Ruimteafval: een tikkende tijdbom!

Het is niet echt iets waar we van wakker liggen maar rondom de Aarde bevindt zich een gigantische afvalberg die voor de ruimtevaart en de mensheid tot catastrofale gevolgen kan leiden. Sinds het begin van de ruimtevaart staan we versteld waartoe de mens op technologisch vlak in staat is maar deze fantastische verwezenlijkingen hebben ook een keerzijde. Zo zorgen de miljoenen kilo’s ruimteafval boven ons hoofd voor een permanente dreiging die niet meer te stoppen is. Als er geen oplossing komt, is het enkel bang afwachten wanneer het noodlot zal toeslaan.

De erfenis van de wedloop

Met behulp van radartechnologie heeft men kunnen achterhalen dat er momenteel meer dan 500 000 brokstukken rond de Aarde cirkelen die groter zijn dan één centimeter. Al deze objecten hebben snelheden van tienduizenden kilometers per uur en het grootste deel ervan zweeft rond in de laagste omloopbanen om de Aarde. Dit kan gaan van grote rakettrappen en satellieten die enkele tonnen wegen tot kleine verfschilfers die enkele millimeters groot zijn. Volgens het Amerikaanse leger zouden er zich vele duizenden (meer dan 7 000) satellieten en andere ruimtetuigen bevinden in verschillende banen om de Aarde waarvan ruim 90% niet meer operationeel is. Deze afvalberg brengt de operationele en bemande ruimtetuigen dan ook permanent in gevaar. Het enorme cijfer aan satellieten is voor een groot deel te danken aan de Koude Oorlog die voor een heuse wedloop in de ruimtevaart heeft gezorgd tussen de Verenigde Staten en de toenmalige Sovjet-Unie. Tijdens deze periode in de jaren '60, '70 en ’80 werden vele honderden Amerikaanse en Russische raketten gelanceerd die op hun beurt evenveel of meer satellieten in een baan om de Aarde brachten. Veel van deze satellieten, die in lage en middelhoge banen werden geplaatst, werden dan ook gebruikt voor militaire toepassingen zoals spionage en communicatie en hadden vaak geheime missies. Doordat op een satelliet een soort van ‘houdbaarheidsdatum’ staat, die vaak afhangt van de hoeveelheid brandstof aan boord van de satelliet, blijven deze na hun operationele leven dan ook nog vele jaren doelloos rond de Aarde zweven.

Maar niet enkel satellieten zorgen voor ruimteafval, ook de raketten die deze in de ruimte brachten, zorgden al voor een hoop ruimtepuin. Elke raket die wordt gelanceerd voor bemande of onbemande doeleinden heeft verschillende trappen nodig om een specifieke baan om de Aarde te bereiken. Wanneer een raket tijdens een lancering een bepaalde hoogte heeft behaald, zal de trap die wordt afgestoten niet meer terugvallen in zee of opbranden in de atmosfeer maar blijft deze doelloos rond onze planeet cirkelen. Een mooi voorbeeld hiervan is het Amerikaanse Apollo Maanprogramma. Tijdens de wedloop naar de Maan in de jaren ’60, toen men ondermeer verschillende krachtige Amerikaanse Saturn V raketten lanceerde, werden verschillende grote rakettrappen achtergelaten in een baan om de Aarde toen men de ruimtevaarders met hun Maanlander op weg bracht naar de Maan. Dergelijke objecten kunnen in de ruimte snelheden hebben van tien kilometer per seconde en zijn hierdoor echte ‘wapens’ die vooral voor ruimtestations en bemande ruimtetuigen een grote dreiging vormen. Deze objecten bevinden zich vooral in lage en middelhoge banen om de Aarde en dat zijn nu net ook de locaties waarin zich ondermeer aardobservatiesatellieten, navigatiesatellieten en het internationale ruimtestation ISS bevinden. Zo is gebleken tijdens Amerikaanse Space Shuttles missies dat één van de vleugels of de staartvin van het ruimteveer, en zelfs een raampje, geraakt werd door een minuscuul verfschilfertje of een ander stukje puin dat telkens voor beperkte schade zorgde. Andere zaken die grote schade kunnen oplopen door ruimteafval zijn zonnepanelen van ruimtestations of satellieten. Deze hebben meestal een enorme omvang en de kans op een botsing met een stuk ruimtepuin is dan ook aanzienlijk hoger. Wanneer een zonnepaneel van een ruimtestation of satelliet toch wordt geraakt, kan dit ernstige problemen veroorzaken op vlak van energievoorziening. In het slechtste geval kan een satelliet, die vele miljoenen euro’s heeft gekost, hierdoor helemaal uitvallen. Wanneer lanceringen mislukken, kunnen deze ook voor ruimteafval zorgen. Zo explodeerde in maart 2000 een rakettrap van een Chinese draagraket toen deze een aardobservatiesatelliet in de ruimte probeerde te brengen. Dit leidde uiteindelijk tot een wolk van puin die rondom de Aarde zweeft.

