Icon up Overzicht

Succesvolle lancering van satelliet op butaan (Exaktueel)

Onderwerp: Astrofysica, Kracht en beweging

Begrippen: Middelpuntzoekende kracht

Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.

Naar: Technisch Weekblad, 2 februari 2018

In 2018 is de nanosatelliet GOMX-4B gelanceerd. Doel is om te laten zien dat het mogelijk is een groot netwerk op te bouwen van nanosatellieten. Daarom zal GOMX-4B 2,0 jaar lang datacommunicatie gaan versturen naar zustersatelliet GOMX-4A. Beide zitten in een polaire baan op 550 km boven de aarde. De onderlinge afstand tussen beide kunstmanen varieert maar zal nooit meer zijn dan 1.000 km. Na afloop zullen beide satellieten terugvallen naar de dampkring en hier verbranden.
Bijzonder aan de 8,0 kg zware nanosatelliet is dat hij butaan als brandstof gebruikt. ‘Het voordeel van vloeibaar butaan is dat we maar 150 g hoeven mee te nemen voor minimaal twee jaar’, zegt Grönland. ‘Dit gebeurt onder een druk van 3 tot 4 bar. Het grote voordeel van vloeibaar ten opzichte van gasvormig butaan is dat het duizend keer minder volume nodig heeft. Bij nanosatellieten telt elke kubieke centimeter!’

GOMX-4B zal 2,0 jaar in een polaire baan verblijven. Om in de baan te blijven moet de nanosatelliet af en toe gebruik maken van een stuwraketje.

a) Om welke reden valt de satelliet anders terug naar aarde?
A: De middelpuntzoekende kracht is groter dan de gravitatiekracht.
B: Er is weerstand.
C: Er moet een voorwaartse kracht geleverd worden om vooruit te gaan.
D: Boven de polen is de aantrekkende kracht van de aarde groter.

Voor de satelliet geldt de wet van Kepler:

Hierin is M de massa van de aarde, r de straal van de baan en T de omlooptijd van de baan.

b) Bereken de afstand die de satelliet in 2,0 jaar aflegt. Gebruik ook gegevens uit het artikel.

De nanosatelliet gebruikt vloeibaar butaan om de stuwraketten te voeden. De opslag hiervan kost veel minder ruimte dan de opslag van gasvormig butaan.

c) Leg dat uit met behulp van het molecuulmodel.

Butaan is een zeer licht ontvlambare stof. In de satelliet is er echter voor gekozen dit niet direct te verbranden, In plaats daarvan wordt het butaan via spuitkoppen naar buiten gespoten, vergelijkbaar met de spray uit een spuitbus.

d) Geef een reden waarom er niet voor gekozen is om de butaan in een gewone raketmotor te verbranden.

Door het wegspuiten van het vloeibare butaan werkt er een kracht op de nanosatelliet.

e) Leg dat uit met behulp van het molecuulmodel.

De raket gebruikt vier raketjes die samen een stuwkracht leveren van 4,0 mN. De maximale totale snelheidsverandering van de satelliet is hierdoor 15 ms-1.

f) Bereken hoelang de raketjes daarvoor moeten aan staan.

Na twee jaar is de satelliet niet meer in staat in een baan rond de aarde te blijven en verbrandt deze in de dampkring.

g) Geef een reden waarom de ontwerpers dit verbranden als een voordeel beschouwen.