Je leest:

Ruimtelift? Begin op de maan

Ruimtelift? Begin op de maan

Auteurs: en | 2 december 2004

Science fiction auteur Arthur C. Clarke’s beroemde voorspelling was dat we, vijftig jaar nadat mensen nog om het idee lachten, al ruimteliften zouden bouwen. Jerome Pearson is al sinds het begin van de jaren ’70 met ruimteliften bezig en volgt het groeiende enthousiasme (en het vervagend gegniffel) op de voet. Hij weet dat er nog substantiële problemen op het gebied van de techniek en de materialen zijn, dus stelt hij voor dat de NASA begint met het bouwen van een lift op de maan. En de ruimteorganisatie denkt serieus over het idee na.

Pearson werkte voor de NASA Ames Research Center in Californië ten tijde van de Apollo maanlandingen. Een speech van Arthur C. Clarke uit 1960, waarin hij geostationaire satellieten beschreef, inspireerde Pearson tot het hele concept van de ruimtelift.

“Clarke vertelde dat een goede manier om communicatiesatellieten in een geostationaire baan te begrijpen was om je ze voor te stellen bovenop een hoge toren, 35.786 km boven de aarde”, vertelt Pearson, “Ik dacht: waarom bouwen we die torens niet in het echt?”

Clarke bedacht zich dat het theoretisch mogelijk was om een contragewicht, een kleine asteroïde bijvoorbeeld, in een geostationaire baan te brengen en daar dan een kabel van neer te laten om vast te maken op de evenaar. In theorie zouden liftbakken langs de kabel omhoog kunnen om hun lading de zwaartekrachtput van de aarde uit te tillen en de ruimte in te brengen tegen een fractie van de kosten van een chemische raket.

…in theorie dan. Hét probleem toen, en nu, is dat het materiaal om alleen al het gewicht van de kabel zelf te dragen in de aardse zwaartekracht niet bestaat. Pas de laatste paar jaar, met de opkomst van koolstof nanobuisjes – die hebben een trekkracht die in de buurt komt van de kracht in de kabel – zijn mensen voorbij de beginfase en onderzoeken ze het idee serieus. En terwijl koolstof nanobuisjes al in kleine hoeveelheden zijn gemaakt in het lab zal het nog jaren duren voor technici zover zijn dat ze deze tot lange kabels kunnen weven die de vereiste kracht kunnen leveren.

Sir Arthur C. Clarke in zijn werkkamer op Sri Lanka, Op de achtergrond de vele door hem geschreven boeken. Clarke noemt zijn werkkamer dan ook heel toepasselijk de ‘ego-kamer’. (bron: Carl Koppeschaar)

Pearson wist dat de technische problemen enorm zouden zijn, dus dacht hij: “waarom bouwen we geen lift op de maan?” Op de maan is de invloed van de zwaartekracht een zesde van wat we hier op aarde voelen en is een ruimtelift zeker mogelijk met onze huidige techniek. Met een kabel vanaf het maanoppervlak heb je een goedkope manier om voorraden en mineralen in een baan om de aarde te brengen.

Het systeem van contragewichten. Klik op de afbeelding voor een grotere versie

Een ruimtelift vanaf de maan zou anders werken dan eentje vanaf de aarde. Waar onze planeet iedere 24 uur om zijn as draait, draait de maan slechts één keer per 29 dagen om zijn as. Zolang doet de maan er ook over om een volledige omloop om de aarde af te leggen. Daarom kunnen we ook maar één kant van de maan zien. Het idee van een geostationaire baan is eigenlijk onzinnig als je het over de maan hebt.

Er zijn echter vijf posities in het aarde-maan systeem waar je een voorwerp met lage massa – zoals een satelliet of een contragewicht voor een ruimtelift – zou kunnen plaatsen en met zeer weinig energie op hun plaats houden: de zogeheten Lagrange punten. Het punt L1, een plek ongeveer 58.000 kilometer boven het maanoppervlak, zou prima werken.

Stel je voor dat je in de ruimte zweeft op een plaats waar de invloed van de zwaartekracht van de aarde en de maan precies even groot zijn. Kijk je naar links, dan zie je de maan op ongeveer 58.000 kilometer afstand; kijk je naar rechts dan zie je de aarde op een afstand die 5 keer zo groot is. Zonder stuwraketten zal je uiteindelijk van dit punt van perfect evenwicht afdrijven en richting aarde of maan vallen. L1 is wel in balans, maar ook onstabiel. De kleinste verstoring van het evenwicht betekent dat je er al van wegdrijft.

De Lagrange-punten van het aarde-maan-stelsel. Op deze plekken houden de zwaartekracht van de twee massa’s en de middelpuntvliegende kracht elkaar precies in evenwicht. L1, L2 en L3 zijn instabiel: als je van het exacte punt afdrijft, trekken de samenspannende krachten je er steeds verder vanaf. Het is net als twee knikkers op elkaar stapelen: er ís een evenwicht mogelijk, maar het is moeilijk te behouden. L4 en L5 zijn stabiele punten: voorwerpen die van de exacte Lagrange-punten afdrijven gaan er een baan omheen beschrijven en blijven zo in de buurt. In de Lagrange-punten van bijvoorbeeld Jupiter en Saturnus zijn veel asteroïdes gevonden die in deze zwaartekrachtsschuilplaats wonen.

