Hoe L&R-ingenieurs de Luchtmacht de ruimte inhielpen

Als je een indruk wilt krijgen van wat zich over een jaar of vijf in de lucht- en ruimtevaart zal afspelen, kun je het beste beginnen met een bezoek aan de BEP in juni. Bij het bachelor eindproject testen externe partijen hun ideeën uit, en scouten ze talent. Zo kwam de luchtmacht in 2014 met het idee voor een camerasatelliet met de naam Hires (eyes-in-the sky). Zeseneenhalf jaar later is de eerste Nederlandse luchtmachtsatelliet zo goed als klaar voor de lancering. Er is alleen geen camera aan boord. Wat gebeurde er?

Het nieuwe Space Office van de Koninklijke Luchtmacht nam in 2014 contact op met professor Eberhard Gill, hoofd van de groep space systems engineering van de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek. Het Space Office diende een voorstel voor een bachelor eindproject in met de missie ‘de Koninklijke Nederlandse Luchtmacht te voorzien van een onafhankelijke bron van informatie over inlichtingen, bewaking en verkenning van iedere specifieke plek op aarde’. Dr. Angelo Cervrone leidde het project en satellietveteraan Trevor Watts was een van de coaches.

‘De Luchtmacht wil hun eigen observaties kunnen maken’

“Herinner je je de zomer van 2014 nog?” vraagt Trevor Watts. Hij trad in dienst van de TU Delft na zijn verplichte pensionering bij Airbus Defense & Space omdat de universiteit op zoek was naar ‘iemand met ervaring’ om studenten bij te staan. “Het was die zomer dat vlucht MH-17 boven de Oekraïne werd neergeschoten”, zegt Watts. “De Luchtmacht wilde nu eigen observaties kunnen maken. Hadden ze de raket kunnen zien? Kun je zo’n aanval waarnemen vanuit een satelliet?” Die vragen waren het startpunt voor een volgende BEP-opdracht in 2015 voor een ‘conceptueel ontwerp van een samenstelling van ruimtevaartuigen voor een missie om radarstations te detecteren en te lokaliseren.’ Met vier satellieten voor 88 miljoen euro zat de uitkomst van deze LeopardSat-studie wel ruim over het opgegeven budget (25 miljoen.)

Drie miljoen 
Niettemin, de interesse bij de Luchtmacht voor een eigen satelliet als demonstratieplatform was gewekt. Luitenant-kolonel Bernard Buijs, zelf een L&R-alumnus, herinnert zich dat toenmalig bevelhebber Schnitger een haalbaarheidsstudie wilde laten doen naar de relevante mogelijkheden van Cubesats – een platform van mini-satellieten op basis van 10-centimeter kubussen.

“De Luchtmacht wilde nog geen bestelling plaatsen, maar was op zoek naar neutraal wetenschappelijk advies”, legt Buijs uit. “Dat bracht ons naar de sectie space systems engineering bij L&R.”

“De Luchtmacht gaf ons een klein budget”, herinnert Watts zich. “Stefano Speretta, Alessandra Menicucci en ikzelf zijn daarmee aan de slag gegaan. We leverden in de zomer van 2016 het rapport in. Het ministerie van Defensie heeft toen geld vrijgemaakt voor het BRIK II programma.”

^{Directeur NLR Michel Pieters, commandant Dennis Luyt, professor space systems engineering Eberhard Gill, and ISISPace directeur Jeroen Rotteveel bij het tekenen van het contract op 30 November 2017 (Foto: RNLAF).}

Het contract voor de eerste satelliet van de BRIK II voor 3 miljoen euro werd op 30 november 2017 getekend door Michel Pieters (directeur NLR), de nieuwe Luchtmachtcommandant Dennis Luyt, professor Eberhard Gill (TU Delft) en Jeroen Rotteveel (directeur ISISpace). De plechtigheid vond plaats op de jaarlijkse bijeenkomst van de Nederlandse defensie- en veiligheidsindustrie NIDV. De naam, BRIK II, was een eerbetoon aan het allereerste toestel van de Luchtmacht uit 1913: De Brik.

Cubesat-specialist ISISpace tekende voor het ontwerp, de bouw, de lancering en de overdracht. Deze TU Delft spin-off kan terugblikken op vijftien jaar ervaring met kleine satellieten en meer dan veertig lanceringen. Directeur en TU-alumnus Jeroen Rotteveel vond de samenwerking met de Luchtmacht erg prettig. “Ze hadden een open instelling en wilden graag leren. In een innovatief project als dit is het essentieel om duidelijk te zijn over wat je nog niet weet en gaandeweg oppikt. Niet onze klanten zijn zo open.”

Alles aan boord
Luitenant-kolonel Bernard Buijs, die de operatie vanuit de Luchtmacht leidde, was verantwoordelijk voor de keuze van instrumenten aan boord. “De payload moest militair relevant zijn”, legt hij uit. “En we moesten kiezen tussen kant-en-klaar inkopen, zelf bouwen of iets laten ontwikkelen.” Uiteindelijk kozen Buijs en zijn team ervoor alledrie te doen. Ze kochten een instrument bij de universiteit van Oslo, ze lieten de Luchtmacht communicatiegroep in Dongen een communicatiesysteem ontwikkelen, en ze gaven NLR de opdracht voor een richtontvanger.

