ruimtevaart

Verken het zonnestelsel vanuit je huiskamer

De NASA heeft gratis software beschikbaar gesteld waarin mensen zelf het zonnestelsel kunnen verkennen vanachter de eigen computer. Bekijk de planeten met hun manen,  volg de banen van onderzoekssatalieten en maak een zonsopgang op het ISS mee. Op solarsystem.nasa.gov/eyes is het programma te downloaden. Hieronder geeft Jon Nguyen een demonstratie van wat je allemaal met het programma kunt.

Want to navigate the solar system without having to buy that expensive spacecraft? Jon Nguyen demos NASAJPL’s “Eyes on the Solar System” — free-to-use software for exploring the planets, moons, asteroids, and spacecraft that rotate around our sun in real-time.(Filmed at TEDxSanDiego.)


Meer informtie:
-) www.nasa.gov
-) www.esa.int

 

Zo moet het eerste dorp op Mars er in 2025 uitzien. Bron: Mars One

Mars One: eerste mensen op Mars in 2023?

Mars One, de opvolger van de Nederlandse tak van The Mars Society, heeft gewerkt aan een plan om de eerste mensen op Mars te zetten. Anders dan in de meeste andere voorstellen, zullen de Marsreizigers nooit terugkeren op aarde. Toch is er aan vrijwilligers geen gebrek. En zelfs de doorgaans zeer sceptische Nobelprijswinnaar Gerardus ’t Hooft is om…

Zo moet het eerste dorp op Mars er in 2025 uitzien. Bron: Mars One
Zo moet het eerste dorp op Mars er in 2025 uitzien. Bron: Mars One

De volgende grote stap voor de mensheid
We schrijven 2023. In het decennium daarvoor zijn al meer  capsules op de dorre vlakten van Mars geland: één met een Marsrover aan boord, die een geschikte vestigingsplaats moest zoeken en vluchten die de eerste voorraden en robots afleveren. In de jaren daarna slepen de rovers de landingsvaartuigen naar de juiste plek. Sommige capsules fabriceren een adembare atmosfeer en winnen water uit het Martiaanse ijs diep onder de grond. Dan is het grote moment aangebroken. Vanaf de stoffige bodem van Mars zijn de vlammen van de landingsraketten van een nieuwe ruimtecapsule van buurplaneet Aarde door de ijle, witte kooldioxide-atmosfeer zichtbaar. Miljarden televsiekijkers kijken, met enkele minuten vertraging, toe hoe de eerste vier mensen, onwennig om zich heen kijkend, uit de capsule klauteren en historie schrijven.

Twee jaar later zullen de volgende vier hen gezelschap gaan houden en, live gevolgd door een miljoenenpubliek, met de eerste ploeg werken aan de eerste levensvatbare menselijke nederzetting op een buitenaards hemellichaam.

Hoe werkt het concept?
In grote lijnen wordt in het Mars One concept de eerste menselijke reis naar een andere planeet, samengevoegd met de eerste buitenaardse menselijke nederzetting. Dit is namelijk niet veel moeilijker (in veel opzichten zelfs gemakkelijker) dan een groep astronauten op Mars te laten landen en weer terug te laten keren op aarde. Lege, aan elkaar gekoppelde landingscapsules doen dienst als leefbare en stralingsdichte verblijven. Ook hoeven geen brandstof en voorraden voor de terugreis te worden meegesleept.

Ruimtereizen behoren, na banken “redden” en oorlogen voeren, tot de kostbaarste ondernemingen die we kennen. Alles is er dan ook op gericht de kosten te drukken waar dat kan (maar dan ook alleen daar). De initiatiefnemers zijn er zo in geslaagd, de kostprijs van deze expeditie beperkt te houden tot zes miljard Amerikaanse dollar (prijspeil mei 2012; ongeveer vijf miljard euro). Vergeleken met de oorlogen in Irak en Afghanistan ($ 1500 miljard), het ESM (€ 700 miljard) of zelfs maar, om even dicht bij huis te blijven, de redding van ABN Amro (€ 14 miljard), of het jaarlijkse budget voor defensie of ontwikkelingssamenwerking (ook elk € 5 mld, jaarlijks)  is dit niet erg veel.
Met dit doel vroegen de initiatiefnemers in het diepste geheim offertes op bij grote ruimtevaartbedrijven, waaronder Space X van Elon Musk, en vonden voor elk onderdeel van hun concept leveranciers.

Duurste realityshow ooit
Het plan moet budgetneutraal worden, door de uitzendrechten voor dit live event aan televisiestations te verkopen. Ook zullen betalende abonnees live streams kunnen ontvangen van elk moment tijdens het proces. Overal zullen camera’s worden gemonteerd die via een communicatiesatelliet in een baan om Mars betalende abonnees op de hoogte zullen houden. Een aantal ambasssadeurs, waaronder ’t Hooft en Paul Römer, de man achter de Big Brother shows, zal het team hierbij assisteren. Of het zal lukken? De Amerikaanse TV-gigant NBC betaalde 3,5 miljard voor de uitzendrechten van vijf Olympische Spelen, alleen binnen de Verenigde Staten. Haalbaar is het dus op zich wel, al zal het er om spannen. Ook valt het hele plan in het water als bijvoorbeeld China de initiatiefnemers te snel af is. Maar dan nog. Welke echte visionair laat zich door dit soort bezwaren weerhouden?

Lees ook
Enkele reis Mars
Mars, de volgende stap voor de mensheid?

Bron
Mars One

Video: Peter Diamandis – The best way to predict the future

Peter Diamandis is een echte visionair. Hij richte de singularity university op en heeft een grote passie om de mensheid de sterren te laten bereiken. Daarbij is het een enthousiast en inspirerend spreker. Hier een lezing van hem over hoe we het beste de toekomst kunnen voorspellen. Namelijk door hem zelf vorm te geven.

 

Eerdere artikelen:
-) De volgende grote stap voor de mensheid
-) Overvloed is onze toekomst
-) Overvloed voor iedereen 

Het wordt nooit wat met reizen naar de sterren zonder goede raketmotor. Goed nieuws: de motor hebben we nu, nu de brandstof nog...

Antimaterie-aandrijving met huidige techniek te bouwen

Eigenlijk is er op dit moment maar één echt realistische optie om de sterren te bereiken: antimaterie. Antimaterie produceren is nog steeds extreem moeilijk, maar er is nu wel een motorontwerp waarmee snelheden tot zeventig procent van de lichtsnelheid zijn te bereiken. Dus als een uitvinder een efficiënte methode bedenkt om antimaterie te maken en er ook nog even een overvloedige energiebron bij bedenkt, kunnen we op weg…

Het wordt nooit wat met reizen naar de sterren zonder goede raketmotor. Goed nieuws: de motor hebben we nu, nu de brandstof nog...
Het wordt nooit wat met reizen naar de sterren zonder goede raketmotor. Goed nieuws: de motor hebben we nu, nu de brandstof nog... (bron/(c): startrek.com)

Ideale raketbrandstof
Antimaterie is volledig in energie om te zetten, door deze met dezelfde hoeveelheid materie samen te voegen. Een gram antimaterie levert hiermee 25 miljoen kilowattuur op, voldoende energie om in een elektrische auto naar de zon te rijden en weer terug (of, wellicht praktischer, met een ruwweg vergelijkbare auto 6000 maal de wereld rond).

Geen wonder dat ruimtevaartvisionairen serieus aandacht besteden aan  antimaterie als aandrijving. Antimaterie is de enige bekende brandstof waarmee snelheden in de buurt van de lichtsnelheid zijn te bereiken. Helaas (of gelukkig, want antimaterie is een uitermate explosief goedje), is antimaterie schaars en wordt met atomen tegelijk gemaakt. In een gram waterstof zitten alleen al 3,1 * 10^23 atomen, dus alle sterren in het heelal zijn allang tot doffe sintels afgekoeld tegen de tijd dat je op die manier genoeg antimaterie hebt gemaakt voor een reis naar de sterren.

