Het ISS: snelheid, hoogte en leven aan boord

Het ISS is het grootste en duurste object dat de mens ooit in de ruimte heeft gebouwd: ongeveer zo lang als een voetbalveld en op een heldere avond met het blote oog te zien als een fel, snel bewegend lichtpunt. Hieronder de belangrijkste cijfers, de natuurkunde achter die enorme snelheid, de geschiedenis, hoe astronauten er leven en wat er rond 2030 met het station gebeurt.

Het ISS in feiten en cijfers

Met 27 600 km/h vliegt het ISS van Amsterdam naar New York (ongeveer 5 900 km) in iets meer dan 12 minuten. Een lijnvliegtuig doet daar zo’n 8 uur over.

Waarom gaat het ISS zo snel?

Het ISS ‘zweeft’ niet in de ruimte: het valt voortdurend naar de aarde toe, maar beweegt zo snel opzij dat het steeds net naast de aarde valt. Dat is een baan. Voor een cirkelbaan moet de zwaartekracht precies de benodigde middelpuntzoekende kracht leveren:

Rekenvoorbeeld. Op 415 km hoogte is r = 6 371 + 415 = 6 786 km = 6,786 · 10⁶ m. Dan is v = √(3,986 · 10¹⁴ / 6,786 · 10⁶) = √(5,87 · 10⁷) ≈ 7 660 m/s, ofwel 7,66 × 3 600 ≈ 27 600 km/h. De omlooptijd is T = 2π × 6,786 · 10⁶ / 7 660 ≈ 5 570 s ≈ 93 minuten.

De massa m van het station valt weg: elke satelliet op deze hoogte, of het nu het ISS is of een schroevendraaier die een astronaut kwijtraakt, heeft dezelfde snelheid nodig. Gaat het station langzamer, dan zakt het naar beneden; sneller, dan komt het in een hogere, elliptische baan. Hogere banen zijn trager: de maan, op 384 000 km, doet ruim 27 dagen over één rondje (zie manen en satellieten). Om die snelheid te bereiken, is een krachtige raket nodig: het grootste deel van de brandstof gaat niet op aan de hoogte, maar aan de horizontale snelheid.

Gewichtloos, maar niet zonder zwaartekracht

Op 400 km hoogte is de zwaartekracht nog bijna 90 % van die op de grond: g = 9,81 × (6 371 / 6 786)² ≈ 8,7 m/s². Astronauten zweven omdat zij en het station samen in vrije val zijn. Alles valt even snel, dus niets drukt op de vloer en een weegschaal geeft nul aan. Een astronaut heeft nog steeds zijn volledige massa, alleen geen ervaren gewicht (zie massa versus gewicht). Je ervaart hetzelfde een fractie van een seconde in een achtbaan die over de top gaat.

Afremming door de atmosfeer

Ook op 400 km is er nog een uiterst ijl laagje lucht: het ISS vliegt door de thermosfeer (zie de atmosfeer). De wrijving is klein maar onophoudelijk, waardoor het station langzaam lager komt. Hoe snel, hangt af van de zonneactiviteit: bij een actieve zon zet de bovenste atmosfeer uit en wordt de afremming groter. Daarom wordt het ISS regelmatig opgekrikt met de motoren van aangekoppelde vrachtschepen (‘reboost’). Zonder bijsturen zou het binnen een paar jaar terugvallen.

Geschiedenis

Het ISS bouwt voort op eerdere ruimtestations: de Russische Saljoet-stations (vanaf 1971), het Amerikaanse Skylab (1973–1979) en het Russische Mir (1986–2001). Na de Koude Oorlog besloten de VS en Rusland samen te werken.

• 1998: lancering van de Russische module Zarja en de Amerikaanse verbindingsmodule Unity.
• 2000: de eerste vaste bemanning (Expeditie 1) komt aan op 2 november; sindsdien is het station elke dag bewoond.
• 2001–2011: met tientallen vluchten van de spaceshuttle en Russische raketten wordt het station opgebouwd, inclusief het Europese laboratorium Columbus (2008) en het Japanse laboratorium Kibo.
• 2011–2020: na het einde van de spaceshuttle zijn Russische Sojoez-capsules de enige manier om astronauten te vervoeren.
• Sinds 2020: ook de Amerikaanse Crew Dragon van SpaceX brengt bemanningen naar het ISS; onbemande vrachtschepen leveren voorraden.

Ook Nederland en België waren aan boord. De Belg Frank De Winne vloog in 2002 naar het ISS en was in 2009 de eerste Europese commandant van het station. De Nederlander André Kuipers verbleef er in 2004 ongeveer elf dagen en in 2011–2012 bijna een half jaar, waarin hij tientallen experimenten uitvoerde en via een live-verbinding vragen van scholieren beantwoordde.

