Onderzoekers hebben een manier gevonden om een systeem te bouwen waarmee echte trekstralen objecten door de ruimte kunnen vervoeren.
Door Douglas Helm
| Gepubliceerd
Rebellenschepen kunnen maar beter oppassen, want blijkbaar zijn we dichter bij het realiseren van trekstralen dan ooit. Ooit beperkt tot sciencefiction, komen trekstralen dichter bij de realiteit, maar niet op de manier die de meeste mensen zich voorstellen uit Star Wars of Star Trek.
Een team onder leiding van lucht- en ruimtevaartingenieur Hanspeter Schaub van de Universiteit van Colorado Boulder heeft jarenlang gewerkt aan de ontwikkeling van wat bekend staat als een elektrostatische trekstraal, een systeem dat is ontworpen om ruimtepuin te verplaatsen zonder het fysiek aan te raken. Recente tests en modellen suggereren dat het concept zo ver is gevorderd dat onderzoekers het nu als een serieuze kandidaat zien voor toekomstige orbitale schoonmaakmissies.
Earth Orbit heeft een schoonmaakteam nodig
De technologie is gericht op het oplossen van een groeiend probleem in een lage baan om de aarde. Duizenden dode satellieten, gebruikte rakettrappen en verbrijzelde fragmenten cirkelen al rond de planeet met snelheden van meer dan 27.000 kilometer per uur. Elke botsing creëert nog meer puin, waardoor het risico op een op hol geslagen kettingreactie, bekend als het Kessler-syndroom, toeneemt. De theorie werd voor het eerst voorgesteld door NASA-wetenschapper Donald Kessler in 1978 en voorspelt dat de baan van de aarde uiteindelijk zo vol zou kunnen raken met snelle rommel dat het lanceren van nieuwe satellieten of bemande ruimtevaartuigen gevaarlijk moeilijk zou worden.
In tegenstelling tot sciencefiction-trekstralen die schepen onmiddellijk door de ruimte sleuren, berust Schaubs concept op elektrostatische aantrekkingskracht. Een onderhoudsruimtevaartuig nadert een verlaten satelliet of een stuk puin en vuurt er een elektronenbundel op af, waardoor het doel een negatieve elektrische lading krijgt. Het onderhoudsvaartuig behoudt een positieve lading, waardoor er een aantrekkingskracht ontstaat tussen de twee objecten. Het resultaat is een langzame maar voortdurende aantrekkingskracht die puin in een veiliger baan kan duwen of naar terugkeer in de atmosfeer kan leiden.
Een van de grootste voordelen van het systeem is dat het nooit fysiek hoeft aan te meren bij onstabiel puin. Traditionele vangmethoden met behulp van robotarmen, netten of harpoenen worden uiterst riskant als het gaat om objecten die ongecontroleerd door de ruimte tuimelen. Elektrostatische trekstralen zouden deze objecten mogelijk van een afstand kunnen manoeuvreren, waardoor de kans op catastrofale botsingen tijdens schoonmaakoperaties wordt verkleind.
Verfijning van de tractortechnologie
Het team van Schaub is doorgegaan met het verfijnen van de technologie in het Electrostatic Charging Laboratory for Interactions between Plasma and Spacecraft, een gespecialiseerde vacuümkamer die de plasmaomstandigheden in een baan simuleert. Onderzoekers gebruiken metalen doelen om dode satellieten en puin te imiteren, terwijl ze bestuderen hoe geladen deeltjes op elkaar inwerken in microzwaartekrachtachtige omstandigheden.
Een belangrijke doorbraak betrof het beheersen van de rotatie. Ruimtepuin draait vaak chaotisch rond, waardoor het moeilijk te stabiliseren is. Het team ontdekte dat ritmisch pulserende elektronenstralen die beweging geleidelijk kunnen vertragen, waardoor ze effectief als een onzichtbaar remsysteem werken voordat het slepen begint. Die mogelijkheid zou net zo belangrijk kunnen blijken als de trekstraal zelf.
Het project kampt nog steeds met grote technische hindernissen. De bovenste atmosfeer van de aarde bevat voortdurend wisselende plasmaomgevingen die de elektrostatische krachten kunnen verstoren. Ionenzogen die achter ruimtevaartuigen aanlopen, kunnen ook de effectiviteit van de straal verstoren, afhankelijk van de hoogte en de zonneactiviteit. Energieopwekking is een ander probleem, omdat het in stand houden van grote elektrische ladingen in een baan om de aarde aanzienlijke energie aan boord vereist.
Deze trekbalken zijn niet alleen maar een theorie
Toch is het idee veel verder gegaan dan de theorie. De recentere schattingen van Schaub suggereren dat een grootschalige elektrostatische puinverwijderingsmissie in de loop van enkele maanden objecten van meerdere tonnen over honderden kilometers zou kunnen verplaatsen. De technologie trekt ook hernieuwde belangstelling omdat de orbitale puincrisis de afgelopen jaren dramatisch is verergerd, aangedreven door megaconstellaties zoals het Starlink-netwerk van SpaceX en herhaalde anti-satellietwapentests die door regeringen over de hele wereld worden uitgevoerd.
Verschillende andere bedrijven en instanties streven naar concurrerende systemen voor het verwijderen van puin, waaronder magnetische aanmeervaartuigen, sleepzeilen, robotgrijpers en lasergebaseerde nudging-systemen. Maar elektrostatische trekstralen blijven een van de weinige concepten die niet-coöperatief puin zonder direct contact kunnen verplaatsen.
Als de financiering en het testen in het huidige tempo doorgaan, denkt Schaub dat het eerste operationele elektrostatische tractorruimtevaartuig ergens in de jaren dertig van de vorige eeuw gelanceerd kan worden. Dat klinkt nog steeds als sciencefiction. Maar dat gold twintig jaar geleden ook voor herbruikbare raketten.
