Een stap voorwaarts in de duurzaamheid van de ruimtevaart? Een evaluatie van de nieuwe NASA-standaarden voor het beperken van ruimteafval.

Door Charity Weeden, vicepresident wereldwijd ruimtevaartbeleid

In december 2019, na maandenlange beraadslagingen tussen verschillende instanties, publiceerde NASA een bijgewerkte versie van deStandaardpraktijken van de Amerikaanse overheid voor het beperken van ruimteafval(ODMSP). De laatste versie was uitgevaardigd in 2001, in een tijdperk vóór de Chinese ASAT-test van 2007 of de botsing tussen Iridium 33 en Cosmos 2251 in 2009. Het was een tijd waarin commercieel gebruik van de ruimte voornamelijk plaatsvond in het geostationaire gebied, met uitzondering van de nieuw leven ingeblazen Iridium-activiteiten die gebruik maakten van hun constellaties van 66 satellieten of een klein aantal geospatiale platforms vóór deAmerikaans beleid inzake teledetectie uit 2003Dat zou de weg vrijmaken voor nieuwe, op de ruimte gebaseerde bedrijven in de teledetectie. Het was ook een tijd waarin slechts zo'n 40 landen ervaring hadden met het exploiteren van satellieten, de helft minder dan nu.

De ODMSP's zijn bedoeld voor Amerikaanse overheidsinstanties die satellieten beheren - NASA, NOAA, USGS, het Ministerie van Defensie en de inlichtingendiensten - en de standaardprocedures zullen ook worden opgenomen in de regelgeving voor commerciële operators, waardoor de regels van kracht worden voor alle ruimtevaartuigen die onder de Amerikaanse jurisdictie vallen. Een standaardprocedure verliest echter zijn wereldwijde effectiviteit als deze slechts door één land wordt nageleefd. Deze procedures moeten daarom nog steeds worden ingebed in wereldwijde operationele beste praktijken. De VS staan nu voor de complexe taak om de internationale gemeenschap te overtuigen de bijgewerkte procedures over te nemen via IADC, UN COPUOS, bilaterale en multilaterale dialoog. Volgens de ODMSP's van 2019 "biedt het een referentiepunt om efficiënte en effectieve veiligheidspraktijken in de ruimte te bevorderen voor andere binnenlandse en internationale operators."

Waarom moest de ODMSP worden bijgewerkt?

De drastische toename van activiteit en drukte in alle banen rond de aarde in de afgelopen 20 jaar heeft geleid tot beleidsmaatregelen, eerst in 2010 via het Nationaal Ruimtevaartbeleid en nu viaRuimtebeleidsrichtlijn - 3(SPD-3), opgenomen in het nationale ruimteverkeersbeheerbeleid van de Verenigde Staten in 2018. SPD-3 pakt de bezorgdheid over de huidige richtlijnen duidelijk aan en stelt dat de ODMSP "ontoereikend zijn om de groei van ruimteafval te beheersen" en dat "de Verenigde Staten een nieuw protocol van standaardprocedures moeten ontwikkelen om bredere verwachtingen te scheppen voor veilige ruimteoperaties in de 21e eeuw", inclusief "operationele procedures voor grote constellaties, rendezvous- en nabijheidsoperaties, kleine satellieten en andere soorten ruimteoperaties".

Met als doel een nieuw protocol voor standaardprocedures te ontwikkelen,Wat is er precies bijgewerkt in de ODMSP?Hieronder volgen enkele belangrijke punten:

• Het is meer empirisch georiënteerd.

  De bijgewerkte versie bevat kwantitatieve, probabilistische en betrouwbaarheidslimieten voor veel onderdelen van het document, waardoor er duidelijkere criteria ontstaan voor het beoordelen van de naleving.

• Het introduceert het concept van 100 objectjaren.

  Op het eerste gezicht lijkt deze berekening misschien verwarrend. Hij wordt echter duidelijk uitgelegd in

  NASA-standaard 8719.14B

  (bijgewerkt in 2019), sectie 4.3.4.3 waarin wordt verduidelijkt hoe het naar verwachting zal worden gebruikt. Specifiek voor LEO is het het product van het aantal uitgeworpen ruimtepuin en de verwachte tijd die nodig is om op natuurlijke wijze terug te keren naar de atmosfeer, gebaseerd op het perigeum van het puin. In het nieuwe ODMSP wordt dit concept van 100 objectjaren toegepast op geplande creatie van ruimtepuin en voor objecten kleiner dan een 1U cubesat. Als een operator van plan is vier stukken ruimtepuin uit te stoten, moet dit gebeuren bij een perigeum dat minder dan 25 jaar nodig heeft om terug te keren naar de aardatmosfeer. Als een operator van plan is 100 picosatellieten te lanceren, moeten al deze objecten binnen één jaar uit hun baan worden gehaald vanaf de juiste hoogte (in dit geval veel lager dan het ISS).

• Het breidt de mogelijkheden voor de afvoer van materieel na de missie uit en herstructureert deze.

  Het ODMSP van 2001 beschreef drie hoofdopties voor de verwijdering van een ruimteobject na afloop van de missie: directe terugkeer in de atmosfeer, manoeuvreren naar een opslagbaan of directe berging. Nu wordt directe terugkeer en het afstoten van het object in een heliocentrische of aardbaan als eerste genoemd, gevolgd door terugkeer in de atmosfeer, opslag tussen een lage en geostationaire baan, opslag boven een geostationaire baan en directe berging binnen vijf jaar na afloop van de missie. Een minimale betrouwbaarheid voor de verwijdering is vastgesteld op 90%, met een streefwaarde van 99% of hoger.

• Het introduceert werkwijzen voor verschillende soorten ruimteoperaties.

