Deorbiteren: hoe satellieten en ruimteschroot uit hun baan worden gehaald
Elke dag razen duizenden satellieten en stukken ruimteschroot met zo'n 28.000 kilometer per uur rond de aarde. Sommige daarvan doen nog nuttig werk, maar heel veel zijn allang uitgeschakeld: kapotte satellieten, uitgebrande raketttrappen, losgeraakte bouten en verfschilfers. Ze blijven gewoon rondcirkelen, soms tientallen tot honderden jaren lang, en vormen een groeiend gevaar voor werkende satellieten en bemande ruimtevaart. Deorbiteren is het bewust uit de baan halen van zo'n object: het laten verbranden in de dampkring, of het wegparkeren op een plek waar het niemand meer in de weg zit.
Vergelijk het met een drukke ringweg waar nooit iemand een sloopauto komt weghalen: na verloop van tijd staat de weg vol wrakken en wordt rijden steeds gevaarlijker. In de ruimte werkt het niet veel anders. Daarom bouwen ruimtevaartorganisaties tegenwoordig steeds vaker een "aftocht" in voordat een satelliet wordt gelanceerd, en wordt er hard gewerkt aan technieken om oud, niet-meewerkend schroot alsnog op te ruimen. Het onderwerp staat volop in de belangstelling nu bedrijven als SpaceX duizenden satellieten tegelijk lanceren en het steeds drukker wordt boven onze hoofden.
Wat is het precies?
Een satelliet blijft in een baan om de aarde omdat de zwaartekracht hem naar beneden trekt, terwijl zijn snelheid hem eigenlijk "voorbij" de aarde zou laten schieten; die twee effecten houden elkaar in evenwicht. Om die baan te verlaten, moet je dat evenwicht verstoren. Dat kan op een paar manieren.
Bij lage banen (low Earth orbit, enkele honderden kilometers hoogte, waar bijvoorbeeld het internationale ruimtestation ISS en de meeste communicatiesatellieten zoals Starlink zich bevinden) hangt nog een sprankje lucht. Die lucht remt een object heel langzaam af, waardoor het steeds lager komt te draaien totdat het uiteindelijk de dichtere lagen van de dampkring bereikt en door wrijvingshitte verbrandt. Dit heet passief deorbiteren: de natuur doet het werk, wat jaren tot eeuwen kan duren, afhankelijk van de hoogte.
Moet het sneller, dan gebruikt men actief deorbiteren: de satelliet zet aan het einde van zijn leven zijn laatste restje brandstof in om zijn baan zo te verlagen dat hij binnen enkele weken verbrandt, het liefst boven een onbewoond zeegebied zodat eventuele restjes die de val overleven niemand raken. Dat laatste heet een gecontroleerde terugkeer.
Voor satellieten heel hoog boven de evenaar, in de geostationaire baan (zo'n 36.000 kilometer hoogte, waar onder meer tv- en weersatellieten draaien), is verbranden geen optie: ze hebben simpelweg niet genoeg brandstof om helemaal terug te vallen. Die satellieten worden aan het eind van hun levensduur daarom een stukje hoger geduwd, naar een zogeheten graveyard orbit of kerkhofbaan, zo'n 300 kilometer boven de gebruikte banen, uit de weg van actieve satellieten.
Lastiger wordt het bij objecten die niet meer kunnen meewerken: oude raketttrappen of kapotte satellieten zonder brandstof of stuurmogelijkheid. Om die op te ruimen is actieve schrootverwijdering (active debris removal, ADR) nodig: een ander ruimtevaartuig moet het object opzoeken, vastpakken en vervolgens sámen met dat object de dampkring in duiken. Technieken die hiervoor getest worden zijn onder meer robotarmen, netten, harpoenen, magnetische grijpers en lange "sleepdoeken" (drag sails) die extra luchtweerstand opwekken.
Wat wil men ermee bereiken?
Het belangrijkste doel is het voorkomen van botsingen. Elk stuk schroot dat met tienduizenden kilometers per uur tegen een werkende satelliet of een bemand ruimtestation botst, kan enorme schade aanrichten en zelf weer uiteenvallen in honderden nieuwe brokstukken. In het ergste geval ontstaat een kettingreactie waarbij steeds meer botsingen steeds meer schroot opleveren, totdat een hele baanhoogte praktisch onbruikbaar wordt. Dit schrikbeeld staat bekend als het Kessler-syndroom, genoemd naar de NASA-wetenschapper Donald Kessler die het scenario in 1978 beschreef.
Daarnaast gaat het om verantwoord ruimtegebruik: de banen om de aarde zijn een gedeelde, beperkte hulpbron. Naarmate meer landen en bedrijven satellieten lanceren, groeit de noodzaak om na gebruik netjes op te ruimen, vergelijkbaar met milieuregels op aarde. Ruimtevaartorganisaties willen voorkomen dat toekomstige generaties de ruimte niet meer veilig kunnen gebruiken, en dat schroot uiteindelijk onbedoeld boven bewoond gebied naar beneden valt.
Voorbeelden uit de praktijk
RemoveDEBRIS (2018-2019), een missie van de Universiteit van Surrey en Surrey Satellite Technology Ltd, testte vanuit een klein vaartuig bij het ISS twee vastgrijp-technieken: in september 2018 werd een net uitgeworpen over een los testdoelwit, en in februari 2019 werd een harpoen afgevuurd op een paneel. Het was een van de eerste keren dat zulke technieken echt in de ruimte werden beproefd.
Astroscale's ELSA-d (gelanceerd in 2021) bestond uit twee satellieten: één met een magnetische plaat, één met een magnetische grijper. Het Japans-Britse bedrijf demonstreerde hiermee het herhaaldelijk vastgrijpen en loslaten van een "klant"-satelliet. In 2024 volgde ADRAS-J, waarbij Astroscale voor het eerst dicht naast een écht stuk oud ruimteschroot vloog: de bovenste trap van een Japanse H-2A-raket, zonder speciale grijppunten, om deze te inspecteren voor een latere opruimmissie.
De Europese ruimtevaartorganisatie ESA liet in de zomer van 2023 haar windmeetsatelliet Aeolus voor het eerst een "geassisteerde terugkeer" uitvoeren: met de laatste restjes brandstof werd de satelliet actief bijgestuurd, zodat hij boven een leeg deel van de Atlantische Oceaan uiteenviel in plaats van ongecontroleerd ergens neer te komen.
ESA werkt daarnaast samen met het Zwitserse bedrijf ClearSpace aan de missie ClearSpace-1, die als doel heeft om voor het eerst een écht bestaand stuk schroot — een adapterdeel van een Vega-raket uit 2013 — met een grijparm te vangen en mee de dampkring in te nemen. De missie loopt vertraging op ten opzichte van de oorspronkelijke planning rond 2025.
Tot slot heeft NASA in 2024 een contract van meer dan 800 miljoen dollar getekend met SpaceX voor de bouw van een US Deorbit Vehicle, een speciaal ruimtevaartuig dat rond 2030-2031 het internationale ruimtestation ISS aan het einde van zijn leven gecontroleerd de dampkring in moet duwen.
Hoe ver is de techniek?
Passief en actief deorbiteren van eigen, nog werkende satellieten is inmiddels routine: grote operators zoals SpaceX bouwen tegenwoordig standaard voldoende brandstof in om hun Starlink-satellieten na een paar jaar zelf te laten deorbiteren. Ook internationale afspraken zijn hierop aangescherpt: het Inter-Agency Space Debris Coordination Committee (IADC) hanteert al langer een richtlijn dat satellieten in lage banen binnen 25 jaar na hun missie moeten terugkeren, en de Amerikaanse toezichthouder FCC verkortte die termijn in 2022 voor satellieten onder Amerikaanse licentie naar 5 jaar.
Actieve verwijdering van bestaand, niet-meewerkend schroot staat echter nog in de kinderschoenen. Missies als ADRAS-J hebben laten zien dat het mogelijk is om veilig naast een oud, ongecontroleerd tuimelend object te vliegen, maar het daadwerkelijk vastgrijpen en meeslepen van zulk schroot is tot nu toe niet gedaan met écht bestaand afval — alleen met speciaal voorbereide testdoelen. ClearSpace-1 moet dat gaan veranderen, maar de missie heeft al meerdere keren vertraging opgelopen, wat illustreert hoe lastig en kostbaar deze techniek in de praktijk blijkt.
Een ander obstakel is geld: het opruimen van schroot levert geen direct commercieel product op, dus moeten overheden en ruimtevaartorganisaties de rekening grotendeels betalen of subsidiëren. Ook bestaat er nog geen internationaal bindend recht dat landen verplicht hun schroot op te ruimen; de bestaande richtlijnen zijn vooral vrijwillig van aard.
Wie werken eraan?
De Europese ruimtevaartorganisatie ESA loopt voorop met haar "Zero Debris"-aanpak, die als doel heeft dat ESA-missies vanaf 2030 geen nieuw schroot meer achterlaten. Het Japans-Britse bedrijf Astroscale en het Zwitserse ClearSpace zijn de bekendste gespecialiseerde bedrijven op het gebied van actieve schrootverwijdering. In de Verenigde Staten houdt de FCC toezicht op deorbit-regels voor commerciële satellieten, terwijl NASA onder meer werkt aan de deorbit van het ISS. Ook SpaceX speelt een grote rol, zowel als bouwer van het US Deorbit Vehicle als vanwege de sterk groeiende Starlink-vloot die zelf verantwoord moet worden opgeruimd. Op internationaal niveau coördineren ruimtevaartorganisaties hun richtlijnen via de IADC, waarin onder meer ESA, NASA, JAXA (Japan) en Roskosmos (Rusland) zijn vertegenwoordigd.