Ruimteafval: beoordeling van het risico

"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).

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.

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.

Opmerking van de uitgever:

Het derde en laatste deel in de serie over ruimteafval -"Verlichting en de noodzaak voor een gedragscode" - gaat in op de huidige voorstellen voor vermindering van ruimteafval risico's met maatregelen die weinig kosten maar veel bijdragen tot de bescherming van de ruimteomgeving in de toekomst.

Deel 3 verschijnt begin april, voorafgaand aan de vierde Europese Conferentie over Ruimteafval, die van 18 tot 20 april 2005 wordt gehouden bij ESOC in Darmstadt. Klik voor inschrijving, het programma en overige gegevens op de link van de conferentie rechtsboven.