Proba-V: de wereld in een kubieke meter

ESA’s VEGA-raket vertrekt binnenkort vanop de lanceerbasis in Kourou, in Frans-Guyana. Aan boord: Proba-V, een kleine satelliet van Belgische makelij, en met een ambitieuze missie. Eos stak zijn licht op bij de constructeurs.

PROBA staat voor PRoject for OnBoard Autonomy. De eerste PROBA – met hoofdletters – werd in 2001 gelanceerd en was een demonstratiesatelliet. Het kleine, in België ontwikkelde satellietje moest beginnende ruimtevaartbedrijven de kans geven op relatief goedkoop hun kunnen te demonstreren. Het platform kende een ongeziene zelfstandigheid en was een groot succes. Het experiment werd omgezet naar een concept, en met de lancering van een tweede satelliet in 2009 werd PROBA gewoon Proba, met kleine letters dus.

Proba-V is de derde kunstmaan gebaseerd op het platform. De kubus van om en bij één vierkante meter, gebouwd door het Belgische QinetiQ Space, moet de activiteiten van SPOT-5 voortzetten. De SPOT-5-satelliet werd in 2002 naar een baan om de aarde geschoten door een grote Ariane-4-draagraket om daar, net als zijn voorganger de evolutie van de vegetatie op onze aarde in kaart te brengen. Na meer dan tien jaar trouwe dienst raakt de brandstof van SPOT-5 uitgeput, en omdat de geplande vervanger, Sentinel 3, nog even op zich laat wachten, was er nood aan een snelle, degelijke en liefst goedkope oplossing.

Klein maar efficiënt
Door verbeterde technologie konden ontwikkelaars alle benodigde toestellen voor de observatie van vegetatie in de kleine Proba-kubus passen. Er is zelfs nog ruimte over voor zogenoemde ‘guest payloads’: 5 instrumenten van derden zoals een stralingsmeter en een ADS-B-ontvanger, een toestel dat vliegtuigen volgt en de data doorspeelt naar de luchtverkeersleiding wanneer er geen radardekking is. Ook de Universiteit van Louvain-La-Neuve ontwikkelde een instrument voor Proba-V. Toch is de hele satelliet niet groter dan de camera van zijn voorganger SPOT-5, en gebruikt in totaal slechts evenveel energie, zo’n 140 watt. Stefano Santandrea, systeemingenieur voor Proba-V: ‘In de satelliet zit alleen het hoogstnodige. Zo kan de Proba zijn positie perfect bepalen aan de hand van gps en de stand van de sterren, wat een gyroscoop overbodig maakt. Op die manier besparen we op zowel gewicht als elektriciteitsverbruik.’

Die besparingen raken niet aan de kwaliteit van de beelden. ‘De drie kleine vegetatie-telescopen van het instrument scannen samen een gebied van maar liefst 2.250 kilometer, met een extreme nauwkeurigheid. Hoewel de satelliet op een hoogte van 820 kilometer opereert, bedraagt de afwijking van de kunstmaan tegenover de grond maximaal honderd meter, wat overeenkomt met een verschuiving van één pixel naar links of rechts op het verkregen beeld.’

Behalve klein en zuinig is het kubusje ook nog slim. Santandrea: ‘Proba-V is veel zelfstandiger dan andere satellieten. De commando’s die de kunstmaan van de grond krijgt zijn veel beperkter, wat de datatransmissie ten goede komt. Wanneer je bijvoorbeeld een detailopname van een bepaalde regio wil, volstaat het om dat verzoek, samen met de coördinaten, naar Proba-V te sturen. De kunstmaan is verstandig genoeg om te weten wanneer het over die bepaalde plaats op de aarde zal passeren, en past het verzoek zo efficiënt mogelijk in tussen zijn andere taken.’ Al dat technisch vernuft, in elkaar gebokst in het Oost-Vlaamse Kruibeke, zorgt ervoor dat Proba-V de vegetatie van onze volledige aardbol scant in minder dan twee dagen.

V voor vegetatie
Proba-V wordt deels betaald door de Belgische overheid. In tijden van crisis vragen velen zich af of het wel verantwoord is om geld de ruimte in te schieten. Al is Proba-V relatief goedkoop, met een prijskaartje van 50 miljoen euro blijft het project een fikse investering. Maar het grootste deel is teruggevloeid naar de Belgische industrie, verzekert ESA. ‘Elke euro geïnvesteerd in de ruimtemissie van Proba-V zal op termijn meerdere euro’s omzet betekenen ‘op de grond’ en in export van satelietsystemen’, zegt Alberto Tobias, hoofd van de afdeling systemen, software en ruimtedemonstraties bij ESA.

