français
Op 4 december wordt van het Kennedy Space Center op Cape Canaveral een Falcon 9-raket gelanceerd met aan boord de QARMAN (Qubesat for Aerothermodynamic Research and Measurements on AblatioN), een nanosatelliet van amper 30 bij 10 bij 10 centimeter. Het toestel is een assemblage van drie CubeSat-units, die samen de satelliet vormen. Doel is om het toestel door de astronauten in het ISS in de ruimte uit te laten zetten, zodat het terug naar de aarde valt. Tijdens de terugkeer in onze dampkring worden de omgevingsdruk en de temperatuur rond en in de satelliet gemeten en wordt onderzocht aan welke mechanische stress het toestel en zijn onderdelen worden blootgesteld.
Het experiment is geslaagd als de nanosatelliet de doortocht door de dampkring overleeft en de metingsdata tijdig kan doorseinen. Daarna mag hij te pletter vallen. “We willen kunnen aantonen dat dat met de QARMAN mogelijk is”, zegt Vincent Van der Haegen, voormalig projectleider van het project en sedert anderhalf jaar COO van het von Karman Instituut voor Stromingsdynamica (VKI) in Sint-Genesius-Rode bij Brussel. “De metingen gebeuren tijdens de communicatie-blackout, de achttien minuten durende val door de dampkring waarbij alle communicatie met de satelliet onmogelijk is. De opgeslagen data worden van zodra de communicatie hersteld is, doorgestuurd naar een satelliet van het Iridiumnetwerk. Daar hebben we ongeveer vier minuten voor nodig. Als de satelliet ergens op zeeniveau neerstort, dan is de maximaal beschikbare tijd voor het sturen van de meetgegevens 4.5 minuten.”
Satellietenpuin
“Met QARMAN willen we analyseren hoe puin uiteenvalt als het de atmosfeer weer binnenkomt”, legt Amandine Denis uit, huidig QARMAN-projectmanager bij VKI. “Het uiteindelijke doel van het onderzoek is nul ruimtepuin. Nu komt een deel van het puin dat door de dampkring valt op aarde terecht. Bij de terugkeer van een object is het van cruciaal belang om beter te begrijpen hoe het zal desintegreren om de hoeveelheid puin te verminderen. Daarom moet QARMAN zijn terugkeer, overleven zodat we door metingen het proces van deze desintegratie beter leren begrijpen.”
Als de QARMAN zijn duik naar de aarde en de doortocht door de atmosfeer goed doorstaat, dan kunnen er meerdere gelijkaardige experimenten volgen. De CubeSat-bouwstenen van de QARMAN zijn relatief goedkoop. Het concept van “CubeSats” of nano-satellieten werd eind jaren negentig bedacht door de Amerikaanse professor Robert J. Twiggs van de Morehead State University, in eerste instantie met als doel het faciliteren van de betaalbare toegang tot de ruimte voor universiteiten en onderzoeksinstellingen. De kubusvormige satellieten, met een riblengte van 10 cm, wegen minder dan 1,33 kg en gebruiken geminiaturiseerde elektronische onderdelen. Verschillende kubussen kunnen gecombineerd worden om meer ruimte en vermogen te bieden. Er zijn tot op vandaag meer dan duizend van deze CubeSats gelanceerd. Het grote voordeel van de CubeSats is dat onderzoekinstellingen en universiteiten zelf, ook gewoon online, een hele scala aan elektronica kunnen kopen waarmee ze hun minisatellietje uitrusten.
Materialen testen
In tegenstelling tot een conventionele CubeSat, waarvan gehoopt wordt dat hij volledig op zal branden tijdens de terugkeer in de atmosfeer, is de QARMAN nano-satelliet, waarvan de eerste plannen dateren uit 2013, juist ontworpen om een terugkeer in de dampkring te overleven. De VKI-ingenieurs die verantwoordelijk waren voor het project kregen tijdens de ontwerpfase te maken met nogal wat problemen, zoals de communicatie tussen Qarman en de grond tijdens de terugkeer, en de thermische weerstand van de gebruikte materialen.
“Met de QARMAN kunnen we in de toekomst van meerdere materialen testen hoe ze zich gedragen als ze de atmosfeer binnenkomen en dat op een relatief goedkope manier”, zegt Van der Haegen.
De QARMAN-operatie zou onmogelijk zijn geweest zonder internationale samenwerking, met name met Italië voor een volledige validatietest in de “Scirocco” plasma windtunnel van het CIRA, met Frankrijk voor thermische conditietesten bij ISAE SUPAERO en met de Universiteit van Luik voor de trillingstesten. Het VKI zelf is de mondiale referentie in zijn sector, de stromingsdynamica, op het gebied van lucht- en ruimtevaart, turbomachines en stuwkracht, alsook op het vlak van leefmilieu en industriële procedés die ermee gepaard gaan. Het stelt 35 ingenieurs en 16 professoren tewerk en traint jaarlijks ongeveer 200 studenten en tijdelijke onderzoekers, in het kader van zijn onderwijsprogramma voor professionals uit de industriële wereld en de universiteiten, waaronder ook de Brusselse.