De eerste lift naar de ruimte komt eraan

Twee kleine satellieten en 14 meter lijn hebben de aarde verlaten om een ruimtelift van Japanse onderzoekers te testen. In 2050 wordt het geheel afgelost door een 96.000 km lange kabel en een ruimtestation rond de aarde.

EnduroSat/nasa

Luid brullen de motoren van een H-IIB-raket. Het is 22 september 2018 en de raket komt los van de Japanse bodem. Dan begint hij aan zijn vijfdaagse reis naar het internationale ruimtestation ISS.

Aan boord bevindt zich een speciale lading: satellieten van 10 x 10 x 27 centimeter, verbonden door een 14 meter lange staalkabel.

Twee weken later laten de astronauten op het ISS de apparatuur los in het heelal via de luchtsluis van het ruimtestation. De satellietjes gaan in een baan om de aarde met dezelfde snelheid als het ISS, 27.724 km/h.

De satellieten STARS-Me gingen op 6 oktober 2018 het heelal in vanaf het internationale ruimtestation ISS.

© JAXA/NASA

Langzaam rollen ze de kabel tussen hen in uit, waardoor ze uiteen vliegen. Nu is de constructie klaar om een baanbrekende missie uit te voeren: een ruimtevaartuig in gewichtloze toestand over de kabel te laten lopen van satelliet naar satelliet.

Het experiment is een miniatuurversie van een veel groter project: een ruimtelift die zich in 2050 zal uitstrekken van de aarde tot 96.000 kilometer de ruimte in. Van hier kunnen toekomstige ruimtemissies veel goedkoper en makkelijker dan nu het geval is verder de ruimte in worden gestuurd.

Minilift maakt de weg vrij

Het experiment, STARS-Me, is bedacht door onderzoekers van het bouwbedrijf Obayashi en de universiteit van Shizuoka in Japan.

Het liftscheepje, Miniature Space Elevator (MSE), beweegt tussen de satellieten door middel van een motor die op de kabel bevestigd wordt en zich voortbeweegt met behulp van de wrijving. Het vaartuig verzendt continu data over zijn positie, conditie en mogelijke fluctuaties in de kabel via Bluetooth naar een van de satellieten, die ze doorgeeft aan wetenschappers op aarde. Het project wordt gefilmd door een camera op elke satelliet.

De minilift moet de onderzoekers belangrijke informatie opleveren over de belasting van de staalkabel wanneer hij tussen twee satellieten beweegt.

In de ruimtelift op ware grootte moet de kabel bestand zijn tegen enorme belastingen, want de zwaartekracht zal hem naar de aarde trekken. Ook wordt de kabel onderworpen aan een kracht die het bovenste deel van de kabel verder de ruimte in wil slingeren: de middelpuntvliedende kracht.

De ruimtelift zal de rotatie van de aarde om zijn eigen as volgen, net zoals wanneer je een steen aan een touw rondslingert. Wanneer het touw zou breken, dan zorgt de middelpuntvliedende kracht ervoor dat de steen in een rechte lijn wegvliegt. Die kracht trekt de lift de kant van de ruimte op.

Een lift tussen de aarde en een contragewicht volgt de aardrotatie in een geostationaire baan, en blijft boven hetzelfde punt hangen.

Ruimtelift moet stilstaan boven de evenaar

De onderste verdieping van de ruimtelift wordt een zwevend platform boven de evenaar. Vandaaruit vertrekt een kabel, met aan het andere uiteinde een contragewicht. Tussen lift en contragewicht bevinden zich het ruimtestation en de liftcabine.

De gehele lift moet de aardrotatie volgen in een zogeheten geostationaire baan. Vanaf de aardbodem zal het lijken alsof de lift stilstaat, maar in werkelijkheid beweegt hij net zo snel door de ruimte als de aarde om zichzelf draait: met 1674,4 km/h.

De middelpuntvliedende kracht van de aardrotatie slingert de lift weg. Zodra zijn zwaartepunt minimaal 35.786 kilometer hoog is, heft de middelpuntvliedende kracht de zwaartekracht van de aarde op, zodat de kabel strak staat; anders zou de lift naar de aarde vallen.

Verder zal blijken hoe vaartuig en kabel op elkaar reageren, zodat de onderzoekers de uiteindelijke liftcabines zo goed mogelijk kunnen laten werken.

Tweeledige capsules die aan weerszijden van de kabel hangen en elkaars tegengewicht vormen kunnen bijvoorbeeld het zwiepen van de kabel tegengaan. Een andere optie is capsules bouwen die stevig rond de kabel zitten. Dat levert een stabielere constructie op, maar het aantal capsules zal beperkt zijn tot één.

