Zondag 03/07/2022

AchtergrondRuimtepuin

De ruimte loopt vol met ons afval: wie ruimt die rotzooi op?

Er wordt wel geïnvesteerd in schoonmaakoperaties. Zo pakte de Chinese opruimsatelliet Shijian-21, een soort ruimte-takelwagen, een afgedankte Chinese satelliet vast en sleepte die met succes naar een zogeheten ‘kerkhofbaan’. Beeld Hilde Harshagen
Er wordt wel geïnvesteerd in schoonmaakoperaties. Zo pakte de Chinese opruimsatelliet Shijian-21, een soort ruimte-takelwagen, een afgedankte Chinese satelliet vast en sleepte die met succes naar een zogeheten ‘kerkhofbaan’.Beeld Hilde Harshagen

Met miljoenen buitelen ze door de ruimte boven onze planeet: stukken ruimtepuin, door mensen achtergelaten rommel in een baan om de aarde. En de hoeveelheid schroot neemt altijd maar toe. ‘We zijn het de generaties na ons verplicht om de toegang tot de ruimte veilig te houden.’

George van Hal

Het wordt een echte ruimteprimeur, maar niet eentje om trots op te zijn. Op 4 maart, vermoedelijk rond half twee ’s middags, botst een in de ruimte achtergelaten onderdeel van de Chinese missie Chang’e-5 op de maan. Het is voor zover we weten de eerste keer dat onze troep vanuit de ruimte op een ander hemellichaam botst.

Die gebeurtenis zelf is vooral interessant voor de kosmische geschiedenisboeken, want de gevolgen zijn klein: de schade is miniem en niemand loopt gevaar. Toch illustreert de inslag een groeiend probleem. Het begint in de ruimte namelijk ongemakkelijk vol te lopen met ons afval.

Volgens cijfers van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA buitelen in een baan om de aarde ruim 35.000 brokken ruimtepuin van meer dan tien centimeter. Voor afval tussen de tien en één centimeter loopt dat getal op tot een miljoen. En van brokstukjes van een centimeter tot een millimeter groot, de kleinste die de organisatie noemt, zijn er zelfs een duizelingwekkende 130 miljoen. Een schatting, overigens, want voorwerpen kleiner dan 5 centimeter kun je vanaf de aarde niet meer fatsoenlijk in de gaten houden.

En al dat puin, tot op het allerkleinste minisnippertje, is daar achtergelaten door ons, de mensheid. Het zijn afgedankte satellieten, onderdelen van raketten, losgeraakte schroefjes, of – en dat komt steeds vaker voor – brokstukken die ontstonden nadat twee van zulke voorwerpen op elkaar klapten met de tienduizenden kilometers per uur waarmee ze door hun aardbaan sjezen.

Onder meer een kleine drieduizend kapotte of uit gebruik genomen satellieten blijven gewoon rond de aarde draaien. ‘Met satellietzwermen zoals die van SpaceX ­kunnen we ons straks nog maar héél weinig fouten ­permitteren’,  zegt ruimteschrootanalist Stijn Lemmens. Beeld rv
Onder meer een kleine drieduizend kapotte of uit gebruik genomen satellieten blijven gewoon rond de aarde draaien. ‘Met satellietzwermen zoals die van SpaceX ­kunnen we ons straks nog maar héél weinig fouten ­permitteren’, zegt ruimteschrootanalist Stijn Lemmens.Beeld rv

Met zulke snelheden kan zelfs een vlokje afgebladderde verf zich ontpoppen tot een kosmische kogel die gaten en deuken schiet in alles van de ramen van een Space Shuttle tot de zonnepanelen van ruimtetelescoop Hubble, zo bleek in het verleden al vaker.

Bij satellieten op de meest drukbevolkte hoogte, die tussen 750 en 900 kilometer boven het aardoppervlak, moet men tegenwoordig vaak één à twee koerscorrecties per jaar uitvoeren om botsingen te voorkomen. Zelfs het internationale ruimtestation ISS voert op een grove 400 kilometer hoogte met enige regelmaat ontwijkende manoeuvres uit, wanneer ruimteschroot op ramkoers ligt.

