HID-lamp/Lennart Wesel
Foto/Gerrit Kroesen
De lampencarrousel waarin de HID-lampen getest worden in de ruimte.
2,2 miljoen euro lijkt veel geld om een paar lampen te testen
in de ruimte. Maar volgens prof.dr. Gerrit Kroesen van de faculteit Technische
Natuurkunde is dat geld straks in een kleine dag terugverdiend. De High
Intensity Discharge (HID) -lamp is namelijk twee keer zo efficiënt
als de zuinigste witte lamp van dit moment en kan dus enorme maatschappelijke
besparingen opleveren. Het maken van de hardware voor de proefopstelling
in de ruimte was een heksentoer. De ruimtevaartindustrie keek dan ook
met argusogen naar de Gemeenschappelijke Technische Dienst van de TU/e,
die de hardware maakte voor de ruimtevlucht.
Zeus, de oppergod uit de Griekse mythologie, had drie cyclopen die de
bliksem voor hem smeedden. Een van hen heette Arges, ‘de stralende’.
Kroesen leende zijn naam voor zijn project met de HID-lamp. Alle benodigdheden
voor het project met de plasmalamp werden reeds op 29 januari de ruimte
ingeschoten. De Nederlandse astronaut André Kuipers, die het experiment
zal gaan bedienen, volgde afgelopen maandag, 19 april. “Als je maar
lang genoeg puzzelt, heb je een acroniem gevonden”, zegt Kroesen
over de naam van het project. En zo kwam hij tot ARGES: ‘Atomic
densities measured Radially in metal halide lamps under microGravity
conditions with Emission Spectroscopy’. De naam ARGES verwijst ook
naar de camera die de HID-lamp observeert: een goedkope, gestripte Philips
webcam. Onderin de ARGES-opstelling jakkert een koelventilator, afkomstig
uit een kruimeldief. Tot zover de lowtech. Want de lamp waar het allemaal
om draait is, geen glazen, vacuüm gezogen bol met een draadje wolfraam,
maar een High Intensity Discharge-lamp.
De laptop bovenop de proefopstelling toont een soort komeet: een witte
kop met een groenkleurige staart. Het is een horizontaal gekantelde HID-lamp.
Het witte licht wordt uitgestraald door het zout disposium, terwijl kwik
verantwoordelijk is voor het groene licht. HID-lampen genereren licht
door elektrische stroom door een mengsel van gas en zouten te sturen en
dat doen ze zeer efficiënt. De HID-lamp zet veertig procent van de
elektrische energie om in licht en is daarmee tienmaal zuiniger dan de
traditionele gloeilamp en twee keer zo zuinig als een tl-buis of spaarlamp.
Kroesen: “De HID-lampen zijn de kampioenen van de zuinigheid”.
De HID-lamp is niet helemaal nieuw. Benzinestations en grote gebouwen
baden in HID-licht en volgens Kroesen verlicht een ‘drieletterig
Duits automerk’ de wegen soms ook al met HID-koplampen. Wie zo’n
Duitser als tegenligger heeft ontmoet, weet dat het licht niet bepaald
aangenaam oogt: een koud, blauw en soms verblindend schijnsel. Kroesen:
“Als licht aangenaam wil zijn voor het oog moet het gehoorzamen
aan de stralingswet van Planck. Het licht moet lijken op een verhit voorwerp.
Een staalspijker gloeit bij zevenhonderd graden rood op en bij duizend
graden wordt hij wit. De kern van een HID-lamp wordt zo heet (vijfduizend
graden -red.) dat het licht niet lijkt op een verhitte, vaste stof.”
Toch kan een HID-lamp alle kleuren uit het spectrum produceren en netjes
aan de stralingswet van Planck voldoen, zegt Kroesen. “Het hangt
af van de zouten in de lamp. De lampenfabrikant kan gemakkelijk zorgen
voor een aangenaam oplichtend mengsel.”
Als de HID-lamp ook in kantoren, in woonkamers, in grote hallen, in voetbalstadions
en voor wegverlichting gebruikt zou kunnen worden, zou dat enorme besparingen
opleveren. “Lichtgebruik is goed voor veertig procent van de nationale
energierekening. Ik heb het uitgerekend en met de HID-lamp kan de maatschappij
in totaal vijf procent aan elektriciteit besparen”, zegt Kroesen.
Voordat de HID-lamp alle lagen van de maatschappij kan verlichten, moeten
nog wel wat kinderziektes overwonnen worden. Want wie geen bouwlamp op
zijn bureau wil, zal een HID-lamp met een lager vermogen moeten gebruiken.
Kroesen: “Regelmatig doet zich het probleem voor van ontmenging
van de verschillende gassen. Dat heeft tot gevolg dat de lamp niet gelijkmatig
brandt en storende kleurverschillen optreden. Een ander probleem is de
helische instabiliteit, waarbij een spiraalvormige worm van plasma om
zijn eigen as draait en de lamp gaat flikkeren”.
Om de ontmenging -waarbij de lamp dus als een komeet oplicht- goed te
onderzoeken, mag Kroesens project de ruimte in met de Delta-vlucht van
de European Space Agency (ESA). “In de ruimte is geen zwaartekracht
en dus ook geen convectie, waarbij deeltjes door de warmte opstijgen en
door elkaar worden geroerd. Dat ‘roeren’ maskeert het proces
van ontmengen en destabiliseren van het plasma. In de ruimte kunnen we
die processen ongehinderd door zwaartekracht bestuderen.”
Die zwaartekracht is ook te overwinnen tijdens een zogeheten paraboolvlucht.
Kroesen en Kuipers hebben zulke vluchten gemaakt met de proefopstelling.
Kroesen: “Ze noemen het ook wel ‘vomit flights’: alles
komt omhoog. Eenderde van de mensen wordt ziek tijdens zo’n vlucht.
Er waren heel veel papieren zakjes aan boord”. Bij een paraboolvlucht
trekt een Airbus A300 in een hoek van 45 graden op, om vervolgens met
stationair draaiende motor een duikvlucht te maken. Kroesen: “Tijdens
de val heb je zo’n twintig seconden om de HID-lamp onder gewichtloosheid
te testen, maar dat is eigenlijk veel te kort. In het International Space
Station heb je alle tijd om de verschijnselen te onderzoeken”.
Om zijn proefopstelling de ruimte in te krijgen, heeft Kroesen veel papierwerk
moeten doen. “Ik heb er nog net geen RSI van gekregen.” Vooral
de veiligheid is een heet hangijzer. “Zowel het ISS als de astronauten
mag geen haar gekrenkt worden”, zegt Kroesen. Ook gewicht speelt
een rol. Kroesens opstelling -bestaande uit twintig lampen, een carrousel,
een camera en een spectrometer- is met 23,5 kilo het zwaarste experiment
dat voor deze ruimtemissie van André Kuipers, die de naam Delta
heeft gekregen, de ruimte in is gegaan. En gewicht is kostbaar op een
ruimtevlucht: per kilo upload betaalt de afzender -de Nederlandse regering-
dertigduizend euro.
GTD
Kroesen deed een groot beroep op de Gemeenschappelijke Technische dienst
(GTD) van de TU/e, die bijna een kwart van haar capaciteit gedurende een
jaar inroosterde voor ARGES. “Normaliter worden dit soort installaties
ontworpen door gespecialiseerde bedrijven als Stork, Fokker Space en Daimler
Aerospace. We hebben wel contact gehad met die bedrijven, maar uiteindelijk
hebben we besloten het binnen de universiteit te houden, omdat dat de
enige haalbare optie bleek om alles op tijd en in goede orde af te krijgen.
Dat het uiteindelijk is gelukt, is een hele prestatie want de eisen om
een installatie in het ISS te krijgen, zijn extreem hoog. De specificaties
kregen we druppelsgewijs en vaak te laat binnen. De ruimtevaartindustrie
is dan ook onder de indruk van de kwaliteit en het vernuft en kijkt met
argusogen naar de GTD. De dienst zou, mits in het bezit van een ESA-certificaat,
zo aan het werk kunnen voor de ruimtevaartindustrie. Of ze dat gaan doen,
is de vraag, maar het kan commercieel heel interessant zijn”, zegt
de hoogleraar.
Kroesen beschouwt de ruimtevlucht niet als het hoogtepunt van zijn wetenschappelijke
carrière, want die is nog lang niet afgelopen. “Maar het
is wel de bekroning van een heel extreem zwaar, maar ook fantastisch jaar.”/.
|