Kerntechnologie, al meer dan 50 jaar essentieel in de ruimtevaart
Geen ruimtevaart zonder nucleaire technologie. Of het nu gaat om het leveren van elektriciteit, de aandrijving van ruimteschepen of het omzetten van afval in voedsel, zuurstof en drinkbaar water, nucleaire technologie reist mee naar de verste uithoeken van ons heelal. En dat al meer dan vijftig jaar lang. Sinds de eerste bemande trip naar de maan in 1969 tot vandaag. Ruimtevaart is eenvoudigweg onmogelijk zonder nucleaire technologie, vandaag en morgen. Benieuwd waar ze ons in de toekomst brengt? Ontdek alles op deze pagina.
Een ruimtereis is geen kleine trip. De gebruikelijke chemische brandstoffen volstaan dus ook niet als aandrijving van een ruimteschip of energiebron aan boord. Ze zijn te zwaar en je moet er te veel van meenemen voor een complete ruimtemissie. Daarom zijn er maar twee betrouwbare energiebronnen in de ruimte: zonnepanelen en kernenergie. Voor verre trips, naar Mars bijvoorbeeld, kom je buiten het bereik van zonne-energie. En dan levert de nucleaire technologie een betrouwbare oplossing.
Op ruimtemissie met radioactieve generatoren
Ruimtemissies maken gebruik van radioactieve generatoren of RTG's: Radioisotope Thermoelectric Generators. Dat zijn generatoren die draaien op de hitte die vrijkomt bij het verval van radioactieve materialen. Die materialen bestaan uit radioactieve elementen of isotopen die niet stabiel zijn en hun overschot aan energie uitzenden via straling. Uit de warmte van de straling komt elektriciteit voort. Voor ruimtevaartmissies wordt vooral plutonium het meest gebruikt, als radioactieve isotoop.
Robots en satellieten op kernenergie
Ook de stroomvoeding van satellieten en robots wordt verzekerd door batterijen die functioneren dankzij kleine radioactieve bronnen. Deze batterijen zijn heel compact en kunnen heel lang autonoom werken. Bovendien hebben ze nauwelijks onderhoud nodig door de jaren heen.
De robot ‘Curiosity’ werd gelanceerd op 26 november 2011. Na een reis van ongeveer 600 miljoen kilometer is hij geland op Mars op 6 augustus 2012. Sindsdien verplaatst hij zich nog steeds op de rode planeet. De missie van deze Marsjeep was voorzien voor 2 jaar, maar tot op vandaag zet hij deze missie gewoon verder. ‘Opportunity’, een andere robot, was actief op Mars van 2004 tot 2018.
Cassini, Voyager 1 en 2, Galileo, Viking en Rover, en natuurlijk ook Curiosity kunnen jarenlang operationeel blijven en belangrijke informatie naar onderzoekers op aarde terugsturen. En dat hebben we volledig te danken aan kernenergie. Ook de Mars 2020 missie en New Horizons maken er gebruik van. En hoe verder we op verkenning gaan in het heelal (en hoe verder weg van de zon), hoe meer we kerntechnologie zullen gebruiken, omdat zonnepanelen onbruikbaar worden op zo’n grote afstanden van de zon.
Hoe ontstond het heelal? Nucleaire technologie & wetenschap to the rescue.
Wist je dat er een Belg aan de basis ligt voor de big bang theorie? De priester Georges Lemaître, die ook professor fysica was aan de KULeuven, voorspelde 100 jaar geleden al dat de kosmos is ontstaan uit de oerknal, de zogenaamde big bang. Sindsdien hebben onderzoekers empirisch tal van elementen gevonden die de big bang theorie onderschrijven en bevestigen. Ook in dit domein levert nucleaire technologie baanbrekende inzichten.
Aan het CERN in Zwitserland (Centre Européen pour la Recherche Nucléaire) doen duizenden wetenschappers onderzoek naar het ontstaan van het heelal. In een 30 kilometer lange ondergrondse tunnel laten onderzoekers kleine elementaire deeltjes (atomen en deeltjes van atomen) tegen hoge snelheden botsen om te zien welke botsingen welke reacties uitlokken. Op die manier proberen deze nucleaire fysici na te gaan hoe de big bang, en het ontstaan van het heelal, precies mogelijk werd.
Hun onderzoek, deeltjesfysica, is één van de vele toepassingen van kerntechnologie. Enkele jaren geleden nog ontving een andere landgenoot, François Englert, de Nobelprijs voor de Fysica voor zijn bijdrage in de ontdekking van het Boson-Higgs deeltje. Ook op die manier helpt nucleaire technologie in ruimtevaart en een beter begrip van het heelal.
Op weg naar Mars
De ruimte is een bijzonder ongunstige omgeving voor mensen. Het is er koud, er is geen zuurstof, maar ook geen elektriciteit, voedsel of water voorradig. Bovendien zijn de niveaus van (natuurlijke) radioactiviteit er veel hoger dan op aarde, en moeten we eerst voldoende onderzoek doen op de mogelijk schadelijke effecten van kosmische straling op het menselijk lichaam. Pas als we weten en voldoende kunnen garanderen dat het veilig is, zullen we astronauten voor zo’n lange tijd naar de ruimte sturen. De ESA droomt al luidop van een permanente basis op de maan, waar kerntechnologie ook een essentiële schakel zou zijn voor het succes van deze missie.
In België staan de onderzoekers en ingenieurs van het SCK CEN te popelen om deze uitdaging aan te gaan. Dit centrum speelt samen met andere onderzoeksinstellingen, universiteiten en Belgische ondernemers een hoofdrol bij het onderzoek dat de dromen van de mens in de ruimte werkelijkheid moet helpen worden.
Het SCK CEN levert een belangrijke bijdrage aan een aantal onderzoeksprogramma’s op het vlak van de radiobiologie. Zo worden de gevolgen onderzocht van straling in de ruimte op levende wezens, zoals astronauten. Het is heel belangrijk dat die straling op efficiënte wijze kan gemeten worden. Zo kan men astronauten voldoende bescherming bieden bij langdurige ruimtemissies, zoals vluchten naar de maan en Mars. Een ander onontbeerlijk systeem bij langdurige ruimtemissies is een 'gesloten kringloop voor life support', dat beroep doet op regeneratie. Een dergelijk systeem zorgt voor de recyclage van lucht, water en afvalstoffen om drinkbaar water en voedsel te produceren. Ons land is bijzonder actief in het programma MELiSSA, dat precies de ontwikkeling van een dergelijke kringloop als doel heeft. Frank De Winne: 'De Belgische onderzoekers en astronauten spelen een heel belangrijke rol bij de onderzoeks- en ontwikkelingsactiviteiten (O&O) die met ruimteonderzoek verband houden. We moeten nauw blijven samenwerken op het vlak van ruimteonderzoek, nu en in de toekomst. We hebben de afgelopen 25 jaar bijzonder mooie zaken gerealiseerd, maar we kunnen nog zoveel meer doen.'
Het onderzoek staat niet stil, the story continues. Twee dingen zijn zeker: op een dag gaan we naar Mars (en verder), en nucleaire technologie zal meereizen. Fasten your seatbelt!