Ruimtepuin: het groeiende afval in een baan om de aarde
Stel je een snelweg voor waar niemand ooit auto's wegsleept die kapot gaan. Motorkappen, spiegels en losse onderdelen blijven gewoon liggen, terwijl het verkeer er met honderden kilometers per uur omheen blijft rijden. Zo'n beetje dat gebeurt er al zestig jaar in een baan om de aarde. Sinds de eerste satellietlanceringen in de jaren vijftig hebben mensen duizenden objecten de ruimte in gestuurd, en een flink deel daarvan draait er nog steeds rond, alleen niet meer functioneel.
Dat noemen we ruimtepuin: alles wat door mensen de ruimte in is gebracht en geen nuttige functie meer heeft, maar wel in een baan om de aarde blijft rondcirkelen. Denk aan uitgebrande raketttrappen, kapotte satellieten, losgeraakte bouten, en zelfs piepkleine vlokjes verf die van een raket zijn afgebladderd. Klein spul, maar bij snelheden van zeven tot acht kilometer per seconde kan zelfs zo'n verfvlokje een gat in een satellietpaneel slaan.
Wat is het precies?
Ruimtepuin bestaat uit een enorme variatie aan objecten. Aan de grote kant vind je uitgediende satellieten en de bovenste trappen van raketten die na het afleveren van hun lading in de ruimte zijn achtergebleven. Aan de kleine kant gaat het om fragmenten die zijn ontstaan door explosies (bijvoorbeeld wanneer restbrandstof in een oude raket ontploft) of door botsingen tussen objecten.
De snelheid is wat dit probleem zo lastig maakt. In een lage baan om de aarde, de zogeheten LEO (low earth orbit, ruwweg tot 2000 kilometer hoogte), bewegen objecten met ongeveer 7 tot 8 kilometer per seconde. Dat is meer dan twintig keer de snelheid van een geweerkogel. Bij die snelheid heeft zelfs een deeltje van een paar millimeter genoeg inslagenergie om een gat in een ruimtepak of een cruciaal onderdeel van een satelliet te slaan.
In 1978 beschreef de Amerikaanse NASA-wetenschapper Donald Kessler een schrikbeeld dat inmiddels bekendstaat als het Kessler-syndroom. Zijn idee: als er genoeg puin in een drukke baan zit, kan één botsing tussen twee objecten duizenden nieuwe fragmenten opleveren. Die fragmenten veroorzaken op hun beurt weer nieuwe botsingen, in een kettingreactie die een hele baanhoogte op termijn onbruikbaar kan maken. Het is geen voorspelling van morgen, maar een langetermijnrisico dat serieus wordt genomen door ruimtevaartorganisaties.
Niet alle banen zijn hetzelfde. In lage banen zorgt de dunne resterende atmosfeer voor luchtweerstand, waardoor puin langzaam energie verliest en na verloop van tijd verbrandt bij terugkeer in de dampkring. Dat kan enkele jaren tot enkele decennia duren, afhankelijk van de hoogte. Hoger op, in de geostationaire baan (GEO) op ruim 35.000 kilometer hoogte waar communicatiesatellieten draaien, is er vrijwel geen luchtweerstand. Puin dat daar terechtkomt, blijft er praktisch voor altijd.
Wat wil men ermee bereiken?
Het hoofddoel is simpel: voorkomen dat ruimtevaart onmogelijk wordt door zijn eigen afval. Actieve satellieten, zoals gps-satellieten en het Internationale Ruimtestation (ISS), moeten regelmatig uitwijkmanoeuvres uitvoeren om puin te ontwijken. Elke ontwijkmanoeuvre kost brandstof en dus levensduur van de missie.
Er is ook een economisch belang. De ruimte om de aarde wordt drukker dan ooit door megaconstellaties: netwerken van duizenden kleine satellieten, zoals Starlink van SpaceX, die internet vanuit de ruimte leveren. Hoe meer satellieten er actief zijn, hoe groter de kans op botsingen en hoe belangrijker het wordt om puin op te ruimen of te vermijden dat er nieuw puin ontstaat.
Om dat te bereiken zijn er internationale richtlijnen ontstaan, met name vanuit organisaties als het Inter-Agency Space Debris Coordination Committee. Een bekende afspraak is de "25-jaar regel": satellieten in lage banen moeten zo worden ontworpen dat ze binnen 25 jaar na het einde van hun missie uit hun baan verdwijnen, bijvoorbeeld door bewust de dampkring in te sturen. Dit heet post-mission disposal. Daarnaast wint een nieuw vakgebied terrein: active debris removal (ADR), waarbij bestaand puin actief wordt weggehaald in plaats van er alleen omheen te manoeuvreren.
