50 jaar bemande ruimtevaart

Vijftig jaar geleden was de Rus Joeri Gagarin de eerste mens die in een baan om de aarde zweefde. Er is sindsdien veel veranderd – en veel hetzelfde gebleven…

door en

Bijna niet voor te stellen: 54 jaar geleden was de maan de enige satelliet van de aarde. De Sovjet-Unie bracht daar vanaf de lanceerbasis Baikonoer verandering in. Op 4 oktober 1957, om 21.28u Nederlandse tijd, vertrok daar de satelliet Spoetnik 1 naar een baan om de aarde. De satelliet had een radiobaken aan boord en zo kon de hele wereld het controleren: de Russen waren de ruimte ingegaan. Ineens stond het Oostblok op technologische voorsprong en moesten de Amerikanen aan het werk om die achterstand in te lopen. De ruimterace was begonnen.

De eerste kunstmaan, Spoetnik 1, werd gelanceerd op 4 oktober 1957. Aan boord van een omgebouwde intercontinentale R-7 raket – bedoeld om kernwapens te vervoeren – vertrok de 80 kilo wegende bol van aluminium naar de ruimte. Radio-ontvangers over de hele wereld pikten de piepjes van Spoetnik’s radiobaken op en met scherpe ogen was de tweede trap van Spoetnik’s raket zichtbaar.

Bommen en spionnen

Spoetnik 1 was een haastig gebouwde satelliet met radiozenders aan boord. Dé doorbraak zat hem in het lanceersysteem: raketten die de ruimte konden bereiken, konden tenslotte ook wapens op de VS laten vallen. Al na een paar maanden hadden de VS met hun eerste satelliet Explorer 1 laten zien dat ze technologisch even ver waren. Militaire toepassingen volgden al snel. In 1959 begonnen de Amerikanen met Corona, het eerste programma van spionagesatellieten. Net als de vanaf 1961 gelanceerde Russische Zenit-serie schoten deze satellieten plaatjes van de aarde met een telescoop en fotocamera. De fotorolletjes – dit was ver voor het digitale tijdperk met straalverbindingen – daalden aan parachutes neer in de dampkring.

Een vliegtuig vangt het uitgeworpen fotorolletje van de Amerikaanse spionagesatelliet KH-1. KeyHole-1 was de eerste spionagesatelliet en maakte deel uit van het Amerikaanse Corona-programma.
bron: Wikipedia.

Aardobservatie

In vijftig jaar tijd zijn kunstmanen gemeengoed geworden. Communicatiesatellieten vervoeren radio-, tv-, internet- en telefoonsignalen over de wereld. Kunstmanen als Envisat en Meteosat doen aan aardobservatie met gespecialiseerde instrumenten. Zo helpen satellieten bosbranden opsporen, zien ze tsunami’s over de oceaan trekken en meten ze het gat in de ozonlaag of de hoeveelheid vervuiling in de atmosfeer. Wetenschappers en beleidsmakers kunnen niet meer zonder de informatie van aardobservatie.

Europa’s stikstofdioxide-concentraties. Het Duitse Ruhr-gebied, maar ook Noord-Italië, Nederland en België zijn grote producenten van het gas. bron: Universiteit van Heidelberg
Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Ruimteonderzoek

Satellieten kijken ook weleens weg van de aarde. In de ruimte heb je namelijk geen last van de storende dampkring. Met satellieten als de Hubbletelescoop onderzoeken sterrenkundigen verre sterren en sterrenstelsels. Ze hebben zelfs planeten rond andere sterren gevonden en zien sporen van het begin van het heelal. In de komende twintig jaar worden telescopen gelanceerd die zelfs aardachtige planeten kunnen vinden. Misschien zien ze sporen van continenten, oceanen en plantenleven op die verre bijna-aardes.

Terwijl sterrenkundigen steeds krachtiger telescopen bouwen, reizen ruimtesondes naar de manen, planeten en asteroïden van ons zonnestelsel. Rond Saturnus en zijn manen draait ruimtesonde Cassini rondjes om de exotische landschappen in kaart te brengen. Op Mars rijden de beroemde robots Spirit en Opportunity rond op zoek naar sporen van buitenaards leven. De Amerikaanse Voyager- en Pioneersondes hebben ons zonnestelsel zelfs al bijna verlaten en zijn op weg naar verre sterren.

