Innovative Solutions in Space zag het levenslicht in een auto op de weg terug van een internationale ruimtevaartconferentie in Denemarken. Zonder externe investeringen is de Delftse onderneming van vijf studenten in elf jaar tijd uitgegroeid tot een 75-koppige wereldspeler in nanosatellieten.
Een zwerm nanosatellieten die vanachter de maan het heelal afspeuren naar signalen van de eerste honderd miljoen jaar na de big bang. Dat is het einddoel van de missie waar Innovative Solutions in Space (Isis) vorig jaar in is gestapt. Met Astron en de Radboud Universiteit Nijmegen is het Delftse ruimtevaartbedrijf begonnen met de ontwikkeling van een antenne waarmee astronomen radiostraling kunnen meten van de eerste sterren en sterrenstelsels die direct na de oerknal zijn ontstaan. Het instrument reist in 2018 mee op een Chinese satelliet naar een plek achter de maan.
‘Dat is de eerste stap’, zegt Isis-ceo Jeroen Rotteveel, ‘een radio-ontvanger maken en daarmee in de omgeving van de maan echte metingen doen. Die ontvanger is een doosje van tien kilo waar antennes van vijf meter uit komen. Gekoppeld aan die Chinese satelliet van duizend kilo heb je dan één node. De volgende stap is om twee of drie satellieten van een kilo of 25 te laten samenwerken in een klein netwerk. Uiteindelijk moeten er dat minimaal vijftig stuks worden, maar met 250 kunnen we het universum echt goed in kaart brengen.’
De Netherlands-China Low Frequency Explorer gaat meten vanuit het zogeheten tweede Lagrangepunt, op 65 duizend kilometer achter de maan. ‘Maar dat is eigenlijk te ver’, vindt Rotteveel. ‘Dichterbij kun je de maan gebruiken als afscherming tegen storing van de aarde. De hoofdonderzoeker van Radboud wil zelfs een soort Lofar óp de achterkant van de maan, maar dan moet je weer door een zwaartekrachtveld heen en dat maakt het duur. Je zou ook op vijftig kilometer boven het oppervlak rond de maan kunnen cirkelen. Aan de achterkant heb je dan de gewenste afscherming van de aarde en kun je ongestoord meten; aan de voorkant kun je je meetgegevens naar beneden sturen. Dit zou een interessant alternatief kunnen zijn.’
Parelketting
Isis ontwerpt en bouwt nanosatellieten van één tot dertig kilo. ‘We maken vehikels waarop anderen hun instrumenten kunnen plaatsen’, aldus Rotteveel. De basis vormt het zelfontwikkelde Cubesat-chassis, een aluminium structuur die bestand is tegen de krachten van een lancering en in grootte aanpasbaar is aan de payload die mee moet – typisch formaat is dat van een pak melk. Naast de nuttige lading monteren de Delftenaren er standaard elektronicamodules in uit eigen keuken, zoals een computer, een radio en een batterijsysteem. ‘De payload kunnen we in zijn geheel van de klant krijgen; dan zit het werk vooral in de interfacing met onze kant. De klant kan ook de specificaties bij ons neerleggen, waarna wij de ontwikkeling doen of die uitbesteden. Een radio-payload kunnen we bijvoorbeeld zelf; voor camera’s hebben we twee of drie partners.’
Globaal onderscheidt Rotteveel drie toepassingen waarvoor klanten de nanosatellieten gebruiken: ruimteonderzoek, communicatie en aardobservatie. ‘In de ruimte kun je experimenteren in gewichtloze omgeving, bijvoorbeeld om te kijken hoe eiwitten zich vouwen of vloeistoffen zich mengen zonder zwaartekracht. Door de miniaturisatie is de elektronica zo goedkoop geworden dat je ‘wegwerpapparatuur’ mee naar boven kunt nemen om daar metingen te doen. Tien jaar geleden moest je de samples terug op aarde krijgen en ze hier onder de microscoop leggen, nu hoef je alleen de meetgegevens maar terug te sturen. De proeven zitten over het algemeen nog in de wetenschappelijke hoek, maar met name vanuit de farmacie en het materiaalonderzoek zien we steeds meer commerciële r&d.’
