Kampf gegen Weltraumschrott

„Wir haben unsere Warnschüsse gehabt“

Von Manfred Lindinger
22.04.2013
, 18:04
Volltreffer: Einschlagloch von Weltraum-Müll an einem Sonnenforschungssatelliten der Nasa
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In Darmstadt diskutieren dieser Tage 300 Wissenschaftler am europäischen Satellitenkontrollzentrum Esoc über die Gefahren von Weltraumschrott. Heiner Klinkrad, Leiter des ESA-Büros für Weltraumrückstände, im Gespräch über die schwierige Bekämpfung der gefährlichen Weltraumtrümmer.
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Herr Klinkrad, rund 6.500 Tonnen Weltraumschrott kreisen um die Erde. Wie groß ist die Gefahr, dass ein operativer Satellit getroffen wird?

Das Risiko einer Kollision ist für erdnahe Satelliten in einer Höhe von 800 bis 1000 Kilometern gestiegen. Besonders seit Januar 2007, als die Chinesen mit einer Mittelstreckenrakete einen ihrer ausgedienten Wettersatelliten in 800 Kilometern Höhe abgeschossen haben. Dabei entstanden etwa 3.000 Fragmente.

Zwei Jahre später kollidierte ein funktionsfähiger amerikanischer Satellit mit einer ausgedienten russischen Sonde. Daraus gingen etwa 2.000 Fragmente hervor. Die beiden Ereignisse haben die Zahl der Schrottteile, die größer sind als zehn Zentimeter, um mehr als 50 Prozent anwachsen lassen.

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Wie groß ist die Müllhalde im All?

Im Katalog der amerikanischen Weltraumbehörde Nasa sind 16.000 Objekte erfasst, die größer sind als zehn Zentimeter und deren Bahn man genau kennt. Davon sind sechs Prozent aktive Satelliten, 30 Prozent sind Objekte, die keine Funktion mehr erfüllen wie ausgediente Satelliten und Oberstufen von Raketen.

Der größte Teil, 64 Prozent, sind kleinere und größere Fragmentteile. Dann gibt es noch eine riesige Menge an Partikeln, die deutlich kleiner sind als die erfassen Teile. Gegen sie kann man kaum etwas machen. Bei millimetergroßen Teilen ist das Schadensrisiko aber vergleichsweise gering.

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Was passiert, wenn ein Satellit von einem Schrottteilchen getroffen wird?

Bei Relativgeschwindigkeiten von mehr als 50.000 Kilometern pro Stunde, mit denen sich zwei Objekte frontal aufeinander zu bewegen, ist die freigesetzte Energie immens. Schon ein Teilchen von einem Zentimeter Größe entfaltet die Sprengkraft einer explodierenden Handgranate.

Man kann davon ausgehen, dass ein Satellit, der von einem solchen Objekt getroffen wird, nicht mehr funktionsfähig ist. Bei der Kollision mit einem zehn Zentimeter großen Objekt wird die Sonde total zerlegt.

Man muss also verhindern, dass ein operativer Satellit mit einem derartigen Objekt kollidiert, denn das würde nicht nur den Satelliten zerstören, sondern auch eine weitere Trümmerwolke produzieren und so zu einem Lawineneffekt führen.

Kann man Satelliten vor Kollisionen schützen?

Nur bedingt. Satelliten kann man gegen ein Millimeter große Objekte abschirmen, die Internationale Raumstation gegen Objekte, die rund einen Zentimeter messen. Wir verfolgen die Bahnen der bekannten Trümmer, die größer als zehn Zentimeter sind, sehr genau und machen rechtzeitig ein Ausweichmanöver, wenn ein Objekt einem unserer Satelliten bedrohlich nahekommt.

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Weltraummüll
Ein "überirdisches" Problem

Wie oft müssen Sie ein solches Manöver für einen Satelliten ausführen?

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Im Schnitt einmal pro Jahr für einen erdnahen Satelliten. So häufig muss übrigens auch die Raumstation einem Trümmerteil ausweichen.

Hat die Zahl der Manöver zugenommen?

Obwohl die Zahl der Objekte größer geworden ist, hat die Zahl der Korrekturen nicht in dem gleichen Maße zugenommen. Denn die Amerikaner versorgen uns inzwischen mit präzisen Bahndaten, die man aus Radarbeobachtungen gewonnen hat.

Diese sind so genau, dass wir einen Satelliten recht dicht an einem sich bedrohlich nähernden Objekt vorbeisteuern können. Wir schauen etwa eine Woche im voraus, ob sich unseren Satelliten etwas nähert. Das Ausweichmanöver planen wir einen halben Tag zuvor.

Das eigentliche Manöver leiten wir 50 Minuten vor der Begegnung ein - das entspricht einem halben Bahnumlauf. Nach einem ganzen Orbit machen wir das ganze wieder rückgängig.

Heiner Klinkrad mit einem Meteoriten von 1947
Heiner Klinkrad mit einem Meteoriten von 1947 Bild: dapd

Was ist nötig, um den Müllberg zu verringern?

Man muss vor allem Kollisionen und Explosionen vermeiden sowie die Verweildauer von Satelliten im erdnahen Orbit verringern. Selbst wenn man sämtliche Raketenstarts einstellte, würde die vorhandene Schrottmenge ausreichen, eine Lawine an Kollisionen auszulösen, die nicht mehr zu kontrollieren wäre.

Deshalb müssen von ausgedienten Oberstufen künftig alle Treibstofftanks geleert werden, damit diese nicht explodieren können. Alte ausgediente Satelliten sollten nicht länger als 25 Jahre im Orbit verbleiben.

