Het Kessler Syndroom – wat is dat nu weer?

De lage aardbaan raakt vol en dat leidt tot een catastrofale kettingreactie

De Lage Aardbaan (LEO in het Engels) is de ruimte om de Aarde heen tot een hoogte van 2000 kilometer. In deze zone bevinden zich o.a. het International Space Station en vele duizenden satellieten. Het begint ook een gevaarlijk gebied te worden dat steeds meer gevuld wordt met ruimtepuin en oude afgedankte satellieten die ongecontroleerd met enorme snelheden ronddraaien.

Wat is het Kessler Syndroom?

Het Kessler Syndroom is een theorie die in 1978 door de Amerikaanse wetenschapper Donald Kessler werd voorgesteld. De theorie beschrijft een zichzelf in standhoudende kettingreactie van botsingen tussen ruimteafval. Door deze onderlinge botsingen ontstaat er steeds meer afval totdat de volledige aardbaan is gevuld. Op dat moment loopt enige satelliet die in de lage aardbaan terechtkomt gevaar om meteen gebombardeerd te worden door dit ruimtepuin.

Hoe ontstond de term?

De Amerikaanse astrofysicus Donald Kessler publiceerde in 1978 een artikel met de titel “Collision Frequency of Artifical Satellites: The Creation of a Debris Belt”. Dit artikel voorspelde dat omstreeks 2000 de dichtheid van het ruimteafval in de lage aardbaan zo hoog zou zijn dat willekeurige botsingen onvermijdelijk waren. Dit zou resulteren in een kettingreactie van steeds meer en kleiner ruimteafval en dus ook steeds meer botsingen.

In die tijd hielden wetenschappers een lijst bij van door mensen gemaakte objecten in een baan om de Aarde maar die lijst werd niet bijgewerkt voor het ontstane afval. Hierdoor was het heel lastig om de hoeveelheid afval te voorspellen. Ook omdat dit afval te klein is om door satellieten te worden gezien.

Het artikel van Kessler was belangrijk omdat het de mensheid wees op het gevaar van klein afval in een baan en het afval dat weer ontstaat als afval botst met gecatalogiseerde objecten.

Volgens Kessler was de enige goede oplossing het aantal niet meer functionerende ruimtevaartuigen in een baan om de Aarde sterk te verminderen.

Volgens Kessler zelf gebruikte zijn collega John Gabbard van het North American Aerospace Defense Command (NORAD) de term toen hij het artikel aan een journalist wilde uitleggen. De journalist nam de term over in zijn artikel en de rest is geschiedenis.

Hoe werkt het?

Materie in een baan om de Aarde beweegt met idioot grote snelheden van bijvoorbeeld 25.000 kilometer per uur. Als dit materiaal oneindig in dezelfde baan en richting blijft draaien dan is een botsing onmogelijk. Je kan dit vergelijken met auto’s op een snelweg die met dezelfde snelheid rijden, die elkaar niet inhalen en die nooit van baan wisselen of een afslag nemen.

In de ruimte volgt dit materiaal echter geen rechte lijn. Alle stukjes afval apart drijven uit elkaar en vervallen in andere banen. De variatie in het zwaartekrachtsveld van de Aarde is verantwoordelijk voor deze drift waarbij een object geleidelijk aan in een andere baan terecht komt. De wrijving die een object ondervindt met de atmosfeer van de Aarde zorgt er voor dat die baan steeds lager wordt.

Werkende satellieten kunnen door de stuwraketjes die ze aan boord hebben corrigeren voor deze drift en zo hun beoogde baan handhaven. De dode satellieten drijven zo maar wat rond, zakken in een lagere baan, botsen tegen andere dode satellieten aan.

Maar ik woon op de Aarde, hoe kan ik dan last hebben van het Kessler Syndroom?

We kunnen niet meer buiten satellietbeelden die ons helpen in geval van rampen of ter voorkoming van rampen. Satellieten vertellen ons het weer en er zijn satellieten die ons klimaat onderzoeken. Maar ook telefoongesprekken naar verre landen gaan via satellieten. Satellieten worden gebruikt voor internet en voor televisie.

