Kosmische chaos: roep om ruimteregulering

Satellieten die zo helder kunnen worden als de helderste sterren aan de hemel. Het klinkt als een sprankelend sprookje, maar volgens Marco Langbroek gaan deze satellieten, gelanceerd in 2022, voor grote problemen zorgen. “De ruimte is nu een beetje een wilde westen aan het worden waar iedereen met voldoende geld kan doen en laten wat zij willen. Het is tijd voor een sheriff die orde schept in de chaos daarboven.”

Op maandag 2 oktober 2023 verscheen de Nature publicatie ‘Optical observations find high brightness of the BlueWalker 3 satellite’. De studie, geschreven en ondertekend door Langbroek en 39 andere experts van over de hele wereld, gaat over het helderheidsgedrag van het prototype satelliet ‘BlueWalker 3’ en de verstoring voor sterrenkundige waarnemingen en het aanzicht van de sterrenhemel.

Hoofdfoto: Een door Marco Langbroek genomen foto uit 2020 met de sporen van een Starlink ‘treintje’; meerdere satellieten die na elkaar gelanceerd worden (te herkennen aan de verticale strepen).
 

Wat is de functie van deze satelliet?

“Met de BlueWalker 3 wil het bedrijf AST Space Mobile het mogelijk maken om met een gewone mobiele telefoon direct via een satelliet verbinding te maken, in gebieden waar gsm-dekking slecht of afwezig is. Omdat de signalen van gewone mobieltjes vrij zwak zijn (ze zijn ontworpen om een antennemast op hooguit enkele kilometers afstand te bereiken, niet een satelliet op 700 km hoogte) heeft de satelliet een hele grote vlakke phased array antenne van 8 bij 8 meter. Die antenne werkt als een soort spiegel en weerkaats zonlicht terug naar de aarde. Daardoor kan de satelliet een heel hoge helderheid bereiken. Zo helder als de helderste sterren aan de hemel.”

Hoe en in welke mate verstoort dit netwerk van satellieten sterrenkundige waarnemingen?

“Honderden van dit soort objecten aan de hemel kunnen een serieus probleem gaan worden voor sterrenkundige waarneemprogramma’s. Op dit moment wordt bijvoorbeeld het Vera Rubin Observatorium gebouwd in Chili met een hele grote gevoelige telescoop die iedere nacht de hemel van het zuidelijk halfrond in kaart moet gaan brengen. Het is onvermijdelijk dat deze satellieten dan ook ‘gezien’ worden, en de gevoelige sensoren van de telescoop tijdelijk worden verblind. Daarnaast zitten de gebruikte radiofrequenties dicht op enkele frequenties die voor radio-astronomen van belang zijn en is men bang voor radiostoring.”

En cosmetisch gezien?

“Wanneer er regelmatig veel heldere objecten overkomen, zal de aanblik van onze sterrenhemel gaan veranderen. Dat is nu al het geval. Die sterrenhemel is van ons allemaal. Bedrijven als dit nemen eenzijdig beslissingen die grote impact hebben op onze sterrenhemel, zonder de rest van de wereld daarin te consulteren. Vergeet niet dat de sterrenhemel een grote (culturele) rol speelt voor mensen op aarde: denk aan een romantische avond onder de sterrenhemel, maar ook aan tal van mythische verhalen zijn hiermee verbonden. De sterrenhemel is een stuk natuur, een Hemels landschap, dat óók bescherming verdient. Het is al jammer dat op veel plaatsen in onze westerse wereld de sterrenhemel niet meer goed zichtbaar is voor mensen. Maar aan de ‘lichtvervuiling’ die dit soort satellietnetwerken veroorzaken kunnen we ons helemaal niet meer onttrekken. Zelfs vanuit de meest donkere, meest afgelegen plaatsen op aarde zullen deze satellieten zichtbaar zijn.”

Wat is er nodig om de ruimte beheersbaar te houden?

“Er is eigenlijk geen wetgeving die specifiek over dit soort verstoringsproblematiek gaat. Dat heeft er deels mee te maken dat het creëren van dit soort netwerken van honderden of zelfs duizenden satellieten een zeer recente ontwikkeling is. Dit heeft ons, astronomen, maar ook wetgevers een beetje overvallen heeft. Internationale wetgeving regelen via de Verenigde Naties (VN) wordt een zeer lang proces, terwijl de ontwikkelingen nú gaande zijn en erg snel gaan. Regulering kan mogelijk sneller via wetgeving op nationaal niveau in lancerende landen zoals de Verenigde Staten. Aan het eind van ons artikel roepen we op om het effect op de omgeving (de sterrenhemel en gebruikers daarvan) expliciet onderdeel te laten gaan uitmaken van vergunningsprocedures voor lanceringen. Zelf denk ik dat er ook een serieuze discussie moet komen of we dit soort netwerken wel écht nodig hebben.”