Soms gaat het mis. Vorig jaar ontdekte de bemanning van het ISS bijvoorbeeld een gat in een van de robotarmen buiten het station, dat ontstaan moet zijn na botsing met een kleiner stuk rommel dat men vooraf niet had zien aankomen.

Exponentiële groei

En het aantal van dat soort gevaarlijke brokstukken zal alleen maar toenemen, zegt ruimtepuinmodelleur Hugh Lewis, verbonden aan de University of Southampton. Hij is de maker van computermodel ‘Damage’, een van grofweg tien modellen die de evolutie van ruimtepuin kunnen simuleren over langere tijdschalen, van tientallen tot wel duizenden jaren.

Wat die modellen laten zien, stemt weinig hoopvol. Zelfs met wat we nu al doen om de vorming van ruimtepuin tegen te gaan, zal de hoeveelheid schroot exponentieel blijven toenemen, zo berekende hij twee jaar geleden.

Exponentieel betekent hier overigens niet razendsnel. “Vergelijk het met het begin van de pandemie”, zegt hij.

“Dan zit je nog in het vlakke deel van de exponentiële curve, en lijkt het allemaal goed te gaan.”

De stijging is dan heel licht, nauwelijks waarneembaar. Naar verwachting zal iedereen die nu leeft in het geval van ruimtepuin alleen dat vlakke deel meemaken. Maar uiteindelijk gaat de curve onherroepelijk omhoog.

Het achterliggende principe is eenvoudig: wanneer het voller in de ruimte wordt, vinden steeds vaker botsingen plaats. Door de brokstukken wordt het nog voller, vinden er nog vaker botsingen plaats, et cetera. “Het is simpele natuurkunde, en van de natuurkunde win je het uiteindelijk nooit”, zegt Lewis.

Het gevolg: ruimtevaart wordt steeds gevaarlijker. Lewis: “Momenteel komen elke week al zo’n 70.000 keer twee voorwerpen tot op een afstand van maximaal vijf kilometer bij elkaar, een afstand waarbij je goed moet kijken of ze wellicht gaan ­botsen.”

Al in 2006 stelde een onderzoek van de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA, met behulp van hun eigen evolutionaire computermodel ­‘Legend’, dat zelfs het direct stoppen van álle lanceringen de groei van ruimtepuin niet langer kan stoppen. De populatie van brokstukken groter dan 10 centimeter zal blijven groeien.

Kosmisch wapengekletter

‘Alle lanceringen stoppen’ staat voorlopig echter niet op de agenda. Sinds de opkomst van de ­cube­sat, een kleine kubusvormige satelliet, iets groter dan een Rubik’s kubus, is een lancering relatief betaalbaar geworden. Inclusief ontwerp, bouw én reis richting ruimte, ben je voor een ­grove 100.000 euro klaar. Dat is ook betaalbaar voor sommige start-ups en universitaire onderzoeksgroepen.

Zelfs een schilfertjes ­afgebladderde verf kan zich ontpoppen tot een kosmische kogel die ­gaten en deuken schiet in een Space Shuttle. Beeld Hilde Harshagen
Zelfs een schilfertjes ­afgebladderde verf kan zich ontpoppen tot een kosmische kogel die ­gaten en deuken schiet in een Space Shuttle.Beeld Hilde Harshagen

En dan zijn er nog bedrijven zoals SpaceX en Amazon, die grote zwermen van duizenden satellieten willen lanceren. Die eerste heeft op dit moment zelfs al ruim tweeduizend Starlink-satellieten gelanceerd, waarvan er momenteel nog 1.880 in een baan om de aarde aanwezig zijn. Met die satellieten wil het bedrijf betalende gebruikers toegang bieden tot snel internet, handig voor wie in zijn omgeving geen kabels in de grond heeft liggen. SpaceX heeft al officiële toestemming om dat aantal uit te breiden tot 12.000.

In 2019 bracht Europees ruimteagentschap ESA naar buiten dat het voor het eerst een koerscorrectie had moeten uitvoeren om een botsing met een Starlink-satelliet te voorkomen. “En ondertussen is bij ruim de helft van alle mogelijke botsingen boven de aarde een satelliet van SpaceX betrokken”, zegt Lewis.

