Hoe vang je een planetoïde? China heeft grootse plannen op dat gebied

Chinese ruimtemissies moeten veel vaker naar de planetoïden afreizen, onder andere om daar gesteentemonsters op te halen, maar ook met strategische en veiligheidsdoelen. Dat bepleiten drie wetenschappers van de Chinese Academie van Wetenschappen in het Chinese Journal of Space Sciences.

De eerste missie staat al op stapel. Volgend jaar lanceert China ruimtemissie Tianwen-2, die in 2028 moet aankomen bij 469219 Kama’oalewa, een planetoïde of ruimterots van 40 tot 100 meter doorsnee in een baan in de buurt van de aarde. Daar moet de ruimtesonde afdalen, zich vastmaken, een gesteentemonster nemen en weer vertrekken om het monster bij de aarde af te werpen.

Planetoïden zijn kleine ruimterotsen van hooguit kilometers groot. Ze gelden als de kruimels bouwmateriaal die zijn overgebleven na de vorming van het zonnestelsel uit een gloeiende wolk van stof en gas, 4,5 miljard jaar geleden.

Bijzonder aan 469219 Kama’oalewa, een ‘aardscheerder’, is dat hij in een baan zit die met de aarde meebeweegt (maar daar in de voorzienbare toekomst niet mee botst). Een publicatie in Nature in 2021 suggereert dat het mogelijk een brokstuk is van een inslag op de maan, iets waarover het Chinese bezoek opheldering zou kunnen bieden.

Maar behalve de wetenschappelijke waarde is de nieuwe focus op planetoïden ook een Chinese inhaalslag: Amerikaanse, Europese en Japanse ruimtemissies bezochten al tientallen ruimterotsen, deden daar metingen en maakten foto’s. Japanse en Amerikaanse ruimtevaartuigen brachten zelfs gesteentemonsters terug naar de aarde.

De ambitieuze ruimtemacht China, dat met zijn Chang’e-missies al vier keer op de maan landde, de laatste keer op 1 juni, en met Tianwen-1 in 2021 een succesvolle Marsmissie uitvoerde, is nog maar één keer langs een planetoïde gevlogen. Tianwen-2 moet daar verandering in brengen, en zelfs een primeur opleveren als het ook nog lukt om de ruimtesonde aan het oppervlak vast te maken. Dat is trouwens ook nodig omdat de planetoïde zo snel tolt dat de kans groot is dat een losse lander eraf zou slingeren.

Met dat doel is Tianwen-2 uitgerust met ultrasone boren aan de uiteinden van de drie poten van zijn landingsgestel. Ultrasone boren zijn harde metalen pinnen die met hulp van piëzo-elektrische elementen met ultrasone frequenties trillen. Daardoor dringen ze met relatief weinig kracht door in harde gesteentes. Op aarde worden ze gebruikt om te boren in edelstenen of graniet.

Dat het menens is met de Chinese reislust naar de planetoïden zou je ook kunnen concluderen uit een recente publicatie in Nature Astronomy door drie Chinese auteurs verbonden aan het Harbin Institute of Technology, het instituut dat de ultrasone ruimteboor ontwikkelt. Tiangzhang Wang en twee collega’s bieden een uitgebreid overzicht van allerlei manieren om een ruimteschip vast te maken aan een brok gesteente: van een soort lasso die om de planetoïde heen geworpen moet worden tot een uitgeworpen visnet om de planetoïde gewoon te vangen.

Ook besproken wordt een ingenieus concept met diamant-cirkelzaagjes aan de uiteinden van de poten van het landingsgestel. Na de landing moeten die zich vastzagen in de onderliggende rots. Ook een plak lijm of uithardende vloeistof, en zelfs een krachtige magneet, voor een ijzerhoudende planetoïde, krijgen een kans toebedeeld. En uiteraard bespreken ze de enige methode die ooit in het echt is geprobeerd: de harpoen aan boord van lander Philae, onderdeel van de van de Europese ruimtemissie Rosetta.

Uitklappende flappen

In 2014 kwam Rosetta na een reis van tien jaar aan bij de komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko, een ijzige steenklomp van 4,3 kilometer doorsnee. Philae landde op 12 november 2014 op een driepotig onderstel. Op dat moment had een harpoen met ruim 300 kilometer per uur afgeschoten moeten worden om zich in de komeet te boren. Een punt van een keiharde koper-berylliumlegering plus een systeem van richels, weerhaken en uitklappende flappen had de harpoen stevig moeten vastklinken in de komeet.

