Deze week voert Japan een experiment uit om ruimtepuin te vangen. Dat gebeurt met een elektrisch geleidende lijn die uit een vrachtmodule wordt geworpen.
Het Japanse instituut voor ruimtevaart-onderzoek JAXA voert dit innovatieve experiment met dit vangsysteem voor ruimte-afval uit. De onderzoekers gebruiken daarvoor hun vrachtmodule, het H-II Transfer Vehicle dat de naam Kounotori ('ooievaar') draagt. De crux van het systeem is een geleidende draad die uit de capsule komt en fungeert als een stroomdraad. Die stroom wekt in het aardmagnetisch veld van de aarde een Lorentzkracht op die het ruimtepuin moet afremmen. Het ruimtepuin zal daardoor uiteindelijk terugvallen in de atmosfeer, waarna het verbrandt.
De Japanse missie is één van de inititatieven om de hoeveelheid ruimteafval te verminderen. Er zweeft namelijk veel van dat afval rond de aarde, en dat kan gevaarlijk zijn voor satellieten; als zij in botsing komen met zo'n stuk afval veroorzaakt dat voor miljoenen aan schade. Het opruimen blijkt tot nu toe echter lastig.
Pendelbeweging
De ruimtemodule Kounotori werd november vorig jaar gelanceerd om vracht naar het internationale ruimtestation ISS te brengen. Nu gaat hij terug naar de aarde, en zal op een zeker moment een 700 m lange lijn uitwerpen.
De lijn bestaat uit een weefsel van dunne aluminium- en staaldraden en heeft een doorsnee van twee millimeter. Aan het uiteinde zit een ballast van 20 kg, die ervoor moet zorgen dat de lijn strak blijft staan. De lijn wordt met een veermechanisme uitgeworpen, de ballast aan het uiteinde bevat een remmechanisme dat moet voorkomen dat de lijn breekt. Vervolgens manoeuvreert de vrachtmodule zo dat de uitgeworpen lijn een pendelbeweging gaat maken, waardoor de lijn strak blijft staan.
Elektronenkanon
In de ruimte waar de lijn wordt losgelaten is de atmosfeer geïoniseerd. Om te zorgen dat er door de draad een stroom gaat lopen komt er aan de kant van de vrachtmodule een elektrische spanning van enkele honderden volts op te staan.
De draad kan elektronen uit de geïoniseerde atmosfeer halen, maar om voldoende stroomsterkte te bereiken is de module uitgerust met een generator die rondom de draad elektronen de atmosfeer in schiet. Dit elektronenkanon verhoogt de concentratie elektronen in de atmosfeer rond de draad. Het rechtstreeks verbinden van de draad aan een accu in de capsule zou er toe leiden dat de elektronen via de buitenkant van de capsule weglekken, wat niet de bedoeling is.
Wanneer er eenmaal een stroom door de 700 m lange draad loopt, genereert die in combinatie met het aardmagnetisch veld een Lorentzkracht op alle geladen deeltjes in de omgeving, waaronder het ruimtepuin. Vooral de grotere puindeeltjes, die meer lading dragen, zullen door die Lorentzkracht iets worden afgeremd. De remkracht die de lijn opwekt is klein. Het kan dan ook wel vele tientallen jaren duren voordat het stuk ruimtepuin, dat met een snelheid van zo’n 28.000 km/h rond de aarde cirkelt, daadwerkelijk zal verbranden in de atmosfeer.
Sensoren
Om het experiment vanaf de aarde te volgen is de eindmassa uitgerust met reflectoren die laserlicht vanaf Kounotori terugkaatsen naar meetapparatuur. Ook worden rendez-voussensoren die de HTV voor het aandokken aan het ISS nodig had, ingezet om het uitwerpen van de lijn te volgen. Verschillende sensoren zorgen verder voor het meten van de pendelbeweging van de eindmassa en het elektrodynamische effect van de geleidende lijn.
Aan het eind van de missie, voordat de kunstmaan de dampkring bereikt, wordt de lijn doorgesneden. Kounotori en eindmassa dalen verder af en verbranden in de dampkring.
Toekomstscenario
Als het experiment is geslaagd wil JAXA aan een volwaardige opruimmissie gaan werken. JAXA richt zich op objecten die zich in een baan tussen de 800 en 1400 km boven de aarde bevinden. Voor JAXA is het verder belangrijk dat het voertuig een dergelijke manoeuvre enkele keren kan uitvoeren, om de kosten van een dergelijke missie omlaag te brengen.
Honderd miljoen stuks
Volgens onderzoekers bij NASA, JAXA en andere ruimtevaartinstituten cirkelen er meer dan honderd miljoen stuks ruimte-afval rond de aarde. Ongeveer 500.000 brokstukken hebben een afmeting van tussen de één en tien centimeter. Er zijn ongeveer 21.000 objecten die groter zijn: van een verloren tandenborstel, handschoen, gereedschapstas tot inerte kunstmanen en rakettrappen. De rest, dus het gros, is kleiner dan een centimeter. Doel van JAXA is de grootste onder de grote objecten af te remmen. Want wanneer zij in botsing met elkaar komen ontstaan er duizenden kleinere brokstukken die minder goed te vermijden zijn. Het zijn vooral dit soort kleinere stukken die een gevaar opleveren voor nuttige ruimtestations en kunstmanen. (Judith Stalpers)
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.