Onlangs onthulde het bedrijf bovendien zijn plannen voor een tweede generatie van nog eens 30.000 satellieten. Ter vergelijking: sinds in 1957 het ruimtevaarttijdperk begon, zijn er in totaal 12.450 satellieten gelanceerd, waarvan er, volgens tellingen van ESA uit begin februari, momenteel nog 7.840 in de ruimte hangen. Niet vreemd dus dat onder meer NASA zijn zorgen uitsprak over de nieuwe plannen in een officieel bezwaar bij de Amerikaanse federale communicatiecommissie (FCC).

De robotarm 'Canadarm2' aan de buitenkant van internationaal ruimtestation ISS werd getroffen door kosmisch afval. Beeld NASA/Canadian Space Agency
De robotarm 'Canadarm2' aan de buitenkant van internationaal ruimtestation ISS werd getroffen door kosmisch afval.Beeld NASA/Canadian Space Agency

En hoewel SpaceX er voor zijn eigen businessmodel veel aan gelegen is om de ruimte toegankelijk te houden, zit een ruimteongeluk in een klein hoekje. Van de 46 Starlink-satellieten die het bedrijf begin februari lanceerde, sneuvelden er onlangs 40 in een geomagnetische storm afkomstig van de zon. Met het naderende zonnemaximum, verwacht rond 2025, neemt de kans dus toe dat nog meer van de Starlink-zwerm (en overige satellieten) in onbruik raken.

En dan is er ook nog het risico op kosmisch wapengekletter. Kijk maar wat er november vorig jaar gebeurde, toen Rusland bij een wapentest een van zijn eigen satellieten kapotschoot. Daarbij ontstonden naar schatting 1.500 nieuwe brokstukken, waarvan men er ruim 300 kan volgen op de radar. En Rusland was niet de eerste. Onder meer India schoot al eens een oude satelliet kapot, een actie waarbij – voor zover we vanaf de aarde kunnen volgen – in één klap 400 extra brokstukken ontstonden.

Kerkhofbanen

“Ik vind dat we de morele plicht hebben om de ruimte ook voor toekomstige generaties toegankelijk te houden. Voor onze kinderen, hun kinderen, en ver daar voorbij”, zegt Lewis. “Helaas zitten we momenteel niet op de goede weg.”

Wie het ruimteafvalprobleem wil oplossen, ontkomt er niet aan om het afval op te ruimen dat al rond de aarde zweeft, zo concludeerde NASA-onderzoeker Jer Chyi Liou al in 2011 met behulp van evolutiemodel Legend. “Analoog aan andere grote problemen in het milieu zal dat echter alleen lukken met grote bijdragen en samenwerking op nationale en internationale niveaus”, schreef hij destijds in zijn conclusie.

Vandaar dat vrijwel alle ruimtevaartorganisaties steeds steviger investeren in manieren om ruimtepuin alsnog netjes op te ruimen. Eind januari boekte China daarin een primeur, toen opruimsatelliet Shijian-21, een soort ruimte-takelwagen, succesvol een afgedankte Chinese satelliet vastpakte en naar een zogeheten ‘kerkhofbaan’ sleepte, een kosmische vluchtstrook waar de kans op botsingen klein is. In zulke banen kan afval in theorie miljoenen jaren veilig blijven zitten.

Kerkhofbanen vormen volgens afspraken in Verenigde Naties-verband dan ook de oplossing voor afgedankte satellieten die in hoge, zogeheten ‘geostationaire’ banen zitten. Banen op een grove 35.000 kilometer hoogte, waarbij satellieten steeds boven dezelfde plek op aarde hangen.

En China is niet de enige die met zoiets bezig is. Zo heeft ESA bij de Zwitserse start-up Clear­Space een soortgelijke missie ingekocht. Hun satelliet, een soort kosmische inktvis, zal rond 2025 bij wijze van test zijn tentakels om een afgedankt onderdeel van een Europese Vega-raket slaan – gewicht: 112 kilo – en deze naar de aardatmosfeer slepen, waar het zal opbranden. Ook Japan werkt, onder meer met missie Elsa-d, aan zulke oplossingen.

Klimaatverandering en ruimteschroot

Het klinkt tegenstrijdig, maar toch ontdekte modelleur Hugh Lewis dat ook klimaatverandering invloed kan hebben op de hoeveelheid rommel in de ruimte. Dat zit zo.

