satelliet

Het Noorse dwergsatellietje Ncube2, met aan boord een radiostation.

Cubesat: Satelliet van een kilo

4 reacties / Ideeën en techniek, Wetenschap / Door / 22 november 2021

Groot hoeft niet altijd beter te zijn. Een dwergsatelliet kan vaak dezelfde wetenschappelijke experimenten uitvoeren als een honderden kilo’s wegend monster, maart is veel goedkoper te lanceren en te bouwen. Ook voor kleinere landen en organisaties komt ruimtevaart zo dichtbij. Geen wonder dat CubeSat en vergelijkbare dwergsatellieten een doorslaand succes zijn.

cubesat
Het Noorse dwergsatellietje Ncube2, met aan boord een radiostation.

Het voordeel van minisatellieten

Ruimtevaart is duur en kost erg veel brandstof. Een kilogram massa in een baan om de aarde brengen kost al gauw tientallen kilogram brandstof en rakettrappen. Gewichtsbesparing is daarom extreem belangrijk in de ruimtevaart. Een ander gevolg is dat een enkele lancering heel veel geld kost, tussen de veertig en de vierhonderd miljoen euro.
Geen wonder dat na wordt gedacht over manieren om slimmer met beperkte hulpbronnen om te gaan. In plaats van jarenlang te lobbyen bij een politieke suikeroom (die door nog veel meer lobbygroepen met meer geld en invloed dan jijzelf wordt bewerkt) is het uiteraard productiever om je experiment zo op te zetten dat het ook an boord van en zeer kleine compacte satelliet uitgevoerd kan worden, dachten enkele studenten aan de technische universiteit van Californië en de universiteit Stanford. Ze bedachten de ruimtevaartequivalent van de zeecontainer: de CubeSat, een kubus van 10x10x10 cm met een inhoud van precies een liter en een maximale massa van 1,33 kg.

Lancering Cubesat voor onder de zestigduizend euro


Arianespace verkoopt bijvoorbeeld lanceerslots voor de Ariane V raket voor rond de honderd miljoen euro. Hiervoor kan er acht ton gewicht in een baan om de aarde worden gebracht. Stel dat die acht ton in wordt genomen door zesduizend minisatellietjes, dan dalen de lanceerkosten per satelliet tot nog geen zeventienduizend euro.  Wil je geen grafsteen, maar is je laatste wens dat een dwergsatelliet op zonne-energie alle hits van, zeg, Marco Borsato ten gehore brengt tot hij door een stukje ruimtepuin weg wordt gegraasd of onderzoeken hoe de geraniumstek van je tante zich ontwikkelt onder gewichtloze omstandigheden? Het is nu mogelijk. Er zijn ook grotere slots leverbaar voor experimenten die niet genoeg hebben aan tien centimeter: 2U en 3U, die respectievelijk 20x10x10 cm en 30x10x10 cm groot zijn.

Wat de kosten nog meer drukt is dat CubeSats gebruik maken van standaard leverbare onderdelen en geen gebruik hoeven te maken van de spreekwoordelijk dure ruimtevaarttechniek van bedrijven als Boeing en McDonnell Douglas. Dit brengt ruimtevaart ook voor kleine of arme landen en kleinere organisaties binnen bereik. Diverse universiteiten, waaronder die van Delft,  en diverse groepen studenten van over de hele wereld hebben al kleine onderzoekssatellieten gelanceerd.De Delftse Delfi-4 satelliet is de vierde Nederlandse satelliet in de ruimte.

Hopelijk komt er nu ook een dergelijk systeem om microsatellieten af te leveren op de maan of Mars. Een op afstand bestuurbaar robotje dat met levensgrote letters in het maanstof “Marie, wil je met me trouwen?” schrijft is natuurlijk het unieke huwelijksaanzoek…

De Solar Power Satellite SPS-Alpha.

Vloot goedkope zonnesatellieten voorziet aarde van stroom

6 reacties / Ideeën, Ideeën en techniek, Zonnestelsel / Door / 13 april 2012

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)

Spectrolab's ultra-efficiënte zonnepanelen zijn oorspronkelijk ontwikkeld voor satellieten. Spectrolab gaat deze kennis nu ook op aarde topassen.

Veertig procent rendement-zonnepaneel komt op de markt

2 reacties / Ideeën en techniek, Wereld, Zonnestelsel / Door / 11 juli 2011

Spectrolab, de zonne-energiepoot van vliegtuiggigant Boeing, gaat C3MJ+, een record-brekende zonnecel die ze enkele jaren geleden hebben ontwikkeld, nu in massaproductie nemen. Dit zou het zonne-energiepotentieel verdubbelen. Want bijna veertig procent van alle zonnestraling wordt door dit zonnepaneel in elektrische energie omgezet…

Recordvermogen nu 20%

Spectrolab's ultra-efficiënte zonnepanelen zijn oorspronkelijk ontwikkeld voor satellieten. Spectrolab gaat deze kennis nu ook op aarde topassen.
Spectrolab's ultra-efficiënte zonnepanelen zijn oorspronkelijk ontwikkeld voor satellieten. Spectrolab gaat deze kennis nu ook op aarde topassen.

Zonnepanelen anno nu bereiken rond de twintig procent, maximaal. Het bedrijf SunPower heeft hiermee in juni 2011 het Guinness Book of World Record gehaald (met een paneel dat nominaal 22.4% rendement bereikt)[1]. Dat record zou echter wel eens in gruzelementen kunnen gaan als Boeing-dochter Spectrolab haar belofte waarmaakt en zonnepanelen die nu alleen nog voor satellieten leverbaar zijn, in massaproductie gaat nemen. Inderdaad is in april 2011 de massaproductie van deze zonnepanelen begonnen. Deze zonnepanelen zijn extreem duur, maar het grote voordeel is dat ze in combinatie met een concentrator kunnen worden gebruikt. Als met spiegels het zonlicht op deze panelen wordt gekaatst, kan een klein, maar efficiënt zonnepaneel zeer veel zonne-energie produceren. Deze constructie is vooral interessant voor zonarme landen als Nederland. Als de opbrengst van zonnepanelen in Nederland zou worden verdubbeld, is Nederland in staat om in alle energiebehoeften te voorzien door middel van zonnepanelen op daken, openbare infrastructuur en dergelijke.
Zie ook ons artikel: Maakt alle daken vol zonnepanelen zetten Nederland zelfvoorzienend?

Hyperefficiënt, maar extreem hoge prijs
Spectrolab is van oudsher producent van zonnepanelen voor satellieten. Gewicht per watt en lange levensduur is daar belangrijker dan kostprijs (een kilogram lanceren kost al gauw duizenden euro’s). De reden dat deze zonnepanelen zeer efficiënt, maar ook erg duur zijn. Om ook een kans te maken tegen de moordende concurrentie van de producenten van goedkope zonnepanelen, die op dit moment al rond een dollar per watt piekvermogen zitten, is sterk in de kosten gesneden[3]. Ook scheelt het dat de cellen in combinatie met spiegels worden gebruikt. De spiegels, die per vierkante meter natuurlijk veel goedkoper zijn dan zonnecellen, concentreren het zonlicht op de kleine cel, die op die manier een maximaal rendement behaalt.

Bronnen
1. Re-Broken Any Records Lately? We Have. Meet SunPower’s E20 Series Solar Panels, sunpower.com (2011).
2. Boeing to Mass-Produce Industry’s Most Efficient Terrestrial Solar Cell, boeing.com (2010)
3. Small cells, big power: Spectrolab’s CPV efficiency milestone only an interim stop on road to 40%, pvtech.org (2010)