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Weltraumschrott Rasend schnell und sehr gefährlich

Ausgebrannte Raketenstufen, kaputte Satelliten, verlorene Schraubenzieher und abgesplitterte Lackpartikel: Der Orbit um die Erde ist voller Weltraumschrott. Der Müll ist gefährlich - und inzwischen ganz schön verbreitet.

Published at: 12-4-2022

Rund 8.500 Tonnen Schrott rasen über unseren Köpfen dahin. Er entsteht zum Beispiel, wenn zwei Satelliten zusammenprallen. Oder es sind Reste alter Raketen. Manche dieser Objekte sind ziemlich groß, andere winzig klein. Gefährlich ist Weltraumschrott aber immer: Bei einer Geschwindigkeit von mehreren zehntausend Kilometern pro Stunde verwandeln sich selbst winzige Partikel in zerstörerische Geschosse. Experten fürchten, dass Raumflüge irgendwann kaum mehr möglich sein könnten, wenn nicht gegengesteuert wird - einfach, weil es immer mehr Fragmente werden.

Konzept der ESA: Defekte Satelliten sollen mit einem Netz eingefangen und anschließend zum Absturz gebracht werden.

"Wenn eine Aluminiumkugel von gerade mal einem Zentimeter Durchmesser so auf einen Satelliten trifft, hat sie die Energie eines Mittelklassewagens, der mit etwa fünfzig Stundenkilometern in ihn hineinfährt."

Heiner Klinkrad, Chef für Weltraumtrümmer bei der ESA

Knall im All

Über Nordsibirien kreuzten sich die Bahnen der beiden Satelliten.

Eine ziemlich spektakuläre Kollision im Weltall ereignete sich im Februar 2009. In einer Höhe von knapp 800 Kilometern stieß der amerikanische Kommunikationssatellit Iridium 33 mit dem russischen Aufklärungssatelliten Kosmos 2251 zusammen. Die Aufprallgeschwindigkeit lag bei fast zwölf Kilometern pro Sekunde.

100.000 kleine Teilchen

Die beim Zusammenprall freigesetzte Energie entsprach ungefähr zehn Tonnen TNT-Sprengstoff. Kein Wunder, dass von den Satelliten nicht viel übrig blieb: Von den Trümmern hatten schätzungsweise 100.000 Teile eine Größe von einem Zentimeter oder mehr. Problematisch ist aber nicht nur die Zahl der Fragmente, sondern auch die Höhe ihrer Umlaufbahn: Rund hundert Jahre werden die Bruchstücke um die Erde kreisen, bevor sie in der Atmosphäre verglühen.

Zwei Jahre zuvor zerschoss China mit Absicht einen ausgedienten Satelliten mit einer Rakete. Die Folge: mehr als 3.000 größere Bruchstücke im All.

Regelmäßige Warnungen auf der ISS

Satelliten zwischen Schrott

Auch die Internationale Raumstation ISS etwa 400 Kilometer über der Erde ist dem Weltraumschott ausgeliefert. Jedes Jahr muss sie Ausweichmanöver fliegen, weil ihr solche Trümmer gefährlich nahe kommen. Beim Zusammenprall könnte sie beschädigt, im schlimmsten Fall zerstört werden. Sind größere Objekte im Anflug, ändert die ISS ihre Flughöhe. Alle paar Wochen werde die Crew vor Trümmerteilen gewarnt. 2020 kam es nach Angaben der russischen Staatsagentur Tass zu mehr als 220 gefährlichen Begegnungen zwischen ISS und Schrottteilen.

Erst im November 2021 musste sich die ISS-Besatzung inklusive dem deutschen Astronauten Matthias Maurer in zwei Raumschiffen für den Fall einer Kollision in Sicherheit bringen. Russland hatte einen ausgedienten Satelliten abgeschossen, dabei entstanden laut US-Streitkräften zunächst 1.500 nachverfolgbare Trümmerteile, die in Hunderttausende Fragmente zerfallen könnten. Es folgte die Entwarnung, die Crew konnte zurück in die ISS.

Weltraumschrott im Visier

Im Visier der USA

Das amerikanische Space-Surveillance Network (US SSN) ortet Objekte mit einer Größe ab zehn Zentimetern. Im Januar 2014 meldete es rund 16.700 Objekte, davon knapp 9.500 Bruchstücke. Bevor China seinen Satelliten zerschoss, waren es nur knapp 4.700. "Man geht davon aus, dass die Amerikaner eigentlich rund 22.000 Objekte detektieren", sagt Manuel Metz vom deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Sie würden allerdings keine eigenen militärischen Objekte angeben und auch solche nicht, die man nicht zuordnen kann. 2019 waren es schon über 44.300 Objekte - Tendenz steigend.
Wolfgang Riede vom DLR in Stuttgart meint, dass man über zehntausende kleinerer Teilchen gar nichts wisse. Zwar warnt das US SSN auf Basis seiner Daten regelmäßig vor Zusammenstößen. "Die Angaben sind allerdings relativ ungenau", meint Riede.

