Stellar Space Industries wil satellieten in Very Low Earth Orbit

Tijdens het Blue Magic Netherlands-event in Eindhoven zat het publiek de hele dag klaar voor de vertrouwde verhalen over defensietechnologie: sensoren, drones, data, de gebruikelijke termen die steeds vaker in combinatie met defensie worden gebruikt. Wat ze in de pitch van Jerre Sweers kregen week daar behoorlijk van af.

“Bij Stellar Space Industries ontwikkelen we satelliettechnologie die stationering in een zeer lage baan om de aarde mogelijk maakt. Hierdoor kunnen satellieten opereren op hoogtes waar je letterlijk gezichten op de grond kunt zien vanuit de ruimte”, aldus Jerre Sweers, CEO van Stellar Space Industries, bij de introductie van de missie van zijn bedrijf.

Stellar, gevestigd op de NL Space Campus in Noordwijk, Nederland, pal naast ESA-ESTEC – “een prima buur als je een kleiner bedrijf bent”, aldus Sweers – ontwikkelt een van Europa's meest ambitieuze nieuwe ruimtevaarttechnologieën: Atmosphere-Breathing Electric Propulsion (ABEP).

Very Low Earth Orbit © Stellar Space Industries

Wanneer dit voortstuwingssysteem op productie wordt geschaald, kunnen satellieten jarenlang opereren in een zeer lage baan om de aarde ('Very Low Earth Orbit', ofwel VLEO), op een hoogte tussen 160 en 450 kilometer, een gebied dat traditioneel ontoegankelijk is vanwege de extreme luchtweerstand. De beloning? Ultrascherpe beelden, communicatie met lage latentie en responsievere constellaties voor dual-use-toepassingen. Vandaar ook het belang voor de defensie-industrie - en Sweers' uitnodiging voor Blue Magic.

Serie

Blue Magic Netherlands

Lees hier alle artikelen over het Blue Magic Netherlands event

Bekijk serie

Waarom VLEO nu belangrijk is

VLEO wordt al lang beschouwd als een verboden zone in de ruimte. Vlieg je te laag, dan trekt de atmosfeer je binnen enkele weken naar beneden. Vlieg je hoger, dan verlies je de uitstekende resolutie en snelle connectiviteit die moderne missies steeds vaker vereisen.

“We zien een enorm potentieel om payloads volledig te benutten wanneer we zo laag vliegen”, legt Sweers uit. “Op deze hoogtes kunnen we beelden met een resolutie van minder dan een meter en communicatieverbindingen realiseren die sterk genoeg zijn om gewone smartphones rechtstreeks met een satelliet te verbinden, zonder afhankelijk te zijn van grondantennes, omdat het vermogen en de verbindingsbudgetten ideaal worden.”

De dubbele waarde is niet te overschatten. Hoogwaardige aardobservatie voor defensie of rampenbestrijding, snelle en veilige satellietcommunicatie en duurzamere operaties, omdat VLEO-satellieten van nature binnen enkele weken of maanden uit hun baan vallen, waardoor het risico op langdurige ruimtepuin wordt verminderd. Stellar heeft nog andere ideeën over deze onderscheidende factoren: beelden met ultrahoge resolutie, lagere lanceringskosten, hoge wendbaarheid en “veerkrachtige en redundante defensieconstellaties” die de dekking dynamisch kunnen herverdelen.

Jerre Sweers, CEO van Stellar Space Industries © Nadia ten Wolde

De atmosfeer omzetten in brandstof

Om VLEO levensvatbaar te maken, rekent Stellar op een doorbraak op het gebied van voortstuwing. Traditionele satellieten moeten grote brandstoftanks aan boord hebben om de weerstand tegen te gaan. Maar in VLEO bevat de atmosfeer zelf voldoende restdeeltjes om als brandstof te dienen, mits je ze efficiënt kunt verzamelen en ioniseren.

Het ABEP-systeem van Stellar doet precies dat: binnenkomende moleculen verzamelen via een motorloze luchtinlaat, ze comprimeren en opslaan in kleine geïntegreerde tanks, het ijle gas ioniseren met behulp van een eigen elektrolyse-gebaseerde elektrische stuwraket, en de ionen versnellen om een continue stuwkracht te genereren die de luchtweerstand compenseert.

“Erosie is geen probleem voor ons elektrische voortstuwingssysteem, omdat de gassen nooit fysiek in contact komen met interne componenten”, aldus Sweers. “Daardoor kunnen we ijle atmosferische gassen als brandstof gebruiken en de levensduur van het systeem en de satelliet behouden.”

Op het grote scherm van Blue Magic laat Sweers de volledige stroom zien: inlaat, compressor, opslag, stroomregeling en elektrische voortstuwing, waardoor de atmosfeer effectief wordt omgezet van een bedreiging in een hulpbron.

De huidige stuwkracht varieert tussen 5 en 10 milliNewton, met een doelstelling van 20 mN en hoger naarmate de efficiëntie van de elektronica verbetert. Dat is bescheiden volgens aardse normen, maar bij continu gebruik is het voldoende om een satelliet van meer dan 100 kg onbeperkt in de lucht te houden.

Waarom Stellar niet geïnteresseerd is in CubeSats

In tegenstelling tot veel opkomende startups op het gebied van voortstuwing, richt Stellar zich niet op de CubeSat-markt.

Na een uitgebreide missieanalyse concludeerde Sweers dat “de ruimte gewoon te klein is” om het volledige ABEP-systeem te integreren en tegelijkertijd nog zinvolle ladingen te kunnen vervoeren. In plaats daarvan richt Stellar zich op satellieten met een gewicht van 150 kilogram of meer, een klasse die volgens hen “uiteindelijk meer waarde en een betere output” biedt.

Om volledige tests te ondersteunen, bouwt het bedrijf een nieuwe vacuümtank met een diameter van 2 meter en een lengte van 3,5 meter voor simulaties op satellietniveau. Dit maakt deel uit van een aanzienlijke interne investering die wordt ondersteund door het Netherlands Space Office, de Nederlandse overheid en technische ondersteuning van ESA.

Voor Stellar is de betrokkenheid van ESA meer dan alleen financiering. “Elke fase die door ESA wordt gevalideerd, is een keurmerk voor ons en voor de ruimtevaartindustrie”, aldus Sweers.

Een routekaart naar een baan om de aarde en een oproep aan partners

Stellar heeft al TRL 4-5 bereikt en is van plan om binnen de komende 6-12 maanden door te groeien naar TRL 5-6. Stellar heeft een pad uitgestippeld om in 2030 commercieel klaar te zijn. Van hieruit is het bedrijf actief op zoek naar strategische partners: satellietbouwers, aanbieders van payloads en strategische investeerders die willen deelnemen aan de eerste demonstratie in een baan om de aarde.

“Voorlopig zijn we bescheiden. We richten ons eerst op de technologie. Maar later, met partners, hebben we misschien de ambitie om een volledige satellietfabrikant voor de VLEO-markt te worden.”

Stellar bezit het volledige intellectuele eigendom voor zowel voortstuwings- als inlaatsystemen en positioneert zich als toekomstige leverancier van hoogwaardige componenten of, uiteindelijk, volledige satellietplatforms.

Als ABEP zich volgens plan ontwikkelt, zou VLEO een nieuwe operationele laag van de ruimte kunnen worden, een zone waar satellieten lager kunnen vliegen, rijkere gegevens kunnen verzamelen, duurzamer kunnen opereren, vaker van updates kunnen worden voorzien en dat alles tegen lagere lanceringskosten.