De vurige dood van satelliet Salsa en de toekomst van ruimtepuin

Hij was één minuut te vroeg. Zondagavond om 20:47 Nederlandse tijd stortte de wetenschappelijke satelliet Salsa neer boven de Stille Oceaan, iets eerder de voorspelde tijd van 20:48. Een vliegtuig met aan boord tien wetenschappers vloog in de buurt, en filmde het vurige einde met tientallen camera’s, om het verbranden in de dampkring nauwkeurig in kaart te brengen. Het was de eerste keer dat een satelliet doelbewust naar zijn einde werd gedirigeerd met dat doel.

„We wisten dat Salsa als we niets deden uiteindelijk rond 2030 zou neerstorten”, zegt Benjamin Bastida-Virgili, ingenieur bij de Europese ruimtevaartorganisatie ESA tijdens een bijeenkomst vóór het neerstorten. „Om er zeker van te zijn dat Salsa boven de Stille Oceaan zou vallen, werd de baan al in 2013 al aangepast.” Met succes, zo bleek. De verbrandende satelliet was vanuit het vliegtuig te zien als een helder oplichtende stip ten zuiden van Paaseiland, waar ook het vliegtuig met onderzoekers was opgestegen. Meer opnamen en resultaten worden de komende dagen vrijgegeven.

Botsingen tussen zonnedeeltjes

Salsa was een van de satellieten van Cluster II – een viertal wetenschappelijke satellieten van ieder 550 kilogram – die in 2000 gelanceerd werd (de satellieten van de eerste Cluster-missie gingen in 1996 verloren toen de Ariane 5-lanceerraket kort na de lancering explodeerde).

Vierentwintig jaar lang deden Salsa, Rumba, Tango en Samba –de cilindervormige satellieten waren genoemd naar dansen omdat ze rond hun as tollen – metingen. Ze maten het magnetisch veld van de aarde, geladen deeltjes van de zon en de interactie tussen die twee. Botsingen tussen zonnedeeltjes met de magnetosfeer, de beschermende magnetische bel rond de aarde, veroorzaken poollichten, storingen in satellieten en stralingsuitbarstingen die astronauten in gevaar kunnen brengen. Dankzij de Cluster II-missie, die ruim drieduizend wetenschappelijke publicaties opleverde, worden deze zon-aarde-interacties een stuk beter begrepen.

Maar inmiddels was de brandstof opgeraakt die nodig is om de baan regelmatig te verhogen, en besloot de Europese ruimtevaartorganisatie ESA om de satellieten een andere missie te geven, een zelfmoordmissie om meer te begrijpen over de laatste levensfase van satellieten: de re-entry, het verbranden en verdampen als een meteoor, als de satelliet met hoge snelheid in de dampkring stort.

Wrijving

Satellieten bestaan uit allerlei materialen: aluminium, zonnepanelen, koolstofcomposieten en elektronica. Op zo’n 100 kilometer hoogte begint een vallende satelliet de dampkring te voelen: met een snelheid van 11 kilometer per seconde heeft ook de extreem ijle lucht daar veel wrijving, waardoor de temperatuur snel oploopt. „Verschillende materialen zullen bij verschillende temperaturen verbranden of smelten, en dat willen we graag in kaart brengen, om te zien in welke volgorde dat verloopt”, zegt Bruno Sousa, verantwoordelijk voor ruimtemissies bij ESA.

Daarvoor hadden de onderzoekers hyperspectraalcamera’s mee, die het licht van iedere pixel analyseren in verschillende golflengtes, om de laatste seconden van Salsa minutieus vast te leggen en de verbrandingschemie te kunnen analyseren. Ook zijn de wetenschappers geïnteresseerd in onderdelen die juist niet helemaal verbranden, en die als brokstukken in zee plonzen. Boven de Stille Oceaan levert dit weinig gevaar op, maar nu het aantal satellieten in een baan om de aarde snel stijgt, neemt de kans op ongelukken toe. In maart dit jaar viel een terugvallend stuk van het ISS door het dak van een huis Florida. Bewoner Alejandro Otero eist nu een schadevergoeding van NASA eist.

„ESA heeft het zero debris charter getekend, een reeks afspraken waaronder de belofte dat de kans op een slachtoffer bij een reentry kleiner dan één op tienduizend moet zijn”, zegt ESA-ingenieur Bastida-Virgili.

Zwarte dood

Deze eis is onderdeel van een bredere reeks maatregelen tegen ruimtepuin. Dat zijn kapotte satellieten, afgedankte rakettrappen en losse onderdelen – van schroefjes tot brandstoftanks – die zich in een baan om de aarde bevinden. Door de hoge relatieve snelheden kan een botsing tussen zo’n brokje ruimteschroot of een satelliet rampzalige schade aanrichten en meteen weer en nieuwe wolk ruimtepuin opleveren.

De lancering van Cluster vond weliswaar in 2000 plaats, nog vóór al deze goede voornemens, maar bood ESA-onderzoekers wel de mogelijkheid om preciezer te onderzoeken hoe dat nu precies in zijn werk gaat. Al in 2008 stuurde de organisatie een vliegtuig om de terugkeer van het ruimtevrachtschip ATV van het ISS te filmen. En in 2027 staat wordt de DRACO-missie gepland, een satelliet met als enige doel te verbranden in de atmosfeer. Aan boord is een zwarte doos die zaken als temperatuur en andere gegevens bijhoudt en doorseint naar de aarde.

Maar zelfs als het ruimteschroot juist helemaal verbrandt of verdampt zijn er mogelijk risico’s: nu er vele duizenden tonnen aan satellieten gelanceerd worden, die allemaal op den duur weer terugvallen, zouden de duizenden kilo’s aluminium, koolstof en andere verdampende materialen de kwetsbare bovenste lagen van de atmosfeer kunnen beïnvloeden. „We weten nog veel niet over de effecten op de hogere lagen van de atmosfeer”, zegt Sousa. „Het onderzoek daarnaar komt pas net op gang.”

De nauwkeurig geobserveerde gecontroleerde reentry van Salsa moet bijdragen aan kennis over zulke vragen, maar is ook een statement van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA aan andere ruimtevaart-organisaties: wij doen er alles aan om dit probleem op te lossen. Omdat er nóg drie Cluster-satellieten zijn, is het wetenschappelijk experiment zelfs reproduceerbaar: Rumba, Samba en Tango zullen in respectievelijk 2025, 2026 en 2026 hun precies geplande einde vinden.

Delen





Mail de redactie