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Weltraummüll: Wohin mit dem ganzen Schrott?

© NASA

Wohin mit dem ganzen Schrott?

Von MANFRED LINDINGER

23. April 2017 · Im Weltraum kreist immer mehr Müll – aktive Satelliten sind zunehmend gefährdet. Es ist höchste Zeit zu handeln.

Es war eine Schrecksekunde und ein Warnschuss für Europas Raumfahrt. Mitte August vergangenen Jahres kollidierte der Erdbeobachtungssatellit Sentinel 1A auf seiner Umlaufbahn mit einem der zahlreichen im Weltraum umherfliegenden Schrottteile. Zum Glück lief der Vorfall glimpflich ab. Von dem Schrottteil, das etwa einen Zentimeter groß und rund ein Gramm schwer war, wurden nur einige Solarzellen in einem der beiden Solarpaneele getroffen. Der seit April 2014 um die Erde kreisende Satellit des europäischen Copernicus-Projekts nahm keinen größeren Schaden.

Dabei hätte es viel schlimmer kommen können – wie im Jahr 2009, als ein aktiver amerikanischer Satellit mit einem ausgedienten russischen Flugkörper zusammenstieß. Die beiden Objekte wurden in 2000 Einzelteile zerlegt. Zwei Jahre zuvor waren 3000 Fragmente entstanden, nachdem die Chinesen mit einer Mittelstreckenrakete einen ihrer ausgedienten Wettersatelliten in 800 Kilometern Höhe zu Testzwecken abgeschossen hatten. Die beiden Ereignisse erhöhten die Zahl der Schrottteile im erdnahen Orbit, die größer sind als zehn Zentimeter, um mehr als 50 Prozent.

  • © Esa Gezeichnet: Rechts zeigt ein Kamerabild die Delle, die beim Aufprall des Schrottteils im Sonnensegel von Sentinel 1A entstand; links das noch intakte Solarmodul.
  • © Esa Am Esoc in Darmstadt wird rund um die Uhr überwacht, dass kein Weltraumschrott mit den operativen Satelliten kollidiert. Droht Gefahr, leiten die Wissenschafter um Holger Krag rechtzeitig ein entsprechendes Ausweichmanöver ein.

Die Bruchstücke kreisen seitdem in einer Höhe von 800 und 1000 Kilometern und gefährden alle dort umlaufenden Satelliten. Sie sind aber nur ein Bruchteil dessen, was man als Weltraummüll bezeichnet. Etwa 750 000 Schrottteile, die größer sind als einen Zentimeter, umkreisen die Erde. Mehrere hundert Millionen werden es, wenn man die millimetergroßen Partikeln hinzurechnet. „Dabei kennen wir nur von etwa 18 000 Teilen Größe, Bahn und Position recht genau“, sagt Holger Krag, Leiter des Büros für Weltraumrückstände der Europäischen Raumfahrtbehörde (Esa) in Darmstadt. Dort haben sich in der vergangenen Woche rund 350 Fachleute aus Wissenschaft und Industrie aller führenden Raumfahrtnationen getroffen, um über die Gefahren von Weltraummüll und mögliche Auswege aus der Misere zu diskutieren.

  • © NASA Auch kleine Schrottteile haben noch so hohe Geschwindigkeiten, dass sie die Hülle von Satelliten durchschlagen.
  • © NASA Am 21. Januar 2001 stürzte dieses 70 Kilogramm schwere Trümmerstück eines Raketentriebwerks auf die Erde und landete in der saudi-arabischen Wüste unweit von Riad. Das Fragment besteht aus Titan und verglühte daher nicht beim Eintritt in die Atmosphäre.

© DLR Seit 2007 beobachtet man einen sprunghaften Anstieg von Weltraumschrott. Ist das Kessler-Syndrom bereits eingetreten?

Alle bislang dokumentierten Bruchstücke sind größer als zehn Zentimeter und können daher von der Erde aus per Radar oder mit einem Teleskop erfasst und überwacht werden. Befindet sich ein solches Schrottteil auf Kollisionskurs mit einem europäischen Satelliten, leiten Krag und seine Kollegen am Europäischen Satellitenkontrollzentrum (Esoc) in Darmstadt ein Ausweichmanöver ein, im Schnitt ein- bis zweimal pro Jahr. Die Zahl der Ausweichmanöver werde weiter steigen, sagt Krag, weil die Zahl der Satelliten weiter steigt. „Wir müssen unbedingt verhindern, dass ein operativer Satellit mit einem umherirrenden Objekt kollidiert, denn das würde nicht nur den Satelliten zerstören, sondern auch eine weitere Trümmerwolke produzieren und so zu einem Lawineneffekt führen.“ Schon 1978 wies Donald Kessler, damals Berater der amerikanischen Raumfahrtbehörde Nasa, auf eine mögliche Kettenreaktion hin. Von einer gewissen Grenze aus sei es unvermeidbar, so ergaben Modellrechnungen, dass die riesige Wolke aus Schrott den Start weiterer Satelliten verhindern würde. Die Satellitenbetreiber der Weltraumagenturen sehen dringenden Handlungsbedarf, damit das Kesslersyndrom nicht eintritt.

Bei Relativgeschwindigkeiten von mehr als 50 000 Kilometern pro Stunde, mit denen sich zwei Objekte frontal aufeinander zubewegen, ist die freigesetzte Energie immens. Schon ein Teilchen von einem Zentimeter Größe entfaltet die Sprengkraft einer explodierenden Handgranate. Welche Wirkung der Einschlag schon eines kleinen Partikels haben kann, konnten die Betreiber von Sentinel 1A im vergangenen Jahr auf einer Außenaufnahme der Bordkamera des Satelliten sehen. Das Trümmerstück hinterließ eine 40 Zentimeter große Delle im Sonnensegel. Hätte es den Satelliten direkt getroffen, wäre es vermutlich zum Totalausfall gekommen. Hin und wieder explodiert auch der Resttreibstoff in den Tanks ausgedienter Raketenstufen oder Satelliten, etwa weil das Material der Flugkörper durch übermäßige Hitze oder starke Strahlung im Lauf der Zeit ermüdet.