Denken in oplossingen dus. Hoe kunnen astronomen hierop anticiperen?

“Voor astronomen wordt het van belang dat ze actief rekening gaan houden met de aanwezigheid van dit soort satellieten en bijvoorbeeld hun waarneemschema’s gaan aanpassen, en soms instrumenten tijdelijk even uitzetten als een dergelijk object langskomt. Dat vereist echter wel dat we goed kunnen voorspellen wanneer zo’n satelliet door het beeldveld van een waarneeminstrument komt. En daar zit precies het probleem.”

Welk probleem?

“Juist bij dit soort grote constellaties maken satellieten zeer regelmatig kleine baancorrecties om de onderlinge afstanden juist te houden en om andere objecten te ontwijken. Dat zien we bijvoorbeeld bij Starlink, het satellietnetwerk Elon Musk van inmiddels bijna 5000 satellieten. Die komen vaak toch op nét even wat andere momenten over dan voorspeld. Het tracken van dit soort satellieten gebeurt op dit moment vooral met een relatief klein aantal grote en dure instrumenten (telescopen en radar) die op een beperkt aantal plekken op de wereld staan. Daardoor wordt een baancorrectie soms pas na enkele uren gedetecteerd. Dat betekent dat een object al in een andere baan zit en daardoor op een iets ander tijdstip overkomt, dan wat de laatste baanbepaling laat zien.”

Hoe draagt TU Delft bij aan een oplossing?

“Bij de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek van de TU Delft ontwikkelt onze groep, in samenwerking met de Universiteit Leiden, systemen van kleine, goedkopere tracking-instrumenten, waarvan je er, voor minder geld, veel meer én op veel meer plekken op aarde kunt neerzetten. Dat doen we bijvoorbeeld voor de afdeling Space van onze eigen Koninklijke Luchtmacht. Dat levert een betere, meer actuele dekking van de banen van dit soort satellietnetwerken op, zodat je baancorrecties sneller kunt detecteren en de baandatabases sneller kunt updaten, waardoor de overkomstvoorspellingen beter gaan worden. Daarnaast kan de TU Delft bijdragen aan het ontwerpen van kleinere, minder heldere (en daardoor minder storende) satellieten.”

Wat is jouw bijdrage geweest voor deze Nature publicatie?

“In de maanden na de lancering van BlueWalker 3 een jaar geleden, heb ik met een speciale satelliet-tracking-camera een hele serie waarnemingen aan de satelliet gedaan om het helderheidsgedrag van de satelliet vast te leggen. Daaruit blijkt dat deze meestal zéér helder is. Daarnaast heb ik met deze camera nauwkeurige positiebepalingen aan de satelliet gedaan om te zien hoe goed overkomstvoorspellingen voor deze satelliet op basis van beschikbare baangegevens nu eigenlijk kloppen met de werkelijkheid. Dat is van belang om in te schatten welke veiligheidsmarge astronomen moeten gebruiken als ze, als tegenmaatregel, bijvoorbeeld hun instrumenten tijdelijk uit willen schakelen op het moment dat zo’n satelliet door hun beeldveld komt.”

De komst van de auto heeft een enorme impact gehad op de infrastructuur zoals we die nu kennen: wegennetwerken, parkeervoorzieningen en verkeersmanagement. Wat heeft de ruimte nodig?

“We hebben een beter, en vooral formeler systeem voor ‘Space Traffic Management’ hard nodig. Satellietoperators en investeerders in dit soort satellietsystemen moeten echt meer gaan nadenken over de risico’s van hun satellieten, met name in bredere zin, om aantasting van de sterrenhemel of overlast voor astronomen te voorkomen. Het wordt met de snelle ongeremde groei van dit soort grote satellietnetwerken erg druk in de ruimte, de risico’s op botsingen wordt steeds groter. Op dit moment is het nog zo dat twee satellietoperators dan echt met elkaar moeten gaan telefoneren om te overleggen; “wijk jij uit, of ik?”  Een soort ruimte verkeersreglement is hard nodig, inclusief middelen om af te dwingen dat men zich daar ook aan houdt. En, zoals ik eerder aangaf: we moeten serieus gaan nadenken of we dit soort grote satellietnetwerken van honderden of duizenden satellieten wel echt nodig hebben. De ruimte is nu een beetje een wilde west aan het worden waar iedereen met voldoende geld kan doen wat zij willen. Het is tijd voor een sheriff die orde schept in de chaos daarboven.”