Kunstmaan

Bioscoopjournaal uit 1957 over de Spoetnik 1 eerste satelliet, met uitleg over kunstmanen.

Een kunstmaan is een door mensen gemaakte, al dan niet bemande satelliet (object in een baan om een hemellichaam). Natuurlijke manen zijn meestal objecten met de structuur van een kleine planeet of planetoïde die door de zwaartekracht van de planeet in hun baan worden gehouden.

Historie en heden

De eerste satelliet die in een baan om de aarde werd gebracht, is de Spoetnik 1 van de Sovjet-Unie op 4 oktober 1957. Veelal wordt deze datum gezien als het begin van het ruimtevaarttijdperk. De eerste Amerikaanse satelliet die in een baan om de aarde geplaatst werd, was de Explorer 1, gelanceerd op 1 februari 1958. De eerste in Nederland gebouwde satelliet, genaamd Astronomische Nederlandse Satelliet, werd op 30 augustus 1974 gelanceerd.^[1] De eerste Belgische satelliet Proba I werd op 22 oktober 2001 gelanceerd.

De eerste satelliet in een baan rond Mars was de Amerikaanse Mariner 9 op 13 november 1971, slechts enkele weken later gevolgd door de Mars 2 en de Mars 3 (27 november en 2 december 1971) van de Sovjet-Unie.

Sinds het begin van de ruimtevaart hebben meer dan 4900 satellietlanceringen plaatsgevonden, die ongeveer 6600 satellieten in een baan om de aarde hebben gebracht. Daarvan cirkelen nu nog 3600 om de aarde.^[2] Van deze satellieten verkeren in 2014 ruim 1200 in operationele toestand.^[3]

Satellieten zijn de afgelopen jaren steeds belangrijker geworden. Ze maken het gemakkelijker om te navigeren, het verkeer in goede banen te leiden en klimaatverandering en natuurrampen in de gaten te houden. Maar ze helpen ook de NAVO om Russische troepen te volgen en omgekeerd.

Classificatie

Satellieten worden onder meer geclassificeerd naar het centrale hemellichaam. Voor de meeste door mensen gemaakte satellieten is dit de Aarde. Satellieten kunnen nader worden geclassificeerd naar hun baan.

Een andere indeling is bemand of onbemand. De meeste kunstmanen zijn onbemand. Het internationaal ruimtestation ISS is permanent bemand, met bemanningen die regelmatig worden afgewisseld.

Afhankelijk van de toepassing kunnen satellieten als volgt worden geclassificeerd:

Communicatiesatelliet: verzorging van telefoon, radio, televisie, internet over lange afstanden zoals Artemis
Navigatiesatelliet: voor plaatsbepaling op aarde met bijvoorbeeld GPS of Galileo
Observatiesatelliet: observatie van bijvoorbeeld milieuverontreiniging, maken van landkaarten en observeren van het heelal, bijvoorbeeld Envisat of ANS
- Een speciaal type observatiesatelliet is de spionagesatelliet, eigendom van overheden en met een hoge grondresolutie, gebruikt voor militaire toepassingen, bv. Corona.
Onderzoekssatelliet: voor wetenschappelijk onderzoek bijvoorbeeld naar gewichtloosheid, Sloshsat-FLEVO.
Weersatelliet: observatie van de toestand van de atmosfeer ten behoeve van weersverwachtingen en klimaatonderzoek, bijvoorbeeld Meteosat.

Daarnaast zijn er nog ongewenste van mensen afkomstige satellieten: ruimteschroot.

Satellieten worden ook geclassificeerd naar massa (inclusief brandstof):

Satelliet vanaf 500 kg, waaronder ruimtestations en andere bemande satellieten
Minisatelliet of gewoon "kleine satelliet": 100 tot 500 kg
Microsatelliet: 10 tot 100 kg; ook de eerste kunstmaan, de Spoetnik 1, valt hieronder
Nanosatelliet: 1 tot 10 kg; ook de eerste Amerikaanse kunstmaan, de Vanguard 1, valt hieronder
Picosatelliet: 100 g tot 1 kg
Femtosatelliet: 10 tot 100 g - bevinden zich in de testfase

CubeSats zijn zeer kleine satellieten met een gestandaardiseerd formaat. Ze bestaan uit een of meer kubusvormige units met ribben van tien centimeter en passen daardoor in een gestandaardiseerde cubesat-adapter.

Een of meer (zeer) kleine satellieten worden soms aanvullend, met dezelfde draagraket, gelanceerd bij de lancering van een gewone satelliet (meeliften, piggyback ride), zie bijvoorbeeld de eerste lancering van de Antares-raket. Een verdere ontwikkeling is 'raket LauncherOne' die eerst met de White Knight Two op 15 km hoogte wordt gebracht en vandaar gelanceerd wordt (zie ook hieronder). Afhankelijk van de baan waarin een satelliet moet worden gebracht, kan deze een satelliet van 100 tot 250 kg lanceren.^[4] Ook in ontwikkeling is de Vector R, een kleine raket die vanaf de grond een satelliet tot 50 kg kan meenemen met een relatief korte voorbereidingstijd^[5].

Lancering

De traditionele manier om een satelliet in een baan om de aarde te brengen is door middel van een draagraket, zoals de Europese Ariane-raket. Afhankelijk van de voortstuwingskracht van de raket en van het gewicht van de satellieten, kunnen soms meerdere satellieten tegelijk gelanceerd worden. Na de lancering komt een satelliet meestal in een tijdelijke overgangsbaan, om daarna door de eigen motor naar de gewenste definitieve baan te worden gestuwd.

Een andere manier om satellieten in de ruimte te brengen, is ze aan boord van een ruimteveer mee te nemen en in de ruimte uit te zetten, zoals met de Hubble-ruimtetelescoop is gebeurd.

Een raket kan ook gelanceerd worden vanaf een vliegtuig, dat de raket tot op een grote hoogte (ongeveer 12 kilometer) brengt en daar lanceert. Dit heeft als voordeel dat de raket zelf kleiner, en dus goedkoper, kan zijn, doordat ze slechts een deel van de zwaartekracht van de aarde moet overwinnen en dat vanaf veel meer plaatsen (boven zee) in alle richtingen kan worden gelanceerd en de juiste baan met minder stuurmanoeuvres is te bereiken. De commerciële ruimtevaartfirma Orbital voert dergelijke lanceringen uit met de Pegasus-raket die vanaf een Lockheed L-1011 TriStar wordt gelanceerd.

Plaatsing

Een satelliet kan in een geostationaire of niet geostationaire baan om de aarde worden gebracht. Een geostationair geplaatste satelliet "hangt" op een hoogte van ongeveer 36.000 km op een vast punt boven de evenaar. Op die hoogte is de omlooptijd van de satelliet namelijk exact gelijk aan de rotatiesnelheid van de aarde om haar eigen as (ongeveer 24 uur). Het idee van geostationaire kunstmanen werd oorspronkelijk door de sciencefictionschrijver Arthur C. Clarke geopperd. Geostationaire satellieten zijn bij uitstek geschikt voor observatie en telefoon- en andere communicatieverbindingen, omdat antennes op aarde naar een vast punt gericht kunnen blijven. Wel is door de hoogte de vertraging in de communicatie iets groter (ongeveer 0,25 seconde) dan voor een satelliet in een lagere baan, wat bij een telefoongesprek merkbaar is. Daar staat weer tegenover dat de satelliet vanaf een groot deel van de aarde, bijna de helft, zichtbaar is. Slechts een deel van de satellieten bevindt zich echter in een geostationaire baan, de meeste cirkelen rond op een hoogte van slechts enkele honderden kilometers.^[6]

Een niet-geostationair geplaatste satelliet beweegt met een bepaalde snelheid ten opzichte van het aardoppervlak. Dit komt doordat de hoeksnelheid van de kunstmaan groter (op lage hoogte) of kleiner (op grote hoogte) is dan de hoeksnelheid van de aardrotatie. Voor elke cirkelbeweging van een kunstmaan dient de middelpuntzoekende kracht gelijk te zijn aan de zwaartekracht. Naarmate de baan hoger is, is de zwaartekracht lager. Als gevolg daarvan is in hogere banen de baansnelheid lager.

