ruimtevaart

Peregrines soliton. Solitonen zijn eenzame golven die ver kunnen reizen zonder uit elkaar te vallen.

Licht als bouwmateriaal

Licht gebruiken als bouwmateriaal? Het idee klinkt te krankzinnig voor woorden. Toch is er meer mogelijk dan mensen zich realiseren. Het is namelijk mogelijk om licht in de knoop te leggen. En een ruimteschip gemaakt van licht kan natuurlijk zo snel als het licht…

Het meeste licht komt voor in de vorm van golven. De elementaire eenheid van licht is het lichtdeeltje, het foton. Een foton bestaat uit een elektrisch veld dat steeds wisselt en hierdoor een magnetisch veld opwekt, dat door zijn veranderingen weer een elektrisch veld opwekt.

Solitonen: kogelgolven

De meeste golven lijken op een zich uitbreidende ring (op het wateroppervlak bijvoorbeeld) of bolschil. Er bestaan echter ook golven die lijken op een reizend pakketje. Zulke golven breiden zich niet uit maar blijven zeer lang intact.

Peregrines soliton. Solitonen zijn eenzame golven die ver kunnen reizen zonder uit elkaar te vallen.
Peregrines soliton. Solitonen zijn eenzame golven die ver kunnen reizen zonder uit elkaar te vallen.

Deze “eenzame golven” worden solitonen genoemd. Anders dan normale golven bestaan ze niet alleen uit een lineair (voorspelbaar)  maar ook uit een niet-lineair deel (een deel dat op zichzelf reageert, als je over je manier van denken nadenkt ben je dus niet-lineair bezig). Het niet-lineaire deel houdt als het ware de golf bij elkaar.

Solitonen komen in allerlei typen golvende media voor. De eerste keer dat een soliton werd beschreven was in 1834 door de Schotse ingenieur John Scott Russell. De geheimzinnige golf vormde zich  in een nauw kanaal. Russell, diep onder de indruk, zette te paard de achtervolging in tot na enkele kilometers de golf verdween.

Eind negentiende eeuw ontdekten de Nederlanders Korteweg en de Vries de KdV-vergelijking die de golven beschrijft. De eenzame golven doken in allerlei media op, van supergeleiders tot rolwolken, in de akoestiek en in kwantumvloeistoffen. Tegenwoordig worden deze kogelgolven onder meer dankbaar gebruikt in glasvezeltechniek:  ze verspreiden zich niet snel, waardoor het signaal helder blijft.

Solitonen vertonen enkele eigenschappen die we anders met materie associëren: ze kunnen op elkaar afketsen, samensmelten of juist in kleinere solitonen uiteenvallen. Enkele mooie voorbeelden zijn op deze website te vinden.

Ruimteschip bouwen met solitonen
Kortom: solitonen zouden wel eens een interessant, weliswaar niet erg sterk maar wel massaloos bouwmateriaal kunnen zijn. Precies wat je zoekt voor een ruimteschip waarmee je zo snel kunt als het licht, want met massa kost dat heel erg veel energie.

De unieke morning glory rolwolken boven Burketown in Noord-Australië: een voorbeeld van solitonen in de atmosfeer.
De unieke morning glory rolwolken boven Burketown in Noord-Australië: een voorbeeld van solitonen in de atmosfeer.

Vervelend is alleen dat solitonen alleen voorkomen in niet-lineaire media. Vacuüm is wel lineair, tenzij met laserlicht zo extreem veel energie in het licht wordt gepompt dat het vacuüm uiteen wordt getrokken. Dit is in een experiment kort geleden gelukt. In principe zou je dus door extreem krachtig laserlicht te bundelen solitonen kunnen creëren waarmee een door mensen gemaakte structuur ongeveer zo snel als het licht naar een naburige ster kan worden gestuurd.

