PocketQubes hebben de wetenschap veel te bieden

Artist impression van Delfi-PQ

Sinds iedereen met één muisklik Google Earth kan inzetten, vinden we satellieten heel gewoon. Op dit moment cirkelen er zo’n 3.600 satellieten in een baan om de aarde. In 2018 hoopt Jasper Bouwmeester dat aantal nog verder te vergroten met zijn kleine PocketQube-satellieten.

WorldView-4 is een van de vele satellieten die beelden voor Google Earth produceren; hij weegt 2.500 kilo en zijn afmetingen zijn 7,9 bij 5,3 meter. De satellieten van Bouwmeester zijn daarentegen slechts 5 x 5 x 18 centimeter. Ze behoren tot een groep satellieten die bekendstaat als PocketQubes.

CubeSats zijn oorspronkelijk in 1999 ontwikkeld door California Polytechnic State University en Stanford University. Ruimteagentschappen als de NASA en de ESA lanceren grote satellieten, maar universiteiten beschikken vaak niet over de financiële middelen om zulke grote apparaten de ruimte in te schieten – en vaak is daar ook geen behoefte aan. De gedachte achter CubeSats was dat studenten satellieten zouden kunnen ontwerpen en testen. Daarvoor was een veel kleinere schaal een vereiste.

CubeSats passen in de lege ruimtes in raketten die grote satellieten dragen en door de ESA en andere organisaties worden gelanceerd. De grootte bestaat uit een of meerdere standaard eenheden van 10 x 10 x 10 cm. De CubeSat werd een decennium geleden ontwikkeld en het ontwerp werd daarna populair bij universiteiten en meer recent ook bij bedrijven die actief zijn op het gebied van ruimtevaarttechnologie.

“De TU Delft heeft geen concurrentiepositie”, aldus Bouwmeester, die is verbonden aan de onderzoeksgroep Space Systems Engineering van de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek. Bedrijven die actief zijn op het gebied van ruimtevaarttechnologie, met name die in de VS, ontvangen honderden miljoenen aan financiering uit durfkapitaal. Universitaire onderzoeksgroepen hebben geen toegang tot dergelijke bedragen en de verdere ontwikkeling van de CubeSat wordt op dit moment dan ook voornamelijk gefinancierd door de particuliere sector. Volgens Bouwmeester had de TU Delft drie opties: het onderzoeksveld verlaten, alleen zeer gespecialiseerde satelliettoepassingen ontwikkelen of schaalverkleining. Het plastic prototype van 5 x 5 x 18 centimeter op zijn bureau is het resultaat van die beslissing.

PocketQubes zijn nog kleinere miniatuursatellieten met een vergelijkbaar ontwerp als de CubeSats. Aan de TU Delft worden ze ontwikkeld volgens een methode die veel door softwarebedrijven wordt gebruikt. “We hebben ons wendbaar opgesteld”, aldus Bouwmeester. “In plaats van de satellieten zeer uitvoerig te ontwerpen en te testen en de resultaten vast te leggen, gebruiken we de ruimte zelf als ultieme testfaciliteit.” Uiteraard worden de satellieten ook op aarde getest, waarbij wordt gekeken naar hun functioneren en prestaties, onder andere met betrekking tot vibraties. “Als er tijdens de lancering iets zou afbreken, zou dat risicovol richting andere meeliftende satellieten zijn”, aldus Bouwmeester.

Delfi-n3Xt model

Ondanks hun geringe formaat hebben PocketQubes de wetenschap veel te bieden. Dankzij het eenvoudige ontwerp en de lage prijs kunnen ook jonge onderzoekers en zelfs studenten ermee werken, wat ruimte schept voor creativiteit. PocketQubes worden momenteel gebruikt om onderdelen en systemen te testen die hopelijk in grotere satellieten zullen kunnen worden toegepast. Maar vanwege hun geringe omvang worden ze door sommigen beschouwd als een educatief speeltje, in plaats van een serieus wetenschappelijk instrument. Bouwmeester wil dat denkbeeld veranderen.

Bouwmeesters werk is voornamelijk gericht op het platform zelf. “We willen een capabel en betrouwbaar platform creëren”, vertelt hij. Dat is logisch, want reparaties in de ruimte zijn meestal niet mogelijk. “Je kunt ze niet even met de hand uit- en weer aanzetten”, aldus Bouwmeester over zijn satellieten. Zijn onderzoek is met name gericht op het ontwerpen van satellieten die geen harde reset en geen reparaties zullen vereisen.

Dankzij 3D-printtechnologie kan er snel een prototype van een satellietontwerp worden gemaakt. “Als een student een idee heeft om het ontwerp van de constructie te verbeteren, kunnen we dat hier met onze 3D-printer printen”, vertelt hij. “Als we dat testen en het blijkt niet te werken, dan is dat ook goed: de waarde van het huidige ontwerp is dan in ieder geval duidelijk.”

Het meeste werk aan de PocketQubes aan de TU Delft wordt momenteel binnen de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek verricht, maar Bouwmeester wil de onderzoeksbasis uitbreiden. “We zijn in gesprek met onderzoekers van andere faculteiten en zelfs met een aantal bedrijven om hun expertise bij deze projecten te betrekken”, vertelt hij.

Zijn onderzoeksgroep is van plan de eerste PocketQube begin 2018 te lanceren. Daarna verwachten ze een à twee keer per jaar satellieten te lanceren.

Foto door Marcel Krijger.