Aan onze aardatmosfeer zit geen scherpe grens. Nergens in de ruimte staat een bordje ‘U verlaat nu de atmosfeer’. Hoe hoger je komt, hoe dunner hij wordt, maar tot zo’n 10- à 15.000 kilometer speelt de atmosfeer nog een meetbaar belangrijke rol. Hij zorgt daar voor ‘wrijving’ en remt satellieten (een beetje) af. Om die reden moet onder meer het internationale ruimstation ISS regelmatig extra vaart maken, zodat hij niet terugvalt naar de planeet en opbrandt in de dichtere delen van de atmosfeer.

Die wrijving verrekenen satellietbouwers met de schattingen voor hoe lang hun satelliet naar verwachting in een baan om de aarde zal hangen nadat deze is afgedankt. Alleen, zo ontdekte Lewis: wie de hoeveelheid CO2 verhoogt, verlaagt in de ruimte de atmosferische dichtheid. De remmende werking wordt dan minder, zodat satellieten langer dan verwacht rond de aarde blijven vliegen.

Lewis: “Als je 90 procent zeker denkt te weten dat je maximaal 25 jaar in de ruimte blijft, is de werkelijke zekerheid daardoor misschien maar 85, of zelfs 80 procent. We onderschatten dus structureel de kans op botsingen. En dat effect wordt de komende jaren alleen maar groter.”

Dat illustreert volgens Lewis bovendien ook een grotere parallel tussen klimaatcrisis en ruimtepuinproblematiek. “De gevolgen zijn niet direct zichtbaar en dus willen we de oplossing uitstellen”, zegt hij. Soms gaan er zelfs stemmen op om te wachten totdat onze technologie beter is geworden, tot het goedkoper is om ruimtepuin te voorkomen of op te ruimen. Totdat de kwestie dringender voelt dan nu.

Maar dat is irrationeel, vindt hij. “De hoeveelheid puin groeit. Langzaam, maar exponentieel. En dus wordt het probleem exponentieel lastiger om op te lossen. We moeten dit niet aan onze kinderen of kleinkinderen overlaten. We moeten echt zélf onze rommel opruimen.”

Op die manier satellieten en overige brokstukken opruimen is echter duur. De proefmissie van ClearSpace heeft een prijskaartje van 86 miljoen. Niet bepaald betaalbaar voor wie duizenden stukken afval wil opruimen. “Die prijs zal heus dalen, maar economisch rendabel is anders”, zegt Lewis. Beter dus dat nieuwe satellieten vooraf al rekening houden met het einde van de missie, zodat ze na afloop zichzelf naar een kerkhofbaan of de aardatmosfeer kunnen manoeuvreren.

Bovendien twijfelt Lewis of kosmisch afvalruimen wel een commerciële business moet zijn. “Dan ben je afhankelijk van het feit dat er dingen mis blijven gaan. Want schoon je de ruimte te grondig op, dan help je je eigen businessmodel om zeep.”

Dweilen met de kraan open

In ‘lagere’ banen om de aarde, die op enkele honderden kilometers boven het aardoppervlak, bestaan overigens geen kerkhofbanen. Satellieten of afval dat daar te vinden is, moet daarom altijd terugvallen naar aarde en opbranden in de atmosfeer. Of, als het te groot is, gecontroleerd worden teruggebracht boven een oceaan.

Ook daarover zijn internationale afspraken gemaakt. Die stellen onder meer dat afgedankte satellieten, rakettrappen en andere voorwerpen hooguit 25 jaar in de ruimte mogen blijven, met een zekerheid van 90 procent. “Dat zijn vooralsnog alleen richtlijnen”, zegt Lewis. “Frankrijk is het enige land ter wereld dat die doelstelling ook in een wet heeft vastgelegd. Het resultaat is dat vier van de vijf lanceringen zich nog altijd niet aan alle regels houden.”

Volgens Stijn Lemmens, ruimteschrootanalist bij ESA, dat zich overigens ook aan de richtlijn van 25 jaar heeft gecommitteerd, is dat het grootste probleem. “Het belangrijkste is dat we niet meer dweilen met de kraan open”, zegt hij. Oftewel: opruimen is leuk, maar het heeft weinig zin als je aan de andere kant razendsnel nieuw afval de ruimte in blijft pompen.