Aanvullend voordeel is dat micrometeorieten of interstellair gas geen issue meer is. Deze vliegen dwars door de lichtsolitonen heen.  Je kan je voorstellen dat een structuur van licht, een lichtschip zo je wilt, op weg wordt gestuurd en zodra het materie raakt, hierin de atomen zo herschikt dat een zelf-assemblerende machine ontstaat die verdere instructies krijgt.

Massaloze solitonbrandstof
Of misschien kan een microruimteschip aangedreven worden door een massaloos solitonhulsel (dat door langzaam uiteen te vallen energie levert) dat op de een of andere manier ook interstellaire materie uitschakelt (bijvoorbeeld door deze te magnetiseren en weg te schieten). Misschien maken vergevorderde aliens ook wel gebruik van deze techniek.

Dit idee is, ik zeg het met nadruk, uiterst speculatief. Het gaat uit van een aantal veronderstellingen (zoals dat ingewikkelder solitonstruturen te bouwen zijn dan de kleine verzamelingen bollen die hierboven beschreven zijn), die later door verder onderzoek ontkracht kunnen worden. Die kans is zelfs vrij groot. Wel zijn er al lichtmoleculen, bestaande uit twee solitonen, aangetroffen.

Raketten moeten heel veel brandstof meeslepen om te kunnen ontsnappen aan de aarde.

Metallisch waterstof als raketbrandstof

Metallisch waterstof belooft de heilige graal van raketvoortstuwing te zijn: veel voortstuwing met weinig massa. Met een raket gevuld met metallisch waterstof is één rakettrap zelfs voldoende om de maan te bereiken. Er is één probleem. We hebben het spul nog steeds niet geproduceerd…

Raketten: het fundamentele probleem van massa en impuls
Auto’s en fietsen komen vooruit door zich af te zetten tegen de weg. Een propellorvliegtuig zet zich met de propellor af tegen de lucht. Een straalvliegtuig slikt lucht in en zet zich af tegen de uitgestoten straal lucht. Het probleem in het luchtledig van de ruimte is dat er niets is om je tegen af te zetten.

Raketten moeten heel veel brandstof meeslepen om te kunnen ontsnappen aan  de aarde.
Raketten moeten heel veel brandstof meeslepen om te kunnen ontsnappen aan de aarde.

Dat is heel vervelend, want de wet van behoud van impuls, wellicht bekend van de middelbare school als het principe actie=reactie, is zelfs na vier eeuwen nog steeds zo ongeveer het meest heilige natuurkundige principe dat er bestaat.

Impuls is iets anders dan energie. Impuls is massa maal snelheid. Door massa een drie keer zo hoge snelheid mee te geven is de impuls te verdrievoudigen, maar de hoeveelheid energie die je daar voor nodig hebt vernegenvoudigt, met het kwadraat dus: bewegingsenergie is [latex]E=1/2 m*v^2[/latex]. Einsteins algemene relativiteitstheorie maakt de situatie nog beroerder: er is extreem veel energie voor nodig om massa te versnellen tot, zeg, 99% van de lichtsnelheid (om precies te zijn: meer dan Nederland in een half jaar aan elektriciteit verbruikt), maar de impuls is nog steeds [latex]0,99c * m[/latex], dat is de impuls van een langzaam rijdende trein. Met andere woorden: om massa te versnellen moet je heel veel massa (raketbrandstof) meenemen. Die ook weer versneld moet worden.

Gelukkig is er één kleine troost. Voortstuwing wordt om dezelfde reden veel effectiever bij hoge snelheden. Het kost evenveel impuls om te versnellen van nul naar één meter per seconde als het kost om van 100.000 naar 100.001 meter per seconde te versnellen terwijl de benodigde hoeveelheid energie in dat tweede geval twee keer zo hoog is.

Samengeperste waterstof
De gasreus Jupiter heeft het sterkste magnetisch veld van het zonnestelsel: meer dan tien keer zo sterk als dat van de aarde. De aarde heeft een vloeibare kern bestaande uit de (elektrisch geleidende) metalen ijzer en nikkel die een sterk magnetisch veld opwekken, maar Jupiter heeft nauwelijks metalen in zijn kern.  Dus moet er iets anders zijn dat dit veld opwekt. Onderzoekers denken dat dit geheimzinnige materiaal waterstof is, zo dicht samengeperst dat het zich als een metaal gaat gedragen.

De gasreuzen Jupiter en Saturnus bestaan voor een groot deel uit metallische waterstof, denken astrofysici.
De gasreuzen Jupiter en Saturnus bestaan voor een groot deel uit metallische waterstof (donkergrijs), denken astrofysici.

Metallisch waterstof
Er bestaan vanuit elektrisch oogpunt twee soorten materialen: isolatoren en geleiders (en uiteraard allerlei interessante tussenvormen: halfgeleiders).  In een geleider (zoals alle metalen) kunnen er sommige elektronen vrij bewegen. Daardoor geleiden ze elektriciteit. Waterstof bestaat uit een positief geladen atoomkern (doorgaans een enkel proton) en  een negatief elektron dat er omheen hangt. Gewoonlijk zitten deze elektronen stevig vastgenageld aan de atoomkern. Het gevolg: er kan geen elektrische stroom (die immers bestaat uit elektronen) lopen door waterstof: het is een isolator.

Het verhaal wordt anders bij extreem hoge drukken en dichtheden. Elektronen en atoomkernen worden dan zo dicht op elkaar geperst dat waterstofatomen uiteenvallen en elektronen vrij tussen de atoomkernen kunnen bewegen, net als in een metaal. Deze gedegenereerde vorm van waterstof wordt metallisch waterstof genoemd. Op dit moment is alleen zeer kort metallisch waterstof geproduceerd. Toen onderzoekers in 1996 een kogel afvuurden op vloeibaar waterstof bleek de elektrische weerstand een fractie van een seconde sterk te dalen. De meest logische verklaring is dat de waterstof een fractie van een seconde in een metaal veranderde. Helaas zijn alle verdere pogingen om metallisch waterstof te produceren tot op dit moment mislukt, alhoewel wel supergeleiding is aangetoond in extreem samengeperst siliciumhydride (SiH4).

Volgens de theorie is er 400 gigapascal, ongeveer vier miljoen atmosfeer, nodig om waterstof direct om te zetten in metallisch waterstof. Dat is drie keer zo veel als het wereldrecord waterstofatomen martelen op dit moment.

Metallisch waterstof als wonderbrandstof
Raketbouwers zijn erg geïnteresseerd in dit materiaal, want de energiedichtheid van metallisch waterstof is met 216 megajoule per kilo vele malen zo groot als het verbranden van waterstof oplevert (zeker als je het gewicht van de benodigde zuurstof meerekent). Er hoeft dus veel minder brandstof meegenomen te worden: op dit moment moeten honderden kilo’s brandstof meegesleept worden om één kilo nuttige lading in de ruimte te krijgen.

Volgens sommige theorieën is metallisch waterstof metastabiel. Dat wil zeggen dat het ook bij lagere drukken en temperaturen in metallische staat blijft. Terroristen opgelet: dat maakt het ook meteen een ideale springstof. Vooral door die coole waterstofexplosie direct er na. De ETA zal stinkend jaloers zijn. Gelukkig wel makkelijk aan te tonen met een metaaldetector, dus geen paniek als u een vakantievlucht hebt gepland. Ook is metallisch waterstof milieuvriendelijk: als het op aarde ontploft komt alleen waterdamp vrij en in de ruimte bestaan de meeste rondzwervende atomen al uit waterstof.

Zo zou de maan er geterraformeerd uitzien. Als er iemand zo krankzinnig is het te doen...

