Wie ruimt het ruimtepuin op?
Dit opiniestuk van Ron Noomen, universitair docent TU Delft verscheen op 26/04/11 in Trouw
Na vijftig jaar ruimtevaart heeft de ruimte dringend een grote schoonmaak nodig. Er zwerft enorm veel puin, van afgedankte satellieten tot handschoenen van astronauten. Dat kan actieve satellieten knock-out slaan.
De vijftigste verjaardag van de eerste bemande ruimtevlucht is uiteraard aanleiding voor een groots feest. Maar het is een gouden feest met een zwart randje: de directe omgeving van onze planeet Aarde is niet meer de lege ruimte waarin Joeri Gagarin z’n rondjes kon draaien.
Voor de vlucht van Gagarin hadden zo’n honderd lanceerpogingen plaatsgevonden, waarmee ongeveer hetzelfde aantal voorwerpen in de ruimte waren gebracht. Behalve satellieten zoals de Russische Spoetnik of de Amerikaanse Explorer-1 ook de bovenste rakettrappen die de satelliet het laatste zetje geven om in een stabiele omloopbaan om de aarde terecht te komen. In 2011 zijn er ruim vijfduizend lanceringen (of pogingen daartoe) geweest, en is een veelvoud aan objecten de ruimte ingebracht.
Satellieten worden ontworpen en gelanceerd voor een bepaalde levensduur, bijvoorbeeld vijf jaar. Gedurende die periode staat de satelliet onder volledige controle van het vluchtleidingscentrum op aarde: temperatuur, stand, baan, et cetera. Echter, na voltooiing van de missie blijft de satelliet in de ruimte en begint hij aan het ongecontroleerde vervolg van z’n bestaan: als ruimtepuin. Bijsturing van de baan kan niet langer, en de satelliet wordt blootgesteld aan extreme straling en temperatuursverschillen van zo’n 70 graden, iedere honderd minuten weer. Dit leidt tot degradatie van de buitenkant van de satelliet, maar ook tot explosies van batterijen of restanten brandstof.
Een van de bijproducten van een halve eeuw ruimtevaart is een bonte verzameling van ruimtepuin: afgedankte satellieten, uitgebrande rakettrappen, restanten van explosies en botsingen, afgebladderde verfschilfers, maar ook een handschoen van een astronaut, en een tas met gereedschap. Vorig jaar hadden we ongeveer 900 actieve satellieten in de ruimte. Daarnaast ook nog zo’n 20.000 objecten met een afmeting van minimaal 10 cm (de ondergrens om voorwerpen vanaf de aarde te kunnen waarnemen), en 600.000 voorwerpen van 1 tot 10 cm.
Tragische dieptepunten waren de anti-satelliettest in januari 2007, waarbij China haar voormalige weersatelliet Fengyun-1C aan flarden schoot, en de botsing tussen de nog operationele Iridium 33 en de reeds afgedankte Cosmos 2251, in februari 2009. In beide gevallen nam de hoeveelheid ruimtepuin toe met meer dan 2000 objecten. Plus naar schatting het tienvoudige aan kleinere, niet te traceren brokstukken.
Het gevaar komt momenteel van 600.000 deeltjes van 1 cm en groter, met een energie die groot genoeg is om een actieve satelliet volledig knock-out te slaan. De kans op een inslag is vooral afhankelijk van de baanhoogte van de satelliet.
Een aardobservatiesatelliet op 800 kilometer hoogte heeft een kans van enige procenten per jaar om fataal geraakt te worden. Het risico van een foutieve afloop voor een Space Shuttle gedurende een standaardtrip naar het International Space Station bedraagt 1 op 300. Maar: een onderhoudstrip naar de Hubble Space Telescope (op 560 kilometer hoogte) verhoogt de kans op een fatale afloop voor de Shuttle naar 1 op 185. Ook geostationaire satellieten, geschikt voor bijvoorbeeld communicatie en meteorologie, zijn niet vrij van risico. Dergelijke voertuigen draaien hun rondjes op 35.800 kilometer hoogte, en nemen een vaste positie in ten opzichte van de aarde.
In 2006 werd de Russische comunicatiesatelliet Express-AM11 fataal geraakt, na een actief leven van slechts twee jaar; de satelliet was ontworpen voor een levensduur van vijftien jaar. Als we op dezelfde voet doorgaan, zal de kans op een voortijdig einde voor een willekeurige geostationaire satelliet aan het eind van deze eeuw 40 procent zijn, aldus het Amerikaanse Center for Defense Information.
Het vermijden van de dichtstbevolkte gebieden in de ruimte is een mogelijkheid, maar niet realiseerbaar gezien de gewenste eigenschappen van satellietbanen. Wat dan? Uitwijken voor een naderende botsing? Dat kan, maar kost iedere keer weer stuwstof, oftewel missieduur, oftewel geld. Dergelijke manoeuvres worden alleen uitgevoerd waar het echt absoluut nodig is om elk risico te ontlopen: bemande missies, en extreem kostbare onbemande satellieten.
Momenteel worden twee technieken wél toegepast. Allereerst kan de kwetsbaarste zijde van een satelliet dubbelwandig worden uitgevoerd, zodat de overlevingskans bij een inslag wordt vergroot. Dit gebeurt bij het ISS. Opruimen kan ook. Internationaal is de afspraak gemaakt om satellieten op lage hoogte aan het eind van hun leven terug te sturen in de dampkring, zodat ze volledig verbranden. Geostationaire satellieten dienen naar een 300 km hogere ‘kerkhof-baan’ gebracht te worden waar ze geen kwaad kunnen.
Dat lost echter niets op aan het bestaande probleem: die 600.000 brokstukjes. Daarvoor zou een grote schoonmaakactie gestart moeten worden. De Europese ruimtevaartorganisatie ESA en de Amerikaanse tegenhanger NASA hebben een begin gemaakt, met het lanceren van satellieten die de het ruimtepuin beter in kaart moeten brengen: het Space Situational Awareness-programma. De echte opruimactie zal nog vele problemen met zich meebrengen: technisch, financieel, maar vooral ook politiek. Maar er is geen alternatief.
