Netvangsysteem: hoe technologie objecten uit de lucht en de ruimte vangt
Een netvangsysteem is precies wat de naam belooft: een net dat wordt afgevuurd, uitgeklapt of neergelaten om een bewegend object op te vangen zonder het kapot te maken. Denk aan een vlindernet, maar dan aangedreven door een lanceerinrichting, gestuurd door sensoren en ingezet op plekken waar een gewone vangst onmogelijk is: hoog in de lucht, op zee of zelfs in een baan om de aarde.
Het idee klinkt eenvoudig, maar de toepassingen zijn verrassend uiteenlopend. Ruimtevaartbedrijven gebruiken netten om onderdelen van raketten terug te winnen die anders in zee zouden vallen. Onderzoekers testen netten om ruimtepuin op te ruimen, zodat oude satellieten niet eeuwenlang als gevaarlijk afval blijven rondzweven. En beveiligingsbedrijven, waaronder een Nederlandse partij, bouwen netvangsystemen om ongewenste drones uit de lucht te plukken. Al deze systemen delen hetzelfde basisprincipe: iets duurs, kwetsbaars of gevaarlijks veilig tot stilstand brengen zonder het te vernietigen.
Wat is het precies?
De kern van een netvangsysteem bestaat uit drie onderdelen: een net, een afvuur- of uitklapmechanisme, en een systeem om het doelwit te volgen. Het net zelf is meestal gemaakt van sterk, lichtgewicht materiaal zoals Kevlar of ander kunstvezelweefsel, met een maaswijdte die groot genoeg is om weinig luchtweerstand te geven, maar fijn genoeg om het doelwit vast te houden.
Het afvuurmechanisme brengt het net op het juiste moment naar het doelwit. Dat kan met perslucht, een kleine explosieve lading, veren, of gewichten aan de hoeken van het net die het openspannen zodra het wordt gelanceerd. Bij ruimtetoepassingen wordt het net vanaf een satelliet afgeschoten richting het te vangen object, waarna het zich als een parachute ontvouwt en om het doelwit sluit.
Het volgsysteem is misschien wel het lastigste onderdeel. Voordat een net kan worden afgevuurd, moet het systeem precies weten waar het doelwit zich bevindt, hoe snel het beweegt en in welke richting. Bij het vangen van een neerdalende raketonderdeel gebeurt dit met radar, GPS en camera's die het object volgen terwijl een schip of helikopter zich positioneert. Bij het vangen van ruimtepuin, dat met duizenden kilometers per uur rondtolt, is de timing nog kritischer: een fractie van een seconde te vroeg of te laat schieten betekent een gemiste vangst.
Na de vangst moet de energie van het bewegende object worden opgevangen zonder dat het net scheurt of het doelwit beschadigt. Dat gebeurt door het net elastisch te laten meebewegen, vergelijkbaar met hoe een vangnet bij een circusact de val van een acrobaat afremt in plaats van hem abrupt te stoppen.
Wat wil men ermee bereiken?
De belangrijkste drijfveer achter netvangsystemen is herbruikbaarheid en kostenbesparing. Raketonderdelen zoals de neuskegel (de "fairing" die de lading tijdens de lancering beschermt) kosten miljoenen euro's per stuk. Als je zo'n onderdeel intact terugkrijgt in plaats van het in zee te laten vallen en te laten verloren gaan of beschadigen, bespaar je geld en grondstoffen bij elke volgende lancering.
Een tweede, groeiend belangrijke drijfveer is het opruimen van ruimtepuin. Rond de aarde zwerven tienduizenden stukken oude satellieten, raketrestanten en botsingsfragmenten. Dat puin vormt een risico voor werkende satellieten en bemande ruimtevaart: een botsing met zelfs een klein fragment kan bij de hoge snelheden in een baan om de aarde grote schade aanrichten. Een netvangsysteem biedt een manier om zulk puin, dat vaak onregelmatig van vorm is en niet meer bestuurbaar, toch vast te grijpen zonder een precieze koppeling nodig te hebben zoals bij een dockingmanoeuvre.
Bij drones ligt het doel dichter bij beveiliging dan bij kostenbesparing. Een netvangsysteem kan een ongeautoriseerde of vijandige drone onschadelijk maken zonder wapens te gebruiken: geen kogels die kunnen afketsen, geen explosieven, maar een net dat de rotors blokkeert en het toestel gecontroleerd laat neerkomen. Dat is veiliger voor omstanders bij evenementen, luchthavens of gevoelige locaties dan een drone letterlijk uit de lucht te schieten.
Voorbeelden uit de praktijk
Een van de meest aansprekende demonstraties vond plaats tijdens de RemoveDEBRIS-missie, geleid door het Surrey Space Centre in het Verenigd Koninkrijk, met partners als Airbus, het Nederlandse Innovative Solutions in Space, en de Zuid-Afrikaanse Stellenbosch University. De satelliet werd in 2018 naar het internationaal ruimtestation ISS gebracht en van daaruit ingezet. In een test schoot het toestel een net af naar een klein, zelf uitgeklapt testobject en ving dit succesvol op: een van de eerste gedocumenteerde demonstraties van netvangst van puin-achtige objecten in een baan om de aarde.
