Japan brengt satelliet met zonnezeil de ruimte in

De Japanse ruimtevaartorganisatie Jaxa heeft een experimentele satelliet die met een zonnezeil is uitgerust in de ruimte gebracht. Het zeil van de kunstmaan moet voortstuwing voor de kunstmaan gaan leveren door botsingen met fotonen.

Jaxa heeft donderdagnacht vanaf de basis Tanegashima de H-IIA-raket gelanceerd. Aan boord zijn twee satellieten. Een van de kunstmanen, Ikaros geheten, heeft een experimenteel karakter en is met een zonnezeil uitgerust. De grootste uitdaging wordt het uitvouwen van het 35 vierkante meter grote zeil. Het zonnezeil is slechts 7,5 micrometer dun en moet zich ontvouwen door de satelliet met 25 toeren per minuut om zijn as te laten draaien, waarna de middelpuntvliedende kracht de rest moet doen. Dit hele proces neemt volgens de huidige planning twee weken in beslag.

Indien het ontvouwen slaagt, moet het grotendeels van polyimide gemaakte zeil deels voor de voortstuwing van de Ikaros gaan dienen. Het zeil zou fotonen die door de zon het heelal worden ingeslingerd, moeten opvangen. Omdat fotonen zeer kleine deeltjes zijn, moet een dergelijk zeil een aanzienlijk oppervlak hebben en tevens licht zijn. De Japanse ruimtevaartorganisatie stelt dat het zeil sterk genoeg is om botsingen met kleine deeltjes te overleven en dat aanvaringen met grotere deeltjes weliswaar schade kunnen opleveren, maar niet fataal hoeven te zijn.

Naast het zonnezeil is een ionenmotor aanwezig. De combinatie van de twee moet de hybride aangedreven Ikaros voldoende snelheid opleveren. Omdat het zonnezeil ook met zeer dunne zonnecellen is uitgerust, kunnen de instrumenten op de satelliet met elektriciteit worden gevoed. Uiteindelijk moet Ikaros koers zetten naar Venus, een reis die naar verwachting zes maanden in beslag neemt.

Het idee voor het toepassen van een zonnezeil is allerminst nieuw; al honderd jaar geleden opperden wetenschappers het basisconcept en ook onder science fiction-schrijvers werd driftig over het 'zeilen in de ruimte' gefantaseerd. Grootste hindernissen waren het vinden van de juiste materialen, die vooral zeer licht moeten zijn, en de methode om een zonnezeil te ontvouwen.

Jaxa denkt echter de grootste problemen te hebben overwonnen en dat de 'zeilmethode' voor satellieten brandstof en dus lanceerkosten kan besparen. Daarnaast heeft de Japanse ruimtevaartorganisatie toekomstplannen opgesteld om een zonnezeil te ontwikkelen dat tienmaal groter zou zijn dan het 'doek' van de circa 15 miljoen dollar kostende Ikaros. Ook wil Jaxa het rendement van de zonnecellen verhogen, zodat op grotere afstanden nog steeds voldoende zonne-energie kan worden opgewekt.

Reacties (157)

[Verwijderd]

My-life - Inderdaad, ik snap ook niet goed hoe dit kan. Kan iemand dit uitleggen ?

[rogierslag]

Fotonen hebben wel een massa, maar deze is verwaarloosbaar klein (en kan vzik niet berekend/bepaald worden). De impuls van een foton wordt dan ook berekend via een formule welke de materiegolf van de Broglie gebruikt. Deze is vereenvoudigd tot p=h/(labda). Hierin is p de impuls, h de constante van Planck en labda de golflengte.

De constante van Planck is ongeveer 6,6e-34. Dus ook ontzettend klein. Er zijn dan ook miljarden botsingen nodig om een beetje impuls in dat apparaat te krijgen.

Een zonnezeil van deze orde van grootte lijkt me dan ook niet echt zinvol en meer een proof-of-concept. Voor een continue kracht van een paar Newton heb je al snel 1 km² aan oppervlakte nodig. Slechts 35 m² is dan wel erg weinig. Ik denk dat het zonnezeil dus een voorbeeld heeft en de ionenmotor vooral gebruikt zal worden.

[ArnoAG]

Maar als er een versnelling van 0.01M/s2 wordt gehaald, zal hij blijven versnellen, zo zouden na een tijdje toch enorme snelheden kunnen worden gehaald.
En je hoeft geen brandstof mee te nemen, dat scheelt weer bij de lancering.