‘Voor communicatie kun je normale geostationaire satellieten gebruiken’, gaat Rotteveel verder. ‘Maar die hangen op 36 duizend kilometer, onze nanosatellieten op slechts vijfhonderd kilometer. Daardoor kunnen we met veel kleinere antennes of veel minder zendvermogen berichten versturen. Onze satellieten hangen niet stil, dus als je vaker dan één keer per dag wilt communiceren, zul je er wel meerdere moeten hebben: een stuk of twaalf als je elk uur elke plek op aarde wilt bereiken, tot wel veertig als je dat elk kwartier wilt kunnen. Kleine satellieten zijn met name interessant voor communicatie met bewegende objecten op afgelegen plekken, zoals schepen op of vliegtuigen boven oceanen – bij vaste locaties is 4g of geostationaire telecommunicatie meestal efficiënter.’
Bij aardobservatie hangt het benodigde aantal nanosatellieten eveneens af van de gewenste observatiefrequentie. ‘Een van onze klanten wil twee keer per dag de hele aarde fotograferen. Dan heb je zo’n honderdvijftig satellieten nodig. Door die als een parelketting in één baan te brengen, vorm je een soort lijnscanner, waar de aarde dan onderdoor draait. Een andere klant wil een of twee keer per week alleen een paar akkers in de gaten houden. Dan kun je toe met veel minder satellieten. Hoe frequenter je wilt observeren, hoe meer satellieten je nodig hebt of hoe verder weg je ze moet zetten. Maar verder weg heb je weer minder resolutie. Een geostationaire weersatelliet heeft Europa continu in beeld maar kan niet heel ver inzoomen. Het alternatief is lager vliegen, maar dan ga je ook weer uit beeld en heb je dus meer satellieten nodig.’
Stralingshard
Met het maanproject treedt Isis buiten zijn gebaande paden vlak bij de aarde. Rotteveel: ‘Op dit moment regelen we de stand van onze satellieten door ons met elektromagneten af te zetten tegen het aardmagnetisch veld. Weg van de aarde kunnen we daar geen gebruik van maken en zullen we dus moeten gaan investeren in de ontwikkeling van kleine raketmotortjes.’
Daarnaast biedt het aardmagnetisch veld bescherming tegen de schadelijke ruimtestraling. ‘Dat maakt het voor ons mogelijk om relatief goedkope elektronica te gebruiken uit de auto- en smartphone-industrie. Die doet het nog prima op vijf- tot achthonderd kilometer hoogte. Buiten de invloedssfeer van het aardmagnetisch veld zullen we zelf moeten zorgen voor bescherming tegen straling.’
Eén oplossing is overstappen op speciale ruimtevaartelektronica, maar dat ziet Rotteveel niet zitten. ‘Die is snel verouderd. Tegen de tijd dat je hebt aangetoond dat een component het twintig jaar doet in een ruimteomgeving ben je bij wijze van spreken twintig jaar verder. De elektronica is daardoor ook veel duurder. Bovendien is de levertijd lang: een jaar wachten op een component is geen uitzondering. Als je al een leverancier kunt vinden, want er zijn steeds minder partijen die effort willen steken in dit soort producten. Als je kunt kiezen tussen een miljoen stuks per maand voor Apple of tien voor de ruimtevaart, dan zou ik het ook wel weten.’
De Isis-ceo ziet er veel meer heil in om ‘aardse’ technologie geschikt te maken voor de ruimte. Om smartphonechips stralingshard te maken bijvoorbeeld. Maar dan wel zo dat de ruimtevaart meeprofiteert van de snelle ontwikkelingen in de elektronica. ‘Het is meer dan eens voorgekomen dat een geselecteerde component niet meer leverbaar was toen we die na een jaar vliegklaar hadden. In radio’s gebruiken we nog steeds een chip die al twintig jaar uit productie is. Daar hebben we een voorraadje van, maar dat is geen houdbare oplossing. De levenscycli van elektronica worden steeds korter zodat je meer en meer zou moeten inslaan. Op een gegeven moment heb je dan een magazijn vol componenten waarvan je niet zeker weet of je ze ooit nodig gaat hebben. Hier moeten we slimmer mee leren omgaan.’