Voorbeelden uit de praktijk
Het opruimen van ruimtepuin is nog grotendeels experimenteel, maar er zijn al concrete missies uitgevoerd of gepland.
RemoveDEBRIS (2018) was een demonstratiemissie van de University of Surrey en Surrey Satellite Technology. Vanuit een klein satellietje werd getest of je puin kunt vangen met een net en met een harpoen die op een testdoel werd afgevuurd. Beide technieken werkten in deze gecontroleerde proefopstelling.
ELSA-d van het Japanse bedrijf Astroscale, gelanceerd in maart 2021, demonstreerde een magnetisch dockingsysteem: een "jager"-satelliet die een "prooi"-satelliet met een metalen plaatje kon vangen en weer loslaten, als test voor toekomstige opruimmissies.
ADRAS-J, een missie van Astroscale in opdracht van de Japanse ruimtevaartorganisatie JAXA en gelanceerd in februari 2024, ging een stap verder: het naderde en inspecteerde van dichtbij een uitgebrande bovenste trap van een Japanse H-IIA-raket die al jaren ongecontroleerd in een baan om de aarde tuimelde. Dit maakt deel uit van JAXA's CRD2-programma (Commercial Removal of Debris Demonstration), gericht op het uiteindelijk daadwerkelijk verwijderen van dit soort puin.
ClearSpace-1, een missie in opdracht van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, moet de eerste missie worden die puin daadwerkelijk uit zijn baan haalt en laat verbranden in de dampkring. Doelwit is een Vespa-adapter, een klein restant van een Vega-raketlancering uit 2013. De missie was oorspronkelijk gepland voor rond 2025, maar heeft vertraging opgelopen, wat illustreert hoe lastig dit soort projecten in de praktijk blijkt.
Daarnaast bouwt het Amerikaanse bedrijf LeoLabs een netwerk van grondradars om puin nauwkeuriger te volgen, als aanvulling op bestaande trackingsystemen van overheden.
Hoe ver is de techniek?
Het volgen (tracking) van ruimtepuin is relatief volwassen: grote objecten, doorgaans groter dan tien centimeter, worden al decennia gevolgd door radar- en telescoopnetwerken en de banen worden gecatalogiseerd. Van deze grotere objecten zijn er naar schatting enkele tienduizenden bekend. Kleinere fragmenten, van millimeters tot centimeters, zijn er vermoedelijk miljoenen, en die zijn met huidige technologie nog nauwelijks individueel te volgen.
Het actief opruimen van puin staat echter nog in de kinderschoenen. Er bestaat op dit moment geen enkele operationele, routinematige opruimdienst: alle genoemde missies zijn demonstraties of eenmalige projecten, geen doorlopende service. Een paar obstakels verklaren waarom dit zo traag gaat.
Technisch is het vangen van een ongecontroleerd tuimelend object in de ruimte, zonder handgrepen en zonder dat het speciaal is ontworpen om opgepakt te worden, verrassend lastig. Financieel is er een lastige vraag: wie betaalt voor het opruimen van puin dat vaak van een ander land of bedrijf is? Juridisch speelt mee dat een uitgediende satelliet volgens internationaal ruimterecht formeel nog steeds eigendom blijft van het land dat hem heeft gelanceerd, ook als hij al jaren niet meer werkt. Je mag het object dus niet zomaar weghalen zonder toestemming.
Wie werken eraan?
De Europese ruimtevaartorganisatie ESA heeft een eigen Space Debris Office en een Clean Space-initiatief, gericht op zowel het volgen van puin als het stimuleren van opruimmissies zoals ClearSpace-1. In de Verenigde Staten houdt de NASA Orbital Debris Program Office zich al sinds de jaren tachtig bezig met onderzoek naar en modellering van ruimtepuin.
Op het gebied van daadwerkelijke opruimtechnologie geldt het Japanse bedrijf Astroscale als een van de koplopers wereldwijd, in nauwe samenwerking met de Japanse ruimtevaartorganisatie JAXA. Voor het volgen van objecten vanaf de grond is het Amerikaanse bedrijf LeoLabs een belangrijke commerciële speler, naast militaire netwerken zoals het Amerikaanse Space Surveillance Network, dat onder meer door de 18th Space Defense Squadron van de US Space Force wordt beheerd.
Daarnaast dragen internationale samenwerkingsverbanden bij aan gedeelde richtlijnen en standaarden, met deelname van ruimtevaartorganisaties uit onder meer de Verenigde Staten, Europa, Japan, Rusland, China en India.