[.oisyn]

Maar als er een versnelling van 0.01M/s2 wordt gehaald, zal hij blijven versnellen, zo zouden na een tijdje toch enorme snelheden kunnen worden gehaald.

Behalve dan dat je steeds verder van de zon geraakt en het effect van de voortstuwing dus ook steeds minder wordt. Met andere woorden, de versnelling neemt af (zelfs kwadratisch met de afstand tot de zon)

[Aham brahmasmi]

Maar in dit geval gaan ze juist dichter naar de zon toe (naar Venus). (Ongetwijfeld draagt de satelliet daarom ook de naam Ikaros.)

[Reactie gewijzigd door Aham brahmasmi op 22 juli 2024 15:29]

[!null]

Daar staat natuurlijk tegenover dat er geen weerstand is in de ruimte (even los van botsingen met debris enzo), en dat het dus eigenlijk cumulatief is toch?
Als je dat ding een zetje geeft zodat hij 5 km/u gaat in een bepaalde richting, dan blijft hij dat ook gaan. Ieder klein zetje gaat hij harder van (zolang hij niet de snelheid van fotonen bereikt )
Bij een auto pas bijvoorbeeld 100 newton toe, en die moet je toe blijven passen anders stopt hij gewoon weer door weerstanden.

Vergelijkbaar met dingen die op onze planeet naar beneden vallen, de kracht erop is constant maar ze versnellen wel (stuiver van eifeltoren verhaal bijvoorbeeld).

Edit: Maar het blijft idd een proof of concept, en niet de enige krachtbron van dit apparaat.

[Reactie gewijzigd door !null op 22 juli 2024 15:29]

[Vullisbak]

Ik denk ook dat het zonnezeil niet zozeer als voorstuwing gebruikt wordt bij dit experiment, maar eerder om de theorie/techniek van materiaalsoort, verpakken, vervoeren en vooral het uitvouwen te testen.

Het zeil is ook uitgerust met fotovoltaische cellen, lijkt me zeker iets om te testen op een dergelijk dun oppervlak wat tijdens het nogal ruige vervoer opgevouwen heeft gezeten.

[blobber]

Fotonen hebben wel een massa, maar deze is verwaarloosbaar klein

Nee, fotonen hebben (rust)massa nul anders zouden ze nooit met snelheid c kunnen bewegen.

[Reactie gewijzigd door blobber op 22 juli 2024 15:29]

[Verwijderd]

thanks! Kunnen fotonen met elkaar botsen ? en zoja, wat gebeurt er dan ?

[Nico Klus]

schijn maar eens met een zaklamp naar de zon....

Fotonen gedragen zich dan als golf en kunnen dus niet botsen.

[Verwijderd]

fotonen kunnen botsen met alle andere deeltjes, maar niet met zichzelf ? vreemd !

[.oisyn]

Fotonen botsen ook niet echt, ze reageren waarbij ze hun energie afdragen.

[Verwijderd]

wel als een foton tegen een spiegel botst dan verandert het toch van richting. lijkt mij vrij hard op botsen (hoeveel energie draagt een foton dan af ? en heeft een foton oneindig veel energie ? - aangezien de snelheid constant (en dus onuitputtelijk is) ? alvast bedankt !

[Aham brahmasmi]

aangezien de snelheid constant (en dus onuitputtelijk is) ? alvast bedankt !

De snelheid van fotonen is helemaal niet constant, maar afhankelijk van het medium. In glas gaat licht bijv. maar 2/3 van de lichtsnelheid in vacuüm (brekingsindex n = 1,5). Fotonen kunnen ook gewoon geabsorbeerd worden en omgezet in warmte of microscopische trillingen ('fononen'); ze blijven niet oneindig rondkaatsen met constante snelheid (wat jouw denkbeeld lijkt te zijn).

[Verwijderd]

Dat komt omdat fotonen géén deeltjes zijn... Het is in bepaalde situaties handig ze als deeltjes op te vatten, maar ze zijn het niet.

[My-life]

Ik wist niet eens dat fotonen massa hebben .

[Xenomorphh]

Elk deeltje heeft massa.. Protonen en neutronen zijn ook opebouwd uit andere deeltjes. Ze denken dat alles massa krijgt door het Higgs deeltje. Dit willen ze proberen te vinden in de Large hadron collider oftewel LHC in zwitserland.

