Onder deze verzamelnaam schrijft Gerard Kienhuis een aantal blogs over de ruimtevaart voor Hallo Losser. Gerard is in Losser maatschappelijk actief op diverse fronten. Naast muziek en fotografie is de ruimtevaart zijn grote hobby. Hij vertelt en schrijft er met passie over. Veel leesplezier. Dit keer is het onderwerp: Satellieten.
Een toepassing van een satelliet in een baan om de aarde. We zien hier de Core Observatory Satellite, die waarnemingen doet naar al de regen en sneeuw die wereldwijd valt.om daarmee een beter inzicht te verkrijgen over ons klimaat.
De satelliet in haar baan om de aarde (1)
Het is 4 oktober 1957, 22.28 Moskou tijd, als de Russen tot grote schrik en verbazing van de westerse wereld de eerste kunstmaan in een baan om de aarde brengen. De Spoetnik-1, een metalen bol met een diameter van 58 cm en een gewicht van bijna 84 kg, draaide de eerste baantjes op een hoogte variërend van 228 tot 947 km onder een baanhelling van 65,1 graden. Verderop zullen we het begrip baanhelling verder toelichten en daarbij het grote belang ervan. Vanaf die tijd is ruimtevaart een niet meer weg te denken onderdeel van ons dagelijks bestaan geworden. Denk aan de Spaceshuttle vluchten, de weers-, de navigatie-, de communicatie-, de militaire- en alle andere wetenschappelijke satellieten die in een baan om de aarde zijn gebracht. Maar ook aan al die vele ruimtevaartuigen naar maan en planeten.
In de zestig jaren die volgden zijn zo’n 8000 satellieten in een baan om de aarde gebracht. Hiervan bevinden zich nog 5000 in een baan om de aarde. De overige 3000 satellieten zijn uiteengevallen of zijn verbrand. Van de 5000 satellieten zijn slechts 2000 actief. De overige 3000 draaien als dode satellieten hun baantjes. Daarnaast is sprake van een enorm hoeveelheid ruimteafval afkomstig van satellieten, ruimtestations en eindtrappen van raketten. De schatting is dat momenteel zo’n 500.000 stukjes afval ten grootte van 1 cm en 20.000 stukjes vanaf 10 cm zich in een baan om de aarde bewegen met snelheden rondom 28.000 km/uur. Al met al wordt geschat dat voor miljoenen kilogram aan afval rondzweeft.
Dit gaat ongetwijfeld tot grote problemen leiden. Er zijn al situaties geweest met het International Space Station dat men allerlei voorzorgsmaatregelen moest nemen. Er wordt momenteel hard gewerkt om dit afval op te ruimen waarbij o.a. ook gedacht wordt aan een soort stofzuiger voor kleine stukjes. Ook hier zien we dat waar de mens verschijnt sprake is van vervuiling!!
Het zogenaamde Kanon van Newton.
We spreken van het zogenaamde Kanon van Newton omdat Isaac Newton in 1687, een viertal wetten formuleerde met betrekking tot de beweging van de objecten binnen het zwaartekrachtsveld. Het zal voor iedereen duidelijk zijn dat naarmate de snelheid van een kogel waarmee zij de mond van het kanon verlaat groter is, de reikwijdte dan ook groter wordt. We veronderstellen nu de ideale situatie van een volkomen ronde aarde met een glad aardoppervlak, dan zal volgens de wetten van Newton, bij juist voldoende snelheid (28.400 km/uur), de kogel ons aan de achterzijde van het kanon na 85 minuten weer bereiken. Er is dan sprake van een cirkelvormige baan. (Baan C). Verhogen we echter de snelheid dan zal de baan uitgerekt worden. De baan is dan ellipsvormig geworden. (Baan D). We hebben nog steeds te doen met zgn. ‘gesloten banen’. Voeren we vervolgens de snelheid alsmaar verderop tot zo’n 39.000 km/uur, dan ontsnapt de kogel aan de zwaartekracht en vervolgt haar weg in de vrije ruimte. We spreken nu van een ‘open baan’. (Zie Baan E).
In onze beschouwing staat het kanon op de aarde. In werkelijkheid wordt de zgn. kogel, lees satelliet, door een raket naar een bepaalde hoogte gebracht met een bepaalde snelheid, afhankelijk van de gewenste baan. We veronderstellen nu dat het zgn. kanon zich op 500 km hoogte bevindt. We vinden dan (alle snelheden zijn gemakshalve sterk afgerond). Alle afstanden in km en snelheden in km/uur.
Voor de liefhebber: Alle banen hebben de vorm van een kegelsnede. Het was Johannes Kepler die in 1609 op basis van hemelwaarnemingen met de stelling kwam dat alle planeten ellipsvormige banen beschrijven rondom de zon. Zo’n 80 jaar later kon dit met de wetten van Newton bewezen worden.
Elke baan wordt gegeven door een stelsel van zes baanelementen. Zijn deze bekend dan is voor elk gewenst moment, de positie, de snelheid en de ligging bepaald ten opzichte van het centraal aantrekkende hemellichaam. Lees hier: de aarde. Het voert te ver om al deze elementen nader uiteen te zetten. Ik beperk me daarom tot de baanhelling, ook wel de inclinatie genoemd. Dit is hoek die de baan maakt ten opzichte van het equatoriale vlak. Dit vlak kan gemakshalve gezien worden als het scheidingsvlak tussen het noordelijk- en het zuidelijk deel van aardbol.
Is de hellingshoek ‘nul graden’, dan beweegt de satelliet zich in het vlak van de equator. Is zij daarop ‘negentig’ graden, dan staat de baan loodrecht op de equator en snijdt daardoor de Noord- en de Zuidpool. We spreken dan van een ‘polaire’ baan. Daartussen zijn natuurlijk oneindig vele banen denkbaar. Als voorbeeld nemen we het International Space Station (ISS). Haar baanvlak maakt een hoek van 51,7 graden met het equatoriale vlak.
Een zeer belangrijk aspect is dat de satelliet in een vaste baan om de aarde beweegt terwijl de aarde daaronder ronddraait. In de twee onderstaande afbeeldingen, links, is dat mooi te zien. Daarnaast zien we de projectie van de baan op het aardoppervlak, ‘groundtrack’ genoemd.
Als de satelliet precies één omwenteling heeft gemaakt, dan is de aarde gedraaid over een hoek λ. Nemen we het I.S.S. als voorbeeld met een omlooptijd van ongeveer 92 minuten, dan is de aarde na één omloop in oostelijke richting gedraaid over een hoek van λ = 92/4 = 23 graden. Dit betekent dus dat bij de volgende omwenteling de satelliet over een ander deel van het aardoppervlak draait, enz. En zo kan het dan gebeuren dat zij op enig moment zichtbaar aan de hemel van Losser. En dan gedurende een bepaalde tijd daarna niet meer. Het voert te ver om al de aspecten die daarbij een rol spelen te bespreken. Er bestaan meerdere Apps waarmee je bewegingen van bepaalde satellieten kunt volgen. V.w.b. het International Space Station is er de ‘ISS Detector’. Deze toont exact wanneer de ISS te zien is voor elke locatie op aarde.
Satellietbanen kunnen op verscheidene manieren worden gerangschikt. Dit kan op basis van hoogte, baanhelling, omlooptijd of combinaties hiervan. In de volgende Bijdrage ga ik daar verder op in met het accent op het nut van satellieten voor ons dagelijks bestaan.
