Woensdag 21/04/2021

AchtergrondRuimtevaart

Vuilniswagen Elsa wordt de ruimte ingestuurd om ons afval op te ruimen

Impressie van de afvalwolk die de aarde omgeeft. Het puin is groter weergegeven dan het in werkelijkheid is.
 Beeld ESA
Impressie van de afvalwolk die de aarde omgeeft. Het puin is groter weergegeven dan het in werkelijkheid is.Beeld ESA

De mens heeft zoveel puin in een baan om de aarde gebracht, dat zijn eigen satellieten worden bedreigd. Daarom wordt nu de eerste vuilniswagen de ruimte ingestuurd.

Het is iets kleiner dan onze groene afvalcontainer, en heeft ongeveer hetzelfde doel: afval verzamelen, maar dan in de ruimte. Elsa-d heet het apparaat, en hij vertrekt volgende week vanaf de Russische lanceerbasis Bajkonoer. Elsa-d werd gebouwd door Astroscale, een commerciële onderneming met een hoofdkantoor in Tokio en vestigingen in verschillende landen, waaronder Groot-Brittannië. Astroscale werd zeven jaar geleden opgericht en biedt overheden en (telecom)bedrijven aan het puin te ruimen dat zij met hun ruimtevaartactiviteiten creëren (zie kader).

Elsa staat voor End of Life Services by Astroscale. De ‘d’ staat voor demonstratie. Het apparaat, dat op de afbeelding te zien is, bestaat uit twee delen. Het grote stuk, met de zonnepanelen, wordt de servicer genoemd. Het kleinere blok is zijn client, die het formaat heeft van een verhuisdoos. Die twee zitten aan elkaar vast. Maar als Elsa-d straks met een Soyoez-raket in een baan om de aarde is gebracht, zal hij zijn client loslaten, tot op een paar meter, om die vervolgens weer vast te pakken.

Onvoorspelbare buitelingen

Elsa-d gebruikt daarvoor een magneetarm, en die eerste proef moet bewijzen dat die in de ruimte werkt. In een tweede experiment wordt het ingewikkelder. Ruimtepuin hangt niet op een paar meter afstand en keurig stil, maar vliegt draaiend om al zijn assen door de ruimte. In het tweede experiment zal de client opnieuw worden losgelaten, maar met een zwieper, waardoor hij onvoorspelbare buitelingen gaat maken. Bovendien raakt hij honderden meters van de servicer verwijderd.

Elsa-d moet nu zijn client benaderen, meten wat die aan het doen is, en precies dezelfde rotatiebewegingen gaan maken om de client weer met zijn magneetarm te kunnen pakken. In een derde experiment zal de client vele kilometers van de servicer worden verwijderd, en moet Elsa-d laten zien dat het een bepaald stuk ruimtepuin kan opsporen ergens in een baan om de aarde, en het vervolgens grijpen.

Het laatste deel van de missie is de afvalverwerking: de servicer en zijn client laten zich richting de aarde zakken en komen in de ­atmosfeer. Door hun hoge snelheid zorgt de luchtweerstand voor verhitting en worden de kliko en zijn ruimtepuin verbrand. Wie een indruk wil krijgen van de hele Japanse missie, kan hieronder een animatie zien.

Fatale botsingen met ruimtepuin

De missie die volgende week begint moet vooral aantonen dat de ontwikkelde technologie voor het ruimen van ruimtepuin werkt. Astroscale is intussen al bezig met de volgende stap. De onderneming werd vorige maand een contract gegund door de Japanse ruimtevaartorganisatie Jaxa. Net als haar collega-organisaties in de VS (Nasa) en Europa (Esa) beseft Jaxa dat de directe omgeving van de aarde moet worden opgeruimd, om fatale botsingen met stukken ruimtepuin te voorkomen.

In een eerste project wil Jaxa de laatste trap opruimen van een raket die eerder werd gelanceerd. Het gevaarte, dat op aarde enkele tonnen weegt, zweeft in een baan om de planeet. Het vangen en ruimen ervan wordt een heel ander verhaal dan de missie van Elsa-d. Behalve dat de rakettrap vele malen groter is dan de client waarmee Elsa-d gaat spelen, bevat deze geen ijzer en kan niet met een magneetarm worden ­gevangen.

In dit geval zal waarschijnlijk een robotarm worden ontwikkeld die het afgedankte raketdeel kan vastpakken. Maar dat is voor later; in het eerste deel van deze Japanse missie zal Astroscale een satelliet lanceren die dit stuk ruimtepuin van dichtbij, op een afstand van enkele meters, zal onderzoeken en zijn directe omgeving in kaart zal brengen. Dat moet volgend jaar gebeuren, waarna Jaxa in een tweede fase kan bedenken hoe het gevaarte naar de dampkring te ­halen voor ruiming.

Elsa-d moeten laten zien dat het mogelijk is ruimtepuin op te pikken. Beeld Astroscale
Elsa-d moeten laten zien dat het mogelijk is ruimtepuin op te pikken.Beeld Astroscale

Microzwaartekracht

Robotarmen zijn de technologie waarvoor ook ClearSpace kiest. Deze jonge Zwitserse onderneming kwam drie jaar geleden voort uit de technische universiteit van Lausanne, en wist onlangs het allereerste contract binnen te halen dat werd aanbesteed in het nieuwe puinruimprogramma van de Europese ruimtevaartorganisatie Esa.