Link: http://science.howstuffworks.com/large-hadron-collider1.htm

[blobber]

Elk deeltje heeft massa..

Bijna elk deeltje heeft massa, fotonen zijn per definitie massaloos.Alleen massaloze deeltjes kunnen met de lichtsnelheid c bewegen.het higgs field is nodig om te kunnen verklaren waarom krachtvoerende deeltjes als fotonen massaloos zijn, terwij bijv. W en Z deeltjes juist enorm zware krachtvoerende deeltjes zijn.Als deze deeltjes manifestaties zijn van één en dezelfde overkoepelende natuurkracht, hoe kunnen ze dan zulke verschillende massa's hebben?Daar zorgt het higgs field voor.Alle krachtvoerende deeltjes zijn massaloos, maar door het higgs field gedragen sommigen zich alsof ze een massa hebben.Zie het maar als een soort stroop die sommige deeltjes traag maakt.

[vgroenewold]

Alle deeltjes zouden massa krijgen door het Higgs deeltje, een foton echter is geen deeltje (volgens de theorie), maar een vorm van electromagnetische straling, opgewekt door het terugvallen van een electron in hogere energie-status, naar een lagere. Als mijn natuurkunde-les nog goed in mijn hoofd zit.

[Reactie gewijzigd door vgroenewold op 22 juli 2024 15:29]

[.oisyn]

Elk deeltje heeft massa..

Pertinent onwaar.

Protonen en neutronen zijn ook opebouwd uit andere deeltjes.

Klopt, maar een foton is een elementair deeltje.

Ze denken dat alles massa krijgt door het Higgs deeltje.

Nee, de Higgs boson geeft alleen massa aan deeltjes die massa hebben. Het Higgs boson en het Higgs mechanisme vormen juist een verklaring waarom fotononen geen massa hebben, terwijl andere deeltjes zoals de W en Z bosonen juist heel zwaar zijn.

[pptw]

Men neemt nog steeds aan dat fotonen massaloos zijn. Men is het er echter wel over eens dat fotonen impuls hebben. Hoe hoger de frequentie van het licht, hoe meer energie een foton bezit en hoe meer impuls het over kan brengen op het zeil.

[!null]

Wat voor impuls heb je het dan over?
Want voor een impuls zouden ze wel massa moeten hebben zoals ik het zie. En hieronder ook wordt beschreven.

[sandeman]

Alleen in de klassieke mechanica (Newton) moet een deeltje massa hebben om impuls te hebben. In de quantummechanica is dat niet per se nodig.

[TheekAzzaBreek]

Ik wist niet eens dat fotonen massa hebben .

Herinner je je deze nog?

[Verwijderd]

Die heeft, zo te lezen, niets te maken met de impuls van fotonen.

[Snake]

Scheurt dat niet door al dat debris wat door de ruimte vliegt?

[wildhagen]

Hangt dus van de grootte van de micrometeorieten af, volgens het artikel. Kleine meteoriet-inslagen zouden geen probleem moeten zijn, grotere kunnen wel schade aanrichten, maar die hoeft ook niet per se het einde van het zeil te betekenen.

Daarnaast gaat het hier natuurlijk om een technology demonstrator. In de toekomst kunnen, met behulp van de hiermee opgedane ervaringen, wellicht weer sterkere/betrouwbaardere zonnezeilen worden gemaakt.

[Verwijderd]

Ze zouden ook een soort schild voor het zeil kunnen zetten toch? Of zeg ik nu iets doms

[blobber]

dat zou enorm zwaar worden, terwijl je juist een zo licht mogelijk vaartuig wilt maken

[.oisyn]

Ze kunnen het zeil ook gewoon dikker maken. Het punt is alleen dat je zo min mogelijk massa met je mee wilt dragen, wat de hele reden is van het feit dat het zeil zo dun is

[Verwijderd]

Welk debris in de ruimte?
De ruimte is vooral heeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeel erg leeg.

Zelfs een astroiden gordel is dusdanig leeg, dat je het nauwelijks zou merken als je er doorheen vliegt. Onze StarWars/StarTrek visie klopt niet zo erg.

[SH4D3H]

De ruimte is vooral heeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeel erg leeg.

Dat is wat de meeste mensen denken. Een Nederlandse natuurkundige heeft met een experiment reeds aangetoond dat er helemaal niet zoiets bestaat als leeg. Zie ook Casimir effect op Wikipedia.

