Richting en sterkte van het aardmagneetveld zijn afhankelijk van de locatie waar ze worden gemeten. Joep de Jong van de TU Delft won de Professor Kooyprijs met een manier om deze eigenschap van het magneetveld te gebruiken voor navigatiedoeleinden.
 

In de tijd voordat iedereen zich door zijn smartphone de weg liet wijzen, gebruikten mensen die zich buiten de gebaande paden begaven een topografische kaart en een kompas. Het kompas diende om de kaart goed te richten. Waar men was, moest men uitvogelen aan de hand van de locatie van bergen, dalen, meren en bossen. Het aardmagneetveld, opgewekt door de vloeibare, ijzeren kern van de aarde, vertelt immers alleen waar het noorden zich bevindt.

In de magneetveldlijnen waarop de kompasnaald zich oriënteert, zitten echter ook plaatselijke afwijkingen. De korst van de aarde – die óók ijzerrijk gesteente bevat – varieert namelijk nogal van samenstelling. De sterkte en richting van deze anomalieën zijn afhankelijk van waar op de aardkorst iemand zich bevindt.

 

Kooyprijs

Joep de Jong ontwikkelde als student toegepaste wiskunde aan de TU Delft in samenwerking met TNO een methode om deze afwijkingen in het aardmagneetveld te gebruiken voor het maken van magnetische kaarten en navigatiesystemen. Die kunnen een alternatief bieden voor navigatiesystemen die afhankelijk zijn van GNSS (Global Navigation Satellite Systems) zoals gps of Galileo.

Met zijn masterscriptie hierover won De Jong de Professor Kooyprijs van ingenieursvereniging KIVI. Dit is een onderscheiding voor de beste afstudeerder van 2023 in een voor Defensie en Veiligheid relevante technologie. De prijs, bestaande uit een oorkonde en een bedrag van tweeduizend euro, werd op 3 april uitgereikt op het jaarlijkse Prof. Kooysymposium.

 

Uitreiking van de Kooyprijs in Stroe. V.l.n.r.: Jan Wind, voorzitter KIVI Defensie & Veiligheid, prijswinnaar Joep de Jong, en juryvoorzitter Bart Koene, bestuurslid KIVI Defensie en Veiligheid.

 

Microtesla

Het aardmagneetveld varieert in sterkte tussen 25 en 65 microtesla, de anomalieën hebben sterkten van 0,01 microtesla of minder. Dat was echter niet de grootste uitdaging van zijn onderzoek, vertelt De Jong. ‘Mijn doel was om te bepalen waar in de korst de gesteenten zitten die de gemeten afwijkingen veroorzaken. Als je dat weet, kun je berekenen wat de afwijking is op de plekken waar je niet hebt gemeten, en ook hoe die met de hoogte boven het aardoppervlakte varieert. Daarmee is een 3D-kaart te maken waarop een piloot kan navigeren.’

Het probleem is dat een bepaalde afwijking in het magneetveld niet één-op-één in een afwijkend gesteente in de ondergrond is te vertalen. ‘Er zijn dan meerdere oplossingen mogelijk, met verschillende diepten en vormen.’ Om toch een goede schatting te kunnen doen van de magnetische objecten in de ondergrond, zijn vele metingen en slimme wiskunde nodig.

De methode is robuust, denkt De Jong, behalve boven dichtbevolkt, stedelijk gebied. ‘Dan heb je te maken met verstoringen van bewegende voorwerpen die ijzer kunnen bevatten, zoals auto’s en vrachtwagens.’ Het aardmagneetveld zelf varieert ook, daar zou af en toe voor moeten worden gecorrigeerd. De Jong: ‘Maar dan hebben we het over een grootteorde van een nanotesla per jaar.’

 

Zonder satellieten

‘Met zijn onderzoek heeft De Jong een indrukwekkend fundament gelegd voor de ontwikkeling van een volwaardige magnetische navigatieoplossing', schrijft de jury van de Kooyprijs in het juryrapport.

Om werkelijk op het magneetveld te kunnen navigeren, is dus nog wel extra onderzoek nodig.

Als het lukt, is dat een manier om de afhankelijkheid van satellietnavigatie met GNSS – en daarmee ook de kans om te worden ‘gespoofd’ – te verkleinen.


Openingsfoto: Depositphotos