In deze eerste missie zal ClearSpace in 2025 vanaf de lanceerbasis Kourou in Frans Guyana een robot lanceren die over vier armen beschikt. Daarmee moet hij een onderdeel bergen van een raket die in 2013 werd gelanceerd. Het onderdeel, dat nu in een baan om de aarde draait, is van flink formaat; het zou op de grond meer dan honderd kilo wegen.

In de microzwaartekracht van de nabije ruimte is er van dat gewicht vrijwel niets over. Dat klinkt handig, maar het maakt het bergen van ruimtepuin juist zo ingewikkeld: een klein tikje mis en het stuk puin kan met een vaart uit zicht verdwijnen. Of erger: beschadigd raken en in stukken breken, waarmee het probleem van het ruimtepuin alleen maar groter wordt. Ook in dit geval moet de puinruimer, die eenvoudig ClearSpace-1 werd gedoopt, eerst nauwkeurig achterhalen waar het stuk ruimtepuin zich bevindt en hoe het roteert, om in een pas de deux het gevaarte vast te pakken.

Zwitsers vakmanschap

Het is een project van 100 miljoen euro, en dat Esa het gunde aan een jonge Zwitserse onderneming was een verrassing. Zwitserland is lid van de Esa, maar geen grote ruimtevaartnatie. Waarom de Zwitserse start-up ClearSpace? ‘Waarom niet?’, zei oprichter Luc Piquet onlangs in een gesprek met het Zwitserse agentschap voor innovatie Innovaud. ‘Ons land heeft geweldige universiteiten en ingenieurs, en een lange traditie van vakmanschap. Zwitserse makelij associëren mensen met hoge kwaliteit en betrouwbaarheid, en dat geldt ook voor ruimtevaarttechnologie.’

Volgens de Japanner Nobu Okada, de ­oprichter van Astroscale, wordt het zaak om satellieten voor vertrek geschikt te maken voor ruiming aan het eind van hun werkzame leven. Zijn onderneming ontwikkelde een ronde plaat, met optische kenmerken én magnetisch, die nu op de client is gemonteerd. Die stelt Elsa-d in staat de client te vinden en magnetisch te koppelen. Zo’n plaat zou in de toekomst op iedere satelliet gemonteerd kunnen worden. Het zou de puinruimers helpen.

Wat een rommel

De ruimte is groots en leeg, maar in de buurt van de aarde is zij een vuilnisbelt. Meer dan een half miljoen stukken ruimtepuin cirkelen er rond de aarde. Een klein deel daarvan heeft een natuurlijke oorsprong: meteorieten die net als de aarde om de zon draaien en in de buurt van de planeet komen. Maar het grootste deel is afval van de mens, variërend van kleine brokken tot complete raketonderdelen, die in een baan om de aarde zweven.

Dat ruimtepuin is niet alleen een schandvlek, maar ook een enorm gevaar. De stukken cirkelen om de aarde met snelheden tot 28.000 kilometer per uur. Met die snelheden kunnen zelfs de kleinste puindeeltjes een verwoestende botsing veroorzaken met satellieten die de mens in een baan om de aarde heeft gehangen of met bijvoorbeeld een ruimtestation.

Ruimteorganisaties Esa (Europa) en Nasa (VS) schatten dat zo’n botsing, met de huidige hoeveelheid ruimtepuin, zich eens in de tien jaar voordoet. Dat lijkt weinig, gezien de enorme hoeveelheid ruimtepuin, maar het is een grote ruimte.

Afvalwolk

Bekend geworden botsingen waren er onder meer in 1996 toen een Franse satelliet werd beschadigd door restanten van een – eveneens Franse – raket die tien jaar eerder was gelanceerd, en in 2009 toen een gepensioneerde Russische ­satelliet in botsing kwam met een commerciële Amerikaanse satelliet, wat niet alleen het levenseinde betekende van de laatste maar bovendien zo’n tweeduizend stuks puin aan de afvalwolk toevoegde.

De kans op botsingen is met het huidige ruimtepuin dus al aanzienlijk. En de puinhoop blijft groeien, omdat de mensheid steeds meer apparatuur in de ruimte brengt. In het eerste decennium van deze eeuw werden jaarlijks gemiddeld 72 satellieten in een baan om de aarde gebracht. Nu zijn dat er meer dan 125 per jaar, aldus Esa, en het aantal zal nog flink stijgen als nieuwe, geavanceerde versies van internet worden opgebouwd.

Nu al moeten het internationale ruimtestation en grotere satellieten soms hun koers wat verleggen om een botsing met puin te voorkomen. Maar niet alle satellieten die in de ruimte worden gebracht hebben de motoren om dat te doen.

De ruimteorganisaties hebben in wereldwijd overleg richtlijnen gemaakt om resten van lanceringen zoveel mogelijk te beperken en satellieten die niet meer functioneren naar een baan te brengen waar ze niet in de weg zitten. Die richtlijnen volstaan niet; een deel van het puin moet worden weggehaald om het risico te verminderen. Als er een goede selectie wordt gemaakt van de meest risicovolle objecten, is het aantal dat moet worden geborgen beperkt. En de technologie daarvoor is nu in ontwikkeling. Maar het zijn peperdure missies.

Meer over

Nu belangrijker dan ooit: steun kwaliteitsjournalistiek.

Neem een abonnement op De Morgen


Op alle artikelen, foto's en video's op demorgen.be rust auteursrecht. Deeplinken kan, maar dan zonder dat onze content in een nieuw frame op uw website verschijnt. Graag enkel de titel van onze website en de titel van het artikel vermelden in de link. Indien u teksten, foto's of video's op een andere manier wenst over te nemen, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234