Een ongewoon luchtvaartincident haalde eind november wereldwijd het nieuws. Dit leidde ertoe dat duizenden Airbustoestellen aan de grond moesten blijven nadat bleek dat kosmische straling – hoogenergetische deeltjes uit de ruimte – eind oktober digitale avionica-systemen verstoorde. De vliegtuigen zijn weer in gebruik na software-updates die het probleem verhelpen. Wel onderstreept het incident een trend: naarmate (vliegtuig)elektronica geavanceerder en compacter wordt, neemt de gevoeligheid voor kosmische straling toe.
Onzichtbare dreiging
“Kosmische straling is onzichtbaar en altijd aanwezig,” legt Jasper Dijks, onderzoeker avionica-systemen bij NLR, uit. “Op kruishoogte worden vliegtuigen getroffen door miljoenen van deze deeltjes per seconde. Eén enkele met voldoende energie kan volstaan om een flight computer te verstoren – met potentieel ernstige gevolgen.”
Het fenomeen is niet nieuw voor de luchtvaart, maar het komt zelden voor. Oudere vliegtuigen met analoge systemen en grotere, robuustere chips zijn veelal minder gevoelig. Moderne cockpits met meer digitale technologieën gebruiken steeds kleinere transistoren. Die miniaturisatie maakt ze kwetsbaarder: minder energie is nodig om een storing te veroorzaken.
Satellieten kampen al decennia intensief met dit probleem. Buiten de bescherming van de atmosfeer is kosmische straling zo intens dat satellieten zonder bescherming al binnen enkele uren onbruikbaar zouden kunnen worden. Daarom worden ruimtevaart-computers standaard uitgerust met stralingsbestendige chips, fout-corrigerende codes en redundante systemen.
Wat is kosmische straling?
Kosmische straling is een verzameling van hoogenergetische deeltjes (met name elektronen, protonen, en ionen) uit de ruimte die met bijna de lichtsnelheid door het heelal reizen. Ze ontstaan tijdens zonne-uitbarstingen of bij explosies van sterren.
Op aarde worden we beschermd door het aardmagnetisch veld en de atmosfeer, maar op vlieghoogte (rond 10 km) is de stralingsintensiteit al veertig keer sterker dan op zeeniveau. Een vlucht van Amsterdam naar New York geeft piloten en passagiers ongeveer evenveel straling als een röntgenfoto van de borst.
Voor elektronica is het risico anders en statistisch significanter: één deeltje met genoeg energie en op de juist plek, zou elektronica tijdelijk of permanent kunnen beschadigen met onvoorspelbare gevolgen.
Voorspellen om te voorkomen
Om dit probleem aan te pakken zijn twee dingen nodig. Ten eerste: actuele kennis van het weer in de ruimte: zonneactiviteit, kosmische stralingspieken en geomagnetische stormen. Organisaties zoals NOAA (National Oceanographic and Atmospheric Administration) in de VS en de Europese Ruimtevaartorganisatie ESA, monitoren deze activiteit constant en publiceren waarschuwingen voor verhoogde stralingsactiviteit.
Wat het Airbus-incident extra bijzonder maakt, is dat het zich voordeed zonder grote zonne-uitbarstingen of extreme gebeurtenissen. “Dit wijst erop dat zelfs normale achtergrondstraling of gerichte deeltjesbundels van zonneactiviteit al problemen kunnen veroorzaken in gevoelige moderne elektronica,” zegt Dijks. “Dat maakt het voorspellen alleen maar belangrijker, maar ook erg lastig.”
Het tweede puzzelstuk is nog complexer: hoe gevoelig zijn specifieke chips en systemen precies? “De enige manier om dat betrouwbaar te achterhalen is door te testen,” zegt Dijks. “En het liefst onder realistische en representatieve stralingsomstandigheden.”
Een groeiend probleem voor kritische systemen
Het probleem wordt relevanter naarmate technologie evolueert. De meest moderne chips hebben transistoren van slechts enkele nanometers groot – dat is bijna tien duizend keer zo klein als de breedte van een mensenhaar. Hoe kleiner de transistor, hoe minder energie daarom in het algemeen nodig is om hem te verstoren. Dit geldt eigenlijk voor alle elektronica op aarde. Datacenters die steeds krachtigere chips inzetten worden daardoor bijvoorbeeld ook gevoeliger voor deze effecten.
Door beter te begrijpen wanneer het risico hoog is en welke systemen het meest kwetsbaar zijn, kunnen gebruikers van systemen – of apparaten zelf – proactief handelen: kritische operaties uitstellen tijdens stralingspieken, redundante systemen activeren, of in de luchtvaart routes en vlieghoogtes aanpassen. “De technologie die ons zo veel mogelijk maakt, wordt tegelijk steeds gevoeliger,” concludeert Dijks. “Daarom is het belangrijk dat we leren deze effecten goed te begrijpen, te voorspellen en ons ertegen te beschermen – op aarde én daarbuiten.”