Een Amerikaanse rakettrap van een Delta II draagraket draait doelloos rond de Aarde - Foto: USAF

Kosmos 2251 vs. Iridium 33

Ook al werd de eerste satelliet al in 1957 in de ruimte gebracht, toch was het pas in 2009 dat de mens voor het eerst werd geconfronteerd met het gevaar van ruimtepuin toen twee grote satellieten in de ruimte met elkaar botsten. Op 10 februari 2009 botste de 560 kilogram zware Amerikaanse Iridium 33 communicatiesatelliet met de 950 kilogram zware Russische militaire Kosmos 2251 satelliet op een hoogte van ongeveer 800 kilometer boven de Siberische Zee. Beide satellieten vlogen op elkaar met een snelheid van 42 100 kilometer per uur en veroorzaakten een wolk van puin die bestond uit 1 000 brokstukken groter dan tien centimeter. In juli 2011 had het Amerikaanse U.S. Space Surveillance Network al 2 000 brokstukken in kaart gebracht die werden veroorzaakt door deze botsing. Een klein stuk puin van de Kosmos 2251 satelliet vloog op 24 maart 2012 langs het internationale ruimtestation ISS waardoor de zes ruimtevaarders aan boord van het ISS zich tijdelijk in de Sojoez ruimtetuigen moesten begeven. Begin 2014 was al 24% van het aantal brokstukken opgebrand in de atmosfeer van de Aarde. Ook al hadden satellieten in het verleden schade opgelopen door botsingen met ruimtepuin, toch was dit de eerste maal dat zich een dergelijke grote botsing voordeed in een baan om de Aarde. Door deze botsing stelden velen zich ook vragen hoe dit kon gebeuren en waarom dit niet kon vermeden worden. Uiteindelijk bleek dat up-to-date informatie op vlak van satellietposities moeilijk te verkrijgen is en dat satellieten verschillende keren per dag bedreigd worden door ruimteafval waardoor het inschatten van echte gevaren heel moeilijk is.

Bewust ruimtepuin creëeren

En alsof de problematiek rond ruimteafval nog niet groot genoeg is, vinden sommige landen het ook nodig om bewust puin te creëeren in de ruimte. Zo ondernam China in januari 2007, bij wijze van militaire krachtmeting, een zogeheten ‘anti-satellite missile test’ waarbij een verouderde weersatelliet (FY-1C) op een hoogte van 865 kilometer met behulp van een raket tot ontploffing werd gebracht. Deze test zorgde uiteindelijk voor de grootste berg afval in de ruimte die ooit door de mens werd veroorzaakt. Zo zouden er door deze test meer dan 2 300 brokstukken groter dan een golfbal zijn ontstaan die sindsdien rond onze planeet zweven. Tal van landen veroordeelden deze Chinese test en zagen dit als een ernstige bedreiging aangezien de ruimte volgens velen enkel maar mag gebruikt worden voor vredelievende doeleinden. Ook de Verenigde Staten, die in het verleden ook al dergelijke tests hebben uitgevoerd, veroordeelden deze test. Dat dergelijke tests en experimenten serieuze problemen kunnen veroorzaken, werd in april 2011 duidelijk toen een stuk puin afkomstig van de omstreden Chinese test het internationale ruimtestation ISS op korte afstand voorbij vloog. In januari 2013 werd een Russische kleine satelliet (BLITS) uiteindelijk het slachtoffer van het door China veroorzaakte ruimtepuin toen een klein brokstukje de satelliet vernielde. Ondanks het protest en de scherpe veroordelingen voerden de Verenigde Staten in februari 2008 een soortgelijke test uit waarbij men een verouderde Amerikaanse spionagesatelliet vernietigde. Een groot deel van de brokstukken zou ondertussen al opgebrand zijn in de atmosfeer van de Aarde. 

Overzicht van de hoeveelheid ruimtepuin in omloopbanen om de Aarde in 2011 - Foto: NASA

Afval valt terug neer

Ruimteafval kan ook voor ernstige problemen zorgen op Aarde. Zo keren regelmatig satellieten en rakettrappen terug in de atmosfeer van de Aarde waar ze volledig of gedeeltelijk opbranden. Grote brokstukken en specifieke onderdelen kunnen de terugkeer overleven en uiteindelijk met hoge snelheden neerstorten op Aarde waar ze grote schade kunnen aanrichten. Zo kwam in januari 2001 een Amerikaanse PAM-D rakettrap neer in de verlaten woestijn van Saoudi-Arabië nadat deze in 1993 een GPS-satelliet in de ruimte had gebracht. De baan van de PAM-D rakettrap om de Aarde was dusdanig laag geworden dat het object terugkeerde in de atmosfeer van de Aarde waar het had moeten opbranden. In maart 2007 merkten de piloten van een Airbus A340 een object op in de lucht dat met hoge snelheid naar beneden viel. Het object bleek een onderdeel te zijn van een Russische spionagesatelliet en vloog op een afstand van acht kilometer van het vliegtuig waarin zich 270 passagiers bevonden. Toch is de kans dat een brokstuk op uw huis of hoofd neerkomt zeer klein aangezien de Aarde voor 75% bedekt is met water. Satellieten en andere ruimtetuigen waarvan men weet wanneer deze terugkeren in de atmosfeer probeert men zoveel mogelijk te laten opbranden in een specifiek gebied boven de Stille Oceaan. Dit gebied kreeg de naam ‘Spacecraft Cemetery’, bevindt zich op 3 900 kilometer ten zuidoosten van Wellington in Nieuw-Zeeland en werd gekozen omdat het zo afgelegen is. Het Russische Mir ruimtestation, Russische Progress bevoorradingstuigen en Europese ATV bevoorradingstuigen zijn in het verleden op het einde van hun missie allemaal opgebrand in de atmosfeer van de Aarde boven dit gebied. Indien brokstukken de terugkeer toch overleven, komen deze uiteindelijk neer in een desolaat gebied in de Stille Oceaan.