„We hadden geen idee hoe het oppervlak eruit zou zien. Of het hard als beton zou zijn of zacht gruis, dus het ankersysteem was gebouwd om in beide gevallen te werken”, zegt Günter Kargl van het Institut für Weltraumforschung van de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen. Hij is expert in planeetoppervlakken en lid van het team dat de harpoen ontwikkelde en testte. Hij was ook betrokken bij de NASA-lander Insight die in 2018 op Mars landde en de Europese missie Huygens die in 2004 landde op de Saturnusmaan Titan. Maar Philae’s harpoen slaagde niet. „Uiteindelijk is de harpoen nooit afgevuurd.”

Omdat Philae niet vastgetrokken werd door de harpoenlijn, stuiterde hij verder in de extreem lage zwaartekracht van de komeet, en belandde uiteindelijk op zijn zij in een scheur en in de schaduw van een klif. Daardoor leverden de zonnepanelen niet genoeg stroom om de batterijen op te laden, vertelt Kargl. „Daarna hebben een aantal instrumenten nog een paar dagen goed gewerkt, en waardevolle informatie opgeleverd. Het was heel jammer, maar aan de andere kant: we dachten dat we de kans fiftyfifty was dat het überhaupt zou lukken.”

Onderzoek wees uit dat de hapering kwam door de springstof die de harpoen moest afvuren, zogenoemd nitrocellulose. „Normaal gesproken blijft dat tien jaar goed. Rosetta is twaalf jaar onderweg geweest, maar de verwachting was dat de degradatie van nitrocellulose in de ruimte door de extreem lage temperaturen trager zou gaan. Maar niemand had rekening gehouden met de invloed van straling in de ruimte, die degradatie mogelijk versnelt”, zegt Kargl.

Probeer daar maar eens in te boren of iets aan vast te lijmen

Toch lijkt hem een harpoen, mogelijk met een andere springstof, nog altijd de beste aanmeermethode. Over de ultrasone boren van Tianwen-2 is hij sceptisch is. „Voor een ultrasone boor heb je een hard materiaal nodig, en je weet dus niet wat je aantreft. Veel kleine planetoïden zijn geen solide rotsblokken, maar rubble piles.” Dat zijn samenklonteringen van kleinere rotsen, bijeengehouden door een zwakke zwaartekracht of een mengsel van ijs en stof. „Ze zijn bedekt door regoliet, een laag gruis afkomstig van inslagen, die door de lage zwaartekracht gemakkelijk opstuift om maar heel langzaam weer te dalen. Probeer daar maar eens in te boren of iets aan vast te lijmen.”

Behalve het oppervlak is ook de zwakke zwaartekracht een probleem: de ontsnappingssnelheid is soms maar enkele tientallen centimeters per seconde. Alleen al een terugverende poot van het landingsgestel kan de lander het heelal in lanceren.

Ook de lasso- en de net-aanpak uit het Chinese overzicht ziet Kargl niet zitten. „Planetoïden draaien rond, en met hun massa van vele tonnen hebben ze een draaimoment waartegen je niets kunt uitrichten.” Dat betekent dat je bij een geslaagde lasso-actie meegesleept zult worden als een cowboy die een koe op een draaimolen vangt. „Het maakt een soort slingerprojectiel van je ruimtevaartuig”, zegt Kargl. „Een net zou hetzelfde effect hebben, of in stukken gescheurd worden.”

Bovendien is het vaak niet nodig om je vast te maken. Al in 2000 was het NASA gelukt om het ruimtevaartuig NEAR zacht te laten landen op de planetoïde Eros (die landing was eigenlijk ongepland, NASA-ingenieurs hadden niet verwacht dat de sonde het zou overleven).

En de Japanse Hayabusa-sonde haalde in 2005 een gesteentemonster op door alleen te botsen met de planetoïde 25143 Itokawa en het opstuivende gruis in een soort hoorn te verzamelen. De opvolger Hayabusa2 deed hetzelfde in 2018 met de planetoïde 162173 Ryugu, net als de Amerikaanse OSIRIS-REx-missie die begin dit jaar 192 gram stof van de planetoïde Bennu op aarde afleverde.