© ESA Mit einem Großprojekt will die Esa den Weltraummüll dezimieren, bevor größere Schäden angerichtet sind. Dabei sind drei Hindernisse zu überwinden.

„Wir haben bislang 250 solcher Explosionen erlebt“, sagt Krag. Wer mit der Müllvermeidung im All befasst ist, fordert, man müsse jegliche Explosionen vermeiden und die Verweildauer inaktiver Satelliten im erdnahen Orbit drastisch verringern. So müssten alle Treibstofftanks ausgedienter Oberstufen geleert werden. Alte Satelliten sollten nicht länger als 25 Jahre im Orbit verbleiben und durch ein Manöver in die Atmosphäre gelenkt werden, wo sie im Idealfall verglühen oder gezielt über einem Ozean zum Absturz gebracht werden. Die Wahrscheinlichkeit, dass herabstürzende Trümmerteile Schäden verursachen oder sogar Menschen verletzen könnten, ist äußerst gering. Trotzdem befolgen die Weltraumnationen das Ansinnen aber nur zögerlich.

  • © Esa Das 1-Meter-Teleskop des OGS-Observatoriums auf dem Teide der kanarischen Insel Teneriffa nutzt die Esa auch dazu, um Objekte in einer Höhe von 36 000 Kilometern zu beobachten. Die Auflösung ist so groß, dass noch 10 bis 15 Zentimeter große Trümmerteile zu erkennen.
  • © Esa Die Teleskope des OGS-Observatoriums (Optical Ground Station) auf Teneriffa blicken von 2400 Metern Höhe aus in den Nachthimmel. Neben Experimenten zur Quantenkommunikation, werden sie für die Laserkommunikation mit Satelliten und zur Beobachtung von Weltraumschrott und für die Suche nach neuen Asteroiden genutzt.

Priorität hat für Krag auch die Errichtung eines europaweiten Überwachungssystems für Weltraummüll. Bislang bekommt man die Bahndaten über vagabundierende Bruchstücke, Raketenstufen und Satelliten aus den Vereinigten Staaten. Dort unterhält die amerikanische Luftwaffe ein Netz von Radaranlagen. In Europa braucht man ein eigenes Radar-Überwachungssystem, um die Kontrolle zu verbessern, das war auch die einhellige Meinung auf der Esa-Ministerratskonferenz Ende vergangenen Jahres in Luzern. Dort hat man weitere Mittel dafür bewilligt. Schon Ende dieses Jahres wird das experimentelle Weltraumüberwachungsradar Gestra im Weltraumlagezentrum des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt und der Bundesluftwaffe in Uedem (Nordrhein-Westfalen) in Betrieb gehen. Es wird unter anderem im Verbund mit dem Weltraumbeobachtungsradar Tira und dem Radioteleskop Effelsberg arbeiten.

In den Schubladen des Esa-Büros für Weltraumrückstände liegen schon Pläne für eine Satelliten-Mission zur Müllentsorgung. Damit soll gezeigt werden, wie man etwa alte manövrierunfähige Satelliten gezielt in die Erdatmosphäre schleppt, in der sie verglühen. Mindestens fünf Objekte müsste man pro Jahr aus der Umlaufbahn entfernen, um den Status quo einigermaßen aufrechtzuerhalten.

© ESA So könnte man Weltraummüll beseitigen.

Die Entsorgung von Satelliten könnte aber schwierig werden. Denn nun beginnen auch private Firmen, Hunderte von Satelliten pro Jahr in den Orbit zu schießen, um etwa ein weltraumgestütztes Breitband-Internet oder Mobilfunknetz aufzubauen. Dabei handelt es sich um Kleinsatelliten, CubeSats, die man günstig am Fließband fertigen kann. Mitte Februar hat eine indische Trägerrakete 104 Satelliten gleichzeitig in die Umlaufbahn gebracht – neben einem schweren Erdbeobachtungssatelliten und zwei kleineren Erprobungsflugkörpern noch 101 Kleinsatelliten mit Massen zwischen einem und vier Kilogramm.

IT-Unternehmen wie OneWeb, Samsung und Google arbeiten an Megakonstellationen. Sie wollen von 2018 an zahlreiche Kleinsatelliten in den Weltraum bringen, die dann wie an einer Perlenschnur aufgereiht in 1000 Kilometern Höhe um die Erde kreisen. Dass die Entwicklung ohne wirksame Maßnahmen zur Müllvermeidung fatale Folgen haben könnte, liegt in Darmstadt für viele auf der Hand. Mit mehr Kleinsatelliten steigt auch die Gefahr von Kollisionen, und die Satellitenbetreiber müssen mit mehr Ausweichmanövern rechnen. Gleichzeitig wächst das Risiko, dass sich die Zahl der vagabundierenden Fragmente noch weiter erhöht. Wie also soll man Megakonstellationen am Ende ihrer Lebensdauer aus dem Orbit entfernen? Und wer kümmert sich um die vielen Kleinsatelliten, wenn der Betreiber in Konkurs gegangen ist und sich keiner mehr verantwortlich fühlt? Diese Fragen zeigen: In Zukunft könnte es auch zu Kollisionen zwischen Raumfahrtorganisationen und Satellitenbetreibern kommen.

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Quelle: F.A.S.

Veröffentlicht: 23.04.2017 09:00 Uhr