Alvorens apparatuur de ruimte in te sturen, stuurt NASA materiaal naar het Glenn Research Center in de Amerikaanse staat Ohio. De geschiktheid van de apparatuur voor de extreme omstandigheden in het vacuüm van het heelal wordt hier getest.
Galileo's droom
De witte koepel op de NASA-onderzoekslocatie bij Sandusky in het noorden van de Amerikaanse staat Ohio loopt over de ruimtesimulatie-vacuümkamer. Met een hoogte van 37 meter en een diameter van 30 meter is het de grootste vacuümkamer ter wereld. In zijn leven zou Galileo Galilei heel blij zijn geweest met deze kamer. In deze enorme kamer kun je empirisch observeren dat zijn wetten van vallende lichamen correct zijn. Een dat een handvol veren even snel vallen als een bowlingbal.
Tests voor ISS- en Marsmissies
Dankzij de technische apparatuur is de kamer, die al in 1969 werd gebouwd, zowel geschikt als experimenteel veld voor fundamenteel onderzoek als voor het testen van nieuwe industriële ontwikkelingen. De kamer wordt echter hoofdzakelijk gebruikt door NASA-ingenieurs als een testkamer voor allerlei apparatuur die later in de ruimte gebruikt zal worden. Satellieten, sondes, voortstuwingsinstallaties voor raketten, bemanningscapsules en maanvoertuigen zijn hier al getest en blootgesteld aan extreme omstandigheden, vergelijkbaar met de omstandigheden die in de ruimte heersen. De deskundigen bekeken ook bijvoorbeeld of en hoe de lichtzeilen van het Internationale Ruimtestation ISS stand hielden in een vacuüm. Momenteel zijn de experimenten in het middelpunt gericht op de Marsmissie. Er worden bijvoorbeeld tests uitgevoerd op het airbag-landingssysteem voor twee Marsvoertuigen.
Naast het vacuüm in de ruimte omvatten simulaties ook de grote temperatuurswisselingen in de ruimte en de sterke UV-straling van de zon. De inwendige temperatuur van de kamer kan opgewarmd worden tot 60 graden Celsius en afgekoeld worden tot minus 160 graden Celsius. Kwartslampen met een vermogen van 4400 kilowatt worden gebruikt om een kunstmatig zon-effect te creëren.
State-of-the-art
vacuümpompen De binnenkant van de kamer is bekleed met aluminium en heeft een volume van 22.653 kubieke meter. Dit komt ongeveer overeen met de capaciteit van tien Olympische zwembaden. Een buitenste betonlaag tot 2,4 meter dik beschermt de constructie tegen externe krachten wanneer de deuren van 15 bij 15 meter aan de zijkanten van de kamer met een druk op de knop sluiten en de luchtdruk in de kamer geleidelijk daalt.
Er worden verschillende vacuümpompen gecombineerd, waaronder draaischuif- en turbomoleculaire vacuümpompen, om het ultrahoge vacuüm in de ruimte te bereiken. Het neemt een aantal uren in beslag om 30 ton lucht uit de kamer te pompen. Er blijft slechts ongeveer twee gram over in de kamer. De luchtdruk is 0,000000000013 bar of 130 micropascal. Dit komt overeen met één miljardste deel van de atmosferische druk op aarde.
De ruimte op aarde
Enorme vacuümkamer in Ohio simuleert omstandigheden in de ruimte
Waarvoor had Galileo een vacuümkamer nodig?
Vallen zware objecten sneller dan lichte objecten? Aristoteles stelde deze vraag rond 300 voor Christus en stelde later op basis van zijn observaties vast dat de snelheid van de val van een lichaam afhankelijk is van zijn massa. Nadat Galileo Galilei bijna 2000 jaar later de beweging van vallende lichamen bestudeerd had, trok hij de theorie van de klassieke geleerde in twijfel. Hij merkte op dat de luchtweerstand een rol speelt. Dus bouwde hij een hellend vlak en liet meerdere keren een koperen bal daar vanaf naar beneden rollen. Hierbij veranderde hij herhaaldelijk de helling en de testomstandigheden en bepaalde de roltijd van de bal met behulp van bellen, een watermeter en zijn eigen hartslag.
Uit zijn resultaten kwam hij tot bepaalde conclusies over de beweging van lichamen in vrije val en stelde hij de eerste wetten vast:
1. Valsnelheid (v) van een lichaam neemt evenredig toe met de valtijd (t).
2. De afstand van de val (h) is evenredig met het kwadraat van de tijd van de val (t2).
De massa of de vorm van het lichaam heeft geen effect op de afstand of de snelheid van de val. Galileo was er echter heel bewust van dat zijn poging alleen maar waarden bij benadering kon leveren. Hij zou een vacuümkamer moeten hebben voor een precieze bepaling, één die iets kleiner is dan de kamer in Ohio zou voldoende geweest zijn. Zonder luchtweerstand, in een vacuüm, vallen alle lichamen per slot van rekening met dezelfde snelheid. Het feit dat Galileo tot de juiste conclusies kwam zonder een vacuümkamer maakt zijn wetenschappelijke prestatie nog groter.
Vallen zware objecten sneller dan lichte objecten? Aristoteles stelde deze vraag rond 300 voor Christus en stelde later op basis van zijn observaties vast dat de snelheid van de val van een lichaam afhankelijk is van zijn massa. Nadat Galileo Galilei bijna 2000 jaar later de beweging van vallende lichamen bestudeerd had, trok hij de theorie van de klassieke geleerde in twijfel. Hij merkte op dat de luchtweerstand een rol speelt. Dus bouwde hij een hellend vlak en liet meerdere keren een koperen bal daar vanaf naar beneden rollen. Hierbij veranderde hij herhaaldelijk de helling en de testomstandigheden en bepaalde de roltijd van de bal met behulp van bellen, een watermeter en zijn eigen hartslag.
Uit zijn resultaten kwam hij tot bepaalde conclusies over de beweging van lichamen in vrije val en stelde hij de eerste wetten vast:
1. Valsnelheid (v) van een lichaam neemt evenredig toe met de valtijd (t).
2. De afstand van de val (h) is evenredig met het kwadraat van de tijd van de val (t2).
De massa of de vorm van het lichaam heeft geen effect op de afstand of de snelheid van de val. Galileo was er echter heel bewust van dat zijn poging alleen maar waarden bij benadering kon leveren. Hij zou een vacuümkamer moeten hebben voor een precieze bepaling, één die iets kleiner is dan de kamer in Ohio zou voldoende geweest zijn. Zonder luchtweerstand, in een vacuüm, vallen alle lichamen per slot van rekening met dezelfde snelheid. Het feit dat Galileo tot de juiste conclusies kwam zonder een vacuümkamer maakt zijn wetenschappelijke prestatie nog groter.