ENGINEERINGNET.BE - Het bedrijf kiest voor een CMG met een hoog koppel en laag gewicht. Zijn momentum kan een LEO- en VLEO-satelliet (Very Low Earth Orbit) van 50 tot 500 kg in zijn baan doen roteren.
Die extra manoeuvreerbaarheid biedt niet alleen een efficiëntere inzetbaarheid - plots dekt de camera van de satelliet een veel ruimer gebied af- en dus een snellere ROI. Het stuurt ook sensoren of communicatieapparatuur zeer snel en puntnauwkeurig onder een andere hoek. Dat creëert nieuwe toepassingsmogelijkheden. Tot voor kort waren deze systemen alleen voor (dure) spionagesatellieten weggelegd. Ondertussen heeft Veoware al twee systemen in de ruimte en hoopt het op grote orders.
“We hebben nu een productiecapaciteit van honderd CMG’s per jaar”, telt Julien Demonty (38), medeoprichter, gewezen CTO en nu managing director van Veoware. “Dit jaar zullen we er een 40-tal produceren, 30 à 35 voor commerciële activiteiten en 5 à 10 voor interne O&O.”
“Vandaag is een reactiewiel of momentumwiel ‘state of the art’ voor het regelen van de drie-assige positie van een satelliet, zonder het gebruik van stuwraketten en extra brandstof.” Reactiewielen kunnen een satelliet rond zijn massamiddelpunt doen draaien. Zo’n vliegwiel vergt wél elektrische energie en enkele seconden om op snelheid te komen en dus effect te hebben. Een CMG is eveneens een vliegwiel maar houdt een constante snelheid aan en kan bovendien op zijn verticale as bijgestuurd worden. Een of meerdere CMG’s, die harmonisch samenwerken, wentelen of roteren een satelliet in zijn baan vrijwel onmiddellijk naar een andere positie.
“Daardoor kan een satelliet met zijn camera of sensoren wel tien keer productiever ingezet worden dan met een reactiewiel.” Bovendien verbruikt de CMG module minder dan 14W/Nm vergeleken met 50W/Nm voor een reactiewiel. CMG’s zijn complexer dan reactiewielen maar Veoware wist hun ontwerp te vereenvoudigen en betaalbaar en betrouwbaar te maken voor toepassingen in kleinere satellieten in de Newspace markt. CMG’s lopen typisch op een constante snelheid van 6.000 à 7.000 tpm. Die van Veoware heeft een nominale snelheid van 10.000 tpm.
Toepassingen? “Observatiesatellieten die op 600 à 700 km hoogte resoluties halen van 0,5 meter of minder. Maar in het algemeen heeft elke observatiesatelliet nood aan agiliteit en dus CMG.” Bijvoorbeeld om, in geval van bewolking, op een ander punt te focussen.
Julien en Julien
Veoware werd in 2018 opgericht door Julien Tallineau (37) en Julien Demonty. Beiden studeerden aan de Universiteit van Luik natuurkundig ingenieur en werden er vrienden. “Wie een goed idee had, zou de ander betrekken, zo spraken we toen af.” Demonty werkte eerder bij vliegtuigmotorenbouwer Techspace Aero, glasproducent AGC Automotive en NMC. Tallineau deed er nog een studie ruimte-ingenieur bovenop en werkte eerder bij OIP Sensor Systems en Qinetiq Space (nu Redwire Space in Kruibeke).
In 2016 kwam Tallineau op de proppen met zo’n idee: een constellatie van VLEO-observatiesatellieten (Very Low Earth Orbit) die op nauwelijks 200 à 300 km hoogte over de aarde zouden scheren. Anders dan de grote geostationaire satellieten, die veel hoger op een vast plek boven de aarde hangen, zouden deze kleinere observatiesatellieten met een veel goedkopere camera toch een hoge beeldresolutie halen. Talloze brainstorms volgden. De kleine, snelle satelliet moest ook zeer ‘agiel’ kunnen zijn, zo bleek.
Dat bracht de twee bij reactiewielen en CMG’s die vooralsnog enkel bij spionagesatellieten werden gebruikt. “Alleen Honeywell en Airbus hadden toen CMG’s. En die waren té duur. We dachten dus onze eigen CMG’s te ontwikkelen.” Maar toen het hun daagde dat er nauwelijks CMG’s op de markt waren, losten ze het constellatie-idee en focusten ze helemaal op CMG’s.