Pearson stelt voor dat de NASA een ruimteschip met een enorme klos kabel naar L1 lanceert. Het schip zou langzaam van L1 afdrijven terwijl de kabel uitrolt richting het oppervlak van de maan. Is de kabel eenmaal verankerd aan het maanoppervlak, dan levert het schip trekkracht en zou de hele kabel perfect strak staan, net als een steen die je aan een touw rondslingert.

En de lift zou zich, net zoals een slinger, altijd perfect richten naar het L1 punt omdat de zwaartekracht van de aarde er aan trekt. Er zou zelfs een kleine zon-aangedreven klimmer met de missie mee kunnen die van het maanoppervlak langs de kabel omhoog zou klimmen om maanstenen in een hoge baan om de aarde te brengen. Andere missies zouden hele batterijen klimmers kunnen meenemen en zo het concept uitbouwen tot het niveau van massaproductie.

Wat een lift die verankerd is aan de maan en niet aan de aarde voordeliger maakt is het simpele feit dat de krachten die erop werken veel kleiner zijn – de zwaartekracht van de maan is maar een zesde zo sterk als die van de aarde. In plaats van exotische nanobuisjes met extreme trekkracht zou de kabel gebouwd kunnen worden met extreem sterke, commercieel verkrijgbare materialen zoals Kevlar of Spectra. Pearson heeft om precies te zijn zijn zinnen gezet op een commerciële vezel genaamd M5; hij heeft berekend dat een kabel die 200 kg lkracht aan de basis aan zou kunnen slechts 6800 kg zou wegen. Dit valt ruim binnen de mogelijkheden van de krachtigste raketten van Boeing, Lockheed Martin en Arianespace. Er is maar één lancering nodig om een lift op de maan te zetten. En zodra de lift is aangebracht kun je hem verstevigen met extra materialen die je op de maan kunt maken, zoals glas en boor.

Okee, en wat zou je doen met een ruimtelift vanaf de maan? “Genoeg,” zegt Pearson, “de maan is rijk aan allerlei grondstoffen en het is makkelijker die daar te verzamelen en in een baan om de aarde te brengen dan ze vanaf de aarde te lanceren. Het mineraal regoliet (maanstof) zou gebruikt kunnen worden om ruimtestations te beschermen; metalen en andere mineralen zouden aan het oppervlak gedolven kunnen worden voor de bouw in de ruimte; als er ijs ontdekt wordt aan zuidpool van de maan dan heb je een bron van water, zuurstof en zelfs raketbrandstof.”

Als er echt bevroren water op de zuidpool van de maan is zou je daar een tweede kabel heen kunnen leiden en die aan het einde van de eerste kabel vast kunnen maken. Dit zou het mogelijk maken voor een zuidelijke maanbasis om grondstoffen in een hoge baan om de aarde te brengen zonder dat deze stoffen over het oppervlak naar de basis van de eerste lift vervoerd moeten worden.

Voor stenen is het ideaal, maar niet voor mensen. Zelfs als een klimmer met honderden kilometers per uur langs de kabel omhoog zou gaan zouden astronauten weken onderweg zijn terwijl ze zouden worden blootgesteld aan ruimtestraling. Maar als je het over vracht hebt is er niets beter dan langzaam maar zeker.

In 1979 alweer maakte Pearson zijn idee voor een ruimtelift voor het eerst publiek en hij sindsdien probeert hij het aan de man te brengen. NASA lacht dit keer niet; ze luisteren. Het bedrijf van Pearson (Star Technology and Research) heeft recentelijk een beurs ter waarde van 75.000 dollar ontvangen van NASA’s Institute for Advanced Concepts (NIAC) voor een zes maanden durende studie om het idee verder uit te werken. Als het idee rendabel blijkt zou Pearson een grotere beurs kunnen krijgen om een begin te maken met het oplossen van de technische problemen en kan hij op zoek naar partners zowel binnen als buiten de NASA om te helpen in de ontwikkeling.

Het NIAC werkt met ideeën die buiten het standaardgebied van de NASA-techniek vallen – ruimteliften op de maan bijvoorbeeld – en ondersteunt de ontwikkeling ervan tot het punt waarop de meeste risico’s en variabelen er zijn uitgewerkt.

Pearson hoopt, gesteund door deze beurs, de NASA ervan te overtuigen dat een ruimtelift met basis op de maan een bijdrage van onschatbare waarde kan leveren aan Amerikaanse plannen voor bases op de maan en Mars. Een ruimtelift zou zich nuttig kunnen maken door toekomstige maanbases en industrieën in de ruimte te ondersteunen. Het zou ook ingenieurs een manier bieden om de enorme problemen die de bouw van ruimteliften met zich meebrengt te leren begrijpen zonder er meteen eentje op aarde te hoeven bouwen.

Dit artikel is een publicatie van Universe Today.
© Universe Today, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 02 december 2004

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.