NASA’s vier Great Observatories zijn ruimtetelescopen die het heelal elk in een andere golflengte van licht bekijken. Het Compton Gamma-Ray Observatory (CGRO) keek naar hoog-energetische gammastraling en werd in 2000 uit zijn baan gehaald. Röntgentelescoop Chandra, de beroemde Hubble Space Telescope (zichtbaar licht) en infraroodtelescoop Spitzer doen nog steeds dienst. De Hubbletelescoop is als enige telescoop in de geschiedenis na zijn lancering voorzien van nieuwe onderdelen. Vier servicemissies repareerden apparatuur en voorzagen Hubble telkens van de modernste camera’s.
bron: NASA.

Kaartlezen met een satelliet

Terug naar de aarde. Om onze planeet draaien op 20.200 kilometer hoogte 30 Amerikaanse GPS-satellieten, waarmee je tot op de meter nauwkeurig kunt bepalen waar je bent. Wandelaars, autorijders en vliegtuigen maken daar gretig gebruik van. In het nieuwe Nederlandse rijexamen wordt gebruik van navigatie-apparatuur zelfs een belangrijk onderdeel!

Om militair gebruik door vijandelijke strijders te blokkeren voegden de VS expres storing toe aan het GPS-signaal. Alleen een militaire code kon die storing wegfilteren. De Selective Availability werd in 2000 uitgeschakeld, maar kan elk moment weer worden aangezet. Ook hebben de VS methodes ontwikkeld om GPS in één regio onbruikbaar te maken terwijl omliggende landen de normale ontvangst hebben. Om te voorkomen dat belangrijke infrastructuur geraakt wordt als zoiets gebeurt werken Rusland en de EU elk aan een eigen GPS-variant. Het Europese Galileo, dat van de baan leek toen industriële partners het budget niet rond kregen, lijkt nu toch door te gaan met directe steun van de Europese lidstaten. Of er extra geld wordt vrijgemaakt of dat er intern met budgetten wordt geschoven is nog onduidelijk.

Het GPS-netwerk.

Mensen in de ruimte

Joeri Gagarin: de eerste mens in de ruimte

Dat de Rus Joeri Gagarin de eer had om als eerste mens de ruimte in te mogen, had hij vooral aan zijn naam te danken. Eigenlijk was een andere kosmonaut voor de vlucht geselecteerd, maar German Titov moest zijn plaats afstaan aan Gagarin. De reden? Zijn naam, German, klonk te Duits.

Gagarin heeft niet lang van zijn faam kunnen genieten. Zeven jaar na zijn legendarische vlucht kreeg hij een ongeluk in een straaljager. Hij werd 34 jaar.

Convert_ru_kosmos080
Wikimedia Commons

Apparaten in de ruimte brengen is één, maar de meest spectaculaire ruimtevaart van de afgelopen eeuw bestond toch uit bemande ruimtevaart. De Rus Joeri Gagarin, op 12 april 1961 de eerste mens in de ruimte, kreeg gezelschap van honderden andere ruimtevaarders, waaronder vier ruimtetoeristen en tweeënhalve Nederlander: Wubbo Ockels, André Kuipers en de tot Amerikaan genaturaliseerde Lodewijk van den Berg. De VS, China en natuurlijk Rusland kunnen zelfstandig mensen lanceren. Twaalf Amerikanen hebben op de maan gewandeld en mensen van allerlei nationaliteiten zijn meegereisd naar de verschillende grotere en kleinere ruimtestations.

Waren het Amerikaanse Skylab en de Russische Salyuts nog stations uit één stuk, het Russische station Mir en het internationale ruimtestation ISS bestaan uit verschillende modules die in de ruimte aan elkaar worden gekoppeld. Daar voeren astronauten experimenten uit die alleen werken zonder zwaartekracht. In de ruimte wonen zorgt ook voor problemen: gewichtsloosheid maakt botten en spieren lui, waaronder het hart. Astronauten hebben na terugkeer dan ook tijd nodig om weer te wennen aan hun gewicht.

Het Russische ruimtestation Salyut 7 bestond uit één module en werd in één keer gelanceerd. Als de voorraden aan boord op waren, werden de Salyuts de atmosfeer en oceaan in geduwd. Het moderne ruimtestation ISS wordt door de internationale gemeenschap in onderdelen gebouwd. De VS, Rusland, Canada en de EU dragen allemaal bij aan het project.
bron: NASA.
Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Ongeluksvluchten

In vijftig jaar ruimtevaart ging ook een hoop mis. Om in een baan om de aarde te komen en te blijven is een minimumsnelheid van 8 km/s nodig. De energie komt natuurlijk uit de vaste of vloeibare brandstof. Per gelanceerde kilo nuttige lading heeft een raket 20 tot 25 kilo aan brandstof nodig. De satelliet of bemanning zit dus bovenop een enorme bom.