Eindelijk een goede motor
Maar toch, sommige natuurkundigen (doorgaans grote science fiction fans), laten zich daardoor niet weerhouden. Want stel, we vinden wel een overvloedige antimateriebron uit.  Ronan Keane van Western Reserve Academy en Wei-Ming Zhang van Kent State University, beide in de Amerikaanse staat Ohio, hebben dan alvast een bruikbare antimaterie-motor op de plank liggen.

De maximumsnelheid van een raket hangt af van de snelheid waarmee het gas of andere deeltjes uit worden gestoten, het deel van de raketmassa dat wordt besteed aan brandstof  en de strategie waarmee de brandstof wordt opgestookt. Het tweetal besloot zich toe te leggen op het maximaliseren van de uitstroomsnelheid. Immers: we kennen niet de overwegingen van raketbouwers in de (verre) toekomst, aldus het tweetal. Wel weten we dat een hoge uitstroomsnelheid in elke raket handig is. In dit geval: de uitstroomsnelheid van de deeltjes die ontstaan bij de vernietiging van materie en antimaterie.

Deze impuls wordt voornamelijk opgewekt door het gebruik van een magnetisch veld dat geladen deeltjes afbuigt in de annihilatie. Dit tweetal richt zich op de wederzijdse vernietiging van protonen en antiprotonen waarbij geladen pionen (instabiele quarkparen) ontstaan. Hoe efficiënter het magneetveld alle impuls de juiste richting op kan sturen, hoe efficiënter de aantimaterieaandrijving. In deze opzet hangt de uitlaatsnelheid van de pionen af van twee factoren: hun gemiddelde beginsnelheid als ze ontstaan en de efficiëntie van de magnetische sproeikop.

Motor efficiënt en binnen bereik
In het verleden berekenden diverse natuurkundigen dat de pionen met 90%  van de lichtsnelheid zouden reizen maar dat de sproeikop slechts 36% efficiënt zou zijn: met elkaar vermenigvuldigd, rond de 0,32 c. Teleurstellend langzaam.  In het nieuwe ontwerp van Keane en Zhang, waarbij ze gebruik maakten van de   GEANT4 (short for Geometry and Tracking 4) software die het CERN gebruikt om het gedrag van botsende bundels protonen en antiprotonen te berekenen, blijkt echter zowel goed als slecht nieuws. Slecht nieuws is dat de pionen die op deze manier worden geproduceerd, geen 90% maar slechts 80% van de lichtsnelheid bereiken. Het goede nieuws is dat uit de simulaties blijkt dat een magnetische sproeikop veel efficiënter kan zijn dan tot nu toe gedacht: tot de 85% efficiënt. Samen betekent dit dat tot maar liefst 70% van de lichtsnelheid bereikt kan worden. Althans in theorie. Bij 0,7 c vertraagt de tijd merkbaar.

Ander goed nieuws is dat hiervoor niet eens een extreem sterk magnetisch veld nodig is. 12 Tesla is een veldsterkte die nu al in MRI-scanners en in het CERN wordt gebruikt. Kortom: we kunnen nu al een dergelijke antimateriemotor bouwen.

Nu de brandstof nog….
Volgens sommige schattingen duurt het ongeveer duizend jaar om met een installatie als van het CERN een miljoenste gram antimaterie te maken. Daarmee kom je uiteraard niet erg ver. Keane en Zhang hebben hiervoor een oplossing: het oogsten van antiprotonen uit een dunne ring antimaterierijk materiaal die de aarde omringt. PAMELA, de satelliet die de metingen deed, oogstte echter slechts 28 antiprotonen in twee jaar. Het CERN produceert er  meer per dag. Het is vermoedelijk slimmer om met een enorm magnetisch schepveld bundels antimaterie uit de kosmische straling te oogsten of, nog beter, deze met behulp van zonne-energie te produceren. De zon zet per seconde bijna duizend ton massa om in energie. Deze energie is weer in materie om te zetten. Als je de gehele zon zou aftappen, zou je in ongeveer een seconde de antimaterie kunnen produceren voor een ruimtereis. Dus wie weet,komt het nog eens zover…

Bron:
Beamed Core Antimatter Propulsion: Engine Design and Optimisation, Arxiv.org, 2012

Video: we stopped dreaming

Astronoom en wetenschapspopularisator Neal DeGrasse Tyson haalt in deze video (plm 5 minuten) geheel terecht fors uit naar de bezuinigingen op ruimtevaartonderzoek door het regime-Obama. Steeds meer mensen vragen zich verbijsterd af waarom er meer dan veertig jaar geleden met primitieve technologie er wel astronauten op de maan konden rondlopen, maar anno nu onze grootste bemande ruimtevaartprestatie een benauwd koekblik is dat op zo’n driehonderd kilometer boven het aardoppervlak ronddraait.

In deze clip maakt Tyson duidelijk dat als de Amerikanen slechts 1% van hun belastinggeld aan ruimtevaart zouden uitgeven, ze nu al op Mars hadden gestaan en een enorme toevloed van energie en mineralen uit de asteroïdengordel de armoede op aarde iets van het verleden had gemaakt. Ook zou een hele generatie van techneuten worden geïnspireerd tot een carrière vol baanbrekend onderzoek en ontwikkeling, in plaats van de zoveelste groep zakkenvullers bij het bankenkartel of andere “onmisbare” instellingen te worden.

Kortom: de kolonisatie van de ruimte is te belangrijk om het aan de overheid over te laten. Gelukkig hebben visionaire techneuten als Larry Page van Google en voor hem Elon Musk van Paypal nu verschillende initiatieven opgezet om dat te doen waar de overheid het af laat weten. Zou de mens over tien jaar op Mars rondlopen? Het wordt tijd.

Zwermen robots stripminen een planetoïde. Bron: Planetary Resources

‘Asteroïdenmijnbouw begint nu echt’

Planetary Resources, een samenwerkingsverband van enkele visionaire internetmiljonairs, heeft dinsdag 24 april 2012 een persconferentie gegeven. Het is nu officieel: de jacht op de kostbare delfstoffen in near earth asteroïden is begonnen.

Een waterrijke planetoïde staat op het punt ingevangen en in raketbrandstof omgezet te worden. Bron: Planetary Resources.
Een waterrijke planetoïde staat op het punt ingevangen en in raketbrandstof omgezet te worden. Bron: Planetary Resources.

Planetoïdenmijnbouw
Door het zonnestelsel zwerven behalve acht planeten, enkele tientallen manen en dwergplaneten, ook talloze brokken ruimtepuin. Deze variëren van honderden kilometers doorsnede tot de grootte van een stofje. Het grote voordeel van mijnbouw op planetoïden, een betere term dan asteroïden, boven mijnbouw op een maan of planeet is het gebrek aan zwaartekracht. Ook bestaan veel planetoïden vrijwel geheel uit metaal of uit waterijs, waardoor niet met veel pijn en moeite metalen gewonnen hoeven te worden of raketbrandstof naar boven gesleept hoeft te worden. Ze liggen letterlijk voor het opscheppen. Met zonne-energie is water te splitsen in waterstof en zuurstof, in combinatie een bekende en veel gebruikte raketbrandstof.

Near earth asteroids
De meeste planetoïden bevinden zich in de planetoïdengordel tussen Mars en Jupiter. Er zijn echter ook enkele duizenden zogeheten near earth asteroids, planetoïden die de omloopbaan van de aarde kruisen. Deze brokken ijs, metaal of gesteente veroorzaken periodiek een grote uitsterving op aarde. De bekendste is de inslag die de dino’s uitroeide. Aan de andere kant zijn ze vanaf aarde met veel minder snelheidsverandering (delta v), dus veel minder raketbrandstof,  te bereiken dan de verre planetoïdengordel of de nog verder gelegen Trojanen van Jupiter. Er zijn ongeveer 1500 near earth asteroids die gemakkelijker bereikbaar zijn dan de maan. Naar schatting behoort tien procent van alle planetoïden tot de metaalrijke M-klasse. Een nog groter deel is rijk aan ijs of koolwaterstoffen.

Zwermen robots stripminen een planetoïde. Bron: Planetary Resources
Zwermen robots stripminen een planetoïde. Bron: Planetary Resources

Planetary Resources begint met mijnbouw
Ruimte-expedities zijn letterlijk astronomisch duur. Zelfs een zeer efficiënt werkende organisatie als het Indiase ISRO moet tientallen miljoenen euro uittrekken voor een eenvoudige Marsverkenner. Een aantal visionaire miljardairs, waaronder Larry Page, K. Ram Shriram en Eric Schmidt van Google en Ross Perot Jr, de zoon van een voormalige onafhankelijke Amerikaanse presidentskandidaat, hebben daarom de handen ineen geslagen en een asteroïdemijnbouwbedrijf opgericht: Planetary Resources Inc.

Vrijwel onbeperkte grondstofvoorraden
Dinsdag 24 april 2012 was de eerste persconferentie, waarop Peter Diamandis, die al eerder een TED-lezing hield over asteroïdenmijnbouw, de plannen in hoofdlijnen ontvouwde. Eén enkele 500 meter doorsnede platina-rijke planetoïde bevat het equivalent van alle platina-achtige metalen die in de gehele menselijke geschiedenis uit de grond gehaald zijn.  Die metalen zijn er op aarde ook wel, maar dan duizenden kilometers diep: in de aardkern. “Veel van de schaarse metalen en mineralen op aarde zijn in bijna oneindige hoeveelheden aanwezig in de ruimte. Als de toegang tot deze metalen makkelijker wordt, zullen niet alleen de vele producten waar ze in worden verwerkt, variërend van micro-electronica tot energieopslag veel goedkoper worden. Ook zullen nieuwe en belangrijke toepassingen voor deze dan overvloedig aanwezige elementen ontwikkeld worden,” aldus Peter H. Diamandis, mede-oprichter van Planetary Resources Incorporated.

Stap 1. Een vloot kleine ruimtetelescopen gaat op zoek naar veelbelovende asteroïden. Bron: Planetary Resources
Stap 1. Een vloot kleine ruimtetelescopen gaat op zoek naar veelbelovende asteroïden. Bron: Planetary Resources

Strategie
Planetary Resources wil als eerste stap een vloot massageproduceerde (dus goedkope) Argyll LEO-ruimtetelescopen lanceren, die op zoek gaan naar nieuwe near earth asteroids (er werden in 2011 zo’n 1000 per jaar ontdekt, op een totaal van 9000) en van bestaande de samenstelling proberen te achterhalen. Vooral waterrijke en metaalrijke planetoïden zijn interessant voor respectievelijk het winnen van raketbrandstof en de extreem zeldzame en kostbare metalen van de platinagroep (ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium en platina zelf).

In de tweede fase zullen grote hoeveelheden robot-verkenningsvoertuigen, die door Planetary Resources voor minder dan tien procent van de kosten van NASA in massa geproduceerd worden, de veelbelovendste asteroïden bezoeken en de grondstoffen gaan winnen.

Voorlopig zullen de hoofdinkomsten uit het verkopen van raketbrandstof bestaan. Ruimtevaartuigen van Planetary Resources kunnen deze afleveren op Low Earth Orbit of een ander parkeerbaan. Zo wordt het veel makkelijker om een expeditie naar de maan, Mars of de planetoïdengordel, waar vele duizenden malen meer grondstoffen te halen zijn maar de delta v, de vereiste versnelling en dus hoeveelheid raketbrandstof, veel groter is, te bevoorraden.

De eerste missies beginnen 18 tot 24 maanden na deze aankondiging, einde 2013-begin 2014 dus.

Bron
Planetary Resources

Video: hoe land je op Mars?

Van alle ruimtevaartorganisaties is NASA er tot nu toe het beste in geslaagd om instrumenten heelhuids op Mars te laten landen. In deze korte NASA-video worden niet alle keukengeheimen van het landen op Mars uit de doeken gedaan, maar er zitten toch een aantal interessante elementen in.

Het landen op Mars is extra lastig omdat de planeet over een dunne atmosfeer beschikt. Zonder atmosfeer kunnen ruimtevaartuigen de eenvoudige Newtoniaanse fysica van de middelbare school gebruiken. Daarom was de maanlanding technisch gezien ook niet moeilijk. In een dichte, aardachtige atmosfeer kunnen ruimtevaartuigen langzaam afremmen en landen, zoals op aarde (waar al heel wat technische ontwerpervaring mee is, onder andere dankzij de Space Shuttle). Een dunne atmosfeer zoals die op Mars, 1% van die van de aarde, levert darentegen veel technische uitdagingen op.

