Hoe onderzoek vanuit de ruimte plots binnen ieders bereik kwam

Ze zijn niet groter dan een brooddoos en wegen niet meer dan een grote pot Nutella. De CubeSats zijn het beste voorbeeld van de nieuwe generatie nanosatellieten.

De eerste CubeSat werd begin jaren 2000 ontwikkeld door studenten van de universiteiten CalPoly (California Polytechnic State University) en Stanford. De bedoeling was een ruimtetuig te ontwerpen, bouwen en testen met gelijkaardige capaciteiten als de Spoetnik. Het gebruik breidde snel uit naar andere universiteiten, en intussen zijn ook wetenschaps- en overheidsinstellingen massaal overstag gegaan.

De National Academy of Sciences publiceerde er recent een rapport over in The National Academies Press. "Ruimteobservatoria werden de voorbije decennia steeds gesofisticeerder en complexer, met kosten die in de miljarden dollars oplopen", staat in het rapport. "Dit soort missies zal niet verdwijnen, maar kleine satellieten, van 0,1 tot 500 kilogram, winnen aan belang als een bijkomend middel om gerichte wetenschappelijke vragen op een snelle, betaalbare manier aan te pakken."

Waarvoor worden ze gebruikt?

Op dit moment zijn er al meer dan 130 CubeSats operationeel, die allerlei waarnemingen en metingen doen in de ruimte. NASA en Boeing zijn enkele evidente namen, maar ook buiten de Verenigde Staten en zelfs in eigen land winnen de CubeSats aan belang.

Dr. Didier Fussen van het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie (BIRA) bevindt zich op dit moment op het ESA-symposium 4S in Malta, dat gewijd is aan dergelijke kleine satellieten. Volgens Fussen is er een duidelijke evolutie merkbaar. "Amerikaanse bedrijven dingen volop naar de CubeSat-markt", zegt hij. "In Europa zijn al volledige platformen ontwikkeld, meer bepaald in Nederland, Schotland en Denemarken, waar gebruikers hun modules kunnen opzetten."

Fussen zal op het symposium een presentatie geven van het CubeSat-project van het BIRA, PICASSO (Pico-satellite for Atmosferic and Space Science Observations), dat volgend jaar gelanceerd wordt. Het is een van de drie Belgische projecten, naast dat van het KMI en het Von Karman Instituut, die officieel ondersteund worden door de Europese ruimtevaartorganisatie ESA als 'In Orbit Demonstration mission'.

PICASSO is een mini-satelliet van 30 op 10 op 10 centimeter met twee experimenten aan boord. "Het hoofdexperiment is een spectrometer die de zonsondergang gaat waarnemen en de ozonconcentratie van de atmosfeer gaat bepalen", legt Fussen uit. "Het tweede is een SLP (Sweeping Langmuir Probe), waarbij de elektronische dichtheid en de temperatuur van het plasma in de ruimte gemeten worden."

Wat zijn de voordelen?

Het rapport van de National Academy of Sciences benadrukt het belang van CubeSats voor wetenschappelijk onderzoek. De kleine satellieten hebben dan ook een enorm potentieel om wetenschappelijke waarnemingen in de ruimte toegankelijker dan ooit te maken.

In de kleine behuizing - een CubeSat bestaat uit vierkante units van 10 op 10 op 10 centimeter en een gewicht van ongeveer 1,3 kilogram - passen allerlei sensoren, zenders en ontvangers die wetenschappers toelaten de aarde te bestuderen vanuit de ruimte. Omdat ze zo klein en licht zijn, kost het veel minder om een CubeSat in een baan om de aarde te krijgen dan pakweg een GPS-satelliet.

"Ze zijn vooral interessant omdat ze sneller zijn, lichter en goedkoper. Het grote voordeel van hun compacte formaat is dat ze mee in de laadruimte kunnen bij grote satellieten", zegt Karolien Lefever van het BIRA.

Hoe nauwkeurig zijn die metingen?

"Technologisch gezien neemt men meer risico's", zegt Fussen. "Grote satellieten bestaan volledig uit gekwalificeerde componenten en elektronica die beter bestand zijn tegen stralingen en de ruimteomgeving in het algemeen. Bij de CubeSats is dat niet gegarandeerd. Wat wij met ons project willen bewijzen, is dat de resultaten toch betrouwbaar zijn."

Het BIRA zal de CubeSat gebruiken als aanvulling op zijn grote satelliet ALTIUS, die twee weken geleden werd goedgekeurd als officiële ESA-missie. Het gaat om de eerste Belgische satelliet voor waarneming van de aardatmosfeer, met nadruk op de ozonlaag en de klimaatevolutie.

"Met PICASSO kunnen wij niet concurreren met een grote satelliet die veel meer vermogen heeft en veel meer data naar de aarde kan sturen", geeft Fussen toe. "Het aantal gegevens dat zo'n kleine satelliet kan verwerken, is beperkt. Maar ook dat is aan het evolueren."

Dat de CubeSat een grote toekomst wacht, daarvan is hij overtuigd. "Wij zijn er van overtuigd dat de techniek in de nabije toekomst zodanig gaat evolueren, dat men steeds meer van deze goedkopere, snellere experimenten zal lanceren", zegt hij. "De toekomst zal blijkbaar bestaan uit nanosatellieten die een beetje groter zijn dan de huidige CubeSats, maar veel lichter en goedkoper dan de grote platformen."

Vandaag mag een persoonlijke satelliet nog klinken als sciencefiction, maar met de CubeSats lijkt dat binnen handbereik te komen. Fussen nuanceert: betaalbaar wetenschappelijk onderzoek betekent niet dat het voor iederéén betaalbaar is. "Is een grote satelliet betaalbaar op het niveau van een land of ruimtevaartorganisatie, dan is een CubeSat betaalbaar op het niveau van een grote instelling of een universiteit", zegt hij.

Het totale budget voor de volledige missie van het BIRA situeert zich rond de 2 miljoen euro. Het is deels gefinancierd door de Nationale Loterij, BELSPO (Belgian Federal Science Policy Office), ESA (met deelname van het Verenigd Koninkrijk en Finland) en door eigen financiering van het BIRA.