Maar wie wil betalen voor vegetatiedata van de kleine satelliet? Heel wat mensen, zo blijkt. ‘Niet enkel overheidsinstellingen gebruiken scans van de vegetatie van onze planeet, ook regeringen kunnen er wat mee en zelfs de beurs is onderhevig aan wat ons aardobservatieprogramma blootlegt’, aldus Eric Gontier van VITO, die de data van Proba-V aan de man brengt. ‘Wij beheren de beelden en stellen elke tien dagen een vegetatiekaart van de volledige aarde samen’. Waarom pas elke tien dagen als Proba-V onze planeet volledig heeft gescand om anderhalve dag? ‘Voor de samengestelde kaarten maken we gebruik van de beste beelden van de afgelopen periode. Zo krijgen we een duidelijk eindresultaat waarop wolken de zichtbaarheid niet verstoren.’ Wie wil kan die kaarten dan aankopen bij VITO en gebruikers kunnen zelf nauwkeurige opnames van specifieke regio’s aanvragen.

‘Dankzij een uitgebreide database van observaties, die teruggaat tot 1998, kunnen klanten huidige beelden vergelijken met een gemiddelde, en zo tendensen in het oog houden. Dat stelt regeringen in staat preventief te reageren op mogelijke hongersnood. Maar ook de beurs zou op Proba’s observaties kunnen reageren. Een accurate voorstelling van de vegetatie-evolutie kan namelijk voorspellen hoe oogsten zullen meevallen.’

In 2017 volgt de volgende Proba-missie. Proba-3 zal uit twee satellieten bestaan, die in precieze formatie zullen vliegen om zo de corona van de zon te bestuderen.

VEGA, kleine raket

De lancering van de VEGA-raket met Proba-V aan boord is nog maar de tweede lancering van de lichte draagraket. En deze keer zal VEGA voor de eerste keer twee satellieten mee naar de ruimte nemen, om ze in een verschillende baan om de aarde te deponeren. De kwalificatievlucht van VEGA dateert van 2012. Toen bracht de raket vlekkeloos één gewone satelliet en een aantal microsatellietjes naar de ruimte. De vlucht was de culminatie van een project dat in 1998 startte in Italië.

‘In 2000 zag ESA het belang in van de ontwikkeling van een lichte draagraket en stapte de Europese ruimtevaartorganisatie mee in het project’, vertelt Tommaso Ghidini, hoofd van materiaaltechnologie bij ESA. ‘Met Ariane had Europa al een voertuig om zware vracht de ruimte in te brengen en Soyuz stond in voor middelzware ladingen en bemande vluchten, maar de kostprijs om met één van die twee raketten een lichte satelliet te lanceren lag veel te hoog. Er was nood aan een raket die zich op vrachten richtte tussen 50 en 2500 kilogram, en dat werd VEGA.’

De kleine VEGA bestaat uit 4 trappen. De eerste drie bestaan uit raketmotoren met vaste stuwbrandstof waarvan de tweede, Z-23 gedoopt, in Nederland ontwikkeld werd. De laatste trap heeft een raketmotor met vloeibare brandstof voor precieze manoeuvres, met daarop de payload adapter, het toestel waaraan de satellieten bevestigd worden. Het verschil tussen vaste en vloeibare stuwstof: zodra een motor met vaste brandstof ontstoken wordt is er geen houden meer aan tot de brandstof volledig is opgebruikt. Pluspunt is dat zo’n brandstof een enorme stuwkracht heeft en relatief veilig is. Vloeibare brandstof is gevaarlijker en minder krachtig, maar preciezer.

‘De raket na een lange reeks tests voor het eerst uit de hangar tevoorschijn zien komen, was een emotioneel moment’, bekent Ghidini. ‘Ik overdrijf niet wanneer ik zeg dat heel wat collega’s de tranen in de ogen hadden. De lancering in 2012 was voor hen de bekroning van een levenswerk.’

Voor de lancering (voorzien voor nacht van vrijdag 3 op zaterdag 4 mei, maar uitgesteld) moest de VEGA enkele aanpassingen ondergaan. De payload adapter, die in 2012 slechts één satelliet vervoerde, moest nu in staat zijn twee kunstmanen te dragen. Ghidini: ‘Nadat VEGA de Proba-V veilig heeft afgezet moet de raket nog enkele manoeuvres uitvoeren om naar een nieuwe baan om de aarde te vliegen. Daar zal de payload adapter openen om VNREDSAT, een Vietnamese satelliet, op zijn plaats te parkeren. Vervolgens wijzigt de bovenste trap een laatste keer van koers om zo gecontroleerd op te branden in de dampkring.’