Boven onze hoofden cirkelt een vliegende vuilnisbelt. Al die brokstukken kunnen leiden tot botsingen met satellieten de van essentieel belang zijn voor de wereldeconomie, omdat ze bijvoorbeeld de navigatie van schepen en vliegtuigen regelen. Het is de hoogste tijd dat dit Wilde Westen wordt beteugeld.
De ochtend van 2 december bracht Holger Krag een onaangename verrassing: een trap van een Chinese raket, type ‘lange mars 4C’, dreigde een van zijn protegés te vernietigen. Krag houdt bij de ESA, de Europese Ruimtevaartorganisatie, toezicht op de in een baan om de aarde cirkelende satellieten.
‘Om negen uur kreeg ik een collisiewaarschuwing, ik zat in mijn thuiskantoor,’ vertelt Krag. Een bijverschijnsel van corona: ruimtevaart wordt nu zelfs af en toe vanuit de keuken bedreven.
De situatie die ochtend was heikel, de kans op een botsing was ongeveer een op driehonderd
Krag is hoofd van het ruimtevaartveiligheidsprogramma van de ESA. ‘Onze ijswaarnemingssatelliet Cryosat-2, die al ruim tien jaar op circa zevenhonderd kilometer hoogte rond de aarde cirkelt, liep gevaar door het duizenden kilo’s wegende stuk schroot dat sinds 2016 door de kosmos vliegt.’ De Cryosat-2-missie kostte tot nog toe meer dan 100 miljoen euro, de verkenner meet de dikte van de arctische ijslaag die in de laatste zomer alarmerend snel gesmolten is. Als deze klimaatverkenner verloren zou zijn gegaan, was dat niet alleen voor de ESA een verlies geweest.
De situatie die ochtend was heikel, de kans op een botsing was ongeveer een op driehonderd. Standaard probeert Krag onder de risicogrenswaarde van een op tienduizend te blijven. Hij belde zijn team in het space operations centre, waar ondanks corona altijd een kernteam aan het werk is om ESA-satellieten op koers te houden. ‘We hebben toen versneld een uitwijkingsmanoeuvre uitgevoerd.’
Krag krijgt inmiddels elke dag wel een aantal waarschuwingen voor een botsing, zo’n drie keer per week moet hij zijn kunstmanen voor stukken schroot in veiligheid brengen. Want boven onze hoofden cirkelt een vliegende vuilnisbelt.
Ruimteschroot
Space debris heet het fenomeen, ruimteschroot. Het gaat hierbij om kapotte satellieten of opgebrande bovenste trappen van raketten die gebruikt worden om satellieten te lanceren. Ruim 30.000 schrootdeeltjes met een grootte van meer dan 10 centimeter zoemen rond in een omloopbaan, soms met een snelheid van meer dan 28.000 kilometer per seconde.
Bij dat soort snelheden kunnen zelfs kleine stukken of slijtagekruimels uitgroeien tot projectielen met een enorm vernietigingspotentieel, die zware schade toebrengen aan gevoelige zonnezeilen. Bijna een miljoen deeltjes met een grootte van een tot tien centimeter cirkelen als een hagelstorm op volle snelheid rond onze planeet.
Maar afval is slechts het kleinste probleem.
‘Het is niet zo moeilijk om een schrootobject te ontwijken,’ vertelt Krag. Moeilijker wordt het wanneer twee actieve satellieten op ramkoers liggen, dan moeten de operators er onderling uit zien te komen. ‘Maar een adresboek om contact op te nemen met de andere operator hebben we niet.’ Tegelijkertijd kent de baan rond de aarde zelfs geen eenvoudige verkeersregels zoals ‘rechts heeft voorrang op links’.
Een kapotte auto belandt op de schroothoop, een kapotte satelliet blijft echter soms tientallen jaren door cirkelen.
Zonder een betrouwbare stroom aan gegevens vanuit satellieten zou er op aarde sprake zijn van chaos
Die verloedering wekt temeer verbazing omdat informatie vanuit de ruimte al lang van essentieel belang is voor onze wereldeconomie: schepen, vliegtuigen en vrachtwagens kunnen niet zonder navigatiesignalen. Leveringsketens, computers, bankautomaten, benzinestations maken gebruik van tijdssignalen uit het heelal. Zonder een betrouwbare stroom aan gegevens vanuit satellieten zou er op aarde sprake zijn van chaos.