„Voor een planetoïde, die in de loop van de tijd niet heel veel verandert, heeft het geen nut om heel lang te blijven. Je grijpt je monster, en je gaat terug”, legt Kargl uit. Maar een komeet, bijvoorbeeld Rosetta, is een ander verhaal: kometen bevatten veel ijs en andere vluchtige stoffen, die gaan verdampen als de komeet op zijn baan dichter bij de zon komt, steeds meer zonlicht ontvangt en actief wordt. Het is ook die verdamping die de bekende kometenstaart veroorzaakt. „Alleen dan wil je langer blijven om de ontwikkeling te volgen. Dat is de reden dat Rosetta langer bleef, en dat we Philae hadden willen vastmaken.”

Nog een andere reden om aan te meren is ruimtemijnbouw: het winnen van delfstoffen uit planetoïden. Die bevatten vaak metalen als platina, palladium en goud, maar ook water in kometen of in planetoïden kan een ruimtedelfstof zijn. Op aarde is water goedkoop, maar in de ruimte is het schaars en duur. Het kan dienen als drinkwater voor astronauten, en als grondstof voor de productie van waterstof en zuurstof, waarmee je raketten aan kunt drijven.

Edelmetalen en ruimtewater

Ruimtemijnbouwplannen leidden rond 2013 tot een korte hausse. De Amerikaanse bedrijven Planetary Resources Incorporated en Deep Space Industries hadden grootse plannen om een miljardenmarkt van edelmetalen en ruimtewater aan te boren, gesteund door tech-miljardairs. Vijf jaar later waren deze bedrijven failliet of overgenomen.

Nu lijkt de aandacht gepaard te gaan met een nieuwe ronde ruimtemijnbouwplannen. Het Chinese bedrijf Origin Space heeft al een satelliet die naar mijnbare planetoïden speurt. En het Amerikaanse AstroForge lanceerde in 2023 een minisatelliet die planetoïde-achtig materiaal in de ruimte moet gaan smelten.

Het Amerikaanse bedrijf Karman+ wil al in 2026 naar een planetoïde om daar proefboringen te doen, en het Britse Asteroid Mining Corporation werkt samen met Japanse Tohoku University aan een zespotige robot, SCAR-E, die op verschillende oppervlakken uit de voeten moet kunnen, inclusief planetoïden. Het Californische ExLabs wil planetoïden tot vijftien meter doorsnee vastpakken en verslepen met het systeem Arachne, dat doet denken aan de grijpers die op de kermis altijd net geen knuffel vastpakken.

Ik zou eerst een paar goede berekeningen willen zien

Kargl blijft sceptisch. „Zelfs een planetoïde van vijf meter doorsnee weegt op zijn minst tientallen tonnen, meer dan ieder ruimtevaartuig kan tegenhouden. Je kunt heel veel ideeën hebben in een brainstorm, en papier is geduldig. Ik zou eerst een paar goede berekeningen willen zien.”

Ruimtemijnbouw is duidelijk nog in het pre-experimentele stadium, en staat bovendien bloot aan groeiende kritiek: is dit geen nieuwe vervuilende bedrijfstak in wording die voor private winsten natuur vernietigt die het erfdeel is van de hele mensheid?

Dan is het afwenden van een catastrofale inslag minder controversieel. In 2022 botste de NASA-sonde DART op de planetoïde Didymos. Doel was om te onderzoeken of een ruimterots op ramkoers met de aarde uit die koers gestoten kan worden. Antwoord: waarschijnlijk wel.

Ook China heeft nu zo’n ‘planeetverdedigingsmissie’ op stapel staan. In 2025 wordt een missie gelanceerd die uit twee ruimtevaartuigen bestaat. De zogeheten impactor moet met 23.000 kilometer per uur botsen met 2019 VL5, een kleine aardscheerder van zo’n dertig meter diameter.

De snelheid van 2019 VL5 zou door deze klap met zo’n 5 centimeter per seconde moeten veranderen. Een tweede ruimtevaartuig moet de botsing van dichtbij observeren, inclusief opspattend puin en snelheidsverandering. Aanmeren is voor deze missie niet nodig.

Delen





Mail de redactie