Miniraketten halen grote broers in

Miniraketten zijn onderdeurtjes vergeleken met de ruimtereuzen, maar ze zijn de favoriete vaartuigen om de luchtlagen te verkennen waar de grote aan voorbijgaan. En de kleine superhelden verschijnen in grotere aantallen dan ooit aan de hemel.

Miniraketten zijn onderdeurtjes vergeleken met de ruimtereuzen, maar ze zijn de favoriete vaartuigen om de luchtlagen te verkennen waar de grote aan voorbijgaan. En de kleine superhelden verschijnen in grotere aantallen dan ooit aan de hemel.

Claus Lunau & NASA

Met een hoogte van slechts 10 meter en een gewicht van 2000 kilo vallen de zogeheten miniraketten in het niet bij ’s werelds grootste raket, de Falcon Heavy.

Maar op dit moment stijgen ze in groten getale op. De raketjes gaan namelijk de luchtlagen verkennen waar hun grotere broers voorbij razen, en ze zijn zowel goedkoop als snel te produceren.

Anders dan grotere raketten, waarvan de ontwikkeling tientallen jaren kan duren, kunnen miniraketten met één gespecialiseerd instrument binnen een paar maanden al klaar zijn.

De vaartuigjes zijn daarom ideaal om snel een beperkte taak uit te voeren.

En onderzoekers maken hier flink gebruik van – uit een telling blijkt dat het aantal miniraketten is geëxplodeerd.

In 2015 waren er 20 kleine raketten in ontwikkeling, en in 2019 waren dat er 100: vijf keer zo veel.

De miniraketten hebben al van alles in kaart gebracht, van poollicht tot gaten in de ozonlaag.

En de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA verbreedt het veld als ze in 2021 onder de naam SISTINE een raketje zal lanceren om een telescoop te richten op Alpha Centauri, ons buurstelsel.

Hier moet het vaartuig valse tekenen van leven zoeken en daarmee de bestaande kennis aanvullen.

© Claus Lunau

Miniraket vliegt in omgekeerde U

De kleine zogeheten sondeerraketten volgen een baan in de vorm van een omgekeerde U, die tot 100 à 1000 kilometer hoogte reikt.

© Claus Lunau

Motoren worden afgekoppeld

Als de brandstof onder in de raket is opgebrand, koppelt de lege huls zichzelf af. Dit proces herhaalt zich bij de volgende grote raketmotor.

© Claus Lunau

Raket draait rond

Als de raket op de hoogte is waarop de meegebrachte telescoop moet observeren, wordt het zogeheten attitude control system (ACS) actief en gaat de raket draaien met behulp van gaspijpen.

© Claus Lunau

Telescoop verzamelt data

Nu kan de telescoop het licht meten van de zon of van een bepaalde ster die de astronomen willen bestuderen.

© Claus Lunau

Parachute zorgt voor veilige landing

Als de zwaartekracht de overhand krijgt en de raket weer gaat dalen, klapt er vanuit de neus van de raket een parachute uit. Zo blijft de wetenschappelijke apparatuur aan boord gespaard en kan deze worden hergebruikt.

Raketten bevatten minilaboratoria

Miniraketten zijn op zich niets nieuws. De basistechnologie ervoor is 75 jaar geleden in de nasleep van de Tweede Wereldoorlog al ontwikkeld, toen de VS circa 100 V2-raketten in nazi-Duitsland in beslag namen.

De raketmotoren verbrandden een mengsel van ethanol, water en vloeibare zuurstof, waardoor ze in maar 65 seconden konden versnellen en 80 kilometer hoogte konden bereiken.

De V2-raketten waren oorspronkelijk uitgerust met bommen in de neus, maar de Amerikaanse ingenieurs vervingen die door meetapparatuur.

Daardoor konden de wetenschappers de raketten gebruiken om de atmosfeer nader te onderzoeken, onder andere om te ontdekken hoe het poollicht ontstaat als gevolg van de zonnewind: de stroom van elektrisch geladen deeltjes die de zon continu op de aarde afstuurt.

Reis met de tollende miniraket naar de rand van de ruimte:

Ook nu nog vliegen miniraketten, net als de V2’s, in een ballistische baan omhoog en weer terug, als in een omgekeerde U.

Maar sinds het V2-tijdperk zijn de raketten tot ranke, precieze onderzoeksinstrumenten ontwikkeld, die opstijgen met behulp van een afgepaste dosis brandstof.

De raketten worden veelal gelanceerd met circa 12.800 km/h – nog niet de helft van de snelheid die nodig is om in een baan rond de aarde te geraken.

Die snelheid is zodanig ingesteld dat de raketten ook het gebied tussen 48 en 145 kilometer hoogte kunnen bestrijken, dat te hoog is voor weerballonnen maar te laag voor satellieten rond de aarde.

Op weg omhoog draaien de raketten om hun verticale as om niet te gaan slingeren.