Leven en werken aan boord

Het ISS is in de eerste plaats een laboratorium. Er zijn duizenden experimenten uitgevoerd die op aarde onmogelijk zijn, omdat de zwaartekracht daar alles domineert: het groeien van kristallen voor medicijnonderzoek, het gedrag van vlammen en vloeistoffen, het kweken van planten en het meten van kosmische straling met de deeltjesdetector AMS-02. Een belangrijk onderzoeksobject is de mens zelf: wat doet een langdurig verblijf in gewichtloosheid met het lichaam? Dat moet bekend zijn voordat mensen naar Mars kunnen.

• Dag en nacht. De zon komt ongeveer elke 92 minuten op en onder. De bemanning houdt de Greenwich-tijd (UTC) aan en slaapt in een slaapzak die aan de wand van een cabine vastzit, anders dobber je door het station.
• Sporten. Zonder zwaartekracht verliezen spieren en botten snel kracht: botten kunnen tot ongeveer 1 à 1,5 % botmassa per maand verliezen. Daarom sporten astronauten ongeveer twee uur per dag op een loopband (vastgegespt met elastieken), een hometrainer en een krachtapparaat dat met vacuümcilinders werkt.
• Water. Bijna al het water, ook uit urine en zweet, wordt gerecycled; het systeem haalt ongeveer 98 % terug. Zuurstof wordt gemaakt door water te elektrolyseren.
• Eten. Vooral gedroogd en kant-en-klaar voedsel uit zakjes, met af en toe vers fruit uit een vrachtschip. Kruimels zijn gevaarlijk omdat ze in apparatuur en ogen kunnen zweven, daarom zijn tortilla’s populairder dan brood.
• Straling. Buiten de beschermende atmosfeer krijgen astronauten ongeveer 0,5 mSv per dag, grofweg evenveel als iemand in Nederland in twee maanden aan natuurlijke straling oploopt. Dat beperkt hoe lang iemand mag blijven.

Het einde van het ISS

De modules zijn ontworpen voor een beperkte levensduur en de oudste zijn inmiddels meer dan 25 jaar oud; er zijn lekjes en slijtage. De partners hebben afgesproken het station tot en met 2030 te gebruiken. Daarna moet het gecontroleerd terugkeren in de atmosfeer. NASA heeft SpaceX opdracht gegeven een speciaal sleepvaartuig te bouwen, het US Deorbit Vehicle, dat het station rond begin 2031 afremt en naar een afgelegen deel van de Stille Oceaan stuurt, rond Point Nemo, de plek die het verst van elk land ligt. Het grootste deel verbrandt in de atmosfeer; de zwaarste delen vallen in zee.

Zomaar laten neerstorten kan niet: met 420 ton zijn er onderdelen die de terugkeer overleven, en een ongecontroleerde val zou overal onder de baan kunnen gebeuren, tussen 51,6° noorderbreedte en 51,6° zuiderbreedte. Na het ISS wil NASA gebruikmaken van commerciële ruimtestations, die bedrijven nu ontwikkelen. China heeft sinds 2022 een eigen permanent bewoond ruimtestation, Tiangong.

Het ISS zelf zien

Je hebt geen telescoop nodig. Het ISS is na de zon, de maan en Venus vaak het helderste object aan de hemel. Zo herken je het:

• Wanneer? Kort na zonsondergang of voor zonsopkomst. Het station moet nog in het zonlicht hangen terwijl het bij jou al donker is. Midden in de nacht staat het in de schaduw van de aarde en is het onzichtbaar.
• Hoe ziet het eruit? Als een fel, wit of geelachtig lichtpunt dat gelijkmatig schijnt, zonder knipperende lampjes (die heeft een vliegtuig wel), en geen geluid maakt.
• Hoe beweegt het? Meestal van west naar oost, en een overgang duurt hooguit zo’n zes minuten. Soms verdwijnt het halverwege de hemel plotseling: dan schuift het de schaduw van de aarde in.
• Waar vind je de tijden? Op de website ‘Spot the Station’ van NASA of in apps en sites als Heavens-Above. Ze geven per woonplaats tijd, richting en hoogte boven de horizon.

Omdat de baan een helling van 51,6° heeft, komt het ISS precies tot ongeveer de breedte van Nederland en België. Rond midzomer, als de zon ’s nachts maar net onder de horizon zakt, kan het station soms meerdere keren per nacht zichtbaar zijn.

Veelgestelde vragen

Verder lezen