Materiaal blaast lift weer leven in

Het idee van een lift van de aarde naar de ruimte steekt al sinds eind 19e eeuw soms de kop op, maar bijna 100 jaar lang leek het onrealistisch, want het ontbrak aan sterke materialen om de liftkabel van te bouwen.

Aan het begin van de jaren 1990 hebben onderzoekers echter nanokoolstofbuisjes gemaakt van vellen ononderbroken ketens van zeer sterk gebonden koolstofatomen. Dankzij die structuur vormen nanokoolstofbuisjes het sterkste materiaal dat bekend is, en de uitvinding blies het onderzoek naar de ruimtelift nieuw leven in.

De onderzoekers hebben er echter nog niet voldoende van kunnen produceren; volgens Obayashi heeft de lift een kabel nodig van 7000 ton.

Onderzoekers van de Shizuoka-universiteit en het bedrijf Obayashi bouwden de satellieten STARS-Me, die de ruimtelift gaan testen. Je ziet de satellieten vooraan op tafel liggen.

© JAXA

De onderzoekers weten ook niet welke methode het beste is voor het bouwen van de lift. Obayashi heeft plannen waarbij de eerste fase tot 2032 de bouw behelst van een drijvend station op zee bij de evenaar plus
20 ton kabel die verrijst als een zeer dunne toren.

In de volgende 18 jaar moeten klimcapsules meer dan 500 keer naar de top van de toren lopen om nieuwe segmenten van kabel toe te voegen, tot die 96.000 kilometer de ruimte in gaat.

12.500 kilo contragewicht heeft de ruimtelift nodig voor een stabiele constructie.

Het International Space Elevator Consortium (ISEC), een verbond van onderzoekers en ingenieurs ondersteund door onder meer Microsoft, wil een ruimtelift daarentegen vanuit de ruimte bouwen.

Eerst brengen raketten een station naar een geostationaire baan. Daarvandaan wordt de kabel naar beneden en naar boven gebouwd, zodat de lift niet kantelt. Wanneer de kabel aan de grond is verankerd, kunnen er meer kabels worden toegevoegd, zodat de lift nog meer goederen kan vervoeren.

Lift drukt de prijs

Als de ruimtelift realiteit wordt, zal het een veel goedkopere vorm van transport naar de ruimte zijn dan raketten.

De laatste bestaan meestal uit 90 procent brandstof, 5 procent romp en slechts 5 procent nuttige lading in de vorm van bijvoorbeeld astronauten en satellieten. De lift kan op zonne-energie werken, waardoor er veel meer ruimte is voor goederen.

Volgens Obayashi kan een lift in 7,5 dag en met 200 km/h 30 passagiers naar een ruimtestation op 35.000 kilometer van de aarde vervoeren.

In 2014 publiceerde de International Academy of Astronautics een berekening dat de prijs per kilo vracht die van de aarde naar een ruimtestation wordt gebracht, dankzij de lift kan dalen van circa 17.500 naar nog geen 500 euro.

Lift is een springplank voor ruimtemissies

1 / 3

undefined

123

De satelliettest moet leiden tot een ruimtelift op ware grootte, die vracht kan vervoeren naar een ruimtestation op minstens 35.000 kilometer boven de aarde. Daarvandaan kunnen missies verder het heelal in voor een prikje.

© Adrian Mann

Langs de kabel kunnen er ook andere haltes zijn dan het hoofdstation. Zo kunnen satellieten in een lagere baan om de aarde worden gestuurd vanaf een eigen platform, waarmee meteen tegemoetgekomen kan worden aan de almaar toenemende vraag naar satellietlanceringen.

In november 2018 werd berekend dat er tot 2027 jaarlijks zo’n 330 satellieten zullen vertrekken – drie keer zo veel als in de afgelopen tien jaar.

Een platform boven het hoofdstation kan gebruikmaken van het feit dat de capsules dankzij de aardrotatie versnellen als ze langs de kabel naar boven lopen. Daardoor komen ze verder de ruimte in, en vanaf deze voorpost van de aarde in het heelal kunnen missies het zonnestelsel gaan verkennen.

Lees ook:

Ruimtevaart

Apollo 13: Ruimteveer in nood

19 minuten
Ruimtevaart

Kun je huilen in de ruimte?

1 minuut
Ruimtevaart

Astronauten maken levensgevaarlijke ommetjes op ruimtestation

1 minuut
Meest populair

Log in

Fout: Ongeldig e-mailadres
Wachtwoord vereist
ToonVerberg

Al abonnee? Heb je al een abonnement op ons tijdschrift? Klik hier

Nieuwe gebruiker? Krijg nu toegang!