  Grote satellietconstellaties, kleine satellieten, rendezvous, nabijheidsoperaties en onderhoud, en actieve verwijdering van ruimteafval worden allemaal nieuw genoemd. De procedures voor deze categorieën omvatten het minimaliseren van onbedoelde botsingen, explosies of fragmentatie. Er worden echter ook enkele meer gedetailleerde punten genoemd, zoals de voorkeur voor de directe verwijderingsmethode bij grote constellaties (100 of meer). Deze methode moet met een minimale betrouwbaarheid van 90% worden uitgevoerd.

Hoe verhoudt de ODMSP van 2019 zich tot de versie van 2001?

Het document beschrijft nieuwe activiteiten in een baan om de aarde, waarbij dezelfde kernpraktijken worden toegepast als voor traditionele satellieten. Daarnaast worden numerieke limieten gesteld aan zaken die moeilijk te beoordelen waren en worden operators aangemoedigd om de vastgestelde minimumwaarden te overschrijden. Een belangrijke slotvoorwaarde is dat de Amerikaanse overheid deze praktijken waar nodig zal bijwerken en verfijnen.

Het is goed dat de deur open blijft voor verdere herzieningen, aangezien er punten zijn die in de volgende versie overwogen moeten worden. Ten eerste zijn de ODMSP (Owning, Disposal, and Removal Standards) alleen bedoeld voor normale operaties. Als een satelliet een ontwerpfout heeft, dat wil zeggen als er een afwijking van welke aard dan ook optreedt en deze niet aan de verwijderingseisen kan voldoen, zijn de ODMSP niet van toepassing. Dit is een hiaat dat moet worden aangepakt om ervoor te zorgen dat operators rekening houden met de gevolgen van het achterlaten van defecte ruimtevaartuigen (zowel raketlichamen als satellieten) in een baan om de aarde. Dit soort ruimteafval kan de meeste schade aanrichten en daarom moeten alternatieve verwijderingsprocedures sterk worden aangemoedigd.

Bovendien is de richtlijn voor het uit de baan halen van een ruimtevaartuig niet gewijzigd en blijft deze maximaal 25 jaar. De commerciële ruimtevaartsector begint de praktijk van vijf jaar of zo snel mogelijk over te nemen. Het is duidelijk dat hierover meer discussie nodig is. Gezien de focus op een betere empirische beoordeling, zouden er studies moeten worden uitgevoerd met externe experts om de impact van de termijnen voor het uit de baan halen nauwkeuriger te kunnen evalueren.

Tot slot zou NASA de naleving van deze praktijken binnen de Amerikaanse overheid moeten monitoren, en toezichthouders zouden hetzelfde moeten doen voor commerciële entiteiten, waarbij deze gegevens openbaar worden gemaakt. Dergelijke transparantie zal wereldwijd leiderschap tonen op het gebied van naleving van beste praktijken en kan worden gezien als een implementatie van de recent aangenomen VN COPUOS-richtlijnen voor duurzaamheid op lange termijn. Zonder naleving bereiken deze standaardpraktijken niet het beoogde effect.

ODMSP en andere huidige praktijken, zoals die voortkomen uit IADC en UN COPUOS, vertegenwoordigen het minimum dat nodig is om de duurzaamheid van de ruimte te waarborgen, gebaseerd op de huidige kennis. Waar we nog niet zeker van zijn, is precies hoe een groter aantal ruimteobjecten het ruimtemilieu zal beïnvloeden. Zullen ze manoeuvreerbaar zijn? Zullen ze in hun baan om de aarde breken? Zullen ze voldoende ruimtelijk inzicht hebben of een robuust verkeersmanagementsysteem om botsingen beter te voorkomen? Zullen ze überhaupt de beste praktijken volgen?

Bovendien zullen botsingen tussen ruimtepuinfragmenten een grotere impact hebben in een drukker bezette omgeving. Dit is misschien een minder waarschijnlijke gebeurtenis, maar het brengt wel grote gevolgen met zich mee. De huidige geavanceerde technologieën voorspellen deze botsingsmogelijkheden met onvoldoende nauwkeurigheid, maximaal zeven dagen van tevoren. Dat is niet veel tijd om een oplossing te vinden om een dreigende botsing te voorkomen. Het saneren van de ruimteomgeving – dat wil zeggen, het verwijderen van grote, impactvolle objecten – is een complementair en noodzakelijk onderdeel van deze discussie en SPD-3 neemt dit direct in overweging na de bespreking van een ODMSP-update: "De Verenigde Staten zouden actieve verwijdering van ruimtepuin moeten nastreven als een noodzakelijke langetermijnbenadering om de veiligheid van vluchtoperaties in belangrijke orbitale gebieden te waarborgen. Deze inspanning mag niet ten koste gaan van de verdere ontwikkeling van internationale protocollen voor het beperken van ruimtepuin in het kader van de huidige programma's."

Wat nu nodig is, is een cultuur van veiligheid en naleving binnen de wereldwijde ruimtevaartgemeenschap, en daarvoor zijn er tal van mogelijkheden. Initiatieven zoals deBeste praktijken van de Space Safety Coalition voor de duurzaamheid van ruimtevaartoperatiesen deRuimtevaartduurzaamheidsrating van het Wereld Economisch ForumDit onderstreept de trend om verder te gaan dan de minimumeisen voor de veiligheid van ruimtevaart, net als andere praktijken zoals het ontwerpen van ruimtevaartuigen die na de missie kunnen worden afgevoerd in geval van afwijkingen.

De ruimteomgeving bevindt zich midden in een fase van snelle toename in congestie en orbitale risico's. Alle operators moeten een positieve rol spelen om ervoor te zorgen dat we geen sporen achterlaten door de standaardprocedures na te leven – nee, door ze te overtreffen.