Afval opvangen in de ruimte

Een spin-off van de Technische Universiteit van Lausanne (EPFL) heeft van het Europees Ruimteagentschap ESA de verantwoordelijkheid gekregen voor een 100 miljoen euro project. ClearSpace SA leidt nu een consortium dat de eerste afvalverwijderingsmissie voor ruimteschroot om de aarde ontwikkelt.

Ons leven wordt steeds meer afhankelijk van ruimtetechnologieën. We maken gebruik van satellieten voor weersvoorspelling, communicatie, navigatie en observatie van rampgebieden. Volgens het Europees Ruimteagentschap ESA zijn 40% van hedendaagse mobiele applicaties afhankelijk van satelliet- en ruimtetechnologie. Deze infrastructuur is echter in gevaar.

95% van alle objecten die zich in een lage baan om de aarde bevinden, d.w.z. op een hoogte tussen 200 en 2000 km, zijn defect en niet meer bestuurbaar. Deze objecten gelden als ruimteschroot. Dit zijn bijvoorbeeld afgeworpen rakettrappen, zonnepanelen (waaronder die van satellieten), gereedschap, afgebladerd verf en deeltjes van vaste brandstof. Dit ruimteschroot vormt een gevaar voor actieve satellieten en toekomstige ruimtemissies en hun bemanning. Zelfs het internationale ruimtestation ISS moest meermaals manoeuvreren om ruimteschroot te ontwijken.

Constellaties van minisatellieten

De situatie wordt steeds urgenter vanwege de nieuwe satellieten die continu in een baan om de aarde worden geplaatst. Tussen 2009 en 2012 werden er slechts 50 ruimtevaartuigen in een baan om de aarde gebracht, terwijl er voor dit jaar 800 gepland staan en de trend is stijgend. In de toekomst zullen de meeste nieuwe objecten in de ruimte nanosatellieten zijn, als onderdeel van netwerkconstellaties. Zo is het bedrijf OneWeb in 2019 begonnen om een constellatie van rond 650 minisatellieten te bouwen. Het doel van het bedrijf is om internettoegang overal op de wereld mogelijk te maken. Projecten zoals deze, maar ook het opkomende ruimtetoerisme, maken het verwijderen van ruimteschroot nodig.

Met meer dan 34.000 geregistreerde door de mens gemaakte objecten met een Ø van meer dan tien cm hebben we een kritiek punt bereikt. Als hier niets aan wordt gedaan zullen zich in 2065 naar schatting rond 140.000 ruimteschrootobjecten in een baan om de aarde bevinden. Dit komt doordat bij een botsing tussen twee objecten deze in vele stukken breken, waardoor een veld met veel ruimteschroot ontstaat. Hierbij ontstaat gevaar voor een kettingreactie.

Eerste afvalverwijderingsmissie van het ESA

Nu staat een Zwitserse “afvoersatelliet” op het punt om de baanbrekende taak uit te voeren om voor het eerst ruimteschroot te verwijderen. De missie ClearSpace One staat gepland voor 2025 en wordt geleid door de gelijknamige start-up. Bij de missie zal de bovenste trap van de VESPA (VEga Secondary Payload Adapter) van een raket die in 2013 werd gelanceerd worden gevangen en terug naar de atmosfeer van de aarde worden gebracht.

Het prototype van deze ruimtereiniger zal gebruik maken van een “achtervolger”, bestaande uit vier robotarmen om de niet meer nodige  rakettrap op een hoogte van 720 km te grijpen en te verplaatsen. Twaalf maxon aandrijvingen bedienen de op tentakels lijkende armen van de ClearSpace One. Daarna wordt de "gevangen" rakettrap zodanig gepositioneerd, dat deze vertraagt en de baan om de aarde verlaat. Bij deze procedure wordt aan verschillende zijden gebruikgemaakt van straalmotoren. Tijdens de gecontroleerde terugkeer naar aarde zullen zowel de VESPA als de ClearSpace One in de atmosfeer verbranden – de grootste “verbrandingsoven” ooit.

Het is de bedoeling dat toekomstige afvoersatellieten deze procedure zo vaak mogelijk herhalen. Ze zullen ook zwaardere objecten in een lage baan om de aarde verplaatsen om plaats te maken voor latere ruimtemissies.

ClearSpace’s eerste ruimteschroot-verwijderingsmissie kan zoals hier weergegeven plaatsvinden. Momenteel werkt het bedrijf met maxon aandrijvingen, bestaande uit de DCX 22 L DC motor en de GP 32 HP planetaire overbrenging.

De onderzoekers bij het ruimtecentrum EPFL in Zwitserland werken sinds 2010 aan een systeem voor het verwijderen van ruimteschroot. De technische kennis die ze in de loop der jaren hebben vergaard, werd gebruikt bij de ontwikkeling van de ClearSpace One. In 2017 vond de spin-off van het project plaats, wat resulteerde in de oprichting van ClearSpace SA, dat zijn activiteiten in het maxon laboratorium bij het EPFL begon. Zoals Luc Piguet, CEO en mede-oprichter van ClearSpace SA, opmerkte, “Het maxon laboratorium is een spil voor de overdracht van technologie, waardoor het perfect is voor start-ups.” Het groeiende team bij ClearSpace wordt uitgebreid met specialisten van toonaangevende ruimte-agentschappen en bedrijven met ruimtemissie-ervaring. In de raad van advies zitten bekende experts zoals Jean-Jacques Dordain, voormalig directeur-generaal van ESA, en de Zwitserse astronaut Claude Nicollier.

Het is opmerkelijk dat een start-up de verantwoordelijk krijgt voor een project van 100 miljoen euro. In 2019 won ClearSpace het in zijn eentje van Airbus, Thales Alenia Space (Frankrijk) en Avio (Italië). Luc Piguet zei, “Hoewel we veel vertrouwen hadden in de toepassing die we hadden ingediend, waren we verbaasd dat we alleen de leiding kregen over een projectconsortium.” Hij bleef echter pragmatisch: “Van begin af aan hebben we rekening gehouden met economische overwegingen.” De kosten voor elke verwijderingsmissie moesten zo laag mogelijk zijn. Dit overtuigde ESA. Piquet voegde met een bescheiden glimlach toe, “Dit is een grote verantwoordelijkheid voor ons.” 

ADRIOS-programma

De missie ClearSpace One is onderdeel van ESA’s ruimteveiligheidsprogramma ADRIOS (Active Debris Removal/In-Orbit Servicing). Het doel is om een begin te maken met de verwijdering van mogelijk gevaarlijk ruimteschroot. De hoop is dat dit zal leiden tot verdere missies die bijdragen aan de verantwoordelijke ontwikkeling van de ruimte. Acht ESA lidstaten, waaronder Zwitserland, dragen samen 86 miljoen euro bij aan het project. De resterende 14,2 miljoen euro komt van sponsoren.

Een 3D-animatie van ruimteschroot dat zich in een baan om de aarde bevindt kan worden bekeken op stuffin.space