Revolutionaire weersatelliet de ruimte in: Star Wars voor meteorologen

• Ivo Landman en Heleen Ekker

Vaantjes, windzakken en weerballonnen: we meten de wind op allerlei manieren. Maar met laserstralen? Vanuit de ruimte? Een gloednieuwe Europese satelliet moet precies dat gaan doen. Aeolus - bewaarder van de winden in de Griekse mythologie - is vanavond in een baan om de aarde gebracht en moet ervoor zorgen dat we het weer nog beter kunnen voorspellen.

Na zestien jaar ontwikkeling werd de satelliet rond 23.20 uur Nederlandse tijd gelanceerd vanaf de lanceerbasis in Frans-Guyana. De start werd eerder uitgesteld vanwege - ironisch genoeg - te veel wind rond de lanceertoren. De lancering is terug te kijken via de website van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA.

Betere weervoorspellingen

Als alles goed gaat, komt Aeolus in een baan rond de aarde die het mogelijk maakt iedere zeven dagen de hele wereldbol te scannen met zijn laser - een revolutionaire techniek die je eerder in Star Warsfilms verwacht dan in een weersatelliet. Dat zal helpen om het weer beter te voorspellen. Aeolus gaat de wind meten vanaf de grond (of bij bewolking vanaf het wolkendek), tot op 30 kilometer hoogte. Tot nu toe doen alleen weerballonnen dat, en lang niet overal. Bovendien meten de huidige weersatellieten de wind alleen maar dicht boven het zeeoppervlak.

NOS-weervrouw Willemijn Hoebert legt uit hoe Aeolus werkt en waarom de satelliet zo belangrijk is voor de weersvoorspellingen:

Met die beperkingen hebben weerkundigen ook in Nederland dagelijks te maken, vertelt NOS-weervrouw Willemijn Hoebert. "Het is op dit moment roeien met de riemen die je hebt. We hebben weerballonnen en we hebben vliegtuigen die windmetingen doen. Maar dat is ook alleen maar op één route, dus heel erg lokaal."

Er zijn ook enorme gebieden waar helemaal niet gemeten wordt. "Denk aan de oceanen. En ook op het land zijn er hele grote delen waar geen windmetingen zijn. Dat gat gaat de satelliet opvullen."

Die nieuwe windmetingen vanuit de ruimte worden verwerkt in weermodellen waarmee wordt berekend wat voor het weer het wordt. "Hiermee kunnen we echt onze weersverwachtingen aanscherpen", hoopt Hoebert.

Het zal bijvoorbeeld makkelijker worden om vooraf te weten of een orkaan over een Caribisch eiland als Sint-Maarten komt, of er net aan voorbij gaat. "Ook zo'n code oranje die we een tijdje terug in ons land hadden, waarbij het uiteindelijk wat minder heftig uitpakte dan we dachten, daar kunnen we straks scherper op insteken."

Klimaatonderzoek

Daarnaast dragen de extra gegevens over de wind ook bij aan het klimaatonderzoek op de lange termijn. Volgens Gert-Jan Marseille van het KNMI zijn de onzekerheden van huidige klimaatmodellen, computermodellen die uitrekenen hoe het klimaat zich in de toekomst ontwikkelt, het grootst in de tropen.

"We denken dat dat komt doordat we weinig informatie hebben over de wind, het is een van de blinde vlekken in het waarneemnetwerk. We kunnen met deze satelliet beter begrijpen hoe het toekomstige klimaat, onder andere in de tropen, zich zal ontwikkelen." De satelliet kan daarnaast windmetingen doen boven in de atmosfeer, zegt Marseille. Ook daar vinden belangrijke klimatologische processen plaats.

Waarom is er dan nooit eerder zo'n windmeter de ruimte ingestuurd? Vooral omdat het zo'n technisch hoogstandje is, denkt Martin Kaspers van ESA. "Het is echt uncharted territory. Er zijn meerdere organisaties en bedrijven geweest die het geprobeerd hebben, die zijn er allemaal mee gestopt. Wij hebben de technische problemen die er waren weten op te lossen. Puur door te blijven doorgaan met ontwikkelen."