Sinds de start van de bemande ruimtevaart zijn 22 astronauten overleden aan boord van hun ruimteschip. Ook onder de grondbemanning vielen slachtoffers wanneer raketten explodeerden. Qua (on)veiligheid doen Rusland en de VS niet voor elkaar onder. In beide ruimtevaartprogramma’s loopt 2% van de lanceringen verkeerd af. Zo overleden drie astronauten aan boord van Apollo 1 (1967), vier aan boord van Soyoez-vluchten 1 en 11 (1967 en 1971), zeven aan boord van het ruimteveer Challenger (1986) en zeven aan boord van ruimteveer Columbia (2003). De Soyoez heeft ruimte voor vier bemanningsleden terwijl er in een space shuttle zeven astronauten passen; daarom eist een shuttle-ramp veel meer levens.

Ook onbemande lanceringen gaan mis. Raketten vliegen in brand, raken van koers of halen hun geplande lanceersnelheid niet. Een lancering is een heftig gebeuren: de lading van een raket wordt minutenlang heen en weer geschud en weegt door de kracht van de brullende motor een paar keer zijn normale gewicht. Goede kans dus dat er iets beschadigd raakt en later problemen veroorzaakt. Dan weigeren antennes uit te vouwen, klappen airbags of zonnepanelen niet uit en blijven remparachutes in hun houder zitten. Hoe dan ook, eenmaal van de grond is de lading nauwelijks meer te redden.

CNN bericht in 2003 over de ramp met ruimteveer Columbia. Dat viel tijdens de terugkeer in de atmosfeer uiteen doordat gloeiendhete lucht via een gat in de hittewerende beschermlaag de vleugel instroomde. Later onderzoek wees uit dat Columbia al tijdens de start was beschadigd door een stuk isolatieschuim dat van de externe brandstoftank viel. NASA zette het shuttleprogramma jaren stil om het probleem op te lossen.
bron: Wikipedia.

Toekomstplannen

Terwijl de EU en Rusland het internationale ruimtestation het liefst gebruiken als vliegend laboratorium, zien de VS het juist als leeromgeving voor verdere ruimtereizen. Na een paar jaar trekt NASA haar steun . Daarna is het NASA-budget nodig voor reizen naar en bases op de Maan en op Mars. Over het nut daarvan lopen de meningen uiteen. Aan de ene kant zijn mensen flexibel en creatief en kunnen ze problemen oplossen waar een robot nooit uitkomt. Tegelijkertijd is het duur om mensen te lanceren, veilig te vervoeren en terug te brengen naar de aarde. Kan één mens beter onderzoek doen dan tien goedkope robotmissies? Feit is dat mensen in de ruimte veel betere PR zijn dan een gevoelloze robotsonde.

Artistieke weergave van een bemande basis op Mars.
John J. Olson / NASA.

Afval in de ruimte

Mensen in de ruimte – het biedt kansen, maar zeker ook problemen. Per lancering brengen we namelijk niet alleen satellieten, ruimteschepen, telescopen of sondes omhoog, maar ook tientallen stukken afval. Het gaat om losgeslagen isolatiemateriaal, brokstukken van een raket of complete onderdelen, gereedschap dat tijdens een ruimtewandeling wegdreef en nog veel meer. Voorwerpen in een omloopbaan rond de aarde bewegen snel, en zelfs een klein stukje ruimtepuin kan flinke schade aanrichten. Volgens ESA zwerven honderdduizenden brokjes afval rond de aarde. Een deel daarvan valt uiteindelijk terug op aarde en verbrandt door wrijving met de atmosfeer. Grote brokstukken worden met radarinstallaties gevolgd zodat satellieten en ruimtestations ze kunnen ontwijken.

Ruimtepuin (space debris) rond de aarde vormt een steeds groter gevaar voor satellieten en bemande ruimtevaart.
bron: ESA.

Toerisme

De ruimte is niet alleen voor wetenschap, bedrijven en militairen; ook recreatieve gebruikers hebben het heelal ontdekt. Private ondernemingen bieden tripjes tot 100 km. hoogte aan, net buiten de dampkring. Vier miljonairs maakten zelfs al vluchten naar de verschillende ruimtestations. In ruil voor een verward evenwichtsgevoel krijgen ruimtereizigers de kans om vanuit een omloopbaan naar de aarde te kijken. In de woorden van Gagarin, de eerste mens in de ruimte: ‘Ik had wel voor eeuwig door de ruimte kunnen vliegen’.

Anousheh Ansari, de vierde ruimtetoeriste, aan boord van het ruimtestation ISS.
bron: ESA.

Lees meer over ruimtevaart op Kennislink: