Ruimteraket

De lancering van een Space Shuttle

Een raket is een vervoermiddel om te reizen in de ruimte, dat wil zeggen buiten de Aarde.

De geschiedenis

Hier zie je een aantal van de belangrijkste punten uit de geschiedenis nog een keer, maar dan in een tijdlijn

Men denkt vaak dat de raket is uitgevonden rond de Tweede Wereldoorlog. De eerste raketten bestonden echter al in 907, gemaakt door de Chinezen, die ook de uitvinders zijn van het buskruit. Dit waren eigenlijk een soort vuurpijlen. Deze werden ook in gewapende conflicten gebruikt.

De eerste gemaakte raketten in de geschiedenis lijken dus erg op de vuurpijlen die afgeschoten worden met Oud & Nieuw. Deze raketten werden afgeschoten met buskruit. Dit is een mengsel dat bij verbranding zorgt voor een explosie. Hieronder staan een aantal belangrijke personen en gebeurtenissen op een rijtje:

- Tussen 1564 en 1642 leefde Galileo Galilei. Hij was een Italiaanse natuurkundige en wiskundige. Hij was het grote voorbeeld voor Isaac Newtons ideeën.

Halverwege de 16e eeuw wist de uitvinder Haas in Hermannstadt in Siebenbürgen een raket gemaakt van papier en lindehout als drietrapsraket op een hoogte van 600 meter de lucht in te brengen en over een afstand van negen kilometer.

- Tussen 1642 en 1727 leefde Isaac Newton. Hij was een Engelse natuurkundige en wiskundige. Hij ontdekte de drie wetten van Newton, die belangrijk zijn voor het ontwerpen en bouwen van raketten.

- Tussen 1857 en 1935 bedacht de Pools - Russische wetenschapper Konstantin Tsiolkovski dat hij een raket kon bouwen op vloeibare brandstof.

-Tussen 1882 en 1945 bouwde en testte de Amerikaanse wetenschapper Robert Hutchings Goddard de eerste raket op vloeibare brandstof ter wereld.

De eerste raket met vloeibare brandstof werd in 1926 ontwikkeld door Robert H. Goddard.

De ontwikkeling van de raketten zoals we ze nu kennen begon met de V1. Een Duitse (oorlogs)raket die helemaal van Nederland naar Londen kan vliegen en vervolgens exploderen. De V1 was te langzaam en kon al voordat het zijn doel bereikte onschadelijk gemaakt worden. Daarna kwam in 1942 de V2. Die was wel snel genoeg en dat lijkt dus al een beetje op de raket van nu. Maar na de oorlog ging men er op verder. Zo kwamen er ruimteraketten zoals die van het Apollo project en nog veel andere raketten.

- In de Tweede Wereldoorlog (1940-1945) is het idee uitgevonden om explosieven te vervoeren in een raket. Later werden ook satellieten vervoerd, zoals de Spoetnik 1.

- Op 3 november 1957 werd het hondje Laika het eerste levende wezen in de ruimte.

- Op 12 april 1961 werd de Russische astronaut Joeri Gagarin de eerste man in de ruimte.

- Op 21 juli 1969 maakte Neil Armstrong een wandeling op de maan. Zie ook Apollo programma.

- In de periode van 1970-1980 ontwikkelde de NASA Space Shuttles. Het verschil met raketten is dat spaceshuttles herbruikbaar zijn.

Hoe ziet een ruimteraket eruit?

Hier zie je de ruimteraket Saturnus V. Zoals je ziet, heeft deze ruimteraket drie trappen.

De buitenkant van een ruimteraket is gemaakt van sterk, maar licht materiaal, zoals titanium of aluminium. De buitenkant van de raket heeft een beschermend laagje dat ervoor zorgt dat de warmte buiten blijft en de kou binnen blijft.

De raket bestaat uit verschillende onderdelen die trappen genoemd worden. Elke trap heeft eigen motoren en brandstof. De eerste trap heeft grote startmotoren. Deze startmotoren zorgen ervoor dat de ruimteraket gelanceerd kan worden.

De belangrijkste onderdelen voor de astronauten zijn de servicemodule en commandomodule. Deze onderdelen zitten in het bovenste gedeelte van een ruimteraket.

In de servicemodule zit lucht en water voor de reis. De commandomodule is eigenlijk het 'huis' van de astronauten. In dit gedeelte zit de apparatuur om het ruimtevaartuig te besturen. Bij de terugreis naar de aarde is de commandomodule het enige onderdeel van de ruimteraket dat terugreist naar de aarde.

De lancering

Een lancering, waarbij de zwaartekracht en aandrijvingskracht een belangrijke rol spelen.

Een raket is een voorwerp voortgedreven door een reactiemotor met de benodigde brandstoffen aan boord. Hij werkt als een ballon die je snel leeg laat lopen door een klein gaatje. Hij gaat zo snel dat er geen zwaartekracht tegen op kan. De stuwkracht van de lucht in de ballon is dan groter dan de aantrekkingskracht van de Aarde waardoor de ballon de lucht in gaat. Bij raketten verbrand de brandstof waarbij er verbrandingsgassen ontstaan die via een kleine opening ontsnappen en zo stuwkracht geven. Om aan de aantrekkingskracht van de Aarde te kunnen ontsnappen is er veel kracht nodig om in de ruimte te komen. Vandaar dat er met meertrapsraketten wordt gewerkt die, nadat de raketbrandstof is opgebrand, worden losgekoppeld en dat deel naar de Aarde terug valt. De rest van de raket gaat dan verder door. Een lancering van een raket is niet zonder risico. In de loop van de jaren zijn er al verschillende missies mislukt als gevolg van een explosie. Ook zijn daar bemanningsleden van bemande vluchten daar bij omgekomen.

Een ruimteraket zoals de Apollo 11 is ongeveer net zo groot als de Domtoren in Utrecht. Bij de start is er veel brandstof aan boord dat natuurlijk ook veel weegt. Naarmate de raket hoger komt en de twee trappen (delen) van de raket zijn opgebrand en zijn afgeworpen, is het deel van de raket dat doorvliegt natuurlijk een stuk lichter. Ook de lucht van de dampkring is dan een stuk ijler en de aantrekkingskracht steeds een beetje minder dat de raket eerst in een baan om de Aarde kan komen. Afhankelijk van de bedoeling kan men bijvoorbeeld naar een ruimtestation vliegen dat ook in een baan rond de Aarde vliegt en daar aankoppelen. Dit doen ze om de ruimtevaarders en spullen naar het ruimtestation te brengen en op te halen. Wil men echter verder de ruimte in (bijvoorbeeld naar de maan, mars of nog verder), dan wordt de raketmoter opnieuw ontstoken en gaat de raket verder de ruimte in. Hiervoor gebruikt men computers die de juiste richting en baan helpen bepalen om uiteindelijk op de goede plaats uit te komen.

Op aarde hebben we dus te maken met de zwaartekracht. Als wij in de lucht springen, zorgt de zwaartekracht ervoor dat we niet blijven zweven. De zwaartekracht trekt ons weer terug naar de grond. Bij de lancering van een ruimteraket trekt de zwaartekracht de ruimteraket naar de grond. De grond is stevig, waardoor de ruimteraket niet door de grond zakt. Doordat de zwaartekracht even hard trekt als de grond terugduwt, blijft de ruimteraket op zijn plek staan.

Om de ruimteraket in beweging te krijgen, is een andere kracht nodig. Deze kracht wordt de aandrijvingskracht of stuwkracht genoemd. Deze kracht duwt de ruimteraket harder de lucht in dan de zwaartekracht de ruimteraket naar de aarde terugtrekt. Hierdoor komt de ruimteraket in beweging. De aandrijvingskracht wordt veroorzaakt door de verbranding van brandstof. Doordat de brandstof verbrandt, ontstaan er hele hete gassen. Deze gassen komen met een hoge snelheid uit de uitlaatpijp, waardoor er een explosie ontstaat. Deze explosie duwt de raket met een hoge snelheid naar de ruimte.