De Solar Power Satellite SPS-Alpha.

Vloot goedkope zonnesatellieten voorziet aarde van stroom

In de ruimte schijnt altijd de zon en is er geen belemmerende atmosfeer. Zonnecentrales in de ruimte zouden de energieproblemen op aarde kunnen oplossen, maar zijn peperduur. Is de SPS-ALPhA van NASA de oplossing?

John Mankins ontwikkelde in opdracht van NASA een nieuw type solar-power satelliet. Volgens Mankins kunnen zijn satellieten overal op aarde waar een tekort is, energie leveren. Mankins leidde ook het eerste NASA-team dat in de jaren negentig de mogelijkheden voor orbitale zonne-energiecentrales onderzocht.

De zogeheten SPS-ALPHA (Solar Power Satellite via Arbitrarily Large PHased Array) is volgens Mankins het eerste praktische zonnesatellietconcept, dat een nieuwe biomimetische (door biologische organismen geïnspireerde) benadering hanteert. In de visiei van mankins komen er enorme platforms die elk uit tienduizenden kleinere elementen bestaan. Deze elementen kunnen volgens Mankins draadloos overal ter wereld, of aan ruimtemissies,  tientallen tot duizenden megawatts afleveren.

De Solar Power Satellite SPS-Alpha.
De Solar Power Satellite SPS-Alpha.

SPS-ALPHA gebruikt een groot rooster van individueel bestuurdare dune-film spiegels, die op de gebogen oppervlakte van de satelliet zijn aangebracht. Deze beweegbare spiegels onderscheppen en richten binnenkomend zonlicht richting zonnecellen die aan de achterzijde van de satelliet zijn aangebracht (de binnenkant van de punt van de trechter op de afbeelding).

De satelliet stuurt met behulp van microgolfzenders een coherente, laag-intensieve bundel radiogolven naar ontvangstations op aarde.

Verder maakt het SPS-ALPhA concept een zonnesatelliet mogelijk die in zijn geheel uit individuele systeemelementen bestaat. Samen wegen deze niet meer dan 50 tot 200 kg. Dit betekent dat de satellieten in fabrieken in massaproductie van de lopende band kunnen rollen, wat ze uiteraard veel  goedkoper maakt dan bestaande, handgemaakte, satellieten. Ook hier geldt echter dat de lanceerkosten, zowel in geld als in energie uitgedrukt, astronomisch blijven – afhankelijk van het gewicht tussen de 50 000 en 200 000 euro, resp. 2-8 gigajoule (500-2000 kWh, bij een elektromagnetische katapult). Dit – en soortgelijke – ideeën staan of vallen dus met een goedkope methode om vracht te lanceren. Ook ben je er nog niet met de satellieten, er zullen ook de nodige ontvangers op aarde moeten worden gebouwd.

Bron
Solar Power Beaming Satellite, space.com (2012)

Video: Elon Musks plannen om ruimtevaart goedkoper te maken

Ruimtevaartvisionairen overal ter wereld verbijten zich al tientallen jaren over het feit, dat het tijdperk van de bemande ruimtevaart veertig jaar geleden om zeep geholpen is (vergeet even dat zielige ISS-koekblik op 150 km hoogte), met dank aan de babyboomers.

Eén van hen is de veertiger miljardair Elon Musk, de oprichter van Paypal. Musk’s levenslange passie is de mens naar Mars brengen. In tegenstelling tot bij NASA kunnen overheidsbureaucraten zijn plannen niet tegenhouden, omdat hij alles van zijn eigen geld bekostigt.
In deze video van CBS, door een gewaardeerde Youtube gebruiker ook beschikbaar gesteld voor niet-Amerikanen, maken we kennis met de visionaire plannen van Musk.

Hopelijk maakt hij zijn plannen waar en zet de mensheid snel die al veel te late volgende grote stap.