Desalniettemin acht ik de kans dat het zeil door iets van schadelijke grootte geraakt zal worden ook niet echt groot. Sowieso ga ik er vanuit dat die Jappen er wel over nagedacht hebben.

[mjtdevries]

Ahem, de link die je geeft over het casimir effect geeft juist aan dat het effect volledig verklaart kan worden zonder dat er deeltjes tussen de platen zitten.

Er is helemaal niets op die pagina te vinden over enig experiment dat aantoont dat de ruimte niet heeeeel erg leeg is.

[TheekAzzaBreek]

Scheuren zou wel een probleem zijn, maar als er gaatjes in geslagen worden maakt dat praktisch niks uit: het oppervlak wordt alleen ietsje kleiner. Ruimtepuin heb je trouwens niet overal, er is goed omheen te sturen als je eenmaal uit de buurt van de aarde bent.

[poefel]

35 vierkant meter? Dat is net zo groot als een middelgrote zeilboot. Het lijkt me dat het op die manier wel heel erg lang gaat duren voor er een meetbare snelheidsverandering is opgetreden.

[wildhagen]

Daarom zit er dus ook een ionenmotor in, het apparaat is dus niet enkel van het zonnezeil afhankelijk, het is een hybride apparaat.

[Tukkertje-RaH]

Dat ben ik met je eens - maar ik denk dat de Japanners eerst het naar boven brengen van het zeil en het vervolgens netjes uitvouwen onder de knie willen hebben voordat ze een volwaardig zeil lanceren.

Overigens lijkt het me dat de stuwende kracht van een zonnezeil kwadratisch afneemt met de afstand van de zon - je 'motor' wordt steeds minder krachtig. Daar heb je dan nog je (experimentele) ionenmotor voor, maar die stook je dan weer met de energie uit - juist, de zon.

[TeXiCiTy]

En venus ligt dichter bij de zon dan de aarde. Hoe willen ze dan het impuls (@my-life, geen massa, wel impuls, iets met deeltjes/golven dualiteit ) van de photonen gebruiken om er te komen? Ik neem aan dat ze de kunstmaan niet via Mars terugslingeren ofso als de reis in slechts 6 maanden gedaan wordt?

[Reactie gewijzigd door TeXiCiTy op 22 juli 2024 15:29]

[Frituurman]

Het zal niet in een rechte lijn gaan, maar een bepaalde baan gaan volgen. Kan me voorstellen dat er eerst een omhaal nodig is om genoeg momentum te creëren en vervolgens een koers richting Venus te plotten....

[torp]

Dan moeten ze het zeil op een gegeven moment weer inklappen, anders gaat het afremmen. Toch?

[eehbiertje]

weer een stap dichterbij.

zou mij benieuwen wanneer het eerste aangelegde ruimtestation gebouwd gaat worden..
met faciliteiten en dergerlijke.

of droom ik nu te ver weg

toch knap dat deze mensen dit voor elkaar krijgen
maar als ik het zo lees zitten er ook zonnecellen op.
waarom zon ding dan niet doormiddel van zonne energie op gang laten komen?

[Dakreal]

Volgens mij heeft Rusland al enige tijd een "ruimtestation"

bron: http://nl.wikipedia.org/wiki/Mir_(ruimtestation)

Edit: Zoals te lezen, is dit ruimte station alweer 9 jaar inactief.

[Reactie gewijzigd door Dakreal op 22 juli 2024 15:29]

[Blokker_1999]

Er zijn reeds verschillende ruimtestations geweest. Onder meer het amerikaanse skylab en de russische mir. allemaal ondertussen opgebrand in de atmosfeer. Op dit moment draait ISS rond de aarde. Een samenwerkingsverband tussen amerika, rusland, europa, japan, ...

[Verwijderd]

haha, volgens mij ligt MIR al enige tijd (in vele delen) op de bodem van de zee.

[Verwijderd]

Ik snap even niet waarom dat zeil zo licht moet zijn, ok het bespaard gewicht (fotonimpuls heeft meer effect) maar zo zwaar is dit zeil niet t.o.v de rest toch? Als het zeil % klein is t.o.v het totale gewicht dan zou het niet veel uitmaken als dat zeil 2*zo dik is en daarmee goedkoper om te maken en steviger (gaat minder snel kapot). Maar ik zal wel wat over het hoofd zien. Ben ook wel benieuwd wat voor een versnelling een dergelijk klein zeil brengt, ik loop ook wel eens buiten als de zon laag staat en loop dan tegen de zonrichting in kan niet zeggen dat ik ernstige tegenwerking van de zon bespeur.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 22 juli 2024 15:29]

[Dakreal]

dat komt omdat deze straling door ons heen gaat

het zeil heeft zo een hoge dichtheid dat deze wel opgevangen worden en de energie gebruikt wordt om het zeil " af te zetten ". Waardoor je dus een versnelling krijgt.

