Ruimtevaart en Technologie

we houden je op de hoogte

Trends in ruimtevaart: formatie vliegende satellieten

De wereld hunkert naar meer in de ruimtevaart. Meer details, verder zien: de instrumenten moeten steeds groter en beter worden. Satellieten worden dan duurder en groter, en passen zelfs niet meer in de raket. Je moet er niet aan denken dat zo’n gigant kapot gaat in de ruimte. De hele missie kan verloren zijn, en miljoenen euro zijn weggegooid. Geen verzekering die dat vergoedt. De oplossing hier voor zijn Formation Flying Satellites: satellieten in formatie. Oftewel, hak de grote satelliet in stukjes en laat deze stukjes samen het klusje klaren. Je kan het je vast wel voorstellen: om meer te zien is grotere apparatuur nodig. Kijk maar naar een telelens van een fotograaf. Met een gigantische lens is hij in staat om details in kaart te brengen vanaf grote afstand. Dit geld ook voor de ruimtevaart, alleen de afstanden zijn honderden kilometers groter. De instrumenten moeten daarom nog groter zijn. Tot nu toe was de enige oplossing steeds grotere instrumenten te lanceren. Dit heeft een aantal grote nadelen. Om te beginnen heeft een groter instrument meer ondersteuning nodig. Denk hierbij niet alleen aan stroom, maar ook aan koeling en aan een stijvere constructie zodat het instrument naar behoren kan werken. Dit betekent dat de satelliet nog zwaarder wordt, en dat er dus weer meer stuwstof gebruikt moet worden. Maar goed, je hebt nu zo’n gigant gebouwd en gelanceerd. Zo’n satelliet kost vele miljoenen. Ondanks deze grote investering is er nog steeds een kans dat er iets kapot gaat waardoor misschien wel de hele missie in gevaar komt. Weg miljoenen! Dus wat wordt er gedaan: nog meer geld uitgeven om deze kans zo klein mogelijk te maken. Echter, hoeveel geld er ook uit gegeven wordt aan deze zekerheid, er is altijd een kans dat de missie faalt. Behalve veel geld, kost het ontwerpen van zo’n missie veel tijd. De instrumenten zijn uniek en dus speciaal gebouwd voor deze satelliet. Maar het kost ook veel tijd om aan te tonen dat de kans op mislukking klein genoeg is door testen, testen en dan nog maar een keer testen. Tegen de tijd dat de satelliet gelanceerd kan worden, is het ontwerp al jaren verouderd. De risico’s moeten dus nodig verlaagd worden. Een mogelijkheid is het gebruik van meerdere satellieten die samen werken. Hier kan onderscheid gemaakt worden tussen twee concepten: Constellatie (Eng: Constellation): een cluster satellieten waarbij de afstand tussen de satellieten niet van belang is voor het succes van missie. Formatie (Eng: Formation Flying Satellites): een groep satellieten die bestuurd moet worden zodat de onderlinge afstand (min of meer) vast ligt. De twee termen worden nog al eens door elkaar gehaald, maar het onderscheid ligt in de toepassing van actieve besturing van de onderlinge afstand. Een constellatie is eigenlijk niets meer dan een verzameling satellieten, die op een of andere tijdstip naar een bepaald doel kijken. Het gaat dan meer om de verschillen die de satellieten zien. Een formatie moet samenwerken. Zo zou een camera in twee delen kunnen bestaan uit een satelliet met een film en een ander met een lens. Met zo’n missie moet de onderlinge afstand bestuurd worden, anders klopt de afstand tussen lens en film niet. XMM is zo’n camera in een geheel. Aan de voorkant zit een ‘lens’ (X-ray mirror), aan de achterkant de ‘film’ (Focal Plane Platform). De lens en de film zijn verbonden door niets meer dan een holle buis zoals te zien is op een doorsnede van XMM. Deze buis is zo’n tien meter lang en past nog maar net in een Ariane 5. De opvolger, XEUS, moet nog nauwkeuriger zijn. De buis zou dan vijftig meter lang moeten zijn, en past dus al helemaal niet in een raket. Deze satelliet moet dus opgesplitst worden. Door satellieten in een formatie te laten vliegen, kunnen we meer details zien. De kosten zijn ook lager. De satellieten in de formatie hebben namelijk vaak hetzelfde ontwerp, waardoor niet elke satelliet afzonderlijk ontworpen hoeft te worden. Ook zijn de satellieten kleiner waardoor twee of drie tegelijk gelanceerd kunnen worden. Gaat er een satelliet kapot, dan kan deze vervangen worden of kan dezelfde missie volbracht worden met minder details. Het risico dat de missie (totaal) faalt is dus veel lager, waardoor de kosten nog meer gedrukt kunnen worden. Ook de benodigde tijd voor het ontwerp wordt korter, waardoor de kans op veroudering van de techniek kleiner wordt. Hier komt nog bij dat een satelliet in de formatie vervangen kan worden door een verbeterde versie. Hierdoor kan de formatie letterlijk groeien, niet alleen in aantal maar ook in haar prestaties. Tenslotte heeft een formatie nog een groot voordeel: flexibiliteit. De onderlinge afstand tussen de satellieten wordt bestuurd. Dit betekent dat de formatie van vorm en grootte kan veranderen! Dit levert nog meer mogelijkheden voor het behalen van de doelstellingen. Helaas moet er nog een aantal problemen opgelost worden. Het belangrijkste is de besturing van de onderlinge afstand. Voor de werking van de formatie is dit natuurlijk van levensbelang. De technologie die een nauwkeurige schatting kan maken van deze afstand is nog onvoldoende. Zo moet de afstand tussen de twee satellieten van XEUS bekend zijn met een nauwkeurigheid van een millimeter, en dat op vijftig meter! Daarbij moeten de satellieten zichzelf kunnen besturen: dus zelfstandige besluiten nemen, en al zeker niet op elkaar botsen. Het vervangen van een gigantische satelliet door een formatie heeft dus vele voordelen. De kans op het mislukken van de missie is niet alleen kleiner, maar de effecten als er iets kapot gaat zijn ook veel minder: een kleine satelliet is gemakkelijk te vervangen. Een formatie is flexibel, waardoor meer doelstellingen gehaald kunnen worden. Maar voordat het zover is, moeten nog enkele hindernissen overwonnen worden. ( Van onze vaste columnist, Bert Swart ) Meer columns van Bert Swart: – Trends in ruimtevaart: amateurs in ruimte – Weer naar de Maan – De raket – Nut van de ruimtevaart Discussie onderwerp: – ‘Weer naar de Maan’

Leave a Reply