Kesslereffect

Het grootste probleem dat ruimtepuin met zich mee kan brengen en waar velen voor vrezen, is het zogeheten ‘Kesslereffect’. Deze theorie, bedacht eind de jaren ’70 door NASA-wetenschapper Donald J. Kessler, zegt dat de toename van ruimtepuin in lage banen om de Aarde een tikkende tijdbom is aangezien een botsing in de ruimte tussen twee of meerdere ruimtetuigen een heus sneeuwbaleffect van botsingen kan veroorzaken. De catastrofale gevolgen van dit Kesslereffct werden in 2014 mooi weergegeven in de Hollywoodfilm Gravity waarin een Amerikaans ruimteveer en het internationale ruimtestation ISS geraakt worden door een wolk van ruimtepuin. Deze alles verwoestende wolk van puin was ontstaan doordat Rusland een defecte satelliet in de ruimte tot ontploffing had gebracht. Indien er in de ruimte ooit een dergelijk sneeuwbaleffect van botsingen zou ontstaan, zou dit op termijn een ondoordringbare schil van ruimteafval rond onze planeet kunnen veroorzaken. Hierdoor zou in het slechtste geval de ruimte voorgoed worden afgesloten. Het klinkt misschien als science-fiction maar toch is dit realistisch. De Europese aardobservatiesatelliet Envisat, die een gewicht heeft van 8,2 ton en niet meer operationeel is, draait vandaag de dag doelloos rond de Aarde op een hoogte van 785 kilometer. In deze omloopbanen op dergelijke hoogte bevindt zich heel wat ruimtepuin en elk jaar vliegen twee objecten Envisat voorbij op een afstand van slechts enkele honderden meters. Wanneer Envisat ooit in botsing komt met een dergelijk object kan dit een mogelijk Kesslereffect starten.

In de film Gravity staat de problematiek rond ruimteafval centraal - Foto: Warner Bros

Nog geen oplossing

Ondanks alle hallucinante cijfers en theorieën is het grootste probleem rond ruimteafval vandaag de dag dat er geen directe oplossing bestaat voor dit probleem. Op internationaal vlak bestaat er geen verdrag of overeenkomst dat de problematiek rond ruimtepuin aanpakt maar het United Nations Committee on the Peaceful Uses of Outer Space (COPUOS) stelde in 2007 wel enkele richtlijnen op. Momenteel probeert men zoveel mogelijk brokstukken en satellieten in kaart te brengen en te volgen zodat men kan ingrijpen en anticiperen wanneer er een potentieel gevaar ontstaat. Zo kan het internationale ruimtestation ISS zijn baan aanpassen wanneer een stuk ruimtepuin zich te dicht bij het ruimtestation bevindt. Verschillende ruimtevaartnaties beseffen meer en meer dat ruimteafval een gigantisch probleem wordt en spenderen dan ook grote bedragen in ondermeer monitoringsystemen. Zo houdt NASA’s Orbital Debris Observatory stukken ruimtepuin in de gaten met behulp van een telescoop en catalogeert het U.S. Strategic Command zoveel mogelijk objecten die rondom onze planeet zweven. Ook Europa houdt ruimteafval nauwkeurig in de gaten dankzij de ESA Space Debris Telescope. Het probleem aanpakken in de ruimte zelf is iets waar men al veel jaren over praat en nadenkt maar vaak technologisch en financieel onhaalbaar lijkt. Eén van de meest realistische plannen waar verschillende bedrijven vandaag de dag aan werken, is satellieten in de ruimte door middel van robotten opnieuw te voorzien van brandstof zodat de levensduur wordt verlengd en er geen nieuwe lanceringen nodig zijn. Op die manier zou men ook defecte satellieten kunnen herstellen. Een andere mogelijkheid is om resterende brandstof aan boord van rakettrappen en satellieten te gebruiken om deze in een lagere baan te brengen. Dit werd succesvol toegepast bij ondermeer de Franse SPOT-1 aardobservatiesatelliet die hierdoor zijn baan terugbracht van 830 kilometer naar 550 kilometer hoogte. Hierdoor zal deze satelliet veel sneller opbranden in de atmosfeer van de Aarde. Uiteindelijk is de problematiek rond ruimteafval de prijs die we betalen voor onze technologische vooruitgang en onze interplanetaire verkenningen. Indien ruimtevaart, en dus ook ruimtepuin, er niet was geweest, hadden we geen GPS of satelliettelevisie gekend en had de mens nooit gewandeld op de Maan. Ook hebben we satellieten nodig voor onze veiligheid en de studie van onze planeet. Indien er echter niet gauw een oplossing komt voor de problematiek rond ruimteafval zal de mens vroeg of laat geconfronteerd worden met het feit dat de ruimte geen ‘final frontier’ meer zal zijn.