Stad op de maan

De maan is het enige hemellichaam dat door de mens is bezocht en anno 2011 ook de enige buitenaardse plek waarvoor concrete koloniseringsplannen in voorbereiding zijn. Een basis op de maan heeft enkele grote voordelen. De maan is naar kosmische maatstaven zeer dichtbij. Enkele op aarde vrij schaarse metalen komen op de maan veel voor. Het vacuüm is beter dan in de beste vacuümkamer en het licht doet er maar 1,3 seconde over om de afstand te overbruggen. Wel ontkom je als maanbewoner niet aan zware lichamelijke oefeningen…

Maan factsheet

Grootte: 3500 km doorsnede (een kwart van de aarde)

Zwaartekracht: 0,16 maal die van de aarde

Atmosfeer: vrijwel geen; zonnewind

Temperaturen: gemiddeld +107 (dag) tot -153 (nacht)

Daglengte: 29 dagen (tidally locked)

Lengte jaar: 365,25 dagen (satelliet aarde)

Waardevolle grondstoffen: helium-3, zeldzame aardmetalen, thorium

Pluspunten: nabijheid aarde, lage zwaartekracht, vacuüm, geologisch stabiel

Gevaren: kosmische straling, meteorieten, hoge temperatuursverschillen, botontkalking door lage zwaartekracht

De omgeving

De maan is overdekt met lage, ronde heuvels en vele kraters. Grote lavavlaktes, de maria of zeeën, domineren het voor ons zichtbare halfrond. Aan de andere, voor ons onzichtbare kant bevat de maan veel meer kraters.

Het maanlandschap: glooiende heuvels en bergen met veel kraters
Het maanlandschap: glooiende heuvels en bergen met veel kraters

Hoe kom je er?

De maan ligt ruim binnen het bereik van bestaande raketten. De Apollo-missies bereikten de maan in enkele dagen. Met de bouw van een ruimtelift zouden de reiskosten behoorlijk sterk dalen.

Hoe bewoonbaar is de maan?

Een ruimtepak onder druk, bescherming tegen de felle zonnewind en kosmische straling zijn absoluut vereist. Zonder ruimtepak houdt een mens het ongeveer een minuut uit op het maanoppervlak. De maan is kurkdroog, al zijn in enkele kraters op de noordpool van de maan ijsafzettingen, de overblijfsels van ijsmeteorieten, aangetroffen. Deze liggen in de eeuwige schaduw waardoor ze in de loop van miljarden jaren niet zijn verdampt. Erg veel is dit niet, in totaal ongeveer zeshonderd miljoen ton (honderd liter per aardbewoner). De zwaartekracht is op lange termijn waarschijnlijk te laag voor het menselijk lichaam.Een maanbasis zal dus een centrifuge moeten bevatten waarin de bewoners tijdens hun slaap aardse g-krachten ondervinden.

Wat zijn de voordelen ?

Voor industriële productie is de maan ideaal: lage zwaartekracht, vacuüm en geen klagende omwonenden. Ook als plek om astronomische waarnemingen te doen is de achterkant van de maan ideaal: dicht bij de aarde en door duizenden kilometers rots afgeschermd van het lawaai van aardse radiozenders.De oppervlakte van de maan bevat waarschijnlijk redelijk veel helium-3, een op aarde zeer schaarse vorm van helium die, denkt men, kernfusiereactors aan kan drijven.

Gevaren op de maan

De maan kent geen beschermend magnetisch veld of atmosfeer. Micrometeorieten hebben een grotere bewegingsenergie dan kogels. Kent je ruimtepak of ruimtestation een lek en kan je dat niet dichten, dan ben je ten dode opgeschreven.

Hoe zou een kolonie op de maan er uit zien?

Zo kan volgens NASA een maanbasis er uitzien.
Zo kan volgens NASA een maanbasis er uitzien.

Het goedkoopste is om zoveel mogelijk gebruik te maken van materiaal van de maan zelf. Zelfs het irritante maanstof blijkt achteraf gezien toch erg nuttig: onderzoekers zijn er in geslaagd om maanbeton te produceren door het verhitten en zo laten samensinteren van maanstof. Om voldoende  kosmische straling tegen te houden moeten de muren enkele meters dik zijn (of de basis ondergronds worden aangelegd). Japan heeft al plannen ontwikkeld om een robot te sturen die begint met het aanleggen van een maanbasis.

