec.'66. Verder noemen we hier nog de ITOS, ESSA (vanaf '66), de polaire NOAA en de GEOS weersatellieten. NB GOES was de 1e geostationaire weersatelliet, gelanceerd in oktober '75, deel uitmakend van het GARP experiment, maar nu niet meer operationeel. Meteosat-2 is (in het kader van de WMO) onderdeel van 5 geostationaire satellieten die (vanaf '79) simultaan de gehele aarde 'fotograferen.' NB Europa 1, VS 2, Japan 1 en Rusland 1 Over weersatellieten valt nog veel (en veel) meer te vertellen, maar dat zou een heel boekwerk worden. Aangezien het in feite geen wetenschappelijke (astronomische) satellieten zijn zullen we, wat betreft weersatellieten, het hier (voorlopig) bij laten. [In het volgend nummer iets over geodetische (commerciele) satellieten en... een begin met de wetenschappelijke satellieten.

6 Bijlage 1B AVHRR Advanced Very High Resolution Radiometer GARP Global Atmosferic Research Programme GOES Geostationary Operational Environnement Satellite MWO Meteorologische Wereldorganisatie NOAA National Oceanographic and Atmospheric Administration Heiloo mei '03 Jaap Kuyt.