Software-defined radio (sdr) kan uitkomst bieden. ‘Door een groot stuk uit te voeren in software heb je veel minder hardwarecomponenten te beheersen’, verklaart Rotteveel. Sdr helpt ook in de steeds heviger wordende slag om de beperkte hoeveelheid beschikbare bandbreedte in het communicatiespectrum. ‘Voor de ruimtevaart als geheel maar ook voor specifieke toepassingen moeten we hard knokken om eigen radiofrequenties te bemachtigen en te behouden. Als je nog niet weet welke frequentie je precies krijgt toegewezen, kun je met sdr toch door met je ontwikkeling.’
Explosieven
Behalve ontwikkelaar van is Isis ook een reisbureau voor kunstmanen. ‘Voor de kleinere satellieten, onder de vijfhonderd kilo, was het gebruikelijk om gespecialiseerde tussenpersonen in te huren om een plekje te zoeken op een raket. Maar onze satellieten zijn zo klein dat de plaatsingsfee verreweg de grootste kostenpost was voor de lancering. Wij zijn toen direct zaken gaan doen met de partijen die raketten hebben. Als een touroperator die stoelen reserveert in een vliegtuig, zijn we ruimte in bulk gaan inkopen. Voor onszelf maar ook voor derden.’
Het wereldje van raketeigenaars is klein. ‘Je komt uit bij organisaties als Esa en Nasa en bij landen met een eigen ruimtevaart- of raketprogramma, zoals Rusland, India en China. Maar de grootste speler is tegenwoordig Spacex. Door veel te lanceren, hebben zij een vrij scherpe prijs, waarmee ze nu al dertig procent van de markt hebben weten te veroveren.’ Toegang tot de ruimte blijft echter een probleem. ‘Politieke ontwikkelingen kunnen het lastig maken om bijvoorbeeld vanuit Rusland of China omhoog te gaan. En als er een raket van Spacex ontploft, zoals laatst, ligt een derde van de wereldwijde lanceercapaciteit even op haar gat.’
Als we Rotteveel spreken – eind vorig jaar – liggen er in de cleanroom van Isis twaalf lanceerklare satellieten spreekwoordelijk stof te vangen. ‘Die zouden meevliegen op een Falcon 9 van Spacex, maar een week voordat wij ze zouden afleveren op Vandenberg Air Force Base is een soortgelijke raket neergestort.’ Hangende het onderzoek naar het incident mocht het bedrijf van Elon Musk niet lanceren en moest ook het dozijn satellieten uit Delft op aarde blijven. Inmiddels hebben de Amerikaanse luchtvaartautoriteiten het licht voor Spacex weer op groen gezet en wacht Isis op een lancering later dit jaar.
Rotteveel wordt er niet warm of koud van. ‘Het is vervelend, maar het is het risico van het vak. Space is hard. Het is nog steeds een hele kunst om dingen de ruimte in te krijgen. Hoe gecontroleerd ook, raketlanceringen blijven explosies. Een op de twintig keer gaat het niet goed. In de auto-industrie hoef je daar niet mee aan te komen, maar in de ruimtevaart kijkt niemand daarvan op. Je accepteert dat je af en toe satellieten verliest. Als dat grote commerciële gevolgen heeft, kun je je daartegen verzekeren; bij missies waar het draait om kennisvergaring over technologieontwikkeling zit de grootste meerwaarde in het traject voorafgaand aan de lancering en is het minder erg als het op het eind misgaat.’
Na een (succesvolle) lancering zit het werk van Isis er niet op. ‘Bij eigen satellieten zijn we op zijn minst betrokken bij de ingebruikname. Vaak doen we ook de aansturing en de monitoring. Op verschillende locaties op de grond – hier op de tu, ergens anders in Delft en bij klanten over de hele wereld – hebben we daarvoor antennesystemen staan. Die communiceren met de satellieten terwijl ze met zeven kilometer per seconde meebewegen van de ene horizon naar de andere. Als er iets mis is en een satelliet schiet in een veilige modus, dan is het aan ons om hem er weer uit te krijgen. Als het goed gaat, is het een bijzonder saai klusje.’