Veoware werd geïncubeerd bij imec-istart future fund waar het begin 2018 € 50k ving, maar ook bij het Britse Seraphim Space. Volgde eind dat jaar evenveel als geïncubeerde van ESA BIC. En steun van ESA Space Solutions Belgium. In mei 2019 kreeg het een zaaironde van $2,75 mn van Henkes&Co en Seeder Fund. In 2022 haalde het van de European Innovation Council een project binnen van meer dan €1 mn om zijn CMG te demonstreren tijdens een ruimtevlucht.
In september 2024 volgde een investering van €2.5 miljoen, geleid door imec.istart future fund, het regionale investeringsfonds Ostbelgieninvest (OBI), Moveinvest (Noshaq and OBI), en de familieholding van Henkes & Co (Eupen). Met de jongste investering is er een nieuwe productievestiging in Luik in het vooruitzicht gesteld. Ook wil Veoware naar de VS.
In het lab
In het lab, een ISO7 cleanroom, worden vandaag kleine volumes geproduceerd en gebeuren de acceptatieproeven. In een ISO5 kast worden de rollagers geassembleerd. Voorts een TVAC -thermische en vacuümkamer- die snel schakelt tussen -50 en +70°C. En een trilbank. Elk reactiewiel en elke CMG wordt uitgebalanceerd. Een wiel dat niet gebalanceerd is, brengt trillingen in de satelliet die uiteindelijk de camerabeelden beïnvloeden, onscherp maken. Maar een onbalans leidt ook tot schade aan het wiel zelf.
“In de mechanische delen halen we heel precies massa weg. We boren er gaten in.” Dat is eenvoudiger dan massa toevoegen. “We meten verschillende modi of harmonischen. De eerste 4 à 5 zijn makkelijk te traceren. Daarna wordt het moeilijker en geldt het samenspel tussen de balans van het wiel en de rollagers.” Uiteindelijk bepaalt de klant wat hij wil investeren in het uitbalanceren van het systeem.
“In Europa zijn klanten eerder risico-aversief terwijl gebruikers in de VS eerder gaan voor goedkopere aanvaardingsproeven.” Demonty rekent dat het 3 à 4 uur vergt om een CMG statisch en dynamisch uit te balanceren. “Toch aan ons huidige productievolume. Wij werken naar een balancing rate van G 0,4.”
Na de assemblage en het uitbalanceren van het reactiewiel/CMG worden microvibraties opgemeten. Daarna gaat het systeem op de trillingstafel en volgt er een schoktest die de ontkoppeling van een rakettrap simuleert. “Als dat allemaal lukt, zit je meestal veilig.” Ook andere krachten worden getest. Versnellingen met een accelerometer, bijvoorbeeld. Nog preciezere metingen van krachten gebeuren bij de KU Leuven.
Attitude control
“Vandaag zijn onze CMG’s ontwikkeld en gekwalificeerd”, zegt Demonty. “Voortaan willen we marktleider worden in ‘orbit motion control’. Wij managen al wat moet bewegen of stabiel moet zijn op het platform.” Hij geeft het voorbeeld van een satelliet met een robotarm en grijper. Als de arm wordt uitgestrekt, heeft dat onmiddellijk een impact op de satelliet die gaat tilten. CMG’s kunnen dat voorkomen. “Er ligt een reuzenmarkt open. Denk maar aan assemblages in de ruimte, aan het bijtanken en herbevoorraden van satellieten, aan het beschermen/afschermen van satellieten tegen mogelijke aanvallen,…” Die complexere manoeuvres zijn vandaag helemaal niet standaard.
Een voorbeeld: op een bepaald ogenblik naderen geostationaire satellieten eindeleven omdat alle brandstof is opgebruikt. Stel dat je er een tankersatelliet kunt op afsturen. Die moet dichterbij komen, de geosatelliet vastgrijpen en dan bijtanken. “Terwijl er aan de baan van de satelliet niet geraakt wordt. Met de gyro kunnen we een satelliet roteren. Het vergt een combinatie met thrusters -chemische propulsiesystemen, elektrische/ionenthrusters- om meer te doen en nieuwe diensten in de ruimte mogelijk te maken.”
