TU Delft breidt uit in de ruimte

Het Delfi ruimtevaartprogramma zal binnenkort zijn derde satelliet lanceren, en TU Delft satelliettechnologie zou wel eens tot voorbij de maan kunnen reiken.

Slechts weinigen weten dat zich op de top van het EWI-gebouw langs de Mekelweg een satellietgrondstation met bijbehorend multiband antennesysteem bevindt. Van hieruit wordt de Delfi-C3 aangestuurd, de eerste satelliet ooit door een Nederlandse universiteit gelanceerd. “Het is een 3-unit CubeSat, gelanceerd in 2009 en nog steeds operationeel,” zegt Stefano Speretta, onderzoeker bij de Space Systems Engineering groep aan de TU Delft. Delfi-C3 behoort tot de zogenoemde ongeleide ruimteobjecten, die na lancering niet meer in een andere omloopbaan kunnen worden gebracht. “Ongeleide satellieten worden vaak gebruikt voor de demonstratie van nieuwe technologie,” legt Speretta uit, “maar ook voor andere geavanceerde doeleinden, zoals aardobservatie en het meten van de zonnewind.”

Opbranden
Naast het testen van nieuwe technologie was het belangrijkste doel van Delfi-C3 het opdoen van praktijkervaring door TU Delft studenten met een achtergrond in ruimtevaarttechniek, werktuigbouwkunde en electrotechniek. In 2013 is een tweede door TU Delft studenten gebouwde satelliet gelanceerd, de Delfi-n3Xt (uitgesproken als Delfi-next). “Ook dit project was een succes,” zegt Speretta, “maar drie maanden na lancering hebben we het contact met de satelliet verloren. De positie van de satelliet wordt nog steeds nauwkeurig gemonitord door ruimtevaartorganisaties en commerciële partijen. Daar gebruiken ze krachtige radar en lasers voor. Ze waarschuwen andere partijen zodra zich een mogelijke botsing kan voordoen tussen verschillende ruimteobjecten.” Door wrijving met de atmosfeer zullen beide TU Delft satellieten naar een steeds lagere omloopbaan rond de aarde vervallen en uiteindelijk in de atmosfeer opbranden.

PocketQube
Binnenkort zal de TU Delft een nog veel kleinere satelliet lanceren. Delfi-PQ is een zogenoemde PocketQube satelliet. Zowel CubeSats als PocketQubes volgen een gestandaardiseerd ontwerp, speciaal geïntroduceerd om studenten aan te sporen tot het bouwen en bedienen van satellieten. CubeSats bestaan uit één of meerdere kubussen met zijdes van 10 cm. Bij een PocketQube unit zijn de zijdes 5 cm lang. “Delfi-PQ zal uit drie units bestaan, met een totaalgewicht van ongeveer 600 gram,” zegt Speretta. “Alessandra Menicucci van onze groep leidt het project. Er hebben weer studenten aan meegewerkt, bijvoorbeeld voor het ontwerpen van het standregelingssysteem dat de ruimtelijke oriëntatie van de satelliet bepaalt.

Beperkte energieopbrengst
De Delfi satellieten zijn klein, maar bevatten wel meerdere instrumenten. “De buitenschil van de satelliet, wat wij de bus noemen, zorgt voor elektriciteit, communicatie en standregeling,” legt Speretta uit. “De instrumenten, die voor Delfi-PQ uit printplaten van 5 cm bij 5 cm bestaan, worden aan de binnenkant van de bus bevestigd. Omdat de satelliet zo klein is, zullen de op de buitenkant vastgelijmde zonnepanelen niet voldoende energie kunnen opwekken voor continue gebruik gedurende de gehele omloop. De bus zal telkens tijd toebedelen aan een van de instrumenten of een bepaalde ruimtelijke oriëntatie aannemen en behouden.”

Laser reflector
De uiteindelijke configuratie van de instrumenten aan boord van Delfi-PQ zal pas vlak voor lancering bekend zijn. Het team kan besluiten om speciale laser en radar reflectors op de buitenkant aan te brengen. “De zichtbaarheid van zulke kleine satellieten voor radar en laser is nog een onderwerp van discussie,” zegt Speretta. “We zouden dan de door verschillende positieverificatie-diensten gemeten positie en doorsnede van onze satelliet kunnen vergelijken, met deze reflectors naar de aarde toegekeerd of ervan af.

Naar de maan
Het volgende stop voor TU Delft satelliettechnologie zou wel eens de achterkant van de maan kunnen zijn. “We hebben een prijsvraag van de ESA gewonnen, de Europese ruimtevaartorganisatie. De focus lag op het gebruik van CubeSats voor verkenning van de maan,” zegt Speretta. Het LUMIO project (Lunar Meteoroid Impacts Observer) is een samenwerking tussen universiteiten en bedrijven uit Italië, Nederland, Zwitserland, Noorwegen en de Verenigde Staten. “De satelliet zal een jaar lang de lichtflitsen van meteorietinslagen op de achterkant van de maan meten. Het wetenschappelijke doel is om bestaande modellen voor de meteorietpopulatie in de nabijheid van de aarde te valideren en te verbeteren,” legt Speretta uit. “Deze kennis is ook van belang voor toekomstige verkenningen op de maan zelf, door mensen of robots.”

In overweging
Politecnico di Milano leidt het project. “Zij zullen de baanparameters bepalen en het belangrijkste wetenschappelijke instrument ontwerpen,” aldus Speretta. “Op de TU Delft houden wij ons bezig met de belangrijkste satellietsystemen zoals de voortstuwing, bouw, communicatie, veiligheid en autonomie. Angelo Cervone, van onze groep, geeft hier leiding aan.” Momenteel overweegt de ESA, in overleg met de nationale delegaties van de verschillende lidstaten, de financiering van de volgende voorbereidingsfases van de missie. De kosten om de twintig kilogram zware satelliet in een baan om de maan te brengen, zijn rond de twintig miljoen Britse pond. “Dat kunnen we niet zelf opbrengen”.

Autonoom
Als de financiering rondkomt, dat zal een orbiter LUMIO en meerdere andere satellieten in een cirkelvormige baan rond de maan brengen. LUMIO zal vervolgens naar een locatie zestigduizend kilometer achter de maan manoeuvreren waar het, rond een zogenoemd Langrange-punt, een stabiele relatieve positie ten opzichte van de maan zal behouden. “Communicatie met onze satelliet zal vrijwel geheel plaatsvinden via de orbiter die in een baan rond de maan achterblijft,” legt Speretta uit. “Maar deze kan niet alle satellieten tegelijk bedienen. LUMIO zal daarom aan de hand van de positie van de maan, aarde en sterren bepalen wanneer hij zijn stuwmotoren moet gebruiken. Dit zal hij helemaal autonoom doen, een belangrijke stap voor kleine satellieten.”

Hier kan je meer lezen over het Delfi Ruimtevaart Programma. Op de pagina staat ook een klok met de actuele operationele tijd van de Delfi-C3 satelliet.

Hier kun je meer te weten komen over autonome maanexploratie met LUMIO. Voor dit artikel won het samenwerkingsverband de prijs van ‘beste artikel’ op het SpaceOps congres van 2018.