Self-funding
Isis heeft zijn wortels in de faculteit Lucht- en Ruimtevaarttechniek van de TU Delft. ‘De vakgroep Space Systems Engineering wilde studenten een ruimtevaartproject van begin tot eind laten doorlopen. Een docent had uit de VS het concept van modulaire nanosatellieten meegebracht. De ontwikkeling daarvan paste mooi in een tweejarige master. Eind 2004 zijn we met een tiental studenten gaan werken aan de eerste Nederlandse nanosatelliet’, herinnert Rotteveel zich. ‘Een paar maanden later presenteerden vijf van ons het ontwerp tot dan toe op een internationale conferentie over ruimtevaart en educatie in Denemarken.’
Tijdens de lange rit terug naar Delft, met zijn vijven in een auto, hadden Rotteveel en medestudenten Abe Bonnema, Eddie van Breukelen, Erik van der Linden en Wouter Jan Ubbels alle tijd om na te praten. De conferentie had hun ogen geopend voor de potentie van nanosatellieten, die zich toen in een groeiende maar vooral nog wetenschappelijke belangstelling mochten verheugen. Allemaal wilden ze er na hun afstuderen wel mee verder. ‘De business was alleen zo nieuw dat er nog geen bedrijven waren waar we aan de slag konden. Promoveren was ook geen optie omdat onze prof bijna met pensioen ging. Bleef over: voor onszelf beginnen.’
Met dat plan waren Rotteveel en de zijnen in 2005 op het juiste moment op de juiste plaats: op hun universiteit was ondernemerschap enorm in opkomst en technologie-incubator Yes!Delft was net van start gegaan. De vijf volgden een cursus businessplan schrijven en brachten die gelijk in de praktijk bij de New Venture-competitie, waar ze prompt doordrongen tot de laatste tien. ‘Media als het ANP en de NOS bliezen dit op tot groot nieuws: studenten uit Delft gingen een nieuw ruimtevaartbedrijf beginnen! Toen dat naar buiten kwam, op 6 januari 2006, moesten we ineens overal op radio en tv onze ideeën uit de doeken komen doen. Aan het eind van de dag zijn we maar naar de KvK gegaan.’
Drie van de vijf moesten nog afstuderen, maar nadat iedereen zijn bul had gehaald, kon het gas erop. In maart 2006 rolde Isis het Delftse incubatorprogramma in. Rotteveel: ‘Als onderdeel daarvan kregen we kantoorruimte tegen gunstige voorwaarden, en ieder een achtergestelde privélening van één jaar lang elke maand duizend euro. Die zestigduizend euro hebben we in het bedrijf gestopt. Daarnaast hebben we her en der wat betaalde opdrachten gedaan om door te kunnen na het eerste jaar. Voor kapitaalschieters was het nog te vroeg omdat we ons ondernemingsplan nog niet helemaal scherp hadden. Uiteindelijk hebben we die helemaal niet nodig gehad; we zijn heel snel self-funding geworden.’
Etalage
Daarvoor hebben de vijf nog wel het nodige ontwikkelwerk te verrichten gehad. ‘Aan technologie hadden we niks in het begin. We hadden ideeën en vooral heel veel ervaring met de systemen die we in het project op de universiteit hadden gekocht of juist niet hadden kunnen kopen. Hiermee zijn we stap voor stap gaan ontwikkelen, eerst een mechanisch systeem, vervolgens een radio, daarna een antennecomponent, tot we een heel palet aan bouwblokjes hadden. Die zijn we met veel succes los gaan verkopen aan allerhande partijen die niet direct een totaaloplossing wilden hebben, voornamelijk universiteiten en researchinstituten.’