Deutsche Genauigkeit

Mit seinem Team will Wolfgang Riede diese Lücke schließen: Von der Schwäbischen Sternwarte in Stuttgart aus arbeitet er an einer genaueren Vermessung der Flugbahnen des Weltraumschrotts. Dafür nutzen die Schwaben die passiv-optische Dektektion: Während der Dämmerungsphasen morgens und abends, wenn das Sonnenlicht die Objekte vor dem dunklen Himmel anstrahlt, verfolgt ein Teleskop ihre Route. Anhand der Sterne erkennt ein Computerprogramm dann ihre genaue Position. "Wir haben von Stuttgart aus schon 30 Zentimeter große Objekte gesehen", berichtet Riede. Noch präziser sollen die Ergebnisse mithilfe eines Lasers werden, der die Partikel anstrahlt. Erste Tests waren schon erfolgreich. Das Ziel von Wolfgang Riede und seinem Team ist es, Entfernungen mit einer Genauigkeit von etwa einem Meter zu messen und die Flugbahnen in 1.000 Kilometern Entfernung auf fünf Meter genau zu ermitteln.

Schrott weglasern

Irgendwann will das DLR-Team den Weltraumschrott sogar per Hochleistungslaser eliminieren: Die Geschwindigkeit der Objekte könnte mit der Kraft des Lasers so stark verringert werden, dass die angestrahlten Teile in die Erdatmosphäre sinken, wo sie dann verglühen. Derart starke Laser brauchen allerdings laut Riede ein eigenes kleines Kraftwerk. Wolfgang Riede vom DLR ist überzeugt: "Wir haben die Chance, mit dem Laser eine Vorreiterrolle zu spielen." Weltraumschrott kontrolliert zum Absturz zu bringen, ist aber nur eine Idee von vielen.

... oder einfangen

Fangnetz für Weltraumschrott

Eine andere Idee ist es, die Überreste von anderen Satelliten per Greifarm oder Netzen aufsammeln zu lassen. Welche Ansätze letztlich am meisten Erfolg versprechen, das sei heute noch nicht zu beantworten, sagt Rodrigo da Costa, Leiter der Abteilung für Zukunftsprojekte und orbitale Systeme beim Satellitenbauer Astrium. Auf die Frage, ob sich auch die Hersteller zu spät Gedanken über den zurückbleibenden Schrott gemacht haben, antwortet er: "Wir sind erst am Anfang der Raumfahrt." Erst seit zwanzig Jahren gehe es um die tatsächliche Nutzung für Bürger. Jetzt sei also "genau der richtige Zeitpunkt".

Roboter helfen beim Fangen

Das DLR arbeitet gemeinsam mit Partnern parallel auch an anderen Möglichkeiten: Im Februar 2021 übten die kleinen Roboter Astrobee Honey und Astrobee Bumble sich gegenseitig zu greifen und einzufangen. Astrobee Honey stellt den Verfolger dar, Astrobee Bumble den Zielsatelliten. Die Aufgabe: Die Flugbahn in der Schwerelosigkeit verstehen, sich in die richtige Position bringen und eine Kollision auf jeden Fall vermeiden. Das funktioniert mittels Künstlicher Intelligenz. Das Experiment wird im Rahmen des Projekts TumbleDock/ROAM auf der ISS durchgeführt. Irgendwann könnten sich die Roboter so Trümmerteilen nähern, sie fangen oder Satelliten reparieren.

Antenne abrasiert

1995 wurde der Satellit Cerise von Weltraumschrott getroffen.

Schon ein einziges Stück Weltraumschrott kann verheerende Folgen haben. 1985 hatte eine Ariane-Rakete einen Satelliten in den Weltraum transportiert. Dabei war die oberste Stufe der Rakete explodiert. Zehn Jahre später prallte ein Bruchstück dieser Rakete mit 50.000 Kilometern pro Stunde auf den französischen Spionagesatelliten Cerise. Ein wichtiger Ausleger zur Lagestabilisierung wurde dabei abgerissen. Der Bodenkontrolle gelang es gerade noch, den trudelnden Satelliten in der Umlaufbahn zu halten.

Ringe der Gefahr

Seit 1957, als der erste Satellit Sputnik startete, hat es hunderte nachgewiesene Explosionen und Kollisionen im Weltraum gegeben. Übrig geblieben sind davon mehr als 20.000 Objekte, die mindestens zehn Zentimeter groß sind. Rund eine Million Teile sind größer als ein Zentimeter. Und wahrscheinlich schwirren mehr als 150 Millionen ganz kleiner Schrottteile herum, die größer als einen Millimeter sind.

Simulation eines Zusammenstoßes in der geostationären Umlaufbahn.

