Satellieten die in een baan om de aarde draaien, bewegen met vele kilometers per seconde - dus wat gebeurt er als hun paden elkaar kruisen? Satellietbotsingen zijn zeldzaam, en hun gevolgen slecht begrepen, dus een nieuw project probeert ze te simuleren, voor een betere voorspelling van toekomstig ruimteschroot.

Tot nu toe hebben er in de geschiedenis van de ruimtevaart slechts vier van dergelijke botsingen plaatsgevonden - het grootste deel van het ruimteschroot is afkomstig van explosies van overgebleven brandstoftanks of batterijen - maar naar verwachting zullen ze vaker voorkomen.

"We willen begrijpen wat er gebeurt als twee satellieten botsen, " legt ESA-bouwkundig ingenieur Tiziana Cardone uit, toezicht houden op het project.

"Tot nu toe zijn er veel aannames gedaan over hoe de zeer hoge botsingsenergie zou verdwijnen, maar we hebben geen goed begrip van de betrokken fysica.

"We willen in detail kunnen visualiseren hoe de satellieten zouden breken, en hoeveel stukken puin zouden worden geproduceerd, om de kwaliteit van onze modellen en voorspellingen te verbeteren."

De totale energie die ermee gemoeid is, is orden van grootte hoger dan de typische structurele engineering voor ruimte, die zich richt op het verdragen van het geweld van de lancering. "Dit is echt onbekend terrein, ", voegt Tiziana toe.

"We moeten dit inzicht hebben omdat we momenteel werken aan dure strategieën voor het verminderen van puin op basis van ons begrip van puingedrag, " legt Holger Krag van ESA's Space Debris Office uit. "We projecteren de evolutie van de puinomgeving tot 200 jaar vooruit.

"Van de vier bekende botsingen, slechts één ervan vond plaats op de manier die we hadden verwacht, waarbij beide satellieten catastrofaal uiteenvallen, het genereren van puinhopen. De anderen waren heel anders, dus er ontbreekt iets op onze foto.

"Door veel verschillende botsingsvarianten uit te voeren, hopen we te begrijpen wat er gebeurde tijdens de daadwerkelijke botsingen, om onze modellering te helpen onderbouwen."

Er worden twee verschillende soorten softwaresimulaties uitgevoerd:bij het Duitse Fraunhofer Institute for High-Speed ​​Dynamics en de andere bij een consortium onder leiding van het Centre for Studies and Activities for Space aan de Universiteit van Padua in Italië.

De eerste benadering is gebaseerd op een geavanceerde numerieke methode om de vervormings- en fragmentatieprocessen bij een botsing te simuleren. De botsende objecten worden gemodelleerd met realistische structurele en mechanische eigenschappen, weergegeven door een 'eindige elementen mesh'.

Deze elementen worden omgezet in discrete deeltjes terwijl de satellieten fragmenteren. Dit maakt de simulatie van de structurele reactie van de satellieten op de botsing mogelijk, evenals het genereren van de fragmentwolk, en de evolutie ervan in de tijd.

De tweede benadering behandelt het ruimtevaartuig als samengesteld uit grotere elementen, zoals panelen, laadvermogen, drijfgastanks of zonnepanelen, aan elkaar gekoppeld met fysieke links. Wanneer de energieoverdracht van de botsing plaatsvindt, deze schakels vallen uiteen en de elementen zijn gefragmenteerd. Een bibliotheek van eerdere simulaties en empirische gegevens wordt toegepast om te laten zien hoe deze elementen fragmenteren onder de kracht van de impact.

De twee soorten simulatie samen - werkend op materiaal- en componentniveau - zouden nieuw inzicht moeten geven in de onderliggende fysica van botsingen, maar is begonnen met het nabootsen van de effecten van een enkel stuk puin - het soort botsing dat fysiek kan worden gesimuleerd in terrestrische laboratoria.

Zodra deze simulaties de waargenomen werkelijkheid dupliceren, dan zullen ze worden gebruikt om volledige effecten van satellieten op een schaal van 500 kg te reproduceren.

De eerste bekende aanrijding vond plaats in 1991, toen de Russische Kosmos 1934 werd getroffen door een stuk Kosmos 926. Toen, in 1996, De Franse Cerise-satelliet werd geraakt door een fragment van een Ariane 4-raket. In 2005 werd een Amerikaanse bovenste trap getroffen door een fragment van de derde trap van een Chinese raket. In 2009 kwam een ​​Iridium-satelliet in botsing met de Russische Cosmos-2251.