Op 550 kilometer hoogte vliegt de satelliet door het midden van de ionosfeer. In deze zeer ijle atmosfeer vinden verschijnselen plaats die worden aangeduid als ‘scintillatie.’ Plaatselijke verstoringen (tussen 100 meter en tientallen kilometers groot) van het plasma (elektrisch geladen ionen en elektronen zijn er ongebonden) verzwakken of verstoren radiogolven die er doorheen bewegen. Vooral rond de evenaar zijn er vaak GPS-storingen door scintillatie. Ook in het hoge noorden komt scintillatie voor, vaak in samenhang met het noorderlicht (aurora borealis). De gekochte scintillatiemonitor van de universiteit van Oslo meet de geleidbaarheid van het plasma tussen antennetips. Deze metingen kunnen bijdragen aan ruimteweerkaarten die, onder andere, de activiteit van de scintillatie weergeven. Gebruikers weten dan waar ze verzwakking of faseverschuiving van signalen kunnen verwachten.

Het eigen instrument van de Luchtmacht met de naam Store & Forward is te vergelijken met een ruimte-voicemail. Iemand die weet wanneer en waar BRIK II overkomt, kan er een bericht naartoe sturen. De eerstvolgende keer dat de satelliet het grondstation in Dongen passeert, wordt het bericht daar gedropt. Er zijn vaak meerdere passages, zo’n twaalf uur na elkaar. De maximale vertraging van de ruimtepost is dus twaalf uur. Het digitale bericht kan een audio-opname zijn, een tekst, foto of welk ander bestandsformaat ook.

Het derde instrument, dat door het Nationale Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium NLR ontwikkeld en gebouwd is, kan de positie bepalen van ‘bronnen van bepaalde frequenties’. Dat kan gelezen worden als posities van militaire systemen. Verdere details worden daar niet over verstrekt.

‘De Cubesat zit hartstikke vol’

De lancering zou oorspronkelijk midden 2019 plaatsvinden, de planning is nu april 2021. Wat is er gebeurd? “Er is veel gebeurd”, zegt TU-onderzoeker Stefano Speretta. “We hadden oorspronkelijk de Europese raket Vega op het oog voor de lancering. Dat ging niet door vanwege een ongeluk in 2019, gevolgd door een vliegverbod van 18 maanden. Intussen had Virgin Orbit, waar we toen voor kozen, ook problemen. De bouw van de satelliet had te kampen met tegenslagen en Covid hielp natuurlijk ook niet mee.”

“De Cubesat zit hartstikke vol”, legt Watts uit. “Hij heeft drie instrumenten aan boord en dat gaf elektromagnetische interferentie die we moesten oplossen. Dat kostte wat tijd. En nu wachten we op de laatste tests van de software.”

BRIK II ondergaat momenteel de laatste softwaretests in de cleanroom van ISISpace in Delft. Tussen eind februari en half maart wordt de satelliet naar de VS verzonden voor de lancering, vertelt Rotteveel. Raketlanceringen worden vaak uitgesteld, maar lanceringen vanaf een vliegende Boeing 747, zoals Virigin Orbit doet, neemt een aantal obstakels weg. Het weer heeft nauwelijks invloed op 10 kilometer hoogte, en er hoeft ook geen gebied ontuimd te worden vanwege de veiligheid. Maar toch, zegt Rotteveel, is lancering op tijd waarschijnlijk een illusie.

Volgende stap 
Aannemend dat alles goed verloopt, en dat de Luchtmacht begin april een functionerende satelliet in de vloot heeft, wat is dan het vervolg? “Het is zeker bedoeld als het begin van een serie”, zegt Watts. “Dit was bovenal een oefening in de aanschaf van een satelliet. De Space Office leidt nu hun eigen mensen op in dat traject. Er volgen zeker nieuwe programma’s.”

NRC schrijft intussen: ‘De lancering van twee militaire satellieten in samenwerking met Noorwegen staat gepland voor 2022.’

In een reactie schrijft Buijs: ‘De samenwerking met Noorwegen is ook een technologiedemonstratie, net als BRIK II. En die gaat gewoon door.’ Hoe het verder gaat is het aan de politiek. Buijs schrijft: ‘Het ambitieniveau van Nederland om onze kritische Space infrastructuur te beschermen en gebruik te maken van de mogelijkheden die het Space domein biedt op het gebied van het vergaren van de juiste informatie om de juiste beslissingen te kunnen nemen is sterk afhankelijk van de nieuwe kabinetsformatie.’

Samenwerking met andere landen biedt door de koppeling van satellieten tot zwermen met een bijna continue dekking enorme mogelijkheden. Tientallen tot honderden microsatellieten werden al gekoppeld tot een zwerm. Met dalende prijzen voor de lanceringen wordt de ruimte voor steeds meer partijen bereikbaar. Internationale samenwerking met kleine satellieten is een veelbelovende ontwikkeling. Maar, zoals Buijs zegt, je moet wel je eigen spul meenemen om een plekje aan de tafel te krijgen.

^{Teams interview met (kloksgewijs) Trevor Watts, Jos Wassink en Stefano Speretta.}