Het ruimtepuin rondom de aarde neemt toe. Wat moeten we daartegen doen?

Ruimtevaart De Russen schoten een defecte satelliet kapot. Hierdoor groeit de hoeveelheid ruimtepuin rond de aarde. „De vrees is dat botsingen leiden tot een kettingreactie.”

Afgelopen maandag rond 5 uur in de ochtend steeg een raket op vanuit de lanceerbasis Plesetsk in het noorden van Europees Rusland, en koerste naar het noorden. Tegelijkertijd kwam in dezelfde richting een Kosmos-1408-satelliet over, een gevaarte van 1.750 kilo ter grootte van een bestelbus. De radio-spionagesatelliet was al decennia defect.

Minuten later klapte de lading uit de raket, vermoedelijk een massief stuk metaal, tegen de Kosmos-1408, op ongeveer 480 kilometer hoogte. Met een relatieve snelheid van duizenden kilometers per uur was een explosieve lading niet nodig om de satelliet finaal aan gruzelementen te slaan. Waar eerst een afgedankt ruimtevaartuig baantjes om de aarde trok, koerst nu een wolk van duizenden fragmenten, die langzaam uitdijt.

„Dit doe je gewoon niet”, zegt Marco Langbroek, consultant op het gebied van ‘space situational awareness’ in Leiden. Dat is het volgen van satellieten en de omstandigheden in de ruimte. „Heel erg onverantwoordelijk”, vindt ook Tanja Masson-Zwaan, universitair docent ruimterecht aan het Internationaal Instituut voor Lucht- en Ruimterecht van de Universiteit Leiden. „Iedereen weet dat dit nog jaren problemen gaat opleveren.”

De duizenden brokken ruimtepuin kunnen enorme schade aanrichten als ze botsen met andere satellieten of met bemande ruimtestations, met relatieve snelheden die vergelijkbaar zijn met die van een kogel. Minstens 1.500 brokken ruimteschroot verschenen op de radars van de Amerikaanse Space Command. En inderdaad moesten de bewoners van het internationaal ruimtestation ISS, waaronder twee Russische kosmonauten, al snel een veilig heenkomen zoeken. Ze schuilden in de aangekoppelde Sojoez- en Dragon-capsules, om in het uiterste geval te kunnen uitwijken naar de aarde.

Woedende minister

Internationale veroordelingen over de actie buitelden over elkaar heen. De Amerikaanse minister Antony Blinken noemde het „gevaarlijk en onverantwoordelijk”, NASA-directeur Bill Nelson was „woedend”. Aanvankelijk ontkende de Russische minister van Buitenlandse Zaken Sergei Lavrov, maar kort daarna bevestigde het Russische ministerie van Defensie dat zij een „succesvolle test” met een antisatellietwapen uitvoerden. De verklaring verwees naar eerdere Chinese en Amerikaanse antisatellietproeven, en stelde dat het ruimtepuin geen probleem was.

„Het zijn de bekende Russische ontkenningen dat het niet gevaarlijk zou zijn, maar dat is het natuurlijk wel”, zegt Langbroek. „Die fragmenten die we zien zijn minstens zo groot als een golfbal, maar ze vormen het topje van de ijsberg. Bij zo’n fragmentatie ontstaan veel meer kleinere fragmenten die niet gedetecteerd worden maar ook gevaarlijk zijn.”

De fragmenten zullen zich eerst als een een treintje verspreiden over de oorspronkelijke baan, en langzamerhand ook naar de zijkanten en naar beneden uitwaaieren, zodat ze uiteindelijk een dikke schil rond de aarde vormen. Duizenden satellieten, en de ruimtestations ISS en het Chinese Tiangong, zitten ook in die schil.

Terugvallen naar de aarde

Omdat ook op deze hoogtes hier en daar nog luchtmoleculen voorkomen, zullen ze uiteindelijk door wrijving terugvallen naar aarde, zegt Langbroek, „maar dat kan jaren duren.” Vorige week nog moest het ISS uitwijken voor een brokstuk afkomstig van een vergelijkbare proef die China in 2007 uitvoerde, en die toen ook tot wereldwijde verontwaardiging leidde. De hoogte van de proef is daarbij belangrijk: in 2019 voerde India onverwacht een vergelijkbare proef uit op 285 kilometer hoogte, waar de lucht minder ijl is, zodat het meeste puin binnen maanden terugviel naar de aarde. En de VS schoten in 2008, officieel om veiligheidsredenen, een eigen satelliet kapot op circa 250 kilometer hoogte.

Het probleem van ruimtepuin is groter dan alleen antisatellietwapens. De laatste decennia neemt het ruimtepuin toe: defecte satellieten, afgedankte rakettrappen, brokstukken van botsingen of exploderende satellieten, en hier en zelfs een verzamelobject zoals een astronautentandenborstel of een vuilniszak. De US Space Com volgt zo’n 35.000 objecten in de ruimte. Daarnaast is er een veelvoud aan fragmenten die te klein zijn om te detecteren, van centimeters grote brokstukken tot millimeters grote verfschilfers, die met hoge snelheden nog altijd schade kunnen aanrichten.

Botsingen gebeuren steeds vaker. In 2009 knalde een defecte Russische satelliet op een Iridium-telefoniesatelliet met een nieuwe puinwolk tot gevolg. Afgelopen zomer werd een Chinese defensiesatelliet vernield door een fragment van een Russische raket, en sloeg een klein stuk ruimtepuin een gat in de Canadese robotarm Canadarm aan boord van het ISS.