Am besten wäre es doch, einen alten Satelliten in eine Bahn zu lenken, auf der er in die Atmosphäre eintritt und verglüht?

Das ist richtig. Die älteren Satelliten sind jedoch dafür konzipiert worden, nur in erdnahe Bahnen zu fliegen. Zudem verfügen sie meist über Triebwerke, die nur kleine Bahn-Manöver erlauben.

Man brauchte größere Triebwerke, um den Satelliten einen ausreichenden Schub verpassen zu können, der sie aus der Bahn in die Atmosphäre lenkt. In einer niedrigeren Bahn als der vorhergesehenen sind die Satelliten kaum mehr zu kontrollieren.

Dann besteht die Gefahr, dass größere Trümmerteile auf die Erde stürzen?

Ja. Von einem größeren Satelliten, der unkontrolliert in die Atmosphäre eintritt, erreichen rund 20 bis 40 Prozent die Erdoberfläche. Auch von der Oberstufe einer Rakete verglüht beileibe nicht alles.

Die Motoren sind für eine Temperatur von 2.000 Grad und mehr ausgelegt. Da kann man nicht erwarten, dass ein Raketenstufe ganz in der Atmosphäre verglüht.

Viele Satelliten befinden sich im geostationären Orbit in einer Höhe von 36.000 Kilometern. Wie verfährt man dort mit ausgedienten Satelliten?

Die Betreiber der Satelliten sind dazu angehalten, ihre Instrumente auf eine Friedhofsbahn zu befördern, etwa 300 Kilometer oberhalb des geostationären Orbits.

Dort werden zum Beispiel alle ausgedienten Meteosat-Satelliten geparkt. Während vor zehn Jahren nur jeder dritte Satellitenbetreiber sein Gerät in eine Friedhofsbahn befördert hat, hält sich inzwischen jeder zweite Betreiber daran.

Wie könnte man den Weltraumschrott entsorgen?

Für die kleineren Partikel könnte man leistungsstarke bodengestützte Laser verwenden. Die Photonen ihrer Strahlen übten einen Druck auf die Kleinteile aus, die daraufhin aus der Bahn gelenkt würden. Dazu benötigt man ein Radar, das das Objekt verfolgt und den Laserstrahl kontrolliert und gezielt nachführt.

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...und bei den größeren Objekten?

Man könnte etwa in einer Rendezvous-Mission an dem zu entsorgenden Satelliten oder an der Oberstufe Feststoffmotoren fixieren, die den Objekten einen großen Schub verleihen und sie so in die Atmosphäre befördern.

Andere Konzepte sehen vor, an den erdnahen Satelliten einen kilometerlangen leitenden Draht zu befestigen. Wenn das Kabel das Erdmagnetfeld schneidet, so die Idee, flösse in ihm ein Strom, der eine mechanische Kraft nach sich zöge, die auf den betreffenden Satelliten wirkte und diesen aus der Bahn lenkte.

Denkbar wäre auch, den betreffenden Satelliten mit dem Ionentriebwerk einer speziellen Raumfahrzeug einen Schub zu geben und so einen künstlichen Luftwiderstand zu erzeugen. Das Raumfahrzeug müsste natürlich einen kompensierenden Motor haben, der sie in Position hält.

Dann gibt es die Idee, ein großes Segel oder einen Ballon an den Satelliten anzubringen, deren Fläche den Luftwiderstand erhöhen und dadurch die Aufenthaltsdauer des Satelliten in der Umlaufbahn verkürzen könnte.

Welches Konzept favorisieren Sie?

Das Netzsystem. Eine Schleppersonde würde in Richtung des Satelliten ein an einer Leine befestigtes Netz ausstoßen, das den Satelliten umschlingt. Das gefangene Objekt könnte dann mit der Schleppersonde zum Absturz gebracht werden.

Die Netztechnik könnte auch dazu genutzt werden, geostationäre Satelliten in den Friedhofsorbit zu transportieren. Nachdem man das Seil mit dem Netz gekappt hat, könnte man den nächsten Satelliten holen. Alle Projekte sind aber noch in der Planungsphase und noch nicht getestet.

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Was ist also zu tun?

Es hat sich die Einsicht bei allen Raumfahrtnationen durchgesetzt, dass, wenn man nicht im Orbit aufräumt, man in weniger als einem halben Jahrhundert die Kontrolle verlieren könnte. Um die Situation langfristig zu stabilisieren, müsste man fünf bis zehn Objekte pro Jahr herunterholen. Je früher man agiert, desto besser.

Es gibt außer technischen Problemen aber auch juristische Fragen. Denn nicht jeder, der aufräumen möchte, darf das auch tun. Jedes Objekt gehört auch jemandem. Dann gibt es noch Haftungsfragen. Man kann zwar denjenigen zur Verantwortung ziehen, dessen Satellit unkontrolliert auf die Erde stürzt.

Der Betreiber eines Satelliten, der eine Kollision verursacht, kann aber nur schwerlich zur Verantwortung gezogen werden. Daran muss sich dringend etwas ändern. Wir brauchen eine internationale verbindliche Vereinbarung. Wir haben unsere Warnschüsse gehabt. Solche Ereignisse wie 2007 und 2009 können wir uns künftig nicht mehr leisten.

Quelle: F.A.Z.
Manfred Lindinger - Portraitaufnahme für das Blaue Buch "Die Redaktion stellt sich vor" der Frankfurter Allgemeinen Zeitung
Manfred Lindinger
Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.
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