Op 100 kilometer hoogte passeert de raket de grens met de ruimte, de Kármánlijn, en komen de kabels met gewichten eraan los, die de rotatie van de raket afremmen – zoals wanneer een kunstschaatser zijn armen uitstrekt om een pirouette te vertragen.

In 2019 gaven twee NASA-raketten gassen vrij die reageren met de straling van de zon – met deze lichtshow als gevolg. De bewegingen van het licht leverden nieuwe kennis op over straling in de atmosfeer.

© Yang Sutie

Boven in de baan gaat de meetapparatuur aan.

Elke raket is beladen met instrumenten, zoals telescopen met een diameter van zo’n 20-35 centimeter.

Met deze instrumenten kunnen wetenschappers scherpstellen op de zon – of op sterren waar grote telescopen overheen kijken.

Een navigatiesysteem keert de raket met behulp van gaspijpen, zodat de telescopen met een precisie van een boogseconde op het doel worden gericht: ze kunnen scherpstellen op een punt gelijk aan 1/30.000 van de diameter van een volle maan.

Raketmissie zoekt naar leven

Miniraketten hebben de astronomie al veel resultaten opgeleverd. Zo zijn de raketten gebruikt om de basis te leggen voor onderzoek naar uv- en infraroodstraling van de zon. Die is niet vanaf de aarde te bestuderen – de atmosfeer absorbeert deze straling voor ze de grondtelescopen bereikt.

Verder zijn de miniraketten ideaal om minisatellieten te lanceren, waar nogal wat vraag naar is. Satellieten kunnen nu veel kleiner worden gemaakt dan ooit.

Zo was de in 1991 gelanceerde onderzoekssatelliet UARS 10 meter lang en woog hij circa 6500 kilo, en een CubeSat is slechts 10 centimeter lang en weegt 1,3 kilo.

CubeSats kunnen sneller worden ontwikkeld en goedkoper worden gelanceerd, en dus ook specifieker worden ontworpen voor ieder doel.

Ze zijn dan ook gewild bij klimaatdeskundigen en atmosfeeronderzoekers, en bij bedrijven met plannen voor satellietinternet.

De Japanse raket SS-520-5 is 9,65 meter hoog. In 2018 bracht hij als kleinste raket ooit een satelliet in een baan om de aarde.

© JAXA

In 2021 lanceert NASA de raket SISTINE om het zoeken naar planeten in andere zonnestelsels waar leven te vinden kan zijn, te intensiveren.

De SISTINE gaat 280 kilometer de atmosfeer in en werpt onderweg zijn motoren af; alleen onderzoeksapparatuur, kleine gaspijpen om te manoeuvreren en de neus met een parachute blijven over.

Op de maximale hoogte gaat er een luik onder aan de raket open.

Dan draaien de gaspijpen de raket ondersteboven, zodat een telescoop kan worden gericht op het driesterrenstelsel Alpha Centauri op 4,37 lichtjaar afstand van het zonnestelsel – met de dichtstbijzijnde bekende exoplaneet, Proxima Centauri b.

De telescoop met een diameter van 56 centimeter observeert ook de ultraviolette straling op alle golflengten van 100 tot 160 nanometer.

Dat is voor de grote telescopen rond de aarde onmogelijk.

De SISTINE vangt onder meer straling op met een golflengte van 121 nm, waarop kooldioxidemoleculen (CO2) uit elkaar gereten kunnen worden.

De straling rukt koolstofatomen (C) los, waardoor er zuurstof (O2) overblijft. Zuurstof kan een teken van leven zijn, maar kan ook door sterrenlicht ontstaan, zoals zonnevlammen.

De observaties zijn cruciaal om toekomstige metingen van zuurstof op exoplaneten in verre sterrenstelsels als Alpha Centauri te interpreteren – en om uit te maken welke planeten leven kunnen herbergen en welke we links kunnen laten liggen.

Een hemel vol kleine raketjes

Wat het resultaat van de SISTINE-missie ook zal zijn, de miniruimtewedloop zal alleen maar heviger worden.

Miniraketten duiken niet alleen op bij grote instanties als NASA, maar over de hele wereld. Zo lanceerde de Japanse raket SS-520-5 van maar 9,65 meter hoogte – de kleinste raket ooit – in 2018 een satelliet.

En in 2016 richtte Nieuw-Zeeland een ruimteagentschap op om Rocket Lab te ondersteunen, dat onder meer de 6 meter hoge sonde Atea heeft gebouwd.

We gaan een tijd tegemoet waarin ieder onderzoeksproject en elke minisatelliet zijn eigen raketten heeft.

Terwijl gigantische maan- en Mars-raketten alle aandacht trekken, zullen steeds meer miniraketten satellieten lanceren, nieuwe technologie testen en stukje bij beetje de laatste raadsels van de aarde, zon en ruimte oplossen.