SpaceX experimenteerde jarenlang met een schip genaamd Mr. Steven, later omgedoopt tot GO Ms. Tree, uitgerust met een enorm net om neerdalende neuskegels van de Falcon 9-raket op te vangen nadat ze met een parachute terug naar aarde zweefden. Na verscheidene pogingen lukte in 2019 een eerste succesvolle vangst. Uiteindelijk bleek het vissen van de fairings uit zee, waarna ze werden schoongemaakt en hergebruikt, betrouwbaarder en goedkoper dan de precieze netvangst op een bewegend schip; rond 2020-2021 stapte het bedrijf grotendeels over op die aanpak.
In Nederland ontwikkelde het Delftse bedrijf Delft Dynamics, een spin-off van de TU Delft, het systeem DroneCatcher: een drone die zelf een net afschiet of meesleept om andere, ongewenste drones uit de lucht te vangen. Het systeem is getest en ingezet in samenwerking met veiligheidsdiensten voor de beveiliging van evenementen en gevoelige locaties, als alternatief voor destructieve methoden zoals storingszenders of neerschieten.
Het Britse bedrijf OpenWorks Engineering ontwikkelde SkyWall, een op een bazooka lijkend, schoudergedragen of statisch opgesteld systeem dat een net met parachute afvuurt om drones te vangen. Dit type systeem wordt gebruikt bij militaire bases en evenementen waar drone-dreigingen een risico vormen.
Ook bij vroege pogingen om ruimtepuin actief op te ruimen, zoals in Europese conceptstudies van het ruimtevaartagentschap ESA, wordt netvangst regelmatig genoemd als een van de kansrijke methoden naast alternatieven zoals harpoenen of robotarmen.
Hoe ver is de techniek?
De techniek bevindt zich in een overgangsfase tussen experiment en operationeel gebruik, afhankelijk van de toepassing. Bij het vangen van drones is de technologie al commercieel verkrijgbaar en wordt ze daadwerkelijk ingezet bij evenementen en beveiligingsoperaties, al blijft de effectiviteit afhankelijk van het type drone, de afstand en het weer.
Bij het terugwinnen van raketonderdelen bleek netvangst technisch haalbaar, maar uiteindelijk minder praktisch dan gehoopt. SpaceX liet de aanpak grotendeels los ten gunste van eenvoudigere methoden. Dit laat zien dat een werkend systeem niet automatisch het beste systeem is: betrouwbaarheid en kosten op lange termijn wegen zwaarder dan een indrukwekkende demonstratie.
Bij het opruimen van ruimtepuin staat de techniek nog vroeg in de ontwikkeling. De RemoveDEBRIS-test bewees dat een net in de ruimte kan worden afgevuurd en een doelwit kan vangen, maar dat was een gecontroleerde demonstratie met een medewerkend, van tevoren bekend testobject. Echt ruimtepuin beweegt onvoorspelbaar, tolt vaak ongecontroleerd en is niet uitgerust met hulpmiddelen om het vangen te vergemakkelijken. Er is nog geen operationele missie geweest die op grote schaal en herhaaldelijk willekeurig ruimtepuin met een net heeft opgeruimd. Kosten, regelgeving over wie verantwoordelijk is voor het opruimen van andermans puin, en de technische uitdaging van het vangen van snel tollende objecten blijven grote obstakels.
Wie werken eraan?
In de ruimtevaart zijn het Surrey Space Centre en de University of Surrey in het Verenigd Koninkrijk pioniers geweest met de RemoveDEBRIS-demonstratie, in samenwerking met de Europese ruimtevaartorganisatie ESA en industriële partners als Airbus. Het Nederlandse bedrijf Innovative Solutions in Space (ISISPACE) uit Delft was eveneens betrokken bij deze missie, wat Nederland een aandeel geeft in deze tak van ruimtevaarttechnologie.
SpaceX, het Amerikaanse ruimtevaartbedrijf van Elon Musk, heeft de netvangst voor raketonderdelen ontwikkeld en getest, al ligt de nadruk inmiddels elders. Andere ruimtevaartbedrijven zoals Rocket Lab uit Nieuw-Zeeland en de Verenigde Staten experimenteren met verwante technieken voor het terugwinnen van raketonderdelen, al gebruiken zij daarbij overigens een haak- en kabelsysteem vanaf een helikopter in plaats van een net.
Op het gebied van drone-verdediging is Delft Dynamics de bekendste Nederlandse speler, terwijl OpenWorks Engineering in het Verenigd Koninkrijk vergelijkbare systemen bouwt voor militaire en civiele beveiliging. Defensieorganisaties in verschillende NAVO-landen, waaronder Nederland, testen en gebruiken dit soort netvangsystemen als onderdeel van bredere counter-drone-programma's.