De bouw van Aeolus ging bepaald niet zonder slag of stoot. Vooral het instrument dat met een laserstraal de atmosfeer gaat aftasten, leverde de nodige kopzorgen op. "Op een gegeven moment hadden we een laser die werkte. Op de tafel in het laboratorium ging dat probleemloos. Maar de ruimte buiten de atmosfeer is vrijwel luchtledig, dus moest hij ook worden getest in een vacuümkamer. Toen bleek de laser opeens niet meer te werken."

Uiteindelijk werd het probleem ontdekt: losse moleculen die in het vacuüm rondzweefden werden verbrand door de laser en sloegen neer op de lenzen en de spiegeltjes. "Daardoor werd de laser blind. Het heeft een tijdje geduurd voordat we erachter kwamen hoe we dat konden verhelpen. Toen kwam het besef: o ja, op aarde hebben we zuurstof. Dat heeft een reinigende werking, net als oxigel in je keukenkastje tegen vlekken, daar zit ook zuurstof in."

De oplossing was een systeem te maken dat een heel klein beetje zuurstof in de ruimte van de laser brengt, precies genoeg om hem schoon te houden. "Als er straks toch nog een molecuul rondzweeft, wordt die door de zuurstof gepakt en afgevoerd."

Probleem opgelost. Maar daar hield het niet op, verzucht Kaspers. "Toen we het vervuilingseffect van de laser eenmaal onder de knie hadden, bleek de laserstraal zo sterk te zijn dat we gaten brandden in de lenzen en spiegels. Toen moesten we allerlei nieuwe coatings gaan ontwikkelen om die optica te beschermen, en je moet je voorstellen: er zitten ongeveer tachtig lenzen en spiegels in de laser."

Honderden miljoenen

Het oplossen van de problemen kostte jaren, en maakte de satelliet ook anderhalf keer zo duur als de aanvankelijk begrote 300 miljoen euro. Maar als er straks door nauwkeuriger voorspellingen levens kunnen worden gered, is dat het waard volgens ESA. Kaspers verwacht dat Aeolus de verwachtingen zal waarmaken. "We weten dat hij in het vacuüm van de ruimte werkt en we gaan ervan uit dat er niks misgaat. Daarom heeft het zo lang geduurd, om ervoor te zorgen dat alles werkt."

Ook in Nederland is meegebouwd aan de satelliet. Airbus Defense & Space leverde de zonnepanelen en het KNMI heeft software ontwikkeld voor het verwerken van de gegevens.

Het Nederlandse weerinstituut is al sinds 1992 een van de aanjagers achter het hele project, vertelt Gert-Jan Marseille. Met de software die het KNMI samen met het Europese weerbureau ECMWF heeft ontwikkeld worden de gegevens van Aeolus gefinetuned. "De data worden in Noorwegen al in windprofielen omgezet, maar met onze software worden die gegevens nog gecorrigeerd voor de temperatuur en de druk in de atmosfeer. Die meet de satelliet vanuit de ruimte niet."

Binnen een week weten de vluchtleiders in het Duitse Darmstadt of ze de laser van Aeolus aan kunnen krijgen. Het zal dan nog zo'n zes maanden duren voordat het hele systeem zo goed werkt dat de gegevens echt in de modellen voor de weersverwachtingen terechtkomen, verwacht Marseille.

De kunstmaan zal drie jaar lang wereldwijd de wind blijven meten. Dan is de brandstof waarmee de kunstmaan wordt bestuurd op. Maar de KNMI-wetenschapper gaat ervan uit dat Aeolus waarschijnlijk pas het begin is. "Het is een testmissie. Een eerste stap om meer windmetingen in de weersvoorspellingen te krijgen, maar het is nog niet voldoende."

Aeolus moet nog aan zijn missie beginnen, maar er wordt al nagedacht over zijn opvolgers: mogelijk een heel treintje van satellieten die veel meer metingen doen, want één zo'n kunstmaan kan niet de hele aarde tegelijk zien. Aeolus komt bijvoorbeeld maar twee keer per dag over Nederland, of er net naast, zegt Marseille. "Hij meet dan steeds maar in een heel smalle strook de wind. Dus voorlopig blijven de weerballonnen ook nog hard nodig."