Kwetsbare kunstmanen

Kunstmanen kunnen forse schade oplopen als gevolg van verhevigde zonne-activiteit. De omvang is niet te voorspellen.

Menno Steketee

MEN NEME EEN disc-man en legt deze in de magnetron. Men stelt de magnetron in op 900 watt. Na korte tijd zal het apparaatje gaan vonken en roken. Terstond afblussen.

Iets dergelijks gebeurt met een satelliet die wordt blootgesteld aan krachtige zonnestraling die ontstaat door een eruptie van elektromagnetisch geladen deeltjes door het hemellichaam. De spanning die hierdoor op de geleidende circuits, de buitenkant of andere onderdelen komt te staan, kan ervoor zorgen dat de ingebouwde apparatuur van de satelliet tijdelijk in het ongerede raakt, of zelfs helemaal doorbrandt.

Dit jaar staat op de ruimteweerkaart, volgens een 11-jarige cyclus, een krachtige verheviging van de zonneactiviteit. In hoeverre de kunstmanen en de functies die ze op aarde vervullen hierdoor zullen worden aangetast, lijkt net zo min te voorspellen als bij de 'millenniumbug' tijdens de eeuwwisseling. Maar dát er iets mis zal gaan, staat wel vast. Want bij eerdere erupties werden storingen geregistreerd die direct op de verhevigde zonneactiviteit waren terug te voeren.

Bij de vorige eruptiepiek, in 1989, verloor een GOES-7 weersatelliet de helft van het vermogen, doordat een 'windvlaag' van protonen de zonnecellen beschadigde. In de zomer van 1993 vertoonden vijf Intelsat-kunstmanen mankementen door toedoen van zonne-erupties. Begin 1994 viel het contact uit tussen twee Canadese ANIK-kunstmanen en een grondstation. En in mei 1999 vertoonde een 'Galaxy 4' gebreken die met zonne-activiteit te maken hadden, waardoor in de Verenigde Staten miljoenen piepers niet meer werkten en veel andere draadloze communicatie haperde.

En dit zijn nog maar de voorbeelden die in de openbaarheid zijn gekomen. De militaire organisaties die bijvoorbeeld spionagesatellieten exploiteren, houden zich als vanouds muisstil over het niet goed functioneren van de peperdure apparaten. Overigens zijn dit soort militaire kunstmanen doorgaans veel beter beschermd tegen straling, doordat ze ook al 'gehard' moesten zijn op de heftige elektromagnetische puls (EMP) die vrijkomt bij kernexplosies.

Toch zegt de Amerikaanse luchtmacht - grootverbruiker van satellietdiensten - bezorgd te zijn om röntgen-, ultraviolet- en elektromagnetische straling. Woordvoerders verwachten niet dat de voor het functioneren van de verschillende strijdmachtonderdelen noodzakelijke kunstmanen volledig zullen stilvallen, maar wel dat de transmissie ernstige vertraging zal oplopen. Zij voorzien vooral problemen met het satellietnavigatiesysteem 'Global Positioning System' (GPS).

Behalve elektronische storingen heeft de zonnestraling nóg een negatief effect op satellieten. De buitenste lagen van de atmosfeer dijen uit door de toevoer van energie. Satellieten in een lage baan rond de aarde, zoals de 66 stuks van het Iridium-project, krijgen hierdoor te maken met wrijving: de satellite drag. De atmosfeer kan wel met 500 kilometer met zeer dun gas worden uitgebreid. Frictie kan ionisering of verhitting van de buitenkant van de satelliet teweegbrengen, waardoor het contact met 'aarde' wordt geblokkeerd.

Satellieten kunnen door de uitgedijde dampkring zelfs dusdanige vertraging oplopen, dat de aantrekkingskracht van de aarde vat op ze krijgt en ze de dampkring intrekt. De kostbare Hubble Ruimtetelescoop zou door de extra 'satellietwrijving' worden bedreigd.

Onder andere hierdoor is de 'Solar Maximum Emission'-satelliet in 1989 in de atmosfeer terechtgekomen en verbrand. Ironisch genoeg was deze satelliet gelanceerd om de pieken in de elfjarige zonnecyclus te onderzoeken.

Over de problemen die zich dit jaar kunnen voordoen is in kwantitatieve zin niets zinnigs te zeggen - zie de millenniumbug. Wel is het een feit dat steeds meer satellieten in een baan rond de aarde zijn gebracht. Op dit moment zijn er meer dan 600 kunstmanen in omloop. Er zullen zich dus waarschijnlijk méér onaangename verrassingen voordoen dan elf jaar geleden. Het is daarnaast de algemene verwachting dat er in een jaar of tien honderden kunstmanen bij komen. De apparatuur die hierin is ingebouwd, is ook veel gevoeliger en daardoor kwetsbaarder geworden.

Wat kan worden gedaan om satellieten te beschermen tegen de effecten van zonneactiviteit? In beginsel zijn dezelfde maatregelen hiervoor geëigend die worden getroffen om militaire elektronica op aarde voor de EMP te behoeden. De simpelste ingreep is het plaatsen van gevoelige apparatuur in de zogenoemde 'kooi van Faraday', een metalen constructie waarbinnen zich geen spanningsopbouw kan voordoen, voorzover het gaat om invloeden van buiten. Een klassiek voorbeeld van dit principe is de auto die door de bliksem wordt getroffen: de inzittenden blijven onaangedaan, doordat alleen de buitenkant onder spanning komt te staan.

Een andere methode hiervoor is het aanleggen van reserve- en back-upsystemen. Als één onderdeel uitvalt, kan de functie door een ander worden overgenomen. Behalve voor reserve-onderdelen kan ook worden gekozen voor complete reservesatellieten. Motorola, de Amerikaanse onderneming die de constellatie Iridium-kunstmanen in omloop houdt, heeft al te kennen gegeven het telefoonverkeer in het geval van storingen gewoon, naar analogie van de Internetknooppunten, via andere satellieten om te leiden.

De afwachtende houding die de meeste satellietoperators aannemen ten aanzien van de komende zonne-erupties, heeft vooral pragmatische redenen. Het is ondoenlijk om de satellieten die reeds in een baan om de aarde zijn gebracht te voorzien van beschermende maatregelen: ze zijn alleen met een Space Shuttle bereikbaar. En die is alleen te huren voor een prijs die vele malen hoger ligt dan de nieuwprijs plus lancering van een compleet nieuwe satelliet. Het is zelfs niet waarschijnlijk dat nieuwe kunstmanen volledig stralingsbestendig zullen worden gefabriceerd: alleen al het extra gewicht en navenant hogere lanceerkosten die dat met zich meebrengt, vergen astronomische meerkosten.