Spoetnik
In 1957 werd met de Spoetnik de eerste satelliet in een baan om de aarde gebracht. Van de sindsdien meer dan tienduizend gelanceerde kunstmanen cirkelt ruim de helft daarboven nog rond, 46 procent daarvan als wrak.
En het aantal kunstmanen zou zich binnen afzienbare termijn weleens kunnen vervijfvoudigen. Maandelijks schieten private bedrijven hele satellietenzwermen de ruimte in, zogeheten megaconstellations zoals OneWeb, Starlink of Planet, met honderden en binnenkort wellicht duizenden onderdelen. Internet vanuit de ruimte, zelfs op de meest afgelegen plekken op aarde, zoals Elon Musks Starlink belooft, wordt sinds vorig najaar uitgetest. Ook al zou maar 1 procent van deze apparatuur averij oplopen, dan nog zou dat massaal tot botsingen kunnen leiden.
‘Wanneer we zo doorgaan met het vervuilen van de ruimte krijgen we een zichzelf versterkend collisiecascade-effect,’ waarschuwt Krag. Het Kessler-syndroom wordt dit horrorscenario genoemd – steeds meer objecten komen met elkaar in botsing, waardoor brokstukken vrijkomen die op hun beurt als granaten inslaan in andere objecten. ‘Je kunt het vergelijken met het klimaatprobleem, dat ook een punt zou kunnen bereiken waarop de dynamiek niet langer lineair is maar exponentieel.’
We kennen het probleem al lang. Nu gaan we ook iets doen. Parallel aan de wedloop naar de maan en Mars komt het nu tot een omgekeerde space race naar onze eigen planeet: wie krijgt al dat schroot weer beneden?
Sloopbedrijf in de ruimte
Aan kop gaat momenteel ClearSpace. Dit bedrijf is wereldwijd de eerste vuilophaaldienst binnen het heelal. Dat klinkt niet echt flitsend, in vakjargon spreekt men liever van active debris removal. De eerste missie lijkt bedrieglijk eenvoudig: een kraanwagen, die met zijn grijparmen veel weg heeft van een metalen spin, moet een 112 kilo wegend raketdeel van de ESA oppakken dat sinds 2013 als schroot op ruim 600 kilometer hoogte cirkelt. Wanneer alles volgens plan verloopt, trekt de module het omlaag tot in de hoogste lagen van de atmosfeer, waar het geheel als een vuurbal verbrandt – ook de sleepmodule.
Rendez-vousmanoeuvres in het heelal kenden we al, maar tot nog toe konden ruimtevaartuigen alleen op speciaal daartoe geconstrueerde plekken aankoppelen, zoals bij het internationale ruimtestation ISS. ClearSpace-1 kan echter ook een ‘niet-meewerkend object’ beetpakken.
‘Daarvoor is absolute precisie vereist, zelfs de allerkleinste fout kan in de microgravitatie al volkomen oncontroleerbare bewegingen tot gevolg hebben,’ vertelt Luc Piguet. Hij is een van de oprichters van ClearSpace, een Zwitserse start-up die voortkomt uit de Federale Technische Universiteit van Lausanne.
De Zwitserse onderneming is niet het enige sloopbedrijf in de ruimte. Concurrentie vanuit Azië rukt op. Ook Astroscale heeft een sleepmodule ontwikkeld; deze vangt schrootdelen echter niet met een grijparm maar met een magneet. Doel is het bergen van de bovenste trap van een oude raket van de Japanse ruimtevaartorganisatie JAXA in het jaar 2026.
Het is een nieuwe bedrijfstak met nieuwe allianties: OneWeb, een van de satellietmegaconstellaties, werkt al samen met Astroscale om de eigen objecten van meet af aan zo uit te rusten dat ze weggesleept kunnen worden. Design for Demise heet dit principe, ruw vertaald: ‘ontwerpen voor overlijden’.
Waarom ze samenwerken? Bij megaconstellaties razen satellietenzwermen als parels aan een ketting dicht opeen door het heelal, eventuele averij zou daarom voor de hele constellatie gevolgen hebben en daarmee voor de investeerders. Daar kun je maar beter op voorbereid zijn.