In de eerste trap van een ruimteraket zit een grote ruimte gevuld met brandstof. Door de verbranding van deze brandstof komen hete gassen vrij. Deze gassen komen door de uitlaatpijp naar buiten en zorgen voor de aandrijvingskracht. De tweede trap van een ruimteraket heeft net als de eerste trap grote motoren. Ook deze trap heeft een ruimte met brandstof.

Proefje

(zie "De lucht in") Blaas eens een ballon op, maar knoop hem niet dicht maar hou hem aan de onderkant vast. Laat dan los! En je ziet de ballon omhoog schieten. Aan de onderkant komt de lucht eruit en dat duwt de ballon omhoog, door de kamer heen! De ballon is de raket en de lucht is bij de raket de brandstof. Zo komt een ballon de lucht in! Omdat de ballon geen vinnen heeft die enige sturing geven, dwarrelt een ballon alle kanten op.

Brandstof

Raketten werken meestal door middel van de chemische verbranding van een geschikte vloeibare brandstof (waterstof, benzine, vloeibare zuurstof, enzovoorts).

Bij vuurpijlen gebruikt men meestal vaste brandstoffen als buskruit.

In beide gevallen kan de ontstane gasdruk als gevolg van de ontbranding maar één uitweg vinden, namelijk door één of meerdere nauwe 'uitlaten' aan de onderkant (net als de lucht in de ballon alleen maar door het tuutje naar buiten kan). Hierdoor wordt de raket omhoog gestuwd.

Wist je dat?

De raket komt niet helemaal aan in de ruimte. Na de lancering raakt de brandstof van de eerste trap op. Op dat moment valt deze trap weg van de rest van de raket. Dit gebeurd later ook met de tweede trap. Uiteindelijk bereikt alleen de bovenkant met de servicemodule en commandomodule van de raket de eindbestemming.

Bronnen

• Benson, T. (2015). Payload Systems. Opgehaald op 1-11-2017 van https://spaceflightsystems.grc.nasa.gov/education/rocket/payload.html
• Esa Kids. (2014). Hoe werkt een lanceerraket? Opgehaald op 19-10-2017 https://www.esa.int/esaKIDSnl/SEMB94XDE2E_Technology_0.html
• Hall, N. (2015). Newton’s Laws of Motion. Opgehaald op 3-11-2017 van https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/newton.html
• Hitt, D. (2010). What Was the Saturn V?. Opgehaald op 1-11-2017 van https://www.nasa.gov/audience/forstudents/k-4/stories/nasa-knows/what-was-the-saturn-v-k4.html
• Kersbergen, C., & Haarhuis, A. (2015). Natuuronderwijs inzichtelijk. Bussum: Uitgeverij Coutinho
• Kespert, D., & Baker, D. (2014). Astronautenschool. Hilversum: Fontaine Uitgevers B.V.
• Koenen, S. (2012). Ruimteschip aarde. Amsterdam: Overamstel Uitgevers.
• National Aeronautics and Space Administration. (2011). How rockets work. Opgehaald op 19-10-2017 van https://www.nasa.gov/pdf/153415main_Rockets_How_Rockets_Work.pdf
• National Aeronautics and Space Administration. (2011). Rockets History. Opgehaald op 19-10-2017 van https://www.nasa.gov/pdf/153410main_Rockets_History.pdf
• National Aeronautics and Space Administration. (2015). Rocket parts. Opgehaald op 19-10-2017 van https://spaceflightsystems.grc.nasa.gov/education/rocket/rockpart.html
• Rogers, L. (2008). It’s ONLY Rocket Science- an introduction in Plain English. New York: Springer Science.
• Spilsbury, L., & Spilsbury R. (2016). Vlieg naar mars! Etten-Leur: Corona.
• Tate, K. (2012). NASA's Mighty Saturn V Moon Rocket Explained (Infographic). Opgehaald op 3-11-2017 van https://www.space.com/18422-apollo-saturn-v-moon-rocket-nasa-infographic.html