Ruimteafval is een groeiend probleem. Al tientallen jaren sturen we satellieten in een baan om de aarde. Sommigen van hen draaien om de aarde en verbranden in de atmosfeer van de aarde of storten in de oppervlakte. Maar de meeste dingen die we de ruimte in sturen, staan daar nog.
Dit wordt een acuut probleem naarmate de jaren verstrijken en we lanceren steeds meer hardware in een baan om de aarde. Sinds de allereerste satelliet - Spoetnik 1 - in 1957 in een baan om de aarde werd gebracht, zijn meer dan 8000 satellieten in een baan om de aarde gebracht. Vanaf 2018 zijn er naar schatting 4900 nog in een baan om de aarde. Ongeveer 3000 daarvan zijn niet operationeel. Ze zijn ruimteafval. Het risico op een aanrijding neemt toe en wetenschappers werken aan oplossingen. Het probleem zal in de loop van de tijd toenemen, omdat botsingen tussen objecten meer stukjes puin creëren die moeten worden aangepakt.
Er zijn twee classificatiesystemen voor ruimteafvalverwijdering: contactmethoden en contactloze methoden. Contactmethoden omvatten robotarmen, tetheren en netten. Contactloze methoden omvatten lasers en ionenbundels. Tot nu toe zijn de contactloze methoden betrouwbaarder gebleken. Een team van de Tohoku University in Sendai City, Japan, en hun collega's van de Australian National University, ontwikkelen een unieke contactloze methode, de contactloze methode met ionenbundelherder.
Er zijn twee problemen met het richten van ionenbundels op ruimteafval en deze richting de aarde richten. De tegenkracht duwt de satelliet uit positie. Het andere probleem is de massa van de ruimteafval zelf. Er is veel kracht voor nodig om het onschadelijk op de aarde te richten.
Wetenschappers zijn gefocust op satellieten in de baan om de lage aarde om te beginnen. Deze objecten liggen meestal in het bereik van 1 tot 2 ton. Volgens de studie zouden objecten in dit massabereik ongeveer 80 tot 150 dagen nodig hebben om te worden gedebiteerd. Het ontwikkelen, bouwen en lanceren van een satelliet die krachtig genoeg is om dit te doen, met twee afzonderlijke stuwraketten, is moeilijk en duur.
"Als het verwijderen van puin kan worden uitgevoerd door een enkel krachtig aandrijfsysteem, zal het van groot nut zijn voor toekomstige ruimteactiviteit." - Universitair hoofddocent Kazunori Takahashi, Tohoku University, Japan.
Het Japans-Australische team ontwikkelt een systeem dat deze problemen oplost met een unieke bidirectionele plasmabundelopstelling. De twee stralen kunnen elkaar tegenwerken, waarbij de ene de herdersatelliet op zijn plaats houdt en de andere de troep naar de aarde richt. Een enkele stroombron voedt de twee stralen en de satelliet richt de stralen naar behoefte.
"Als het verwijderen van puin kan worden uitgevoerd door een enkel krachtig voortstuwingssysteem, zal het van groot nut zijn voor toekomstige ruimteactiviteit", zegt universitair hoofddocent Kazunori Takahashi van de Tohoku University in Japan, die onderzoek doet naar nieuwe technologie om ruimte te verwijderen puin in samenwerking met collega's van de Australian National University.
Laboratoriumtests hebben duidelijk aangetoond dat een helicon-plasma-boegschroef ruimteafval kan verwijderen met een enkel aandrijfsysteem. De laboratoriumexperimenten, magnetische velden en gasinjecties regelen de plasmapluimen van de enkele plasma-boegschroef. Laboratoriumtests maten de kracht die op de gesimuleerde ruimteafval werd uitgeoefend. Het systeem paste de exacte hoeveelheid tegenkracht toe op de satelliet om deze op zijn plaats te houden. Het systeem werkt in drie verschillende modi: satellietversnelling, satellietvertraging en verwijdering van vuil.
"De helicon plasma thruster is een elektrodeloos systeem, waardoor hij lange operaties kan uitvoeren met een hoog vermogen." Takahashi: "Deze ontdekking verschilt aanzienlijk van bestaande oplossingen en zal een substantiële bijdrage leveren aan toekomstige duurzame menselijke activiteiten in de ruimte."
- Tohoku University Press Release: Plasma Thruster: New Space Debris Removal Technology
- Research Paper op Nature.com: demonstratie van een nieuwe technologie voor het verwijderen van ruimteafval met behulp van een bidirectionele plasma-boegschroef
- Wikipedia-vermelding: satelliet
