Afvalloze satelliet van morgen wordt mee in België bedacht

Een soort paarse gloed. Veel meer is er niet te zien als je door het venstertje gluurt van de Drag-on, de gloednieuwe testinstallatie van het Von Karman Institute for Fluid Dynamics (VKI). Toch worden hier in Sint-Genesius-Rode, in een afgescheiden kamertje tussen windturbines en plasmatrommels, experimenten gedaan die een oplossing kunnen bieden voor een van de grootste problemen van de ruimtevaart: de steeds groeiende berg ruimteafval.

Het VKI is in ons land onbekend, maar evengoed wereldvermaard. Sinds 1956 bestudeert het onderzoeksinstituut hoe we het best raketten naar de ruimte sturen, vliegtuigen op de meest economische wijze laten vliegen en de energieproductie via windmolens optimaal doen verlopen. Het was hier dat de vorm van het Belgische poolstation Prinses Elisabeth zo werd ontworpen dat de bewoners van de onderzoeksbasis niet ingesneeuwd kunnen raken. En het was ook hier dat wielrenners als Cadel Evans, de winnaar van de Tour de France in 2011, in windtunnels hun houding op de fiets verbeterden.

In de hangars van het VKI naast het Zoniënwoud staan tientallen testinstallaties en windtunnels bijeen gepropt. Sommige zijn uniek in de wereld, zoals de Plasmatron. Daarin kan de terugkeer van ruimtetuigen naar de aarde getest worden in plasma van 10.000 kelvin, een temperatuur die zo hoog is dat je ze energie moet noemen. Of de Longshot, een windtunnel waarin drukken van meer dan 1.000 keer de ontkurking van een fles champagne worden gehaald en schaalmodellen van ruimtetuigen worden getest. Het VKI telt 140 personeelsleden en heeft een jaarlijks werkingsbudget van 21 miljoen euro - deels afkomstig uit contracten, deels uit subsidies. Het maakt van het instituut een ­klapper in de lucht- en ruimtevaart.

Zo gevaarlijk als een kogel

Nu wil het instituut dus ook het ruimteafval aanpakken. Momenteel vliegen 128 miljoen stukken ruimteafval rond de aarde, van kleine stukjes van amper een paar millimeter groot tot volledige rakettrappen. De zorgen over wat dat afval allemaal kan aanrichten, zetten het VKI ertoe aan om onlangs in de Estse hoofdstad Tallinn met meer dan 40 andere actoren uit de ruimtevaartsector een handtekening te zetten onder het 'Zero Debris Charter' van het Europese ruimtevaartagentschap ESA. De ondertekenaars beloven om tegen 2030 nieuwe raketten en satellieten volledig afbreekbaar te maken.

Volgens VKI-directeur Peter Grognard zijn de gevaren van ruimteafval groot. 'De stukjes van enkele millimeters houden niet al te veel risico's in, maar met name de stukken tussen 1 en 10 centimeter zijn moeilijk te traceren vanop de grond. Dat zijn gevaarlijke dingen, net kogels. Als die met hun hoge snelheid andere structuren doorboren, kan dat leiden tot het verlies van een missie, een satelliet, een raket en zelfs van mensenlevens.'

Volgens Grognard is de voorbije jaren het besef gegroeid dat het zo niet verder kan. Zeker omdat er constellaties van duizenden satellieten bij komen, vaak met een beperkte levensduur. 'We hebben een nieuwe filosofie nodig. We moeten onze rommel opruimen, en als dat niet lukt, moeten we er op zijn minst voor zorgen dat ze vanzelf afbreken.'

Oneindig veel brandstof

En dus smijt het VKI zich volop op het onderzoek naar de ruimtetuigen van de toekomst. Momenteel krijgen satellieten bij hun lancering een reservoir met een paar honderd kilo brandstof mee, waarmee stuwraketjes worden gevoed die de satelliet op zijn plaats houden. Als dat reservoir leeg raakt, begint de satelliet te tollen, valt hij naar beneden en wordt hij afval.

De nieuwe Drag-on-installatie van het VKI test nu of de deeltjes edelgassen, aanwezig in de ijle lucht waar de satellieten vliegen, in een soort brandstof omgezet kunnen worden. Dat zou de satellieten een veel langere levensduur geven. De installatie wordt daarvoor net niet vacuüm getrokken, waardoor een luchtdichtheid bereikt wordt die een miljardste van die op aarde is.

'Het idee is dat je dan oneindig veel brandstof hebt daarboven', zegt Grognard. 'Je krijgt zo niet alleen minder afval, maar de ruimte en de kilo's die je uitspaart door het brandstofreservoir te schrappen, kan je gebruiken om camera's en sensoren mee naar boven te nemen.'

Een andere piste is toekomstige raketten zo te ontwerpen dat ze volledig opbranden als ze afzakken tot in de dampkring rond de aarde. Dat kan door de juiste materialen te gebruiken en een systeem te bedenken waardoor grote ruimtetuigen in kleinere, makkelijker opbrandbare delen uiteenvallen. Die testen vinden plaats in twee andere installaties van het VKI, de Plasmatron en de Longshot. De experimenten gebeuren in nauwe samenwerking met ruimtevaartorganisaties als de ESA en de NASA, maar ook privébedrijven kunnen de installaties van het VKI gebruiken voor testen.

Het VKI concentreert zich op het fundamentele onderzoek, de echte productie is vervolgens voor de satelliet- of rakettenbouwers zelf. 'Die eerste experimenten zijn enorm belangrijk', zegt Grognard. 'Vaak komen daar spectaculaire zaken uit, die heel contra-intuïtief zijn.'