02.07.2006 · Innerhalb von nur fünfzig Jahren hat es der Mensch geschafft, die Erdumlaufbahn vollzumüllen. Langsam wird das zu einem echten Problem für die Raumfahrt. Besonders gefährlich sind die kleinen, unauffälligen Teile.
Von Uta Deffke
© Esa
Schrottplatz Erdumlaufbahn
Schlechtes Wetter, technische Probleme - der Start einer Raumfähre wie der „Discovery“ ist jedesmal mit Unsicherheiten verbunden. Oben im All drohen weitere Gefahren: In der vergangenen Woche sah es kurzzeitig so aus, als müsse der Start schon deshalb verschoben werden, weil ein Stück Weltraumschrott mit der Internationalen Raumstation ISS zu kollidieren drohte. Inzwischen wurde die Position des bis dahin unbekannten Objektes aber so genau bestimmt, daß man guten Gewissens auf ein Ausweichmanöver verzichten konnte.
Solche Ausweichmanöver sind nichts Ungewöhnliches, die ISS absolviert das etwa einmal pro Jahr. Denn Raumschiffe und Satelliten teilen sich den Erdorbit mit einer Menge Müll. Seit die Russen 1957 mit Sputnik 1 den ersten Satelliten in die Umlaufbahn beförderten, hat der Mensch rund 5500 Objekte ins All geschossen. Allerdings war man in den vergangenen Jahrzehnten nicht immer darauf bedacht, das, was einmal im Orbit plaziert war, nach Ende seiner Nutzung von dort auch wieder wegzuschaffen. Platz genug schien ja zu sein.
Gefährliche Geisterfahrer
Doch auf manchen Umlaufbahnen wird es langsam eng. Hier sind nicht nur ausgediente Satelliten und Raketenstufen als gefährliche Geisterfahrer unterwegs, sondern auch unzählige Trümmer von Kollisionen und Explosionen. Sie ereignen sich zum Beispiel, wenn sich Treibstoffreste in Raketenteilen entzünden oder es in nicht entladenen Batterien zu chemischen Reaktionen kommt. Militärische Satelliten wurden häufig auch gezielt gesprengt. Dabei entstehen Tausende Fragmente unterschiedlichster Größe und Geschwindigkeit. So paradox es klingen mag: Stücke wie das, was die ISS bedrohte, bereiten noch die wenigsten Probleme. Sie sind mit mehr als zehn Zentimetern so groß, daß sie im Prinzip von der Erde aus beobachtet werden können und man ihnen gezielt ausweichen kann.
Dazu sammelt das amerikanische Space Surveillance Network (SSN) weltweit Daten über die erdnahen Umlaufbahnen, die sich bis in etwa 2000 Kilometer Höhe erstrecken. Hier tummeln sich vor allem die Beobachtungssatelliten in 700 bis 900 Kilometern, und die bemannte Raumfahrt in 400 bis 500 Kilometern Höhe. Mit Teleskopen lassen sich auch Objekte auf der geostationären Umlaufbahn erfassen, die in rund 36000 Kilometern um die Erde führt. Allerdings kann man dort nur noch Trümmer ausmachen, die größer als einen Meter sind. Alle jemals beobachteten Objekte werden mit ihrer Flugbahn in einem Katalog verzeichnet, der jede Woche mehrmals aktualisiert wird. Bisher konnten etwa 9600 größere Teile identifiziert werden. Immer wieder tauchen aber noch unbekannte Flugobjekte auf, die möglicherweise aus geheimgehaltenen Spionage- oder Militärmissionen stammen. Auch das vor der ISS aufgetauchte war noch nicht katalogisiert.
Kleine Teilchen besonders gefährlich
„Das größte Risiko für die Raumfahrt geht aber von den Teilchen aus, die zwischen einem und zehn Zentimetern groß sind“, sagt Carsten Wiedemann vom Institut für Luft- und Raumfahrtsysteme der TU Braunschweig. Deren Zahl wird auf etwa 600000 geschätzt. Sie sind so bedrohlich, weil sie unerkannt und mit riesigen Geschwindigkeiten um die Erde rasen. Im erdnahen Bereich sind sie mit 30.000 Stundenkilometern achtmal so schnell wie eine Gewehrkugel. „Bereits murmelgroße Teilchen können die Zerstörungskraft einer Handgranate entfalten“, sagt Wiedemann.
Sogar Partikel im Millimeterbereich, von denen es schätzungsweise 150 Millionen gibt, können bei Kollisionen noch erhebliche Schäden verursachen. So fand man bei der Analyse der ausgewechselten Sonnensegel des Weltraumteleskops Hubble beispielsweise auf 40 Quadratmetern viele tausend Einschlagspuren und 174 Löcher. Damit Raumfahrtunternehmen und Satellitenbetreiber das Gefährdungspotential auch durch kleine Partikel besser abschätzen können, hat die Europäische Weltraumorganisation ESA das Simulationsprogramm „Master“ entwickeln lassen. Es bietet eine statistische Übersicht über den Kleinschrott. „Unser Ziel ist es, dem Kunden zu sagen, mit welcher Wahrscheinlichkeit sein Flugkörper auf der geplanten Bahn von Teilchen bestimmter Größe, Geschwindigkeit und Richtung getroffen wird“, sagt Heiner Klinkrad, Experte für Weltraummüll bei der ESA. In zehnjähriger mühevoller Kleinarbeit wurde diese Software unter anderem an der TU Braunschweig entwickelt. Ähnliche Erkenntnisse über die Explosionstrümmer wollen Forscher an der Universität Stuttgart erlangen, allerdings mit einem sehr ungewöhnlichen Versuchsobjekt: als Modell für einen spröden Hohlkörper lassen sie ausgeblasene Eier explodieren. Aus den tatsächlichen Teilchenverteilungen können die Forscher dann die Bahn der Trümmer auch für die Zukunft vorherberechnen. Dabei nutzen sie die Grundlagen der Bahnmechanik, wie sie schon Johannes Kepler im 17. Jahrhundert beschrieb, erweitert durch zahlreiche Störeffekte. Unter anderem spielen die Gravitationswirkungen von Sonne und Mond sowie die Reibung von Luftmolekülen im Orbit eine Rolle.
Kein wirksamer Schutz
Aber selbst wenn die Vorausberechnungen stimmen, bleibt das Kollisionsrisiko: „Gegen die zerstörenden Trümmer im Zentimeterbereich gibt es keinen wirksamen Schutz“, sagt Frank Schäfer vom Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik in Freiburg. Eine übliche Maßnahme, die auch bei der ISS angewendet wird, sind millimeterdicke Schilde aus Aluminium, die in einigen Zentimetern Abstand vor der Außenwand angebracht sind. Sie sorgen dafür, daß das einfliegende Geschoß in eine Teilchenwolke zersplittert, deren Krafteinwirkung auf eine größere Wandfläche verteilt und so abgeschwächt wird. Doch solche Schilde halten nur Trümmer von bis zu einem Zentimeter Durchmesser auf. Größere Stücke schlagen durch. Für das europäische Weltraumlabor Columbus, das auch einmal an die ISS andocken soll, haben Schäfer und seine Kollegen den Schild noch etwas verbessert: durch Zwischenlagen aus Keramikgewebe und Kevlar, das von schußsicheren Westen bekannt ist.
„Noch ist der Weltraumschrott kein gravierendes Problem für die Raumfahrt“, sagt Heiner Klinkrad. „Doch wir müssen daran arbeiten, daß das auch so bleibt.“ Insbesondere fürchten die Wissenschaftler, daß es bei einer zunehmenden Vermüllung im Orbit innerhalb der nächsten einhundert Jahre zu sogenannten Kaskadeneffekten kommt. Nicht mehr gelegentliche Explosionen wären dann die Hauptquelle für immer mehr Teilchen im All, sondern fortwährende Zusammenstöße von Trümmern selbst, die immer neue und kleinere Splitter freisetzten.
Müllvermeidung wird wichtiger
Gegen eine solche Teilchenarmada könnte auch eine Müllabfuhr durch Roboter nichts mehr ausrichten. Da sich derzeit aber sowieso niemand ein derartiges High-Tech-Aufräumen leisten will, bleibt Müllvermeidung oberstes Gebot. Ausgediente Satelliten werden jetzt schon möglichst gezielt zum Absturz auf unbewohnte Gebiete der Erde gebracht oder auf Friedhofsbahnen verschoben, wo sie niemanden mehr stören. Treibstoffreste werden aus Tanks abgelassen und Batterien nach Betriebsende entladen, damit es keine Explosionen mehr gibt.
Ein bißchen hilft übrigens auch die Natur mit, denn nicht alle Trümmer bleiben für immer und ewig im All. In den erdnahen Umlaufbahnen führt die Reibung mit einzelnen Luftmolekülen dazu, daß sie über die Jahre hinweg immer langsamer werden, bis die Fliehkraft ihrer Bahnbewegung der Erdanziehung nicht mehr standhalten kann und sie auf die Erde fallen. In der Atmosphäre verglüht dann der größte Teil des Weltraummülls.