„Er is een risico dat op de lange termijn zulke botsingen de dominante bron van nieuw ruimtepuin worden”, zegt Stijn Lemmens, ruimtepuinanalist van het Space Debris Office van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA. De vrees is dat botsingen leiden tot een kettingreactie, het zogeheten Kessler-syndroom, genoemd naar de NASA-werknemer Donald Kessler die het in 1982 voorspelde. „Zelfs als we nu stoppen met ruimtevaart zal het ruimteschroot nog eeuwen toenemen door zulke botsingen”, zegt Lemmens.

Het gebots in de ruimte kan de samenleving in problemen brengen. „We zijn inmiddels zo afhankelijk van ruimtevaart”, zegt Masson-Zwaan. Satellietnavigatiesystemen als gps spelen een onmisbare rol bij logistiek, landbouw, weersvoorspellingen, dijkbewaking, maar ook bij geldverkeer en defensie. „Dat staat allemaal op het spel.”

Toch is er wel vooruitgang, zegt ze. Eerder deze maand lanceerde ze het net zero space-initiatief. Daarin beloven elf grote ruimtevaartpartijen te zorgen dat de ruimte niet nog verder vervuild wordt. Daaronder zijn ArianeSpace, de bouwer van de Europese Ariane-raketten, en ook de Nederlandse satellietbouwer en -operator Isispace. In de VN zijn er ook richtlijnen aangenomen waarin duurzaam gebruik van de ruimte wordt aangemoedigd. Volgens technische richtlijnen moeten satellieten na maximaal 25 jaar terugvallen naar de aarde, of voor eeuwig verkassen naar een veilige ‘kerkhof-baan’. Masson-Zwaan: „Dat zijn geen internationale verplichtingen, maar landen leggen ze wel vast in hun wetgeving.”

Om de kans op ruimtepuin te voorkomen is het aanpassen van rakettrappen technisch het gemakkelijkst, zegt Stijn Lemmens van ESA: „Die kunnen een beetje brandstof overhouden voor een de-orbit burn, waardoor ze terugvallen naar de aarde en verbranden.” Inmiddels lukt dat voor 90 procent van de rakettrappen naar lage aardbanen. Veel lager liggen de getallen bij satellieten: in 10 tot 20 procent lukt de laatste rit naar de atmosfeer of kerkhofbaan. Lemmens: „Dat vereist meer technische aanpassingen. Daar moet je vaak een extra brandstoftank en stuwraketje op zetten.” Ironisch genoeg is dat tegenwoordig toch ook al nodig om uit te kunnen wijken voor ruimtepuin. „Je zou naar minstens 90 procent, maar mogelijk 95 of zelfs 99 procent moeten om het Kessler-syndroom te vermijden.”

Lanceer-hausse

Dat probleem wordt dringender vanwege de lanceerhausse, waarbij verschillende bedrijven constellaties van duizenden satellieten in lage banen om de aarde brengen. De grootste daarvan is StarLink van het bedrijf SpaceX, dat al meer dan 1.700 satellieten heeft gelanceerd om wereldwijd internet aan te bieden en wil doorgroeien naar 11.943 satellieten. Eenzelfde doel hebben OneWeb, met 254 van 658 satellieten, en Project Kuiper van Jeff Bezos met 3.236 satellieten. In totaal zijn er plannen voor minstens 94.000 constellatiesatellieten, die zullen moeten dringen om ruimte.

Een laatste redmiddel is de rommel gaan ophalen. In maart lanceerde het Japanse bedrijf Astroscale een missie met de naam ELSA-d, een demonstratieversie van een ruimtepuinophaaldienst die satellieten moet gaan vastpakken met een elektromagneet. In augustus liet de demonstratiesatelliet een testsatelliet van 17 kilogram los, strekte een korte robotarm met een elektromagneet die de testmassa vervolgens weer vastklampte. Uiteindelijk moet deze bescheiden eerste stap leiden tot een opvolger van ELSA-d, die een Japanse rakettrap naar aarde moet vastpakken en afstorten. De Zwitserse startup ClearSpace werkt intussen aan een ophaaldienst met grijparmen, die spin-achtig om een kapotte satelliet heenvouwen om die naar de diepte te trekken. De eerste test, met als slachtoffer een raketonderdeel van ESA, moet in 2025 plaatsvinden.

„Dit soort projecten kan helpen om grotere satellieten te verwijderen, en dat is nuttig want die hebben de grootste kans om bij botsingen te fragmenteren”, zegt Marco Langbroek. „Maar je gaat het probleem niet verhelpen met een ruimtestofzuiger. Voor honderdduizenden fragmenten is dat gewoon niet realistisch.”

„De laatste jaren is iedereen zich wel steeds meer bewust van dit probleem”, zegt Masson-Zwaan. „Ik denk niet dat het snel tot internationaal bindende regels komt, maar het werkt ook als het in soft law wordt vastgelegd: resoluties, richtlijnen of best practices. Maar ik word in mijn optimisme eigenlijk keihard tegengesproken door wat er maandag gebeurde.”

Het heikele punt is: het Ruimteverdrag uit 1967 verbiedt tests met antisatellietwapens niet expliciet. „Strikt genomen was de test van de Russen niet illegaal”, zegt Masson-Zwaan. „Al moet je het wel aankondigen als je activiteiten onderneemt die mogelijk schadelijk zijn voor anderen.” Pogingen om tijdens de Koude Oorlog tot zo’n verdrag te komen, liepen stuk op de VS, die vreesden voor beperkingen op het raketschild tegen Sovjet-kernraketten. Daarbij schiet je immers ook ruimtevaartuigen uit de hemel. In 1985 testte de VS zelf als eerste een antisatellietwapen.

„In militair opzicht is het een heel domme weg om te gaan”, zegt Langbroek. „De tegenstander kan het immers ook, en binnen de kortste keren is het een chaos als alle satellieten uitvallen, ook die van jezelf. Het is krankzinnig om te denken dat je dit wapen in een conflict in kan zetten.”