 

Hoe is de maan tot leefbare wereld om te bouwen?

De gemiddelde temperatuur is te hoog en de zwaartekracht van de maan te zwak om lang zuurstof en stikstof vast te houden. De maan heeft geen magnetisch veld, waardoor de zonnewind korte metten maakt met de atmosfeer. Als de maan op dit moment een zuurstof-stikstofatmosfeer zou hebben zo dik als die van de aarde, dan zou daar na verloop van tijd niet veel meer van over zijn. In theorie kan de atmosfeer continu aangevuld worden van buiten, maar de vraag is of dat slim is als je die atmosfeer ook kan gebruiken om ruimtestations mee te vullen.

Zo zou de maan er geterraformeerd uitzien. Als er iemand zo krankzinnig is het te doen...
Zo zou de maan er geterraformeerd uitzien. Als er iemand zo krankzinnig is het te doen...
Door de extreem hoge snelheid worden afdalende ruimteschepen omringd door plasma.

Plasmawolk als antenne

Met een opmerkelijk slim idee hebben Russische ontwerpers een netelig probleem opgelost voor in de atmosfeer terugkerende extreem snelle ruimteschepen. Gebruik het lastige plasma dat ontstaat als de extreem snelle ruimteschepen de atmosfeer binnen zeilen zelf als radio-antenne.

Verstikkende plasmadeken smoort radioverkeer
Bij zeer hoge snelheden ontstaan door de wrijving in de luchtlaag rond het ruimteschip enorm hoge temperaturen. Temperaturen waarbij materie uit elkaar valt in plasma: een mengsel van atoomkernen, ionen en elektronen.

Door de extreem hoge snelheid worden afdalende ruimteschepen omringd door plasma.
Door de extreem hoge snelheid worden afdalende ruimteschepen omringd door plasma.

Slecht nieuws voor radiocommunicatie, want dit mengsel geleidt stroom, waardoor het werkt als een zogeheten Kooi van Faraday die radioverkeer van en naar het ruimteschip blokkeert. Als gevolg hiervan is er geen radiocontact tijdens de gevaarlijke afdaling van een ruimteschip in de atmosfeer. Gaat er wat mis tijdens de afdaling, dan kunnen hulpverleners en dergelijke niet op tijd gewaarschuwd worden.Er zijn twee methodes geprobeerd om de smorende plasmadeken te ontwijken. Zeer lage-frequentie radiogolven (ELF) werken in principe, maar er kan door de lage frequentie maar weinig informatie verstuurd worden. Een tweede oplossing is een antenne tot buiten het gloeiende plasma steken, maar ook hier blijft door de wrijving al snel weinig van over. Kortom: weinig visionaire lapmiddelen.

Vijand wordt vriend
Aleksandr Korotkevich aan het Landau Instituut voor theoretische natuurkunde in Moskou en zijn team hebben nu een slimmere oplossing gevonden. Plasma’s absorberen namelijk bepaalde radiofrequenties, afhankelijk van de dichtheid van het plasma. Door het absorberen ontstaat er een resonerend veld in het plasma. Helaas geldt ook voor dit resonerende veld dat de signalen niet tot het ruimteschip zelf kunnen reizen. De slimme vondst van Korotkevich en zijn team bestaat uit het uitzenden van golven door het ruimteschip zelf. Deze worden teruggekaatst door het plasma, gemoduleerd (beïnvloed) door het resonerende veld. Omgekeerd kan ook: een zendsignaal vanuit het schip wordt als echo uitgezonden door het resonerende plasmaveld. Weliswaar zijn deze signalen veel zwakker dan het oorspronkelijke signaal, maar dat is volgens Korotkevich niet zo erg: de ontvangers op de grond kunnen veel gevoeliger worden gemaakt dan nu.

Dit idee in de praktijk brengen kent nog heel wat haken en ogen. Ook zijn sommige onderzoekers bang dat het door het manipuleren van het plasma bijvoorbeeld een explosie ontstaat waardoor het ruimteschip in de problemen kan komen. Een wat pessimistische kijk, misschien zou je door radiogolven op slimme manieren te sturen, zelfs het plasma de gewenste vorm kunnen geven zodat de afdaling gunstiger (met meer energieverlies) verloopt.