Satellietbanen kunnen cirkelvormig of elliptisch zijn, met de aarde in een brandpunt van de ellips. In een cirkelvormige baan blijft de satelliet altijd even hoog boven het aardoppervlak; een ellipsvormige baan wordt gekenmerkt door de kleinste hoogte (het perigeum) en de grootste hoogte (het apogeum). De omlooptijd van de satelliet is de tijd nodig om één volledige baan uit te voeren. Hoe hoger de satelliet zich boven het aardoppervlak bevindt, hoe langer de omlooptijd is.

Daarnaast wordt een satellietbaan gekenmerkt door de inclinatie, dat wil zeggen, de hoek ervan met de evenaar. Een polaire baan staat loodrecht op de evenaar (inclinatie 90°) en loopt dus over de twee polen; dit heeft als voordeel, dat de satelliet het volledige aardoppervlak kan overvliegen en observeren. Dit is onder meer het geval voor de commerciële satelliet IKONOS die gedetailleerde beelden van elk deel van de aarde kan maken. Geostationaire satellieten hebben een inclinatie van 0° (ze blijven boven de evenaar).

De baan van een satelliet is bijna altijd in dezelfde richting als de rotatie van de aarde, dus van west naar oost. Voor geostationaire satellieten spreekt dat vanzelf, maar ook andere satellieten bewegen in die richting. De kosten van de lancering zijn dan namelijk lager doordat de satelliet bij de start al een duwtje van de aarde meekrijgt. Om dezelfde reden is ook een eventuele landing voordeliger.

Ongevallen

Op dinsdag 10 februari 2009 botsten op 780 kilometer hoogte boven Siberië een Russische communicatiesatelliet (Cosmos 2251 (93-036A)) en een Amerikaanse communicatiesatelliet (Iridium 33 (97-051C)) op elkaar. Beide satellieten vielen in brokstukken uiteen en verbrandden in de dampkring. Het ISS-ruimtestation, dat in een lagere baan om de aarde draait, heeft geen last van de brokstukken gehad.

Ruimteschroot

Satellieten die buitenwerking zijn gesteld, bleven in het verleden vaak in hun baan. Daardoor zweeft er veel afval in de ruimte met als gevolg het risico op botsingen. Tegenwoordig is men zich bewust van de problemen die hierdoor veroorzaakt worden. Veel satellieten worden daarom zo gebouwd dat ze kunnen terugkeren in de dampkring en bij terugkeer in de dampkring volledig verbranden zodat brokstukken de grond niet kunnen raken. Als terugkeer niet mogelijk is, kunnen satellieten met hun laatste brandstof naar een hogere, verder onbruikbare baan (graveyard orbit) worden gestuurd, waar het risico op een botsing met een werkende satelliet klein is. Er zijn ook plannen voor (onbemande) ruimtevoertuigen die oud ruimteschroot terug in de dampkring duwen^[7]. Ook de bovenste rakettrappen keren tegenwoordig meestal terug in de dampkring.

Zie ook

Externe links

Bronnen, noten en/of referenties

Zie de categorie Satellites van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.

[1] ttps://web.archive.org/web/20071210195352/http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/spacecraftOrbit.do?id=1974-070A

[2] ttps://www.esa.int/Our_Activities/Operations/Space_Debris/About_space_debris

[3] ttps://www.ucsusa.org/nuclear_weapons_and_global_security/solutions/space-weapons/ucs-satellite-database.html

[4] ttps://web.archive.org/web/20130814160359/http://www.virgingalactic.com/launcherone

[5] van website van Vector Space Systems

[6] Fraser Cain, How Many Satellites are in Space?, Universe Today, 24 oktober 2013. Gearchiveerd op 25 maart 2023.

[7] Space Junk Solution? Japan Would Use a Tether to Nab Debris & Destroy It. Gearchiveerd op 29 juni 2023.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]