Der Müll im All wird zur Gefahr für die Raumfahrt
Ohne Satelliten läuft heute nichts mehr – Informations- und Datenübertragung, verlässliche Navigation und nicht zuletzt die Wettervorhersage. Immer wichtiger werden Satelliten aber auch für militärische Operationen, für Aufklärung und Überwachung. Doch der Müll im Weltraum stellt für die Satelliten eine wachsende Bedrohung dar.
Wieder auf der Erde, stellten die Nasa-Spezialisten fest, dass am rechten Handschuh seines Raumanzugs der Daumen gut 2 cm weit aufgerissen war. Grund dafür war eine winzige Scharte an einem der Haltegriffe außen auf der ISS. Und entstanden war diese Scharte aller Wahrscheinlichkeit durch ein winziges Stück Weltraummüll. Curbeams Glück war, dass die Isolierschicht im Inneren des Handschuhs hielt.
Solche Probleme werden im Weltraum zur Regel. Die ISS, die auf 350 km bis 400 km Höhe die Erde umkreist, zeigt überall Einschläge von Weltraummüll oder Mikrometeoriten. Gegen Objekte, die kleiner sind als 1 cm, ist die ISS geschützt. Sind sie größer, muss sie ausweichen. Achtmal war das bisher notwendig.
Dabei ist die Umlaufbahn der ISS nicht einmal die mit dem meisten Müll. Der befindet sich in einer Bahn von gut 800 km Höhe, wo vor allem Aufklärungs-, Erdbeobachtungs- und Wettersatelliten fliegen. Die zweite Bahn mit einer hohen Konzentration von Weltraummüll ist der geostationäre Orbit in 36 000 km Höhe (siehe Kasten).
Die Trümmer sind Überbleibsel von 50 Jahren Raumfahrt – Raketenstufen und aufgegebene Satelliten oder Bruchstücke davon, aber auch schon mal ein aus der Raumstation ins All entsorgter Raumanzug und verlorenes Werkzeug. Verheerend wird es, wenn zwei große Teile kollidieren und dabei zerlegt werden oder Raketenoberstufen explodieren. Als 2009 ein Iridium- mit einen Cosmos-Satellit zusammenstieß, entstanden in 800 km Höhe allein mehr als 1200 neue nachweisbare Schrottteile.
Bei der Analyse des Weltraummülls haben die USA die längste Erfahrung. Kontinuierlich überwacht das US Space Surveillance Network, das knapp zwei Dutzend Radaranlagen und Teleskope betreibt, den Weltraummüll und hat die Bahndaten von gut 15 000 größeren Schrottteilen in einem Katalog zusammengefasst (siehe Kasten).
Doch hinter jedem nachweisbaren Stück Weltraumschrott verbirgt sich eine unbekannte Zahl nicht nachweisbarer Teile und damit eine kaum abschätzbare Gefahr.
Weltweit beteiligen sich deshalb immer mehr Länder an der Suche nach Schrott im All. In Deutschland ist es vor allem das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik mit seiner Radaranlage TIRA, die auch mit dem Radioteleskop der Max Planck Gesellschaft für Radioastronomie in Effelsberg zusammenarbeitet und Teile bis zu 1 cm Größe erkennen kann.
Dabei drängt die Zeit. „Selbst wenn man heute mit der Raumfahrt aufhörte“, so Heiner Klinkrad, Chef des Space Debris Office der europäischen Weltraumagentur ESA und einer der weltweit führenden Spezialisten auf diesem Gebiet, „würde die derzeitige Trümmermasse im Orbit ausreichen, um immer neue Trümmer entstehen zu lassen.“ Grund ist ein Kaskadeneffekt – immer mehr Trümmer kollidieren, wodurch neuer Trümmer entstehen, die ihrerseits wieder mit anderen Trümmern kollidieren.
Gefährlich sind dabei nicht nur die großen Teile über 10 cm. Schon ein Trümmerstück von 1 mm Größe kann ein Teilsystem eines Satelliten ausfallen lassen, ist es 1 cm groß, kann es schon den gesamten Satelliten gefährden. „Der Aufprall“, so Klinkrad „entspricht einer explodierenden Handgranate.“
Zudem ist ein Stopp der Raumfahrt undenkbar. Allein 2009 starteten weltweit um die 80 Raketen und brachten Satelliten, das Shuttle oder Weltraumsonden ins All. Das wird auch in den nächsten Jahren nicht anders: Die Russen wollen ihr Navigationssystem Glonass erweitern, die Europäer Galileo aufbauen, die Chinesen ihr Compass-System, die USA neue GPS-Satelliten ins All bringen. Das sind in den kommenden Jahren allein mindestens 100 neue Navigationssatelliten in einem Orbit von 21 000 km bis 26 000 km Höhe.