Er is dus geen twijfel aan dat een kettingreactie van botsende satellieten van grote invloed is op het leven op Aarde. Wereldwijde communicatie wordt verstoord. Globalisatie wordt gelimiteerd maar ook militaire inlichtingendiensten kunnen hun werk niet meer doen.

Vindt het Kessler Syndroom nu al plaats?

In 2009 werd de functionerende Iridium 33 satelliet geraakt door de defecte Russische Cosmos 2251. De twee satellieten botsten met een snelheid van ongeveer 42.000 kilometer tegen elkaar aan. Dit gebeurde op een hoogte van 789 kilometer. Dit ongeluk, het Cosmos-Iridium ongeluk genoemd, leidde tot duizenden stukjes afval in een gebied dat al overbevolkt is door telecommunicatie en aardobservatiesatellieten. Alle stukjes bewegen op verschillende snelheden en hun banen veranderen dus het is wachten op meer botsingen.

Het incident leidde wel tot meer aandacht voor dergelijke botsingen maar tot nu toe is er geen kettingreactie van botsingen op gang gekomen. Maar dat betekent niet dat het niet alsnog kan gebeuren.

Volgens de NASA is het een feit is dat de lage aardbaan inmiddels is gevuld met ongeveer 500.000 stukjes ruimteafval met een grootte tot 10 centimeter. Meer dan 21.000 stukjes puin zijn groter dan 10 centimeter en meer dan 100 miljoen stukjes afval zijn kleiner dan 1 centimeter.

Dat is enorm veel afval om allemaal in de gaten te houden en er zijn dan ook verschillende wetenschappers over de hele wereld bezig om modellen op te stellen en potentiële botsingen te berekenen.

Het Space Surveillance Network van de NASA brengt alle kunstmatige objecten in een baan om de Aarde in kaart. Het Johnson Space Center van de NASA in Houston heeft wetenschappers in dienst die met behulp van radar en telescopen vanaf de grond en in de ruimte waarnemingen doen aan dit ruimtepuin. Ook is er een team dat zich bezig houdt met het opstellen van modellen en software ontwikkelt die inslagen goed moet kunnen voorspellen. Gezien het vaak onvoorspelbare gedrag van het ruimteafval is dit een hele lastige klus met een grote foutenmarge.

Wat kan het Kessler Syndroom op gang brengen?

In 2002 lanceerde de Europese ruimtevaartorganisatie ESA de aardobservatiesatelliet Envisat. Deze satelliet woog 8 ton en was uitgerust met atmosferische sensoren, geavanceerde radarsystemen en spectrometers. De satelliet zou waarnemingen gaan verrichten aan land, aarde en de poolkappen. Het was de grootste aardobservatiesatelliet die ooit was gebouwd. In april 2012 werd de Envisat de grootste onbruikbare satelliet in de lage aardbaan.

Envisat is erg groot en draait rond op een hoogte waar zich steeds meer ruimteafval ophoopt. De komende 150 jaar blijft de satelliet wel in een baan om de Aarde draaien maar de kans op botsingen zal steeds groter worden en de Envisat zelf kan leiden tot een toename van groter ruimteafval.

ESA verloor onverwachts het contact met de Envisat en kon dit niet meer herstellen. Dit is iets dat wel vaker voorkomt in een lage aardbaan want in dat gebied kan de zonnewind satellieten verstoren en elektronische systemen ontregelen. Vaak kan na een zonnestorm het contact weer worden hersteld maar met de Envisat lukte dit niet. De satelliet is nu een gevaarlijke dode massa die doelloos rond de Arde draait.

Stel het Kessler Syndroom is al begonnen?

Het Kessler Syndroom verwijst naar een cascade effect van botsend afval dat nieuw afval produceert en daarmee nieuwe botsingen mogelijk maakt maar er is geen tijd of snelheid verbonden aan het model. Dit betekent dat de Iridium-Cosmos botsing in 2009 het Syndroom in gang gezet kan hebben maar dat het zo langzaam plaatsvindt dat we het nu nog niet kunnen herkennen.