Met de lift naar de ruimte. Als het aan Japan ligt, komt het ooit zover.

Space elevator: lift van 38.000 km hoog

Je staat vlakbij het grondstation van de tienduizenden kilometers hoge space elevator. De vochtige tropische lucht op het paradijselijke Hawaiiaanse eiland Oahu voert zware bloemengeuren met zich mee. Recht naar boven zie je de absurd dunne liftkabel recht naar boven gaan en verdwijnen in de nevelige avondlucht. Flonkeringen zetten de onzichtbare rechte lijn voort. De kabel is zo lang dat er altijd wel een stukje zonlicht richting jou weerkaatst.  Je haast je naar binnen. De veiligheidsmaatregelen zijn streng en je vertrek is over een uur of twee. Dan is het eindelijk zover. Voor het eerst in je leven verlaat je de aarde. Het grondstation verdwijnt in de schaduw van de nacht. Dan, op honderden kilometers hoogte, wordt de zon weer zichtbaar: een adembenemend gezicht. De aarde heeft een duidelijke bolvorm gekregen.

Wat is een ruimtelift?

Het principe van een ruimtelift is simpel. Bouw een kabel, zo hoog dat deze reikt tot een geostationaire omloopbaan: 36.000 kilometer boven het aardoppervlak. Nog langer is nog beter: zo trekt het extra stuk kabel de rest omhoog.

Met de lift naar de ruimte. Als het aan Japan ligt, komt het ooit zover.
Met de lift naar de ruimte. Als het aan Japan ligt, komt het ooit zover.

Bij iedere hoogte hoort een bepaalde baansnelheid: de baansnelheid waarop de middelpuntvliegende kracht precies de zwaartekracht opheft.
De geostationaire omloopbaan is de hoogte waarop bijvoorbeeld satellieten in precies 24 uur rond de aarde draaien. Het gevolg hiervan is dat ze boven het aardoppervlak stil lijken te staan. De reden dat communicatiesatellieten doorgaans in een geostationaire omloopbaan worden geparkeerd. Voor een ruimtelift is een stilstaande kabel uiteraard een absolute noodzaak. De centrifugale pseudokracht trekt de kabel omhoog en houdt op die manier de kabel in evenwicht.
Het idee voor een ruimtelift is niet nieuw: de visionaire ruimtevaartpionier Konstantin Tsiolkovski stelde begin twintigste eeuw al voor een 36.000 kilometer hoge toren te bouwen.
Het grootste technische probleem is het vinden van een materiaal dat sterk genoeg is om tienduizenden kilometers van zijn eigen gewicht overeind te houden. Tot nu toe werd dit materiaal spottend ‘unobtainium’ genoemd, maar met de ontdekking van koolstof nanobuisjes is er nu een reële kandidaat.

Wat is het voordeel van een ruimtelift?

Een ruimtelift kan ruimtevaart honderden malen goedkoper maken. Het probleem met raketten is dat elke kilo brandstof omhoog moet worden gesleept. Het resultaat is dat maar een paar procent van een raket uit nuttige lading bestaat. Elke kilogram nuttige lading in een raket naar, zeg, de maan, kost zelfs bij de efficiëntste raketten tientallen kilo’s brandstof. Praktijkvoorbeeld: tijdens de Apollo-missies naar de maan moest een enorme Saturnus V raket 3 miljoen kg brandstof verstoken om 45.000 kg lading naar de maan te transporteren (1,5% nuttige lading dus). Bij een ruimtelift komt elke joule energie (in de vorm van elektriciteit, bijvoorbeeld) terecht in de voortstuwing.
Een ruimtelift is ook veiliger. Een raket kan je het beste vergelijken met een enorme chemische bom. Eén lek en er ontstaat een enorme explosie. Als een raket eenmaal is begonnen met branden is er niets meer dat de ontbranding kan stoppen tot de raket uitgebrand is.

