Zachte landing na vrije val uit de ruimte

Een meettoestel in vrije val uit de ruimte laten vallen, gegevens verzamelen en het meettoestel intact op aarde terugkrijgen – dat was het plan van een multinationaal studententeam. En het was een succes!

Het Space Team van de Technische Universiteit van Wenen is een studentenvereniging die de afgelopen jaren herhaaldelijk complexe ruimtevaartprojecten heeft uitgevoerd – van de ontwikkeling van eigen raketten tot de lancering van een minisatelliet. Onlangs was het team betrokken bij een project met studenten van de universiteit van Würzburg. Het doel van het project was om op een eenvoudige en kosteneffectieve manier meteorologische gegevens te verzamelen in hogere atmosferische lagen. De hoogte van zeventig tot tachtig kilometer is bijzonder interessant omdat het niet door satellieten of weerballonnen wordt bedekt. Weerballonnen kunnen stijgen tot maximaal dertig tot veertig kilometer en satellieten zijn moeilijk te detecteren in dit deel van de atmosfeer.

Daedalus, de naam van het project, was bedoeld om aan te tonen dat er geen parachute nodig is om meetinstrumenten uit de ruimte in vrije val veilig op aarde te laten vallen.

Geïnspireerd door esdoornzaad

De studenten gaven het meetinstrument een vorm geïnspireerd op esdoornzaad. Het heeft twee vleugels en zinkt langzaam en voorzichtig naar de grond in roterende bewegingen. Lange vleugels moeten ook de val van de buisvormige sondes vertragen.

We wilden een alternatief bieden voor parachutes, legt projectleider Clemens Riegler van de universiteit van Würzburg uit. “Parachutes zijn zeer temperatuurgevoelig en hebben de neiging om kwetsbaar te worden in de ruimte. Riegler noemt drie ernstige redenen voor het esdoornzaadprincipe:

• Vleugels van massief materiaal zijn min of meer ongevoelig en daarom een zeer goed alternatief voor parachutes.
• Vleugels maken controleerbaarheid mogelijk waardoor je de landingslocatie kunt bepalen, wat mogelijk is met parachutes, maar wel complex.
• Rotors kunnen de landingssnelheid naar nul brengen en zo een soepele landing mogelijk maken.

Test in Zweden

Het experiment zou een jaar geleden van start zijn gegaan, maar is mislukt door onvoorziene problemen met de Duits-Zweedse draagraket. De sondes moesten worden ontwikkeld in het kader van Rexus/Bexus, een samenwerking tussen het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum, de Swedish National Space Board en ESA. De Orion 5-raket werd gelanceerd in een onbewoond gebied in Zweden en bracht de instrumenten naar een hoogte van zeventig tot tachtig kilometer.

Schadevrije landing

De raket steeg gedurende honderddertig seconden en de drie sondes werden zoals gepland gelanceerd op een hoogte van vijfenzeventig kilometer. De snelheid steeg in vrije val naar achthonderd meter per seconde en werd na terugkeer in de atmosfeer verlaagd. Bij de landing was de snelheid nog steeds ongeveer vijfentwintig meter per seconde. Aangekomen op aarde, gebruikten de sondes satellietcommunicatiemodules om hun locatie te melden. Ze bevonden zich op ongeveer drieëndertig kilometer van het lanceerplatform en konden per helikopter worden teruggevonden. De sondes bleven ongedeerd, met uitzondering van een paar vleugels die waarschijnlijk tijdens de landing braken door contact met bomen.

Stabiele draaibeweging

De beslissende vraag of het esdoornzaadachtige remmechanisme daadwerkelijk goed werkte, werd beantwoord door de sensorgegevens te evalueren, meldt Christoph Fröhlich, voorzitter van het Space Team. De zinksnelheid en rotatiesnelheid van de sondes werden geregistreerd. Volgens de evaluatie bewogen de sondes zich in een stabiele rotatie, wat hun snelheid vertraagde. Volgens Fröhlich zou een negatief resultaat hebben aangetoond dat de sondes als een steen op de grond waren gevallen of ongecontroleerd waren gesponnen. Het project heeft daarmee bewezen dat de nieuw ontwikkelde technologie geschikt is voor atmosferische experimenten. “In de toekomst willen we ook wetenschappelijke experimenten in de atmosfeer uitvoeren”, zegt Fröhlich. Er is al een vervolgproject gepland.

Breed scala aan toepassingen

Naast het verzamelen van meteorologische gegevens zou de innovatie in de toekomst ook kunnen worden gebruikt om kleinere ladingen (zoals experimenten of monsters) van het International Space Station (ISS) terug te sturen naar de aarde, legt Riegler uit. “Dit zou de huidige Dragon Capsule of het Progress vrachtschip vervangen. Je kunt ook de landingsplaats kiezen en bijvoorbeeld heel precies op schepen landen, zoals SpaceX dat doet. Het principe kan ook worden gebruikt om ladingen op andere planeten of manen met een dichte atmosfeer te landen,” zegt Riegler.

Ook interessant: