Dagelijks maken we gebruik van satellieten, vaak zonder dat we ons daarvan bewust zijn. Satellieten zijn onmisbaar voor navigatie en weersvoorspellingen, maar ook voor grotere maatschappelijke zaken zoals onderzoek naar klimaatverandering. Bovendien is de krijgsmacht afhankelijk van satellieten, onder andere voor veilige communicatie. Voor NLR is het dan ook belangrijk om zich te blijven inzetten voor de verdere ontwikkeling van nieuwe ruimtevaarttechnologie. Betrouwbare elektronica vormt hierin een essentieel onderdeel, bijvoorbeeld voor de energievoorziening van satellieten, gegevensverwerking, de aansturing van actuatoren en het ontvangen en verzenden van gegevens.
“Zonder betrouwbare elektronica geen goede operatie van satellieten”, stelt Sybren de Jong. Als principal engineer houdt hij overzicht over de verschillende onderzoeken op het gebied van elektronica in de ruimtevaart. Zo werkt hij onder andere aan projecten over laser-satellietcommunicatie, stralingsonderzoek en thermische systemen voor satellieten. “Elektronica komt op verschillende manieren terug; het is een breed onderdeel van de ruimtevaart. Het doel van al onze onderzoeken is om de technologie verder te ontwikkelen tot volwassen producten die betrouwbaar de ruimte in kunnen.”
Thermische systemen
Hij noemt een project rond thermische systemen als een van de belangrijke speerpunten. Net als op aarde, produceert de elektronica in een satelliet in sommige gevallen veel warmte. “In de ruimte is het afvoeren van de warmte echter lastiger dan op aarde. Er is namelijk geen omgevingslucht om te koelen. Het afvoeren van de warmte door uitstraling, geleiding of het gebruik van speciale vloeistoffen zijn dan de enige mogelijkheden”, legt hij uit. NLR staat internationaal hoog aangeschreven voor zijn thermische expertise en heeft diverse warmte transportsystemen voor de ruimtevaart ontwikkeld. “We gebruiken o.a. een innovatieve pomp en vloeistof om warmte van de warmtebron te transporteren naar een radiator. Vanuit daar kan het uitgestraald worden naar de ‘koude’ ruimte.”
Laser-satellietcommunicatie
Sybren werkt ook aan de elektronica die nodig is voor laser-satellietcommunicatie, één van de veelbelovende ontwikkelingen op dit moment. Lasercommunicatie werkt met een laserstraal, bestaande uit kleine pulsjes van licht die informatie overbrengen. Dit is een noodzakelijke toevoeging aan de conventionele communicatie via radiogolven, die niet meer toereikend is door de toenemende hoeveelheid data die uitgewisseld moet worden. Laser-satellietcommunicatie kan ingezet worden voor verschillende toepassingen, zoals communicatie tussen satellieten onderling, met de aarde of met vliegtuigen. “We werken toe naar een uiteindelijke toepassing met een capaciteit van orde 1 terabit per seconde. Dat is meer dan 100 keer sneller dan wat er nu mogelijk is met communicatie via radiogolven”, zegt hij.
Hoe kan die snellere communicatie dan het verschil maken? De Jong noemt het detecteren van bosbranden als voorbeeld. “Voorheen kon het wel een uur duren voordat de data van de satelliet bij de eindgebruiker op aarde was. Met lasercommunicatie kunnen we efficiënter een netwerk van satellieten in de ruimte opzetten. Zo zijn de satellietwaarnemingen vrijwel direct bij de eindgebruiker. Dat is in het geval van rampenbestrijding heel belangrijk; dan telt elke minuut.”
Snelle informatie uit de ruimte is ook belangrijk voor Defensie. “Op militair gebied is het cruciaal om snel inlichtingen te hebben, daarbij zijn de gegevens vanuit satellieten een belangrijk onderdeel. Als je beschikt over de beste inlichtingen, dan heb je ook de beste uitgangspositie op het slagveld”, zegt hij. Naast een snellere verbinding heeft lasercommunicatie nog een belangrijk voordeel: “Het is veiliger dan radiogolven omdat de veel smallere laserbundel vrijwel niet afgeluisterd kan worden.”
Snellere informatie uit de ruimte die het verschil maakt
Stralingsonderzoek
Weer een ander, maar ook belangrijk onderzoeksgebied van Sybren is het onderzoek van stralingseffecten op elektronica. Hij was onder andere betrokken bij het Europese project TRISTAN. Binnen dit project is een RISC-V-processor (ook wel het brein van een computer genoemd) ontwikkeld, waarbij NLR zich heeft gefocust op de ruimtevaarttoepassingen. Niet alle processoren kunnen gebruikt worden in de ruimte. “Daar is de straling namelijk veel intenser dan op aarde. Elektronica in satellieten moet wel bestand zijn tegen die straling.”
Sybren legt uit: “Tegen de zwakke kosmische achtergrondstraling kunnen we de elektronica beschermen met bijvoorbeeld een laag aluminium, maar hoogenergetische deeltjes kunnen dwars door de structuur van een satelliet heen gaan. Hierdoor kunnen computerbits veranderen waardoor het niet meer goed werkt of er kan zelfs kortsluiting optreden.” Daarom heeft NLR de processor die in het TRISTAN-project is ontwikkeld, zowel met protonen- als met zware ionenstraling getest.
Uiteindelijk is het doel van ons onderzoek om te zorgen voor betrouwbare ruimtevaarttechnologie en een lange levensduur van satellieten. “Dat is belangrijk omdat we steeds meer afhankelijk worden van de infrastructuur in de ruimte. Ook hoeven we minder vaak een nieuwe satelliet te lanceren als de levensduur lang is. Dat vind ik vooral belangrijk vanwege de mogelijk nadelige effecten op de atmosfeer als satellieten na hun levensduur daarin verbranden. Daarom vind ik dat we moeten inzetten op duurzame technologie die lang meegaat.”
Ecosysteem versterken
Sybren vertelt dat NLR de ambitie heeft om het Nederlandse expertisecentrum op het gebied van stralingsonderzoek te worden. “Wij hebben heel veel kennis in huis en zijn ook druk bezig met allerlei nieuwe onderzoeken. Bovendien weten industriepartijen ons steeds beter te vinden voor samenwerkingen op dit gebied.”
Hij pleit ervoor het Nederlandse ecosysteem rond ruimtevaarttechnologie te laten groeien. “Zeker voor grote satellieten zijn we voor de elektronica altijd afhankelijk van buitenlandse spelers, hoewel er in Nederland ook een aantal partijen actief zijn op dit gebied. Bovendien hebben we – onder andere bij NLR – ook de nodige kennis in huis. Daarom is het belangrijk om onze positie te verbeteren en het Nederlandse ecosysteem uit te bouwen.” Sybren geeft aan dat dit zowel voor civiele als voor militaire toepassingen van belang is.
Meer onderzoek
De afgelopen jaren is er binnen NLR meer aandacht gekomen voor ruimtevaarttechnologie. Toen Sybren 6 jaar geleden bij de onderzoeksinstelling begon, was hij als enige op zijn afdeling bezig met ruimtevaartelektronica. Inmiddels hebben we een mooi team opgebouwd dat zich bezighoudt met de ontwikkeling van elektronica en de benodigde software voor satellieten. “Sommige collega’s komen direct van de universiteit, terwijl anderen al meer praktijkervaring hebben. Ik vind het heel leuk om mijn ervaring over te brengen op mijn collega’s en tegelijkertijd ook weer van hun te leren. Dat is een van de meest mooie en waardevolle onderdelen van mijn werk”, vertelt hij.
Hij ziet ook dat er in Nederland meer financiering beschikbaar is voor onderzoek naar ruimtevaartelektronica dan voorheen, bijvoorbeeld vanuit het Nationaal Groeifonds. “Er is geld om op die trein te stappen. Dat moeten we vasthouden en echt verder vergroten, ook in de toekomst.”
Netwerken zorgt voor inzicht
Sybren is sinds kort benoemd tot principal engineer. Dat houdt in dat hij een erkende autoriteit is op zijn vakgebied en bij NLR een leidende rol heeft in het wetenschappelijk onderzoek en de ontwikkeling van een specifieke technologie, in dit geval elektronica in de ruimtevaart. “Ik heb veel contact met collega’s, maar ook met mensen buiten de organisatie, bijvoorbeeld op congressen. Ik vind het heel mooi om op die manier zelf nieuwe ideeën op te doen en andere mensen ook nieuwe inzichten te geven. Er komt regelmatig een nieuw gezamenlijk project tussen NLR en bedrijven of andere onderzoekinstellingen uit zo’n gesprek. Zo draag ik bij aan het versterken van het netwerk rond NLR.”
Passie voor techniek, natuur en maatschappij
Zijn werk bestaat inmiddels uit veel verschillende aspecten. Toch ligt zijn hart nog altijd bij de technologie. “Al van jongs af aan heb ik een passie voor elektronica. Ik vind het daarom heerlijk om ook in mijn vrije tijd bezig te zijn met elektronica en andere techniek.” Daarnaast is hij veel met zijn kinderen op pad, in de natuur of aan het strand – op loopafstand van zijn huis. “Daar kan ik lekker uitwaaien met m’n gezin. “Naast zijn drukke baan en gezinsleven zet Sybren zich graag in voor de maatschappij. Daarom is hij voorzitter van de wijkvereniging. “Zo draag ik een steentje bij aan de verbinding in de lokale maatschappij.”
De ruimte in
Wat Sybren nog graag wil bereiken op professioneel gebied? Na ruim 20 jaar wordt er bij NLR weer een satelliet ontwikkeld, waarbij NLR deze keer ook zelf de operaties in handen heeft. “Ik denk dat het heel belangrijk is om zelf een satelliet te hebben en te opereren, zodat we zelfstandig onderzoek kunnen doen en toepassen – binnen NLR maar ook samen met partners. Bovendien zorgt het voor waardevolle kennis over alle aspecten van ruimtevaartsystemen waaronder de operatie van een satelliet.” Hoe het allemaal precies vorm gaat krijgen, wordt op dit moment onderzocht. “Ik vind het in ieder geval ontzettend gaaf om bij te dragen aan deze ontwikkeling en te zien hoe het Nederlandse ruimtevaart-ecosysteem op het gebied van elektronica aan het groeien is door onze R&D-activiteiten.”