Waarom is er dan nog geen ruimtelift?

Er is nu inderdaad een materiaal dat in staat is de vereiste trekkracht te leveren. De investeringskosten zijn hoog, maar naar ruimtevaartbegrippen redelijk: vijf tot tien miljard euro. De kosten van een enkele ruimtetelescoop. Geen onoverkomelijk bedrag om de ruimte definitief mee open te leggen, een schijntje vergeleken met wat het kost om een bank te ‘redden’ of een oorlog.

Hoog boven de aarde hangt dit station, de eindbestemming van de lift
Hoog boven de aarde hangt dit station, de eindbestemming van de lift

Het voornaamste technische probleem is op dit moment het spinnen van een 38.000 km lange liftkabel. De allerlangste koolstofnanovezels ooit gefabriceerd halen 18 cm. In principe kunnen deze in elkaar gevlochten worden tot een liftkabel, maar door de korte lengte betekent dat een aanzienlijk verlies aan trekkracht. Eerst zal dus een procédé moeten worden ontwikkeld om nanovezels van honderden meters lang of meer te ontwikkelen.
Een tweede probleem is bescherming tegen de dodelijke straling in de Van Allen-gordels, de gebieden waar het aardse magneetveld botst met dat van de zon. In de Van Allen gordels worden geladen deeltjes sterk versneld. Onbeschermd loopt een persoon al in een paar dagen acute stralingsziekte op. Dit is in principe op te lossen met een elektromagnetisch schild.

Japanse plannen

In Japan vallen visionaire ideeën meer in de smaak dan in meer kortzichtige landen zoals die in Europa of de VS. Toen het door de Amerikanen dr. Brad  Edwards en Philip Ragan geschreven boek “Leaving the Planet by Space Elevator” in het Japans werd vertaald, kwam het dan ook direct in de Japanse bestsellerlijst terecht. Er is nu een vereniging actief die zich bezig houdt met het voorbereiden van de bouw van een ruimtelift. De Japanse overheid heeft al een intentieverklaring voor de bouw opgesteld.

De geïsoleerde ligging van Japan maakt dat het land maar weinig kanten op kan.

Japan reikt naar de sterren

Het kleine land Japan is wereldkampioen robuuste, nauwkeurige techniek en robotica. Hét recept voor succesvolle ruimtevaart. En voor grondstoffen.

Japan, opgesloten tussen een vijandige reus en de zee
De ligging van Japan, een geïsoleerde eilandengroep ten oosten van het machtigste land van Azië, maakt dat het land geopolitiek gesproken maar weinig kanten op kan, behalve omhoog.

De geïsoleerde ligging van Japan maakt dat het land maar weinig kanten op kan.
De geïsoleerde ligging van Japan maakt dat het land maar weinig kanten op kan.

Het bewoonbare deel van de Japanse archipel is maar anderhalf keer zo groot als Nederland. het land beschikt nauwelijks over grondstoffen. De sterke opkomst van China vermindert op dit moment de Japanse invloed in de regio, die toch al vijandig tegen de Japanners staat vanwege het oorlogsverleden.

Wereldkampioen robotica
De Japanse bevolking veroudert nog sneller dan hier en men wil problemen zoals in Europa met slecht integrerende gastarbeiders voorkomen. De reden dat de Japanners prioriteit geven aan de ontwikkeling van robotica.
Robots zijn om meerdere redenen geknipt voor ruimtevaart. Ze vereisen slechts een energiebron, niet een complex leefsysteem zoals mensen en kunnen veel extremere omstandigheden, denk aan dodelijke radioactiviteit, hitte en koude, verdragen dan mensen.

Extreem kwaliteitsbewustzijn
De reden dat Japanse auto’s veel populairder zijn in Afrika dan bijvoorbeeld Europese auto’s is dat ze nauwelijks storingen vertonen. Dit is het gevolg van een andere Japanse eigenschap: de obsessie met kwaliteit die zijn oorsprong vindt in de Japanse zen-filosofie.
Werken is in Japan een vorm van mediteren waarbij het werk zo volmaakt mogelijk uitgevoerd moet worden.