Toch is de weg naar orde in de ruimte nog lang.
Het sleepproces is even duur als de weg te slepen satelliet zelf – dat is alsof de sloop van een auto evenveel zou kosten als een nieuwe auto
‘Wanneer we bij covid-19 tot een lockdown besluiten, zien we de resultaten hiervan met een vertraging van enkele weken. In het geval van ruimteschroot kan de vertraging een aantal jaren zijn,’ zegt Holger Krag. ‘We moeten vandaag in actie komen zonder er zelf direct van te profiteren. Het gaat erom dat onze kleinkinderen ook over vijftig jaar nog aan ruimtevaart kunnen doen zonder daarbij belemmerd te worden door het vuil dat wij hebben achtergelaten.’
Bij de tot nog toe uitgedachte schoonmaakcommando’s steekt het venijn in de details. Allereerst kan een sleepsatelliet meestal maar één schrootstuk grijpen omdat hij in precies dezelfde omloopbaan gelanceerd moet worden als zijn doelobject. Bovendien zijn ze duur. De ESA betaalt 86 miljoen euro aan het Zwitserse project. Daarmee is het sleepproces even duur als de weg te slepen satelliet zelf. Dat is alsof de sloop van een auto evenveel zou kosten als een nieuwe auto.
Een ander probleem: bij dit soort manoeuvres is de scheidslijn tussen vriendelijke en vijandige handelingen uitgesproken dun. Het grijpen van een ‘niet-meewerkend object’ kan ook abusievelijk als een aanval worden opgevat. Want waar regels ontbreken, heerst wantrouwen. Ruimtevaartmogendheden als Rusland en de VS mogen dan wel samenwerken aan projecten als het ISS maar op andere vlakken staan zij tegenover elkaar. In zo’n klimaat kunnen de bedoelingen achter ClearSpace en Astroscale verkeerd worden begrepen.
Dual use
Dual use noemen vakmensen dit soort technologie dat zowel vreedzame als militaire doelen kan dienen.
‘Ja, de ClearSpace-techniek kan als dual use gezien worden want wie een eigen satelliet kan opruimen, zou dat in theorie ook met een spionagesatelliet van een ander kunnen doen,’ geeft Krag toe. De ESA wil bezwaren tegen haar schoonmaakcommando ondervangen met een transparantieoffensief: ‘We zullen alle opruimmanoeuvres van tevoren aankondigen zodat niemand zich verrast of bedreigd hoeft te voelen.’
Europa is in dit opzicht een rolmodel; lof daarvoor komt vanuit de VS: ‘Bij de vervuiling van de ruimte gaat het net zoals bij de vervuiling van de oceanen, iedereen kent het probleem maar niemand wil als eerste een stap doen. Daar komt nu verandering in,’ zegt Moriba Jah, ruimtevaartdeskundige aan de Universiteit van Texas in Austin. Op 26 januari belegde de universiteit een conferentie over het thema, natuurlijk alleen via Zoom.
‘Het was een signaal aan de VS dat Rusland de Amerikaanse satelliet had kunnen afschieten’
Hoe zorg je ervoor dat alle naties het eens worden over regels in de ruimte? ‘Misschien kan het alleen via shaming,’ denkt Jah. ‘Wanneer de publieke opinie milieuzondaars in de ruimte aan de schandpaal nagelt, zet dat mogelijk iets in gang.’
Voor de meeste mensen speelt het thema van verkeersregels voor het heelal niet echt. Behalve wanneer het mis dreigt te gaan. Zo ontstond er in juli enige opschudding. Rusland bracht door een manoeuvre van zijn satelliet Kosmos 2543 een Amerikaanse spionagesatelliet in het nauw. Er werd zelfs een schot afgevuurd, zij het ook in andere richting. ‘Het was een signaal aan de VS dat Rusland de Amerikaanse satelliet had kunnen afschieten,’ zegt Carsten Wiedemann van de Technische Universiteit Braunschweig, een toonaangevend expert op het gebied van verkeersmanagement in de ruimte.
