Hoe klotst water in de ruimte?

Sloshsat staat klaar voor lancering eind oktober, aan boord van de Ariane 5 ECA draagraket op de Europese lanceerbasis Kourou in Frans Guyana.

Sloshsat, of ‘klotssatelliet’, dankt zijn naam aan de 33,5 liter klotsend water in de satelliet. FLEVO staat voor Facility for Liquid Experimentation and Verification in Orbit en is niet toevallig ook de jongste Nederlandse provincie. Sloshsat is grotendeels in Nederland bedacht en gebouwd onder leiding van het in Flevoland gevestigde Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium (NLR). De satelliet maakt onderdeel uit van de technologieprogramma’s van ESA en het Nederlands Instituut voor Vliegtuigontwikkeling en Ruimtevaart NIVR.

Sensors

De bijna driehonderd sensors aan boord van de satelliet registreren hoe het water zich gedraagt in gewichtloze toestand. De verdeling wordt ‘gezien’ door 270 sensors. Op zeventien andere locaties wordt de temperatuur en waterdruk in kaart gebracht. Tenslotte meten zes versnellingsmeters en drie gyroscopen de bewegingen van de satelliet.

Samen levert het instrumentarium gegevens op om bestaande modellen over de dynamiek van vloeistoffen in de ruimte te controleren en te verbeteren. Er bestaan veel modellen en computerprogramma’s die de bewegingen voorspellen, maar die zijn nog nooit in de praktijk getoetst.

Klotsmodellen

De nauwkeurigheid van deze ‘klotsmodellen’ is bij veel toepassingen in de ruimtevaart van groot belang. Neem bijvoorbeeld de bevoorrading van het internationale ruimtestation met water en andere vloeistoffen. Of een reparatiemissie naar een communicatie- of observatiesatelliet, waarbij de bemanning de nodige voorraden stuwstof en zuurstof mee moet brengen. Tenslotte zijn er de toekomstige verkenningsmissies naar de maan en naar Mars. Voordat langdurige missies kunnen plaatsvinden moeten we weten welk effect vloeistoffen hebben op de besturing van ruimtevaartuigen.

Jan Vreeburg van het NLR: ‘Met de gegevens die van Sloshsat binnenstromen kunnen we niet alleen de bestaande modellen van vloeistofdynamiek verbeteren, maar ook onderzoeken welk effect het manoeuvreren van een satelliet heeft op zijn vloeibare lading.’ Tests met Sloshsat laten bijvoorbeeld zien hoe je een ruimtevaartuig moet besturen, zodat de stuwstof altijd richting verbrandingsmotor stroomt en er geen ‘bellen’ in ontstaan.

Ariane 5 ECA

Sloshsat-FLEVO vliegt als passagier mee aan boord van de Ariane 5 ECA, tijdens zijn kwalificatievlucht in oktober. Met een massa van 129 kilo (inclusief water) neemt hij een bescheiden plaats in tussen de satellieten XTAR-EUR en Maqsat-B2. Als de Ariane een geostationaire baan heeft bereikt, wordt Sloshsat door het ESAJECT veermechanisme afgeworpen. Dit systeem is ontworpen door het Belgische Verhaert en kan satellieten van vijftig tot honderdvijftig kilo afwerpen.

De totale experimenteertijd van Sloshsat bedraagt 24 uur en is verdeeld over twee weken. Tussen de verschillende manoeuvres en metingen door krijgt het water de kans tot rust te komen en worden de batterijen opgeladen via zonnepanelen. Commando’s worden gevoed vanaf het ESA grondstation in Kourou, Frans Guyana, met behulp van ESA’s controlecentrum in Darmstadt, Duitsland.

In de twee weken dat Sloshsat operationeel is, kunnen partners, waaronder het Nederlands Instituut voor Vliegtuigontwikkeling en Ruimtevaart (NIVR) de satelliet in ‘realtime’ volgen via het internet bij het technisch centrum van ESA (ESTEC) in Noordwijk. Met behulp van de data die binnenkomt is het mogelijk om in virtual reality weer te geven hoe de satelliet en het klotsende water zich in de ruimte gedragen.