Brandstof grote stap vooruit voor nanosatelliet

Nanosatelliet GOMX-4B gebruikt vloeibaar butaan als brandstof. beeld GomSpace

Niet alleen op aarde wordt apparatuur steeds kleiner. Ook satellieten, voorheen metersgrote kolossen, zijn gekrompen tot sondes die slechts 1 tot 20 kilo wegen. Zulke nanosatellieten moeten het echter vaak stellen zonder brandstoftank en dat beperkt hun mogelijkheden: ze kunnen geen koerscorrecties uitvoeren of naar een hogere baan worden gestuwd om te voorkomen dat ze terugvallen naar de aarde.

Begin deze maand lanceerde China echter een Deense nanosatelliet, GOMX-4B, die butaan als brandstof gebruikt, meldt het Technisch Weekblad. Met afmetingen van 10 bij 20 bij 30 centimeter is hij kleiner dan wat luchtvaartmaatschappijen hanteren voor handbagage.

Aandrijving opent de mogelijkheid om netwerken van nanosatellieten te creëren. „Satellieten die in formatie vliegen, moeten hun positie ten opzichte van elkaar nauwkeurig behouden. Dat is zonder aandrijving heel moeilijk voor elkaar te krijgen”, aldus dr. Angelo Cervone, verbonden aan de afdeling Space Engineering van de TU Delft.

De Denen testen die mogelijkheid van formatievliegen de komende jaren al in de praktijk: de GOMX-4B zal twee jaar lang datacommunicatie versturen naar zustersatelliet GOMX-4A, waarbij de onderlinge afstand nooit groter zal zijn dan 1000 kilometer.

Er zit slechts 150 gram vloeibaar butaan in de brandstoftank, maar de GOMX-4B moet daar zeker twee jaar mee vooruit kunnen, citeert het Technisch Weekblad Tor-Arne Grönland, directeur van NanoSpace. Deze spin-off van de Zweedse universiteit van Uppsala leverde de voortstuwing voor het Deense GomSpace dat de nanosatelliet bouwde. Het vloeibare butaan zit in afgesloten containers die onder druk staan, aldus Grönland. „Het grote voordeel van vloeibaar ten opzichte van gasvormig butaan is dat het duizend keer minder volume nodig heeft. Bij nanosatellieten telt elke kubieke centimeter.”

In Delft onderzoekt Cervone of zogeheten resistojets geschikt zijn als aandrijving voor CubeSats, satellieten die zijn opgebouwd uit een of meer kubussen van 10 bij 10 bij 10 centimeter. „Er zijn systemen die meer stuwkracht bieden, maar voor een satelliet ter grootte van een CubeSat is dat alsof je een vliegtuigmotor op een auto schroeft.”

In een resistojet wordt stuwstof in een buisje verhit door een verwarmingselement. De energie die daarvoor nodig is, wordt geleverd door de zonnepanelen van de satelliet. De opgewarmde stuwstof wordt vervolgens uitgestoten via een straalpijp, waarop de satelliet van koers verandert, legt Cervone uit.

„We onderzoeken water als mogelijke stuwstof, omdat het duurzaam, veilig en makkelijk in het gebruik is.”

De productie van het microvoortstuwingssysteem is een uitdaging op zich: het verwarmingselement, het kanaal voor de stuwstof, de straalpijp en de watertank mogen niet groter zijn dan een suikerklontje. „We gebruiken onderdelen van een paar millimeter of kleiner, soms zelfs zo dun als één hoofdhaar.”