Gebeurtenissen als deze onderstrepen hoe precair de situatie binnen de baan om de aarde is. Het is nog altijd een grotendeels wetteloze ruimte. Er is een aantal intentieverklaringen, maar er zijn vrijwel geen bindende regels waar iedereen zich aan houdt. Het Wilde Westen in de ruimte.
De tijd dringt om hier verandering in te brengen. ‘Voor 2025 moeten we op tal van terreinen tot samenwerking zien te komen,’ zegt Dan Oltrogge. Hij is een pionier op dit gebied en werkt voor de Space Data Association, een breed samenwerkingsverband van bedrijven die vrijwillig data en collisiewaarschuwingen met elkaar uitwisselen.
‘Eigenlijk zou elk bedrijf ervoor moeten zorgen dat het zijn eigen rommel opruimt’
Tot nog toe zijn er volgens Oltrogge nauwelijks financiële prikkels om data te delen en schroot op te ruimen, de kosten en risico’s worden afgewenteld op het geheel. ‘Eigenlijk zou elk bedrijf ervoor moeten zorgen dat het zijn eigen rommel opruimt. In dat opzicht zou er geen verschil mogen zijn tussen een raketlancering of het oktoberfeest.’
Deskundigen dringen daarom aan op een ruimtereinigingsheffing die iedere exploitant bij een lancering aan een fonds zou moeten betalen, zodat later van daaruit opruimwerkzaamheden kunnen worden gefinancierd.
Andere experts denken na over een verplichting om elke satelliet veiligheidshalve uit te rusten met een tweede voortstuwingssysteem. Indien de hoofdaandrijving uitvalt kan de hulpmotor het wrak dan terugduwen richting aarde totdat het veilig opbrandt.
Maar al die ideeën sorteren pas echt effect wanneer ze niet slechts door enkele naties of een paar bedrijven in praktijk worden gebracht, maar door iedereen in de ruimte. Maar zo ver is het nog lang niet: ‘De gezamenlijke ruimtevaart met gevoel voor verantwoordelijkheid is momenteel een puinhoop,’ waarschuwt Kai-Uwe Schrogl, directeur van het International Institute of Space Law. ‘Met deze nieuwe anarchie gaat het respect voor het heelal als staatsvrije ruimte verloren.’
Wapenwedloop
Schrogl pleit al lang voor meer samenwerking, afgelopen najaar nog als adviseur in het kader van het Duitse voorzitterschap van de EU. ‘In het voorjaar van 2021 beleggen we een conferentie met de vertegenwoordigers van de EU- en de ESA-lidstaten,’ vertelt hij. ‘Het doel is een soort van wereldwijd luchtverkeersleidingssysteem voor de ruimte, in vakjargon space traffic management genoemd. Maar uitgerekend grote ruimtevaartlanden als de VS, Rusland en China verzetten zich hiertegen.’
De waarheid is natuurlijk dat de ruimte ook het toneel is van een wapenwedloop. Degenen die daarbij betrokken zijn hebben weinig belang bij het spelen van open kaart.
Is ordening van de ruimte dan wel haalbaar? Schrogl ziet wel degelijk positieve signalen: ‘Deels functioneert de coördinatie in de ruimte al heel goed, al geldt dat niet voor alle orbitale banen. Bij de geostationaire satellieten die op een hoogte van 36.000 kilometer aanwezig zijn, houden de grootste exploitanten elkaar intensief van hun activiteiten op de hoogte.’
In 2007 schoot China – bij wijze van machtsvertoon – in zo’n lage baan een eigen weersatelliet met een ballistische raket kapot
Deze vreedzame co-existentie wordt overigens niet zozeer ingegeven door edele motieven, de exploitanten maken zich gewoon zorgen om hun investering; daarom zijn ze voorzichtig. In de lagere omloopbanen tot achthonderd kilometer hoogte zijn veel universiteiten, militairen en megaconstellaties aanwezig. Hun belangen zijn heel divers en dus gaat het er rauw aan toe. In 2007 schoot China in zo’n lage baan een eigen weersatelliet met een ballistische raket kapot. Bij wijze van machtsvertoon.
Tegelijkertijd was het een waarschuwing waarom de ruimte dringend regels en wetten nodig heeft. En een voorbeeld van hoe je beter niet met je afval kunt omgaan. In plaats van één oude satelliet cirkelen er nu duizenden brokstukken door de ruimte.