In principe is er altijd een maximale snelheid voor massa, ik ben geen wiskundige, dus de berekening hiervoor weet ik niet.

[Aham brahmasmi]

dat komt omdat deze straling door ons heen gaat

het zeil heeft zo een hoge dichtheid dat deze wel opgevangen worden en de energie gebruikt wordt om het zeil " af te zetten ". Waardoor je dus een versnelling krijgt.

Dat klopt toch niet. Op aarde is de zwaartekracht (valversnelling) veel groter dan de versnelling die de zon aan een zonnezeil kan geven. Bovendien wordt er een groot deel van de zonnestraling door de atmosfeer verstrooid/gefilterd/geabsorbeerd.
In de ruimte werkt er behalve de straling van de zon (vrijwel) geen externe kracht op het zonnezeil, vandaar dat het effectief kan zijn.

Als de werking alleen door de dichtheid zou komen zou een zonnezeil op aarde ook moeten werken.

[pptw]

Om er even op terug te komen hoe lang het duurt voordat zo'n zeil hard gaat, even een hele simpele benadering:

F = ma -> a= F/m (F kracht, m massa, a versnelling)
E=Pt =Fs (P is vermogen, t tijd, s afstand)
F= P t/s = P/(s/t) = P/c

a= P/(mc)

Op aarde: P 1500W/m^2

Dus als we zo'n zeil op de plek van de aarde zouden hebben hangen (wel in de ruimte, dus geen weerstand) en het zeil 50m^2 is en 50 kg weegt (ik noem maar wat) dan haal je dus een versnelling van 0,000005 m/s^2. Het duurt dan ongeveer een jaar voordat je 500km/u gaat (er vanuitgaande dat P constant blijft).

Je ziet dat het even zal duren maar je kan wel ongelooflijk hoge snelheden bereiken op langer termijn.

[Solutio]

Is dit gebaseerd op het scherm dat ze nu gebruiken (edit: zie net 50m2)? Hoe zit dit met een scherm van 1 x 1KM? Daarbij de snelheid waarmee ze nu naar Mars willen gaan 90.000KM/H? Gewoon uit nieuwsgierigheid...?

[Reactie gewijzigd door Solutio op 22 juli 2024 15:29]

[pptw]

Ik weet niet wat voor constructie er om het zeil heen zit, want het zeil zelf zal nauwelijks iets wegen. Als we er nog steeds vanuit gaan dat het hele systeem 50kg weegt en het zeil 1 x 1 km is zal de versnelling volgens mij 0,1m/s^2 zijn. Het duurt dan 250000 seconde voordat men 90.000km/h haalt. Dat zou maar zeventig uur duren (mits het vermogen/m^2 gelijk blijft). Dit is wel redelijk snel dus ik twijfel of mijn beredenering klopt... iemand die er meer verstand van heeft? (Alhoewel miljoen m^2 ook niet niks is...)

[Reactie gewijzigd door pptw op 22 juli 2024 15:29]

[Vondreth]

Ze zouden imo een maanbasis of ruimtestation moeten gaan maken. Starten vanaf de maan / ruimtestation is stukken makkelijker en goedkoper dan vanaf de aarde.
En op de maan zouden ze bijv. ook industrie kunnen vestigen.
Ik denk dat er wel plenty grondstoffen daar te vinden zijn.

[blorf]

Dan heb je het wel over massaproductie van ruimeschepen. Voor 3 stuks ga je niet een hele maanbase bouwen natuurlijk. Er is daar verder niet zoveel te beleven

[Reactie gewijzigd door blorf op 22 juli 2024 15:29]

[Verwijderd]

Er is daar genoeg te beleven om te zorgen dat er nu al solide plannen zijn voor een maanbasis, en een vaste crew.

[Dakreal]

Zouden we toch nog ruimtereizen gaan zien in onze levensspan? Op deze manier is het voortbewegen door de ruimte in ieder geval een stuk efficienter.

[Xenomorphh]

Zijn er al. Van die baas van Virgin muziek label.

http://www.virgingalactic.com/