Kessler legt het zo uit: “Het cascade proces kan het beste worden gezien als een continu en al begonnen proces waarbij iedere botsing of explosie in de lage aardbaan zal resulteren in een toename van de frequentie van toekomstige botsingen.

Volgens wetenschappers veroorzaakte de Iridium-Cosmos botsing meer dan 2000 stukjes afval die minstens 10 centimeter groot zijn en duizenden kleinere stukjes. Ofschoon er sindsdien geen grote botsingen meer hebben plaatsgevonden is dat volgens Kessler slechts een kwestie van tijd.

Wat kunnen we er aan doen?

We moeten stoppen met onnodige schadelijke activiteiten. Hier op Aarde gooien we bij wijze van spreken onze sigarettenpeuken en plastic bekertje uit het raam. Het lijkt niet veel te zijn maar met zijn allen produceren we op deze manier tonnen afval. Dit lijkt gemakkelijker dan recyclen en hergebruiken. We gooien ze weg en we vergeten het want wie voelt zich nu verantwoordelijk voor dat kleine beetje afval.

In de ruimte is het niet anders. We denken dat de ruimte oneindig is. We zien de ruimte niet als iets waar we verantwoordelijk voor zijn want wat we weggooien vindt zijn eigen weg wel. Op het moment dat het in de ruimte is, is het niet meer van ons maar is het vreemd materiaal.

Helaas vallen de objecten in de lage aardbaan niet meteen uit elkaar op het moment dat we ze weggooien. Ze blijven hangen in een baan. De enige manier om ze te verwijderen is door ze actief te verzamelen. Om de lage aardbaan op te ruimen en onnodige vervuiling in de toekomst te voorkomen moeten we slimmere dingen gaan doen.

Dit beteken bijvoorbeeld dat rakettrappen die op suborbitale hoogte of die de lage aardbaan bereiken daar niet moeten blijven hangen maar teug moeten vallen naar de Aarde. Om afval producerende explosies te voorkomen (en dat gebeurt) moeten ze geen brandstof meer bevatten.

Hoe zit het dan met bestaande satellieten?

Volgens ESA is de enige effectieve lange termijnactie om het ruimteafval op een veilig niveau te houden door er massa uit te verwijderen en dat betekent er jaarlijks vijf tot tien grote objecten per jaar uit te halen. Deze objecten moeten worden verwijderd worden uit gebieden waar de concentratie aan puin groot is en waar objecten lang blijven ronddraaien. Hiermee zou eigenlijk onmiddellijk begonnen moeten worden.

Er zijn verschillende methodes voorgesteld om de duizenden fragmenten die rond te Aarde draaien, te verwijderen. Zo zijn er lasers, lasso’s en vangapparaten voorgesteld. NASA heeft van het ministerie van defensie opdracht gekregen om meer onderzoek te doen om ruimtepuin te kunnen verwijderen. Helaas is dit onderzoek complex en duur en spelen er ook nog juridische kwesties. Tot nu toe zijn er dan ook geen voorstellen omgezet in werkelijkheid.

Het is niet mogelijk om alle satelliet- en brokstuk botsingen te voorkomen dan zoude we de lage aardbaan helemaal moeten verlaten. Maar geen satellieten en raketten meer lanceren is ook niet de oplossing. Een opgesteld model zegt dat zelfs als er geen lanceringen meer zouden plaatsvinden botsingen tussen bestaande satellieten de hoeveelheid afval dat grote ris dan 10 cm en meer sneller zal doen vergroten dan er door wrijving met de atmosfeer terug zullen vallen naar de Aarde.

Simpel gezegd: De situatie is ernstig maar niet dramatischer dan leven en dood. We kennen de gevolgen van een catastrofale botsing in de ruimte net zo goed als de potentiële catastrofale gevolgen van de vervuiling hier op Aarde. We zullen ons zelf steeds moeten blijven verbeteren en hopen op het beste.

 

Eerste publicatie: 29 april 2019
Bron: Diversen