In 2009 begon Isis aan zijn eerste totaaloplossing: een compleet satellietje van twee kilo voor een Indiase opdrachtgever. ‘Die klant waren we twee jaar eerder tegen het lijf gelopen op een internationale beurs – nog altijd de plek waar we de meeste zaken doen’, vertelt Rotteveel. ‘De lancering was in 2012, en de satellieten vliegen nog steeds. Wel beginnen ze nu wat operationele problemen te vertonen. We zijn nu bezig met een onderhoudscontract om die te verhelpen met software-updates.’
Van de periode tussen 2009 en 2012 was een belangrijk deel wachttijd voor de lancering. ‘Grote ruimtevaartprojecten nemen al gauw tien jaar in beslag van idee tot lancering. Na een jaar of vijf ga je dan eens rustig uitkijken naar een lanceermogelijkheid. Bij kleine satellieten heb je die tijd niet; die ontwerpen en bouwen wij in zes tot negen maanden. En omdat je vaak een jaar van tevoren ruimte moet reserveren op een raket, moet je eigenlijk een lanceerslot hebben voordat je begint aan de ontwikkeling. Wij hebben nu al een heleboel plekken besproken voor 2017 en 2018, en opties voor daarna.’
Een andere belangrijke stap in 2009 was de lancering van een online etalage. ‘Het is geen webshop in de traditionele zin’, legt Rotteveel uit. ‘Je kunt er een offerte aanvragen maar niet direct iets kopen, want vanwege exportrestricties mogen wij niet zomaar aan iedereen leveren. Onze webshop is meer een portal met zeer uitgebreide productbeschrijvingen dan een saleskanaal. De grootste winst is dat we er meer bekendheid door hebben gekregen. De portal loopt nog steeds erg goed: inmiddels hebben we een vijftiental andere partijen die er hun producten presenteren.’
Kennisgat
Het klantenbestand van Isis is de afgelopen elf jaar een stuk diverser geworden. ‘Naast universiteiten en researchinstituten zijn ook ruimtevaartagentschappen kleine satellietmissies gaan uitvoeren. En meer en meer bedrijven. Bijvoorbeeld start-ups uit Silicon Valley die een eigen ruimte-infrastructuur willen hebben om onderscheidend en dus concurrerend te zijn; het is best wat waard om als enige toegang te hebben tot een informatiestroom. Daarnaast zijn er steeds meer bedrijven die het nut inzien van een ruimteoplossing, bijvoorbeeld omdat ze klanten hebben over de hele wereld, maar die geen idee hebben hoe ze dat technisch moeten uitvoeren. Daar helpen wij dan bij. Zo schuiven wij op in de keten richting de gebruiker’, signaleert Rotteveel.
Het personeelsbestand is in elf jaar gegroeid van vijf naar 75 man, van wie de helft in ontwikkeling. ‘We hebben mensen van diverse pluimage: mechanisch, thermisch, software, analoge en digitale elektronica en specifieke ruimtevaartdisciplines als standregeling en voortstuwing. Onze kracht is dat we werken met een high-level systeemblik. De oprichters hebben allemaal een achtergrond in systeemengineering, en van daaruit hebben we langzaam alle disciplines erbij ingevuld.’
De groei mag de laatste jaren wat zijn afgevlakt, de behoefte aan mensen blijft onverminderd groot. ‘De aerospace kent een sterke vergrijzing’, stelt Rotteveel, sinds oktober eveneens voorzitter van branchevereniging Spacened. ‘Na afloop van de Koude Oorlog begin jaren negentig zijn de budgetten flink gekrompen, wat zijn weerslag heeft gehad op de jonge instroom. Daardoor hebben we in Nederland nu veel ruimtevaartwerknemers die zeer binnenkort met pensioen gaan. Dat dreigende kennisgat is hier heel lastig op te vullen; te weinig technici en een heleboel kapers op de kust. Niet voor niets komt ruim de helft van ons personeel uit het buitenland – op 75 man hebben we 22 nationaliteiten. Voor een bedrijf dat voor 95 procent in de export zit, is dat handig, maar het geeft aan hoe moeilijk de situatie in Nederland is.’