Wat betekent de naam PR⁴ Space? “Die staat voluit voor: Payload for Radio interferometry and Radiation measurement on Rockets Revisited.” Revisited? “We zijn de opvolger van het Team PR³ Space, dat in 2019 ‘meevloog’ met een eerdere REXUS.” Teamleden Benno Driessen (28) en Reinier Seuren (23) volgen respectievelijk de masters Embedded Systems en Electrical Engineering, en ze studeren allebei af op een onderwerp dat gelieerd is aan PR⁴ Space.

Het team bestaat uit een twintigtal studenten, van wie een kwart aan de TU/e studeert. De rest komt van de Radboud Universiteit in Nijmegen. “We vullen elkaar aan: zij richten zich op de theorie, op algoritmes en dataverwerking. Wij zijn meer van het engineeren, het werken aan de hardware.” PR⁴ Space krijgt ondersteuning en gebruikt laboratoriumruimte van het Nijmeegse Radiolab. “En in Eindhoven zijn verschillende docenten die graag met ons meedenken, zoals Roel Jordans.”

Kiruna

Onder de noemer REXUS/BEXUS lanceert de Europese ruimtevaartorganisatie ESA met regelmaat raketten en ballonnen met studentenexperimenten aan boord. In maart 2024 is het de beurt aan twee raketten: REXUS 31 en 32. PR⁴ Space is ingedeeld in 31. De lanceerbasis staat in Kiruna, in het hoge noorden van Zweden.

“De raket heeft een diameter van 36 centimeter en is circa 5,6 meter lang. Een deel ervan is opgedeeld in ‘plakjes’ die gebruikt kunnen worden voor experimenten”, legt Seuren uit. “Ons segment is 12 centimeter hoog.” Behalve de Eindhovense-Nijmeegse proeven vliegen er ook opstellingen mee uit Delft, Duitsland en Griekenland.

Keramiek

PR4 Space kan twéé proefopstellingen meesturen met de raket, omdat een van beide zich voor een groot deel aan de buitenzijde van de raket bevindt. Dat experiment draait om locatiebepaling met radio-interferometrie. Seuren legt uit wat dat is.

“Aan de buitenzijde van de raket bevinden zich antennes in de vorm van gebogen plaatjes. De uitgezonden radiostraling wordt op de grond opgevangen door stationnetjes, waarvan enkele zich op honderden meters van het startpunt bevinden, en andere zich op enkele kilometers daarvandaan. Met behulp van triangulatie bepalen we vervolgens zo nauwkeurig mogelijk de locatie van de raket op verschillende momenten van de reis.”

Die exacte locatiebepaling is relevant voor veel soorten onderzoek, vult Driessen aan. “Het kunnen mappen van data helpt bij het interpreteren ervan.” En ook uit veiligheidsoverwegingen is het belangrijk om precies te weten waar een raket zich bevindt.

“Als een ruimtevoertuig bijvoorbeeld afwijkt van zijn orbitale baan om de aarde kan dat gevaar opleveren. Daarom moet de locatie ervan voortdurend op twee manieren gemonitord worden. Nu gebeurt dat met radar en met sensoren op de raket zelf. Radio-interferometrie zou in de toekomst een vervangende of complementaire methode kunnen zijn.”

Hoe verschilt het PR⁴-experiment van het PR³-onderzoek dat in 2019 plaatsvond? Seuren, die afstudeert op dit onderdeel, legt uit: “Het materiaal van de antennes – bestaande uit twee koperen laagjes en een laagje keramiek dat met een speciale coating flexibel is gemaakt – is nu veel dunner. Dat maakt het gemakkelijker om de antennes aan de huls van de raket te verbinden.”

Stresstest

Het tweede experiment gaat over stralingsdetectie: het signaleren van straling van bijvoorbeeld de zon. “Dit kan uiteindelijk van nut zijn bij weersvoorspellingen: straling heeft invloed op wolkenformaties, en daarmee op het weer”, zegt Driessen. Het team meet die straling met een zogenaamde scintillator. “Het materiaal, een luminescerende kunststof, hebben we van CERN gekregen.”

Het team heeft acht plaatjes daarvan gestapeld met wat ruimte ertussen. Hoeveel plaatjes oplichten wanneer een stralingsdeeltje – dat dwars door het aluminium van de raket en de sensoren heen vliegt – passeert, zegt iets over de richting waaruit het deeltje is gekomen. Seuren: “Een grote uitdaging is om het systeem voortdurend te laten meten: de lichtpulsjes zijn heel kort, omdat stralingsdeeltjes met bijna de lichtsnelheid passeren.”

Een tweede uitdaging is: de proefopstelling zodanig in elkaar zetten dat-ie ‘ruimteproof’ is. Daar richt Driessen zich in zijn afstudeerproject op. “De hoofdvraag is: hoe design je elektronica for space? Dat is niet eenvoudig. Ter illustratie: 42 procent van de kleine satellieten die tussen 2008 en 2016 zijn gelanceerd, werken niet naar behoren.”

De omstandigheden zijn dan ook bar: bij de lancering komen grote trillingen vrij, de temperatuur buiten de raket kan oplopen tot 200 graden en het vacuüm in de ruimte heeft ook invloed. Hoe zorg je ervoor dat het geheel van chips, kabeltjes en gesoldeerde verbindingen de ruimtereis overleeft? “We kunnen de opstelling blootstellen aan stresstests met de waarden die ESA hiervoor geeft.”

Zachte landing

Tot de REXUS 31 over een jaar de ruimte ingaat, ‘lift’ het team af en toe mee met kleinere raketten van het bedrijf T-Minus en – indien mogelijk – van het Delftse studententeam Dare. Seuren: “Met T-Minus hebben we recent een lancering meegemaakt op militaire basis ’t Harde bij Zwolle. Die raket is een kleine anderhalve meter lang en kwam tot anderhalve kilometer hoogte, omdat hij schuin werd gelanceerd. Na neerkomen boort deze zich in de grond en ben je ‘m kwijt – ook omdat het terrein vol onontplofte munitie ligt.”   

De T-Minus-raket kan maximaal vijf keer de geluidssnelheid halen. De REXUS zal iets langzamer zijn, maar deze wordt loodrecht gelanceerd, met als doel tot 80 kilometer hoogte te komen. Met dank aan een parachute en aan de Zweedse sneeuw zal deze raket een zachte landing maken, zodat de studententeams er na het ophalen hun data uit kunnen halen.

Uitgesteld

De lancering van REXUS 31 was veel eerder gepland, maar is meermaals uitgesteld vanwege corona en de oorlog in Oekraïne. Ten tijde van die lancering, volgend jaar maart, zullen Driessen en Seuren dan ook al afgestudeerd zijn.

Het team richt zich intussen ook alweer op een volgend avontuur, vertelt Driessen. “We hebben een onderzoeksvoorstel ingediend voor de analoge Marsmissie AMADEE-24 van de Oostenrijkse ruimtevaartorganisatie. We gaan ons PR⁴-systeem gebruiken om de astronauten te lokaliseren en volgen.” Een analoge missie is een precieze nabootsing van een ruimtereis, maar dan op aarde – in dit geval in een Israëlische woestijn.