Naast evolutionaire modellen zoals die van Lewis, gebruiken NASA en ESA daarom ook computermodellen die de huidige situatie zo nauwkeurig mogelijk beschrijven, of een korte periode in de toekomst kunnen kijken. Zodat je bijvoorbeeld kunt inschatten wat de botsingsrisico’s zijn voor een satelliet die over enkele jaren gelanceerd wordt. Ook kun je dan berekenen of zo’n satelliet aan de 25 jaar/90 procent-richtlijn zal voldoen.

Zulke modellen steunen op actuele meetgegevens van het ruimtepuin. Met een radar kun je vanaf de aarde brokstukken zien van vijf à tien centimeter, tot op een hoogte van 2.000 kilometer. Voorwerpen die hoger zitten, houdt men in de gaten met telescopen, waarmee je dingen vanaf ongeveer een halve meter groot kunt zien.

Met de modellen kunnen ruimteschrootanalisten zoals Lemmens voorspellen wanneer een brokstuk ergens op gaat botsen: “We proberen dan de waarschijnlijkheid in te schatten, zodat we weten of je een ontwijkingsmanoeuvre moet uitvoeren. Uiteindelijk gaat daar de meeste tijd in zitten. Veel meer dan in die manoeuvres daadwerkelijk doen.”

Manke wetgeving

Mocht een botsing onverhoopt toch plaatsvinden, dan zwengelt men de modellen aan op zoek naar een voorspelling voor de hoeveelheid brokstukken en de richting die ze opvliegen. “De eigenaren van nabijgelegen satellieten willen dan weten: hoeveel extra risico lopen we?”, zegt Lemmens. “We houden de grotere brokstukken de dagen en weken na een botsing daarom goed in de gaten.”

Ook Lemmens maakt zich zorgen over hoe druk het inmiddels wordt in een baan om de aarde. “Met satellietzwermen zoals die van SpaceX en anderen kunnen we ons straks nog maar héél weinig fouten permitteren”, zegt hij.

Toen de zonnepanelen van ruimtetelescoop Hubble in 2002 terug naar aarde werden gebracht, waren daarop duidelijk inslagen van kosmisch afval zichtbaar. ‘Elke week komen al zo’n 70.000 keer twee ­voorwerpen tot op een afstand van maximaal vijf kilometer bij elkaar’, zegt ruimtepuinmodelleur Hugh Lewis. Beeld Beeld: ESA
Toen de zonnepanelen van ruimtetelescoop Hubble in 2002 terug naar aarde werden gebracht, waren daarop duidelijk inslagen van kosmisch afval zichtbaar. ‘Elke week komen al zo’n 70.000 keer twee ­voorwerpen tot op een afstand van maximaal vijf kilometer bij elkaar’, zegt ruimtepuinmodelleur Hugh Lewis.Beeld Beeld: ESA

Vooralsnog ontbreekt het echter aan echte wetgeving. “Er zijn richtlijnen, VN-documenten en langetermijndoelstellingen, maar vrijwel geen wetten. Steeds meer landen houden zich bij lanceringen aan dezelfde regels, maar het is nog niet genoeg.”

En dan stammen de richtlijnen ook nog eens uit het begin van het millennium, toen er nog geen plannen bestonden voor tienduizenden satellieten in commerciële zwermen, en toen een satelliet lanceren wel wat meer kostte dan 100.000 euro. “De regels zouden daarom eigenlijk moeten mee-evolueren”, zegt Lemmens. Zo suggereert recent onderzoek dat het wellicht beter is om de regel van 25 jaar te verkorten naar vijf of zelfs één jaar.

Het allerbelangrijkste is echter dat wie iets de ruimte in schiet, na afloop ook zijn eigen rommel weer opruimt. Zodat het onmogelijk kan botsen op een bemand ruimtestation, of plompverloren kan inslaan op de maan.

Nu belangrijker dan ooit: steun kwaliteitsjournalistiek.

Neem een abonnement op De Morgen


Op alle artikelen, foto's en video's op demorgen.be rust auteursrecht. Deeplinken kan, maar dan zonder dat onze content in een nieuw frame op uw website verschijnt. Graag enkel de titel van onze website en de titel van het artikel vermelden in de link. Indien u teksten, foto's of video's op een andere manier wenst over te nemen, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234