Reddingsboot voor geostationaire satellieten

In een geostationaire baan op een hoogte van 36.000 kilometer bevinden zich honderden communicatiesatellieten (in een dergelijke baan lijken satellieten vanaf de aarde gezien stil te hangen aan de hemel). Na een operationeel leven van maximaal 12 tot 15 jaar is hun brandstofvooraad om ze in een goede baan te houden opgebruikt en worden ze in een hogere "kerhofbaan" gebracht, uit de weg van nog werkende kunstmanen.

Maar meestal werken alle andere systemen aan boord nog goed, zodat niets een verder leven eigenlijk nog in de weg staat. Duur schroot dus, want elke satelliet kost al snel 250 miljoen euro en vertegenwoordigt een jaarlijkse omzet die al gauw tot 30 à 40 miljoen euro kan oplopen. Voor de uitbaters zou een mogelijke verlenging van de operationele levensduur van hun satellieten dus beslist lonen.

Redding van satellieten

Het Britse bedrijf Orbital Recovery Ltd. (ORL) wil nu vanaf 2008 een soort kosmische takeldienst naar dergelijke satellieten sturen om hun levensduur met maximaal tien jaar te verlengen.

De kosmische reddingsboot heet OLEV of Orbital Life Extension Vehicle en zal aan een communicatiesatelliet vastkoppelen om daarna zolang het nodig is de standregeling en de baanmanoeuvres uit te voeren. OLEV is daarvoor uitgerust met elektrisch aandrijving, die werkt met het gas xenon.

De kostprijs van een dergelijke "reddingsvlucht"? Amper een vierde van het prijskaartje van de lancering van een nieuwe satelliet…

Met Ariane 5 de ruimte in

Het Nederlandse Dutch Space in Leiden zal de eigenlijke satelliet bouwen, gebaseerd op de resultaten van het programma ConeXpress, dat in samenwerking tussen ESA en privé-initiatief (programma ARTES 4) werd uitgevoerd.

ConeXpress zal met een Ariane 5 als bijkomende nuttige lading worden gelanceerd. In de neuskegel van de gigantische Ariane 5-draagraket is immers nog plaats voor "verstekelingen".

Meestal brengt de Ariane 5 namelijk één of twee satellieten in de ruimte. Ze zijn gemonteerd op een kegelvormige adapter, de verbinding tussen de satellieten en de bovenste trap van de raket. In die adapter blijft nog ongebruikte ruimte over. Aangezien de Ariane 5 meestal slechts 70 tot 80% van zijn lanceercapaciteit benut, is er nog plaats voor een innovatieve satelliet, zoals bijvoorbeeld een kosmische reddingssloep.

De reddingssatelliet dient bij de start vooralsnog als adapter voor de andere satelliet(en). Wanneer die in een baan om de aarde zijn gebracht, wordt hij zelf losgemaakt van de bovenste trap van de raket en begint een leven als zelfstandige satelliet.

Met beproefde ESA-techniek

De studie onderzocht verschillende mogelijkheden als communicatiesatelliet, wetenschappelijke kunstmaan of kosmische takeldienst. Dat laatste is de eerste concrete toepassing van het innovatieve ontwerp. In deze variant kreeg de satelliet de naam ConeXpress Orbital Life Extension Vehicle of CX OLEV.

CX OLEV maakt gebruik van heel wat innovatieve technologie aan boord van ESA's eerste maansatelliet SMART 1, zoals bijvoorbeeld de op xenongas functionerende motor. Vier van deze heel bijzondere motoren zullen instaan voor alle baan- en standregelingsmanoeuvres.

Ook het "brein" van de hemelse redder, ontwikkeld en gebouwd door het Zweedse Swedish Space Corporation, is gebaseerd op SMART 1-technologie. Het systeem weegt amper 13 kilogram en stuurt alle processen, nodig voor de goede werking van de satelliet en de instrumenten aan boord. Het staat tegelijk ook in voor het doorsturen van gegevens naar de aarde en het ontvangen van commando's van het grondstation.

Koppelmechanisme

De Duitse onderneming Kayser-Threde is verantwoordelijk voor de "nuttige lading" van de satelliet zoals het koppelingssysteem en voor het grondstation. Het baseert zich op eerdere ontwikkelingen op het vlak van robotica en mechatronica (een combinatie van werktuigbouwkunde, elektrotechniek en computertechniek waar in het bedrijfsleven veel vraag naar is).

De reddingssatelliet wordt uitgerust met camera's, apparatuur om de afstand tot de doelsatelliet te meten en de zogenaamde Satellite Capture Tool, een cilindervormig deel met verschillende sensoren om aan de doelsatelliet aan te leggen.

Een koppelmechanisme moet voor een stevige verbinding zorgen. De koppeling gebeurt aan de straalpijp van de zogenaamde apogeummotor, waarover elke geostationaire kunstmaan beschikt en wordt vanaf het grondstation gestuurd. Eventueel kan de koppeling met behulp van de nodige software ook automatisch gebeuren.

Veel mogelijkheden

Het is nog even wachten tot de eerste vlucht in 2008, maar het Britse Orbital Recovery Ltd. (ORL) heeft al een klant en onderhandelt met andere ondernemingen. Door een overeenkomst met Arianespace, dat instaat voor de commerciële uitbating van de Europese lanceerraketten, is een plaatsje aan boord van een Ariane 5 verzekerd.

Vanaf 2008 kunnen de Britten drie keer per jaar meevliegen. ORL heeft al 50 geostationaire satellieten geïdentificeerd die in aanmerking zouden komen.

ORL denkt al aan een volgende stap. Vaak is het niet meer mogelijk afgedankte satellieten in een kerhofbaan te brengen. Ook hier zou CX OLEV voor kunnen instaan. Daarna koppelt de reddingssloep weer los en kan hij zich voor nog een nieuwe opdracht weer in de geostationaire baan begeven. Nog een mogelijkheid is satellieten die niet in een goede baan zijn terechtgekomen toch nog in de voorziene omloopbaan te krijgen.

De elektrische motor aan boord van de Europese communicatiesatelliet Artemis heeft het mogelijk succes van een dergelijke strategie overigens al aangetoond. Deze ESA-satelliet was in 2001 in een te lage baan terechtgekomen en kon met behulp van zijn elektrisch standregelingssysteem beetje bij beetje in een goede baan worden gebracht.

Verbeterde versies van CX OLEV zouden nog later met robotarmen kunnen worden uitgerust om defecte satellieten te repareren of ze in een lage baan om de aarde te brengen, waar ze door astronauten kunnen hersteld worden. Het is nog toekomstmuziek, maar die toekomst komt steeds dichterbij…

Meer informatie

Doug Caswell
ESA/ESTEC
Doug.Caswell@esa.int