Betrouwbaarheid vliegtuigsystemen onder druk door kosmische straling

Een opmerkelijk incident in de luchtvaartsector heeft wereldwijd de aandacht getrokken: eind oktober moesten duizenden Airbus-vliegtuigen aan de grond blijven door verstoringen in digitale systemen, veroorzaakt door kosmische straling. Deze onzichtbare deeltjes uit de ruimte vormen een groeiende uitdaging voor moderne technologieën, vooral in de luchtvaart waar digitalisering toeneemt. Dit voorval roept vragen op over de kwetsbaarheid van industriële elektronica en de noodzaak om betere beschermingsmaatregelen te ontwikkelen tegen deze dreiging uit het heelal.

Verstoring in Airbus-toestellen

Eind november verschenen wereldwijd berichten over een ongewoon probleem in de luchtvaart. Duizenden Airbus-vliegtuigen konden tijdelijk niet vliegen doordat kosmische straling, bestaande uit hoogenergetische deeltjes uit de ruimte, de digitale avionica-systemen had verstoord. Na software-updates konden de toestellen weer de lucht in, maar het incident legt een bredere trend bloot. Moderne elektronica, die steeds compacter en geavanceerder wordt, blijkt gevoeliger voor deze onzichtbare invloeden van buitenaf.

Het probleem is niet volledig nieuw, maar wel zeldzaam in de luchtvaart. Oudere toestellen met analoge systemen en robuustere chips hadden hier minder last van. Tegenwoordig vertrouwen cockpits op digitale technologie met kleine transistoren, die veel kwetsbaarder zijn voor verstoringen door kosmische straling in vliegtuigen. Een minimale hoeveelheid energie kan al genoeg zijn om een storing te veroorzaken, met mogelijke risico’s voor de veiligheid.

Wat is kosmische straling en waarom is het gevaarlijk?

Maar wat is kosmische straling precies? Het gaat om hoogenergetische deeltjes zoals elektronen, protonen en ionen die met enorme snelheden door het heelal reizen. De bron van kosmische straling ligt vaak bij zonne-uitbarstingen of explosies van sterren ver buiten ons zonnestelsel. Op aarde biedt het magnetisch veld en de atmosfeer bescherming, maar op vlieghoogte, rond de 10 kilometer, is de stralingsintensiteit veel hoger dan op de grond.

Voor mensen is de blootstelling tijdens een vlucht beperkt, vergelijkbaar met een röntgenfoto, maar voor elektronica is kosmische straling gevaarlijk op een andere manier. Een enkel deeltje met voldoende energie kan een systeem tijdelijk of permanent beschadigen. Dit kan leiden tot onvoorspelbare gevolgen, vooral in de luchtvaart waar systemen feilloos moeten werken.

Uitdagingen in het meten van kosmische straling

Het aanpakken van dit probleem begint met het begrijpen van de risico’s. Organisaties zoals de NOAA in de VS en de Europese Ruimtevaartorganisatie ESA monitoren constant de activiteit in de ruimte. Ze meten kosmische straling en waarschuwen voor pieken door zonneactiviteit of geomagnetische stormen. Toch blijft voorspellen lastig, zeker omdat het recente Airbus-incident plaatsvond zonder duidelijke extreme gebeurtenissen in de ruimte.

Volgens Jasper Dijks, onderzoeker bij NLR, is het cruciaal om te testen hoe gevoelig specifieke chips zijn. Dit moet gebeuren onder realistische omstandigheden. Alleen zo kan de luchtvaartsector inzicht krijgen in de zwakke plekken van moderne systemen en passende maatregelen nemen tegen deze onzichtbare dreiging.

Gevoeligheid van moderne technologieën

De gevoeligheid voor kosmische straling groeit naarmate technologie verder ontwikkelt. Moderne chips hebben transistoren die slechts enkele nanometers groot zijn, wat betekent dat een kleine hoeveelheid energie al een verstoring kan veroorzaken. Dit geldt niet alleen voor de luchtvaart, maar ook voor andere sectoren zoals datacenters, waar krachtige chips steeds vaker worden gebruikt en eveneens kwetsbaar blijken voor deze effecten uit de ruimte.

In de ruimtevaart, waar satellieten buiten de atmosfeer opereren, is dit probleem al langer bekend. Daar worden systemen standaard uitgerust met stralingsbestendige chips en redundante ontwerpen. Voor de luchtvaart is dit lastiger, omdat kosten en gewicht een grote rol spelen bij het ontwerp van vliegtuigen. Toch wordt de urgentie om oplossingen te vinden steeds groter.

Kosmische straling als blijvende zorg voor de toekomst

Het recente incident met Airbus-toestellen laat zien dat zelfs normale achtergrondstraling al problemen kan veroorzaken in gevoelige elektronica. Dit maakt het des te belangrijker om te investeren in manieren om deze dreiging te voorspellen en te beperken. Denk hierbij aan het aanpassen van vliegroutes of hoogtes tijdens periodes van verhoogde activiteit, of het activeren van back-upsystemen om risico’s te verkleinen.

Daarnaast is er behoefte aan meer onderzoek naar de impact van kosmische straling op specifieke systemen. Door te begrijpen welke onderdelen het meest kwetsbaar zijn, kunnen ontwerpers betere beschermingsmethoden ontwikkelen. Dit geldt voor de luchtvaart, maar ook voor andere technologieën die steeds afhankelijker worden van miniaturisatie en digitale componenten.

De balans tussen technologische vooruitgang en robuustheid blijft een uitdaging. Terwijl systemen krachtiger en compacter worden, groeit de kans op verstoringen door invloeden uit de ruimte. Het is een probleem dat niet alleen de luchtvaart aangaat, maar alle sectoren waar elektronica een grote rol speelt.