Herintredelocatie: waar komt ruimtepuin neer?
Een herintredelocatie is de plek op aarde waar een object uit de ruimte — een oude satelliet, een afgedankt raketonderdeel of zelfs een heel ruimtestation — de dampkring weer binnenkomt en (voor zover het niet volledig verbrandt) neerkomt. Het is te vergelijken met het gooien van een steentje in een snelstromende rivier vanaf een brug: je weet ongeveer wanneer het water raakt, maar precies voorspellen waar het uiteindelijk stroomafwaarts belandt, is lastig. Bij ruimteobjecten is die onzekerheid nog veel groter, omdat het gaat om objecten van soms tientallen tonnen die met zo'n 7 tot 8 kilometer per seconde door een dunne, grillige laag lucht scheren.
Het begrip duikt steeds vaker op in het nieuws, omdat er simpelweg veel meer in de ruimte hangt dan ooit tevoren. Elke satelliet en elke rakettrap die wordt gelanceerd, moet er op een gegeven moment ook weer uit — en waar dat precies gebeurt, is vaak tot enkele uren van tevoren niet met zekerheid te zeggen. Ruimtevaartorganisaties besteden daarom steeds meer moeite aan het voorspellen, en het liefst het actief sturen, van die herintredelocatie.
Wat is het precies?
Alles wat om de aarde draait, zit niet in een luchtledig vacuüm. Zelfs op honderden kilometers hoogte zitten nog een paar losse luchtmoleculen. Die veroorzaken een heel klein beetje weerstand, ook wel drag genoemd, die de baan van een satelliet millimeter voor millimeter afremt. Dit proces heet baanverval (orbital decay): de baan wordt geleidelijk lager, en hoe lager de baan, hoe dichter en dus hoe remmender de lucht wordt. Dat versterkt zichzelf, tot het object uiteindelijk in een paar minuten tijd de dichte onderste lagen van de dampkring induikt.
Bij die laatste duik ontstaat door de enorme snelheid zoveel wrijvingshitte dat de meeste onderdelen smelten of verbranden — vergelijkbaar met een vallende ster, die in werkelijkheid meestal een stofkorreltje is dat verbrandt. Maar grotere, hittebestendige onderdelen zoals brandstoftanks, drukvaten of zware motoronderdelen overleven soms de val en bereiken het aardoppervlak of de oceaan.
Precies voorspellen waar dat gebeurt, is notoir lastig. Drie factoren maken het moeilijk. Ten eerste beïnvloedt zonneactiviteit de dichtheid van de bovenste dampkringlagen: bij een actieve zon zet de dampkring uit, wat de weerstand en dus de val onvoorspelbaar versnelt of vertraagt. Ten tweede tuimelt een uitgeschakeld object vaak ongecontroleerd door de ruimte, waardoor de hoeveelheid weerstand per moment sterk wisselt. Ten derde is de snelheid zo hoog dat een verschil van enkele minuten in het exacte moment van herintreding al duizenden kilometers verschil in landingsplek betekent, simpelweg omdat de aarde in die tijd verder is gedraaid. Daardoor werken voorspellers met een footprint of corridor: een langgerekte zone waarbinnen het object ergens neerkomt. Die zone kan dagen van tevoren nog duizenden kilometers lang zijn en wordt pas enkele uren voor impact echt smal.
Wat wil men ermee bereiken?
Het belangrijkste doel is menselijke veiligheid. De kans dat een individueel persoon geraakt wordt door ruimtepuin is statistisch extreem klein — de aarde bestaat voor het grootste deel uit oceaan en onbewoond gebied — maar niet nul, en met steeds meer objecten in een baan om de aarde neemt het cumulatieve risico toe. Zodra een redelijk betrouwbare herintredelocatie bekend is, waarschuwen instanties de luchtvaart en scheepvaart in dat gebied, zodat vliegtuigen en schepen die zone tijdelijk kunnen mijden.
Daarnaast wordt er een belangrijk onderscheid gemaakt tussen twee soorten herintreding. Bij een gecontroleerde herintreding wordt het object met de laatste restjes brandstof actief gestuurd naar een leeg gebied, meestal het zuidelijke deel van de Stille Oceaan rond een punt dat bekendstaat als Point Nemo — de plek op aarde die het verst van elk stuk land ligt. Dit gebied wordt door ruimtevaartkenners weleens gekscherend het "ruimtevaartuigkerkhof" genoemd, omdat hier al tientallen uitgediende ruimtevaartuigen zijn gedumpt. Bij een ongecontroleerde herintreding heeft niemand meer sturing over het object: het valt simpelweg terug wanneer de baan is vervallen, waar dat ook uitkomt.
Internationale richtlijnen, zoals die van het VN-comité voor het vreedzaam gebruik van de ruimte (COPUOS), dringen er daarom steeds sterker op aan dat nieuwe missies vanaf het ontwerp al rekening houden met een gecontroleerde of in elk geval veilige herintreding. Dat is echter geen bindende wet, en niet elk land of elk bedrijf houdt zich er evenzeer aan.
