Hoe lanceren we dingen in de ruimte?

Het korte antwoord:

We lanceren dingen in de ruimte door ze op raketten te zetten met genoeg brandstof – drijfgas genoemd – om ze boven het grootste deel van de atmosfeer van de aarde uit te stuwen. Zodra een raket de juiste afstand tot de aarde heeft bereikt, laat hij de satelliet of het ruimtevaartuig los.

We lanceren satellieten en ruimtevaartuigen in de ruimte door ze op raketten te zetten die tonnen stuwstoffen bevatten. De stuwstoffen geven de raket genoeg energie om zich van het aardoppervlak te verwijderen. Vanwege de aantrekkingskracht van de zwaartekracht van de aarde hebben de grootste en zwaarste ruimtevaartuigen de grootste raketten en het meeste drijfgas nodig.

Het GRACE Follow-On ruimtevaartuig is in mei 2018 in een baan om de aarde gelanceerd. Credit: NASA/Bill Ingalls

Hoe stijgt een raket op?

Meer dan 300 jaar geleden stelde een wetenschapper genaamd Isaac Newton drie basiswetten op die de manier beschrijven waarop dingen bewegen. Een van die wetten zegt dat er voor elke actie een gelijke en tegengestelde reactie is. Dit is het belangrijkste idee achter de werking van raketten.

Credit: NASA/JPL-Caltech

Als u foto’s of video’s van een lancering bekijkt, ziet u uitlaatgassen uit de onderkant van de raket stromen. Uitlaatgassen zijn de vlammen, hete gassen en rook die vrijkomen bij het verbranden van de drijfgassen van de raket.

De uitlaat duwt uit de motor van een raket naar beneden in de richting van de grond. Dat is de actiekracht. Als reactie daarop beweegt de raket in tegengestelde richting en komt los van de grond. Dat is de reactiekracht.

Als een raket eenmaal gelanceerd is, blijft hij dan doorgaan?

Zo simpel is het niet. De zwaartekracht van de aarde trekt nog steeds op de raket. Als een raket stuwstoffen verbrandt en uitlaatgassen uitstoot, ontstaat er een opwaartse kracht die stuwkracht wordt genoemd. Om te lanceren, moet de raket genoeg stuwstoffen hebben, zodat de stuwkracht die de raket omhoog duwt groter is dan de zwaartekracht die de raket naar beneden trekt.

Credit: NASA/JPL-Caltech

Een raket moet een snelheid van minstens 17.800 mijl per uur halen en boven het grootste deel van de atmosfeer vliegen, in een gebogen baan rond de aarde. Dit zorgt ervoor dat hij niet naar de grond wordt getrokken. Maar wat er daarna gebeurt, verschilt, afhankelijk van waar u heen wilt.

Hoe u een baan om de aarde kunt maken:

Laten we zeggen dat u een satelliet wilt lanceren die in een baan om de aarde draait. De raket wordt gelanceerd en op een bepaalde afstand van de aarde wordt de satelliet losgelaten.

Credit: NASA/JPL-Caltech

De satelliet blijft in een baan om de aarde omdat zijn momentum – de energie die hij van de raket heeft opgepikt – hem in één richting trekt. De zwaartekracht van de aarde trekt hem in een andere richting. Door dit evenwicht tussen zwaartekracht en momentum blijft de satelliet in een baan om de aarde draaien.

Credit: NASA/JPL-Caltech

Satellieten die dicht bij de aarde in een baan om de aarde worden gebracht, voelen een sterkere ruk van de zwaartekracht van de aarde. Om in een baan om de aarde te blijven, moeten ze sneller reizen dan satellieten die verder weg draaien.

Het Internationale Ruimtestation draait ongeveer 250 mijl boven de aarde en verplaatst zich met een snelheid van ongeveer 17.150 mijl per uur. Vergelijk dat eens met de Tracking en Data Relay Satellieten, die ons helpen informatie te krijgen van en naar andere NASA missies. Deze satellieten draaien in een baan op een hoogte van meer dan 22.000 mijl en reizen veel langzamer- ongeveer 6.700 mijl per uur om hun hoge baan te behouden.

Credit: NASA/JPL-Caltech

Hoe kom je op andere planeten?

Als je op een andere planeet wilt komen, heb je een snel bewegende raket nodig om de zwaartekracht van de aarde te overwinnen. Om dat te doen, moet je snelheden van rond de 25.000 km per uur halen. Maar je moet ook uitzoeken wat de beste tijd is om van de aarde naar die planeet te gaan.

Zo bereiken Mars en de aarde ongeveer elke twee jaar hun dichtste afstand tot elkaar. Dit is de beste tijd om naar Mars te gaan, omdat het de minste hoeveelheid stuwstof en tijd kost om er te komen. Maar je moet je raket nog steeds op het juiste moment lanceren om ervoor te zorgen dat het ruimteschip en Mars op hetzelfde moment op dezelfde plaats aankomen.

Je zult je reizen ook zorgvuldig moeten plannen als je naar het buitenste zonnestelsel wilt reizen. Als je bijvoorbeeld een ruimtevaartuig stuurt om Saturnus te bestuderen, wil je dan op weg daarheen Mars en Jupiter tegenkomen?