Veoware beschikt zowel over de software als de sensoren om de positie en attitude van de satelliet te bepalen. En de actuatoren om de CMG’s aan te sturen, rekening houdend met alle mogelijke verstoorders. “Als het traag genoeg mag en voor slechts één functie, kan zowat iedereen de klus klaren. Maar als je ’t hebt over het aansturen van een ‘agiele satelliet’ die tegelijk meerdere handelingen verricht…” De data voor dit aansturen komen uit een resem sensoren: magnetometers die magneetvelden meten, sterren trackers, optische gyro’s die versnellingen meten,…
Sneller groeien moet
Vandaag zorgt de verkoop van CMG’s en reactiewielen voor 60% van de inkomsten. De institutionele overheidsbusiness zal in 2025 op 40% uitkomen. “We willen snel groeien en zoeken daarom grote programma’s met ‘primes’ -de grote spelers in de luchtvaart. Die strategie om een duurzame inkomensbron aan te boren hebben we al geactiveerd.” Maar écht uit de startblokken schieten…?
“Daarom overwegen we een demo rond innovatieve ruimtediensten. Ook al zou zo’n demo in de ruimte maar een paar dagen duren, hij zou ons op de kaart zetten.” Een beslissing over deze ‘mijlpaal’ is nog niet gevallen. Het kan ook nog een paar jaar vergen om daar te komen. “Pas op: je kan ingenieurs niet blijven motiveren bij een trage groei. Het moet ‘gauw’ gebeuren”, stelt Demonty. Veoware telt vandaag 24 mensen waarvan 15 met engineeringverantwoordelijkheid. “Daar reken ik mezelf niet meer bij”, glimlacht Demonty die nu voltijds managing director is. Tussen 50 en 70% van de medewerkers bij Veoware zijn ingenieurs van de KU Leuven.
Uiteindelijk wil Veoware echter niet enkel een leverancier van apparatuur zijn maar ook een ‘solutions company’ die kan optreden als adviesvertrekker en kan instaan voor het gehele platform. Zo maakt het ooit de cirkel rond en kan het, net zoals bij de start acht jaar geleden, tóch weer gaan denken aan het opzetten van een constellatie van satellieten. Maar: “First things first”.
Turn-key systeem en maatwerk
Veowares micro-Control Moment Gyroscope (µ-CMG) is een turn-key systeem dat satellietverkopers zó in hun satellietontwerp kunnen integreren. Een CMG-oplossing schaalt met de behoeften van de klant en kan in meerdere modules in een networkconfiguratie -bijvoorbeeld in een cluster van CMG’s of gecombineerd met reactiewielen- opgesteld worden. “Elk platform is verschillend. Soms vergt het maatwerk met onze gyro’s en model predictive control software.”
CMG-concurrenten
Veowares miniCMG heeft een momentum van 2,8 Nms en een koppel van 4,4 Nm. Zijn microCMG, die 2,75 kg weegt, heeft een momentum van 0,7 Nms
en een koppel van 1,1 Nm. Beiden zijn bedoeld voor zogenaamde ‘smallsats’, zij het dat de mini-uitvoering satellieten van 250-500 kg kan richten en de micro-uitvoering bedoeld is voor satellieten van 50 tot 250 kg. Zijn reactiewielen zijn bestemd voor nóg kleinere satellieten en zelfs cubesats.
Het voorbije decennium betraden een aantal nieuwe spelers de CMG-markt. In zijn categorie vindt Veoware een concurrent in de Taiwanese Tensor Tech, die uitpakt met een hele reeks CMG’s, van klein tot groot, voor cubesats en smallsats. Het Amerikaanse Honeybee Robotics mikt op microsats. Zijn CMG weegt 6 kg en heeft een momentum van 56-86 mNm/s en een koppel van 112-172 mNm. Het Berlijnse Astrofein bouwt actuatoren voor AOCS-systemen
(Attitude & Orbit Command System) zoals reactiewielen van smallsats. Zijn 8 kg zware MicroCMG is goed voor een momentum van 8 Nms en 14 Nm koppel.
Anderen gaan voor zwaardere satellieten. Het Amerikaanse Blue Canyon Technologies heeft een CMG met een momentum van 12 Nms en een koppel van 12 Nm. Het toestel weegt 18 kg. Honeywell (VS) pakt ondertussen uit met de commerciële M5 CMG van 28 kg die een momentum heeft van
25 tot 75 Nms en een koppel van 75 Nm. Airbus heeft een CMG met een momentum van 30-40 Nms per CMG en een koppel van 60 Nm. Het ding weegt wel 38 kg. Bestemd voor satellieten van 1.000-2.000 kg.