De Japanse zen-filosofie inspireerde niet alleen deze tuin, maar ook het Japanse kwaliteitsbewustzijn.
De Japanse zen-filosofie inspireerde niet alleen deze tuin, maar ook het Japanse kwaliteitsbewustzijn.

Deze eigenschap komt zeer van pas bij het bouwen van extreem complexe systemen als ruimteschepen. Het was dan ook een kwestie van tijd voor de Japanners zich realiseerden wat voor hun land de meest voor de hand liggende en effectiefste toekomststrategie is. De rest van het zonnestelsel, denk alleen al aan de planetoïdengordel,  is namelijk bezaaid met die grondstoffen waar de Japanse industrie om schreeuwt. Na een serie mislukkingen in het begin hebben de Japanners nu NASA-technieken gekopieerd en zijn die nu aan het vervolmaken.

Slim gebruik van beperkte hulpbronnen
Japan beschikt niet over de enorme hulpbronnen van de Verenigde Staten of over een groot leger om die elders te gaan roven. De Japanse ruimtevaartorganisatie JAXA heeft een jaarlijks budget van drie miljard euro, minder dan een tiende van NASA en minder dan de helft van dat van ESA, de Europese ruimtevaartorganisatie.

IKAROS, het Japanse zonnezeil plus zonnepaneel. Bron: JAXA
IKAROS, het Japanse zonnezeil plus zonnepaneel. Bron: JAXA

Toch zijn er opmerkelijke successen geboekt. Japan lanceerde april 2010 het eerste werkende zonnezeil, IKAROS, met een doorsnede van twintig meter en 7,5 micrometer dik. Het zonnezeil is tegelijkertijd ook een zonnepaneel en levert waardevolle kennis voor betere zonnepanelen op.

De opvolger van Ikaros, uitgerust met ionenmotor en een zonnezeil van 50 meter doorsnede,  gaat later dit decennium naar Jupiter en de Trojanen – een wolk grondstofrijke asteroïden in de Lagrangepunten op de omloopbaan van Jupiter.

Jupiter zelf is een enorme schatkamer van schaars helium.

Mijnbouw in de Trojanen
Slagen de Japanners er in een zichzelf replicerende mijnbouwrobot te ontwikkelen en die op de Trojanen te laten landen, dan zou Japan wel eens schatrijk kunnen worden van de opbrengsten. Vermoedelijk wordt dat een vervolgproject als na de missie van eind dit decennium de minerale samenstelling van de Trojanen bekend is.

Maanbasis
In Japan bestaan al langer plannen voor een onbemande maanbasis, gepland in 2020, die grondstoffen voor de Japanse industrie oogst. De maan is maar 1,3 lichtseconde ver weg, dus robots op de maan kunnen direct vanuit Japan bestuurd worden. Er is al een proces uitgedokterd om maanbeton te maken. De kosten: twee miljard euro, nog niet eens een halve Betuwelijn dus.

Zo moet de geplande Japanse maanbasis er uit komen te zien. Bron: JAXA
Zo moet de geplande Japanse maanbasis er uit komen te zien. Bron: JAXA

De maan beschikt over veel titanium, andere schaarse metalen  en vermoedelijk veel helium-3. De wedloop voor de maan is nu pas echt ingezet nu ook China en India (India zit met hetzelfde probleem als Japan: weinig geld en grondstoffenschaarste) missies naar de maan sturen. Hopelijk zullen dan ook de Europeanen uit hun winterslaap ontwaken.

Wij hebben namelijk een vergelijkbaar probleem als Japan en India: weinig grondstoffen en we hebben ook geen zin ze met grof geweld uit andere landen te gaan halen. Samenwerken met de VS en beide democratisch geregeerde landen zou wel eens veel op kunnen leveren.