Voorbeelden uit de praktijk
Het Amerikaanse ruimtestation Skylab viel in 1979 ongecontroleerd terug naar de aarde; delen van het puin kwamen neer in West-Australië, wat destijds wereldnieuws was en zelfs leidde tot een symbolische boete van de Australische overheid voor "zwerfvuil", die overigens jaren later door een Amerikaanse radiozender werd betaald.
De NASA-satelliet UARS (Upper Atmosphere Research Satellite) keerde in 2011 ongecontroleerd terug; de exacte inslagplaats van de overgebleven brokstukken boven de Grote Oceaan kon destijds pas enkele uren van tevoren met enige zekerheid worden ingeperkt.
Het Chinese ruimtestation Tiangong-1 raakte de controle kwijt en stortte in april 2018 ongecontroleerd neer boven de Stille Oceaan, ten zuidwesten van Zuid-Amerika. Grote delen van dat station verbrandden onderweg.
Meerdere kernraptrappen van de Chinese Long March 5B-raket veroorzaakten in 2020, 2021 en 2022 telkens internationale onrust, omdat deze relatief zware rakettrap zonder sturing terugviel en de herintredelocatie pas kort van tevoren enigszins in te perken was. Dit riep kritiek op van onder meer NASA, die stelde dat China onvoldoende risico-mitigerende maatregelen had genomen.
Het Internationaal Ruimtestation ISS zal juist wél gecontroleerd worden neergehaald: rond 2030-2031 is een gestuurde herintreding gepland, waarbij het station richting Point Nemo wordt gestuurd met behulp van een speciaal daarvoor ontwikkeld deorbit-vaartuig.
Hoe ver is de techniek?
Voorspellingsmodellen zijn de afgelopen decennia sterk verbeterd, maar de fundamentele onzekerheid tot kort voor impact blijft bestaan zolang objecten ongecontroleerd tuimelen en de dampkring onvoorspelbaar reageert op zonneactiviteit. Pas in de laatste uren voor herintreding kan de onzekerheidsmarge worden teruggebracht tot een gebied van enkele honderden tot duizenden kilometers lang.
De opkomst van grote satellietconstellaties zoals Starlink, met duizenden kleine satellieten die elk een beperkte levensduur hebben, vergroot de urgentie van dit vraagstuk. Meer objecten betekent meer herintredingen per jaar, en dus meer behoefte aan snelle, betrouwbare voorspellingen en aan beleid over wie waarvoor verantwoordelijk is.
Dit hangt samen met het bredere probleem van ruimtepuin in een baan om de aarde. In het ergste geval kan een opeenstapeling van botsingen tussen puin een kettingreactie veroorzaken waarbij steeds meer brokstukken ontstaan die op hun beurt weer andere objecten raken — een scenario dat bekendstaat als het Kessler-syndroom, genoemd naar de NASA-wetenschapper die het in 1978 beschreef. Herintreding van oude satellieten is een van de manieren om deze opstapeling tegen te gaan, mits het veilig gebeurt.
Twee ontwerpfilosofieën wedijveren om voorrang: design for demise, waarbij satellieten bewust worden gebouwd van materialen die volledig verbranden tijdens herintreding, en design for controlled reentry, waarbij juist voldoende brandstof en sturing wordt gereserveerd om het object actief naar een leeg gebied te loodsen. Welke aanpak het beste is, hangt af van het type missie en de kosten, en hierover bestaat nog geen brancheconsensus.
Wie werken eraan?
Het ESA Space Debris Office, gevestigd bij het European Space Operations Centre in Darmstadt (Duitsland), houdt ruimtepuin bij en berekent herintredingsvoorspellingen voor Europese en internationale objecten. Ook ESA/ESTEC in Noordwijk, het technische hart van de Europese ruimtevaartorganisatie, speelt een rol in onderzoek naar ruimtepuin en veilige missie-ontwerpen, met input van onder meer Nederlandse kennisinstellingen zoals de TU Delft.
In de Verenigde Staten houdt US Space Command, via zijn trackingnetwerk, de meeste objecten in een baan om de aarde bij en publiceert het zogeheten TIP-berichten (Tracking and Impact Prediction) zodra een ongecontroleerde herintreding aanstaande is. The Aerospace Corporation, een Amerikaanse non-profitorganisatie voor ruimtevaartonderzoek, publiceert via zijn Center for Orbital and Reentry Debris Studies (CORDS) regelmatig openbare herintredingsvoorspellingen voor opvallende objecten. Ook NASA's Orbital Debris Program Office doet onderzoek naar ruimtepuin en herintredingsrisico's.
Op internationaal niveau stelt UNOOSA (United Nations Office for Outer Space Affairs), samen met het VN-comité COPUOS, richtlijnen op voor de mitigatie van ruimtepuin, al zijn deze niet juridisch afdwingbaar. China's ruimtevaartorganisaties, waaronder de CNSA en de CMSA (verantwoordelijk voor het bemande ruimtevaartprogramma), zijn eveneens belangrijke spelers, al ligt hun aanpak van herintreding regelmatig onder een vergrootglas van internationale critici.