Je leest:

Risicobeoordeling ruimteafval

Risicobeoordeling ruimteafval

Rond de aarde is het druk aan het worden: allerlei stukjes ruimteafval zweven daar in een omloopbaan. Bij een botsing met satelliet of ruimtestation kan zelfs een klein brokje grote schade aanrichten.

Het beoordelen van het gevaar dat ruimteafval vormt voor operationele ruimtevaartuigen en satellieten is iets waar we niet omheen kunnen. De uitkomst is afhankelijk van de vraag of het gaat om een botsing met een bekend, geregistreerd voorwerp of met een onbekend voorwerp. De bekende voorwerpen zijn tenminste… nou ja, bekend. Voorbeelden hiervan zijn oude ruimtevaartuigen, andere satellieten, raketonderdelen en brokstukken van uiteengevallen ruimtevaartuigen.

“Elke satelliet die in een lage omloopbaan wordt gebracht, krijgt tegenwoordig extra brandstof mee om tijdens zijn missie ontwijkende manoeuvres uit te kunnen voeren,” zegt dr. Heiner Klinkrad, deskundige in ruimteafval bij ESOC in Darmstadt (Duitsland).

Zonnepaneel van de Hubble Space Telescope (HST). Het gat in het paneel heeft een diameter van 2,5 mm. Dit zonnepaneerl werd in 2002 na 8,25 jaar in de ruimte vervangen door een nieuw paneel. Het oude paneel werd teruggebracht naar de aarde. bron: ESAKlik op de afbeelding voor een grotere versie.

Kleine voorwerpen, grote bedreiging

Heel anders ligt het bij de inschatting van het gevaar van kleiner afval en micrometeorieten, want die zijn niet of nauwelijks in beeld te brengen.

Kleiner afval varieert in formaat van microscopisch kleine stofdeeltjes, die betrekkelijk ongevaarlijk zijn, tot voorwerpen met een diameter van ongeveer één centimeter. Puin van deze omvang is weliswaar gevaarlijk, maar de beschermschilden met bijvoorbeeld Whipple Shield technologie zijn sterk genoeg om het op te vangen. Afscherming is echter alleen mogelijk voor sommige missies, zoals het internationale ruimtestation ISS.

Laboratorium-test: een aluminium bolletje botst met zo’n 6,8 km/s op een blok aluminium. Afhankelijk van de grootte van het bolletje richt het meer schade aan. Tijdens zo’n botsing kunnen druk en temperatuur hoger worden dan in de kern van de aarde! bron: ESAKlik op de afbeelding voor een grotere versie.

Voorwerpen tussen één en tien centimeter: levensgevaar

Het echte probleem zijn voorwerpen van één tot tien centimeter. Die zijn te klein en talrijk om afzonderlijk te volgen, maar kunnen bij een botsing elk ruimtevaartuig ernstig beschadigen of zelfs volledig vernielen.

Om het risico van deze levensgevaarlijke groep te kunnen beoordelen, gebruiken wetenschappers bij ESA en andere ruimtevaartorganisaties verfijnde waarschijnlijkheidsmodellen en -software. Het risico wordt berekend aan de hand van factoren als het oppervlak van de dwarsdoorsnee, de hoogte van de omloopbaan en de vliegbaan van een ruimtevaartuig.

Zo wordt voor een satelliet met een oppervlak van honderd vierkante meter in dwarsdoorsnee(inclusief zonnepanelen), die op vierhonderd kilometer hoogte rond de aarde draait, de kans op een inslag van een voorwerp van tien centimeter geschat op eens in de vijftienduizend jaar.

Botsingen eens in de tien jaar

Vijftienduizend jaar, dat klinkt misschien als een aanvaardbaar risico voor een individuele satelliet, maar het totaal aantal satellieten in een baan rond de aarde is groot. “Als je uitgaat van het gezamenlijke oppervlak van alle operationele satellieten, dan is de gemiddelde tijd tussen destructieve botsingen ongeveer tien jaar,” aldus Klinkrad.

En als je bedenkt dat een enkele inslag van een voorwerp van tien centimeter al genoeg kan zijn om een ruimtevaartuig van miljoenen euro’s te vernietigen of het (bemande) ISS kan raken, dan is het gevaar van een botsing, ook al is dat maar eens in de tien jaar, ineens heel ernstig.

Destructieve botsingen: een reëel gevaar

In 1993 werd tijdens de eerste onderhoudswerkzaamheden aan de Hubble-ruimtetelescoop een gat van ruim één centimeter aangetroffen in een krachtige antenne.

In juli 1996 werd de Franse militaire verkenningssatelliet Cerise ernstig beschadigd door ironisch genoeg een geregistreerd fragment van de hoogste trap van Ariane. Van de de boom waarmee de satelliet stabiel in zijn baan werd gehouden, werd een 4,2 meter lang stuk afgerukt.

Kunnen we in dit decennium nog meer botsingen verwachten? Dat kan niemand met zekerheid zeggen. Duidelijk is wel dat maatregelen nodig zijn om het gevaar af te wenden.

Onderzoek naar ruimteafval door ESA

Naast het door ESOC ontwikkelde waarschuwingssysteem verricht ESA onderzoek naar ruimteafval in het technisch en wetenschappelijk centrum ESTEC in Noordwijk, met name wat betreft het ruimtevaartaspect. Het onderzoek omvat de volgende activiteiten:

- Ontwikkelen en implementeren van inslag detectoren - Ontwikkelen en testen van beschermsystemen - Ondersteunen van de goedkeuring van beschermsystemen - Analyseren van door inslag getroffen materiaal - Evalueren van de door inslag veroorzaakte schade

ESA is niet de enige organisatie die zich bezig houdt met ruimteafval. Dr. Toshiya Hanada, Associate Professor aan de faculteit mechanica en luchtvaart- en ruimtevaarttechniek van de universiteit van Kyushu (Japan), ontwikkelt optische sensoren om zonnepanelen van satellieten af te tasten op inslagen. Ook maakt hij overzichtsmodellen van het ruimteafval. De aandacht van het onderzoeksteam van dr. Hanada gaat in het bijzonder uit naar de geostationaire baan (GEO). “We hebben een evolutionair model van het afval in GEO gemaakt en tests uitgevoerd met inslagen op lage snelheden, minder dan anderhalve kilometer per seconde, om een model te maken van die inslagen op ruimtevaartuigen in GEO,” legt hij uit.

Het is duidelijk dat de afvalkwestie wereldwijde aandacht ontvangt.

Gratis software voor risico-evaluatie

Dr. Klinkrad (ESOC) geeft een toelichting op de software voor risicobeoordeling die ESA samen met een extern team heeft ontwikkeld. Het programma heet DRAMA –(Debris Risk Assessment and Mitigation Analysis) en is gratis verkrijgbaar voor de ruimtevaartgemeenschap. Het is bedoeld om voor een bepaalde missie het gevaar op een inslag van catastrofale omvang te bepalen.

Maar willen we verbetering brengen in de situatie, dan zullen er naast dit soort gereedschappen ook gerichte, gecoördineerde en systematische maatregelen moeten worden genomen tegen de inmiddels duidelijk onderkende risico’s.

Vermeden moet worden dat instanties de onder hun beheer vallende ruimtevaartuigen al dan niet opzettelijk uit elkaar laten vallen via ontploffingen of botsingen, want dat is de bron van het meeste ontraceerbare maar dodelijke afval.

Dit artikel is een publicatie van European Space Agency (ESA).
© European Space Agency (ESA), alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 21 maart 2005

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.