Die Bruchstücke sind allerdings recht unterschiedlich verteilt: Die meisten umkreisen die Erde mit einem Abstand von 800 bis 1.000 Kilometern. Viele Teile sind auch in einer Höhe von 1.400 Kilometern. Dann gibt es eine große Lücke. Zahlreiche Objekte sind wieder in der Zone von rund 20.000 Kilometern Abstand zur Erde zu finden: Dort befinden sich die Navigationssatelliten. Eine große Zahl von Trümmerstücken gibt es schließlich in einer Höhe von etwa 36.000 Kilometern. Dort gefährden sie Satelliten, die sich in einer sogenannten geostationären Umlaufbahn befinden. Das heißt, von der Erde aus gesehen scheinen sie still zu stehen. Satelliten in dieser Höhe sind unter anderem für die Übertragung von Fernseh- und Radioprogrammen sowie von Telefongesprächen und Daten zuständig.

Manuel Metz vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt empfiehlt, ausgediente Satelliten auf Umlaufbahnen von unterhalb 600 bis 650 Kilometer zurückzulassen. So könnten sie spätestens innerhalb von 25 Jahren in der Erdatmosphäre verglühen.

Neues ESA-Zentrum hat Sonnenstürme und Weltraumschrott im Blick

Im April 2021 weihte die europäische Weltraumorganisation ESA ihr neues Zentrum für Weltraumsicherheit in Darmstadt ein. Dort soll unter anderem das Weltraumwetter überwacht und hevorgesagt werden, sowie Gefahren von Sonnenstürmen untersucht werden - für uns auf der Erde aber auch für Astronauten auf der ISS. Auch die Bedeutung von Weltraumrückständen spielt hier eine Rolle. Denn im Kampf gegen den Weltraumschrott will die ESA mit der Mission "ClearSpace-1" eine Weltraum-Müllabfuhr testen. Die Sonde soll den Schrott umklammern und ihn in Richtung Erde abschleppen, damit er in der Atmosphäre verglüht.

Wenn Trümmer Trümmer treffen - der Kessler-Effekt

Zwei Tage nach der Kollision sind die Trümmer schon weit verteilt.

In den Umlaufbahnen weit draußen ist zwar viel Platz. Dafür häuft sich hier aber der Schrott: Die Erdanziehung ist zu schwach um dafür zu sorgen, dass die Trümmerstücke in die Atmosphäre stürzen und verglühen. Daher droht irgendwann eine Kettenreaktion: Wenn zwei Satelliten kollidieren, stoßen deren Fragmente mit anderen Satelliten zusammen und produzieren noch mehr Bruchstücke. Schließlich stoßen Kollisionsobjekte mit Kollisionsobjekten zusammen und die Situation gerät völlig außer Kontrolle.
Ausgediente Satelliten sollen nach einer internationalen Regelung in eine sogenannte "Friedhofsbahn" geschickt werden. Sie liegt etwa 300 Kilometer oberhalb der geostationären Umlaufbahn. Defekte Satelliten aus tiefer liegenden Umlaufbahnen sollen nach Willen der UNO hingegen möglichst wieder zur Erde zurückkehren - und zwar so, dass sie nirgendwo Schaden anrichten.

Richtlinien für die Raumfahrt

Richtlinien des IADC

Damit die Verschmutzung im All nicht außer Kontrolle gerät, soll weiterer Abfall der Raumfahrt-Industrie im All vermieden werden. Das Inter Agency Space Debris Coordination Committee, kurz IADC, dem neben der NASA und der ESA auch noch zehn weitere Raumfahrtagenturen angehören, hat dazu Richtlinien veröffentlicht. Hier eine Auswahl.

Abfall vermeiden

Raumfahrzeuge sollen während ihrer Missionen möglichst wenig Abfall abwerfen. Zum Beispiel werden Abdeckklappen, Adapter und Sprengbolzen nicht mehr einfach abgetrennt.

Explosionen vermeiden

Während und nach Ende ihrer Mission sollten Raumfahrzeuge nicht explodieren - weder planmäßig noch versehentlich. Treibstofftanks und Batterien vollständig zu leeren, verringert das Risiko.

Verglühen in geringer Höhe

Falls Selbstzerstörungs-Mechanismen getestet oder Satelliten absichtlich zerschossen werden, geschieht dies auf einer geringen Höhe, so dass die Bruchstücke schnell in der Atmosphäre verglühen.

Friedhofsbahn

Haben Satelliten ausgedient, werden sie auf eine "Friedhofsbahn" gebracht, wo sie für andere Raumfahrzeuge keine Gefahr darstellen.

Zum Verglühen absenken

Alternativ werden Satelliten und Raketenoberstufen so weit abgesenkt, dass sie entweder gleich oder innerhalb von 25 Jahren in der Atmosphäre verglühen.

Daten verfügbar machen

Zusammenstöße können vermieden werden, wenn die dafür notwendigen Daten etwa zu Flugbahnen verfügbar sind.


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