Andererseits verfügt zumindest der erdnahe Orbit auch über Selbstreinigungskräfte: Immer wieder verglühen Trümmerteile, wenn sie in die Erdatmosphäre eintreten.
Zudem haben die Weltraumnationen inzwischen Maßnahmen getroffen: Internationale Vereinbarungen schreiben vor, dass die Hersteller von Raketen und Satelliten ihre Produkte so auslegen, dass sie wenig Müll produzieren. Satelliten im geostationären Orbit sollen zudem mit dem letzten Rest ihres Treibstoffs in einen Friedhofsorbit 300 km über ihrem eigentlichen Orbit angehoben werden. Doch diese Vorgaben sind freiwillig und kaum die Hälfte aller Satellitenbetreiber hält sich daran. Und die Selbstreinigungskräfte sind zu schwach.
„Über Verfahren nachzudenken, vor allem große Objekte wie aufgegebene Satelliten und Raketenoberstufen aktiv aus dem Weltraum zu entfernen, ist angesichts dieser Entwicklung sehr wichtig“, urteilt Klinkrad.
Hier aber steht die Entwicklung noch ganz am Anfang. Die ESA ließ 2006 zwei Konsortien gegeneinander antreten, das eine unter Führung der deutschen Astrium, das andere geleitet vom britischen Unternehmen QuinetiQ. Ziel: ein System zu entwickeln, wie man „tote“ Satelliten aus dem geostationären Orbit in einen Friedhofsorbit räumen könnte – und das zu relativ geringen Kosten.
Heraus kam dabei ein Satellit, der 20 Netze von bis zu 15 m mal 15 m Kantenlänge mit sich führt. Er wirft seine Netze über den zu fangenden Satelliten und zieht diesen damit in einen Friedhofsorbit. Der zweite Vorschlag sah einen Satelliten mit ausfahrbarem Mast vor, an dessen Ende eine Art Tentakel den „toten“ Satelliten greifen sollten.
Andere Überlegungen waren, entweder mit boden- oder weltraumgestützten Lasern einzelne Trümmer abzuschießen. Wieder andere sahen vor, Satelliten mit Sonnensegeln ausrüsten. Diese sollten nach dem Ende der Betriebszeit des Satelliten ausgefahren werden – durch den erhöhten Widerstand in der Restatmosphäre würden die Satelliten abgebremst und so schneller in Richtung Erdatmosphäre sinken, in der sie dann verglühen. Ein Konzept war auch, riesige Segel in erdnahen Umlaufbahnen zu entfalten. Trümmerteile würden dann durch dieses Segel fliegen, und somit abgebremst und schneller in der Erdatmosphäre verglühen.
Die japanische Raumfahrtagentur Jaxa hat die Idee eines Mikrosatelliten untersucht, der sich automatisch ein großes Trümmerstück oder einen „toten“ Satelliten greift, sich dann in Richtung Erde an einem langen Stahlseil (Tether) ablässt und so die Geschwindigkeit des Trümmerstücks abbremst. Denkbar wäre auch, einen solchen Tether von Anfang an in Satelliten zu integrieren. Zum Ende ihrer Lebenszeit wird dann der Tether ausgefahren und der Satellit abgebremst.
Realisiert wurde bisher keines dieser Konzepte.
Gute Chancen scheint derzeit ein deutscher Vorschlag zu haben. Unter dem Stichwort DEOS hat mit Finanzierung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) das süddeutsche Unternehmen SpaceTech das Konzept eines kleinen Satelliten entwickelt, der im erdnahen Orbit – mittels Telerobotik vom Boden aus überwacht – große Objekte wie aufgegebene Satelliten einfängt, abbremst und in Richtung Atmosphäre schickt.
Gut 7 Mio. € sind bisher in das DEOS-Projekt geflossen. Jetzt läuft, wenn die Finanzierung im Haushalt gesichert ist, unter Leitung der Bremer OHB die nächste Phase an. In dieser werden die genauen Anforderungen an das gut 1,4 t schwere Satellitensystem definiert.
Die notwendigen Technologien wie Telerobotik, das Annähern an das Trümmerstück und das Greifen des möglicherweise durchs All taumelnden Objekts kommen sämtlich aus Deutschland. „Diese Kombination von Know-how,“ so Bernd Sommer, beim DLR für Automatisierung und Robotik zuständig, „ist einmalig. Damit spielen wir international ganz vorn mit.“ 2011 könnte DEOS ins All fliegen, allerdings dürfte der Testflug gut 120 Mio. € kosten.
Ein vergleichbares Projekt in Europa oder den USA gibt es derzeit nicht.
Klar ist allerdings, dass etwas geschehen muss. „Die Zunahme des Weltraummülls kann langfristig dazu führen, dass bestimmte Orbits für die Raumfahrt sonst nicht mehr genutzt werden können“, so Klinkrad. moc
Ein Beitrag von:
