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Wichtige Infrastruktur im All durch Weltraummüll bedroht – ein Hintergrund

23/04/2017 1544 views 14 likes
ESA / Space in Member States / Germany

Wie können die Erdumlaufbahnen für künftige Generationen nutzbar bleiben? Wie lässt sich die steigende Zahl an Raumfahrtzeugtrümmern reduzieren, die immer häufiger die für die Menschen so wichtige Infrastruktur im All bedroht? 

Im ESOC in Darmstadt berieten 350 Experten aus Wissenschaft, Raumfahrt und Industrie bei der 7. europäischen und weltweit größten „Space Debris“-Konferenz über Strategien zur Eindämmung und Vermeidung von Weltraummüll. Die viertägige Konferenz endete mit der deutlichen Forderung nach gemeinsamen Anstrengungen und einer globalen Kooperation aller raumfahrenden Nationen und auch kommerziellen Satelliten-Betreiber. 

Ein Satellit beim Zerbersten im Weltall
Ein Satellit beim Zerbersten im Weltall

„Wir müssen unsere Aktivitäten koordinieren und gemeinsam aktiv werden. Keiner kann sich verstecken, wir sind alle verantwortlich für die Erhaltung der Infrastruktur im All, d.h. für Bearbeitung des Themas Weltraumschrott“, appelliert ESA-Generaldirektor Jan Wörner bei der abschließenden Pressekonferenz. Brigitte Zypries, Bundeswirtschaftsministerin und Beauftragte für Raumfahrtfragen der Bundesregierung und Jan Wörner sprechen sich dafür aus, Ressourcen und Kenntnisse zu bündeln - für eine allgemeingültige Strategie zur Vermeidung von Weltraumschrott und eine Art internationale „Müllabfuhr“ im All.

„Wir kommen bei dem Thema nur gemeinsam voran“, betont Zypries. „Ein Vorfall, eine Kollision im All hat Folgen für alle“, sagt auch Holger Krag, ESA-Experte für Weltraumschrott. Das Space Debris Büro im ESOC erforscht seit über 40 Jahren die steigende Zahl an Schrottfragmenten, die das Operieren im Orbit immer gefährlicher machen. Die Darmstädter gehören zu den Pionieren, ESOC-Experte Walter Flury war 1993 Initiator der internationalen Konferenz, die seither alle vier Jahre in Darmstadt stattfindet.

Holger Krag, Leiter des ESA Büros für Weltraumschrott, erklärt die Risiken von Weltraumschrott für die Raumfahrt
Holger Krag, Leiter des ESA Büros für Weltraumschrott, erklärt die Risiken von Weltraumschrott für die Raumfahrt

Heute ist Krag Organisator der Konferenz und Leiter des zehnköpfigen Teams, das im ESOC darüber wacht, dass die von hier aus gesteuerten 18 Satelliten möglichst ohne große Schäden ihre Mission durchführen können. Einschläge von kleineren Objekten kann man jedoch nicht vorhersagen: Am 23. August 2016 registrierte das Kontrollteam von Sentinel-1A, einem Erdbeobachtungssatelliten von Europas Copernicus-Programm eine plötzliche Kursabweichung und einen permanenten Energieabfall.

Betroffen ist ein Solar-Panel. Die kleine Bordkamera des Satelliten zeigte einen 40 Zentimeter großen Schaden, verursacht durch eines der Trümmerfragmente, die die Erde wie ein dichter giftiger Insektenschwarm umkreisen. Das Objekt hatte eine Grösse von einem Zentimeter und war damit zu klein, um es orten zu können. „Wir konnten die Satelliten-Mission fortsetzen“, sagt Krag, „aber ein Einschlag im Hauptkörper hätte die Mission massiv gefährden können.“ 

750 000 Teile, die größer als ein Zentimeter sind

 

Mehrmals im Jahr müssen ESA-Satelliten mittlerweile Manöver fliegen, um den Schrottteilen zu entgehen, die mit Differenzgeschwindigkeiten von bis zu 56 000 km/h auf Satelliten einschlagen können. Seit dem Start von Sputnik 1957 umrunden heute nicht nur über 4000 intakte und ausgediente Satelliten die Erde, sondern auch ausgebrannte Raketenoberstufen, verlorengegangene Teile sowie Trümmer in Grössen von wenigen Mikrometern bis hin zu mehreren Metern, die sich durch erneute Kollisionen immer weiter vermehren. 2009 etwa stießen der US-Satellit Iridium 33 und die ausgemusterte russische Sonde Kosmos 2251 zusammen und hinterließen über 2200 Fragmente größer als 10 Zentimeter. Insgesamt sind an die 20 000 Objekte ab 10 Zentimeter Größe bekannt, darunter 5000 Objete die sogar grösser als 1 Meter sind. Über 1 cm sind es insgesamt sogar über 750 000 Teile. „Fliegende Geschosse, die wir ebenfalls fürchten müssen, wie das Beispiel Sentinel-1A zeigt“, sagt Krag. 

Astronaut Thomas Pesquet: „Verhindern Sie durch Ihre Arbeit, dass unser Leben in Gefahr ist“

Ein Mensch gemachtes Problem, das nicht nur die millionenschwere Infrastruktur im All und auf der Erde bedroht, sondern auch die Besatzung auf der Internationalen Raumstation, wie Thomas Pesquet, französischer ESA-Astronaut an Bord der ISS, in einer Videobotschaft schildert. 

Konferenzteilnehmer bei der Vorstellung des neuen 3D-Films zum Thema Weltraumschrott
Konferenzteilnehmer bei der Vorstellung des neuen 3D-Films zum Thema Weltraumschrott

Mehr als 25 Mal schon mussten Ausweichmanöver für die ISS gesteuert werden. Werden Schrottteile auf Kollisionskurs nicht 24 Stunden vorher entdeckt, müssen sich die Astronauten trotz Spezialummantelung der ISS in eine Sojuzkapsel zum Schutz zurückziehen. „Verhindern Sie durch Ihre Arbeit, dass unser Leben in Gefahr ist“, appelliert Pesquet an die 350 Konferenzteilnehmer in Darmstadt.

Die internationale Space Debris Konferenz ist das größte Treffen zum Thema Raumfahrtschrott. 21 Nationen sind vertreten. J. C Liou, Leiter des NASA-Büros für das „Orbital Debris Program“ der Amerikaner, bezeichnet die Konferenz als eines der „wichtigsten Events weltweit“. Eines, das alle Aspekte des Problems beleuchtet und erfolgreich alle Akteure an einen Tisch holt, Wissenschaftler, Konstrukteure, Vertreter der nationalen Behörden, aber auch kommerzielle Satelliten-Betreiber. Gekommen sind Fachleute wie Donald Kessler, NASA-Wissenschaftler und Raumfahrtschrott-Papst, nach dem das „Kessler-Syndrom“ benannt ist, eine Kettenreaktion, die beschreibt, wie Trümmer immer neue Kollisionen auslösen. 2017 war das Interesse an der Darmstädter Konferenz derart groß, dass erstmals Teilnehmer abgewiesen werden mussten.

Das Bewusstsein für das weltweite Problem ist gestiegen 

Fast 100 weitere Experten aus aller Welt standen auf der Warteliste. Für ESOC-Leiter Rolf Densing und ESA-Generaldirektor Jan Wörner Beleg dafür, dass das Bewusstsein für dieses „weltweite Problem gestiegen ist, das wir nur global und gemeinsam lösen können.“ Die Erdumlaufbahnen müssten für künftige Generationen nutzbar bleiben. Die heutige Gesellschaft sei angewiesen auf Satelliten für Telekommunikation, Wettervorhersage, Klima- und Katastrophenschutz, Internet oder Navigation.

ESA-Generaldirektor Jan Wörner hält ein flammendes Plädoyer für internationale Kooperation
ESA-Generaldirektor Jan Wörner hält ein flammendes Plädoyer für internationale Kooperation

Densing und Wörner setzen auf eine „international engere Kooperation“. Alle Nationen müssten ein fundamentales Interesse daran haben, dass der Weltraum nicht durch eine steigende Zahl an Trümmerteilen „verschmutzt“ werde. Erst recht, seitdem geplant ist, Megakonstellationen ins All zu bringen. Kommerzielle Betreiber wie etwa OneWeb planen über 700 Satelliten für ein Internet aus dem All in die Umlaufbahnen zu schießen. Das bringt neue Herausforderungen für alle Raumfahrtbetreiber.

Die größte Gefahr - das sogenannte "Kessler-Syndrom"

Das berüchtigte „Kessler-Syndrom“ ist längst eingetreten – 1993 waren rund 7000 Trümmer von 10 Zentimeter Größe registriert – heute sind es über 18 000. „Business as usual“, sagt der Namensgeber und NASA-Experte Don Kessler, lasse die Zahl der Trümmerteile unkontrolliert wachsen und gefährde den Zugang vor allem zum erdnahen Orbit, Lower Earth Orbit ( LEO). „Auch kommerziellen Betreibern“, unterstreicht ESOC-Chef Densing, „muss am Überleben ihrer teuren Satelliten gelegen sein.“

Ein bindendes internationales Gesetz zur Müllentsorgung oder –prävention im All gibt es jedoch nicht. Das Inter-Agency Space Debris Coordination Commitee (IADC), dem die 13 wichtigsten Raumfahrtnationen angeschlossen sind, hat 2002 Richtlinien zur Eindämmung von Weltraumschrott gegeben. Die ESA begleitet deren Einhaltung, erstattet den Vereinten Nationen regelmäßig Bericht. Ziel ist, formuliert es ESA-Generaldirektor Wörner, „das Risiko auf ein akzeptables Niveau herunterzuschrauben“. ESA Missionen werden schon lange so geplant und ausgerüstet, dass kein neuer Weltraumschrott entsteht. Um Explosionen zu verhindern, werden beispielsweise bei Missionsende Tanks und Batterien entleert.

Steigende Zahlen an Trümmerteilen erhöhen die Gefahr des sogenannten "Kessler"-Effekts
Steigende Zahlen an Trümmerteilen erhöhen die Gefahr des sogenannten "Kessler"-Effekts

Ein Problem ist die lange Verweildauer im All. In 400 Kilometern Höhe hält sich ein Raumfahrtobjekt ohne Antrieb rund ein Jahr, in 600 Kilometern 25 Jahre, in 800 Kilometern Höhe 200 Jahre und ab 1000 Kilometern Höhe bleibt der Satellit für immer im All“, erläutert Holger Krag. Dass Satelliten drei Jahre in Betrieb und dann 25 Jahre durchs All treiben, gehe nicht länger, betonen Wörner und auch Ministerin Zypries.

Das ESOC in Darmstadt ist seit 1967 für den Betrieb sämtlicher ESA-Satelliten und für das dazu notwendige weltweite Netz der Bodenstationen verantwortlich. 2013 hat die ESA ihre Sonden Planck und Herschel nach Missionsende in einen Orbit um die Sonne gebracht, damit sie keine Zusammenstöße auslösen. 2015 wurden die ESA Integral- und die vier Cluster-Satelliten so positioniert, dass sie in den nächsten zehn Jahren zur Erde absinken und verglühen. Das „letzte Manöver“, etwa in den Friedhofsorbit oberhalb der geostationären Umlaufbahn von 36 000 Kilometer Höhe oder zum kontrollierten Abstieg in Richtung Erde müsse verpflichtend werden, regt die Ministerin an. Dafür müssen die Orbiter speziell ausgerüstet sein.

Bessere Analysen, Strategien zur Vermeidung, aber auch Impulse für eine aktive Trümmerentsorgung

Müllvermeidung ist eine Strategie („Mitigation“), aber von der Konferenz gehen auch Impulse für eine aktive Trümmerentsorgung, Active Debris Removal, aus. Studien von ESA und NASA zeigen, dass die Situation im erdnahen Orbit zwischen 600 und 1000 Kilometern Höhe entschärft werden könnte, wenn jährlich fünf bis zehn der größeren und besonders kritischen Trümmerteile entfernt werden könnten. Die „CleanSpace“ Initiative der ESA unter Leitung von Luisa Innocenti setzt auf neue Technologien, etwa eine Art Aufräumsatellit, der einzelne größere Objekte im All einfängt oder durch Kursänderung oder Abbremsen zum kontrollierten Wiedereintritt und Verglühen in der Erdatmosphäre bringen könnte.

  

Eine ausführliche Erläuterung zum Diagramm und weitere Graphiken finden Sie im Artikel zur Abbildung. 

Es gibt viele weitere Ideen: Am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) etwa forschen Wissenschaftler an einem Hochleistungslaser, der ausgediente Objekte im Orbit bestrahlen, abbremsen und zum Absinken zur Erde bewegen könnte. Satomi Kawamoto von der Japanischen Raumfahrtagentur JAXA stellt einen elektrodynamischen Tether (EDT) vor, einen langen elektrisch leitenden Draht, der Schrottobjekte mit Hilfe des Erdmagnetfeldes abbremst. Allerdings, so Thomas Schildknecht, Wissenschaftler der Uni Bern und Berater für das SSA-Programm der ESA, sind die unkontrollierten, schnellen Dreh- und Taumelbewegungen der Schrottteile ein Problem für das Einfangen, das durch Messungen noch besser erforscht werden muss.

Fortschritte seit der letzten Konferenz vor 4 Jahren sind enorm“

Vieles ist in der Entwicklung, „die Fortschritte sind aber seit der letzten Konferenz vor 4 Jahren enorm“, betont Holger Krag. Die Technik sei bald einsatzreif, müsse aber finanziell gefördert und durch auf einander abgestimmte nationale Weltraum-Gesetze flankiert werden. 

V.l.n.r. Die Gründerväter des ESA-Büros für Weltraumschrott Walter Flury, Heiner Klinkrad und Holger Krag (alle ESA) sowie Kollege Don Kessler (NASA).
V.l.n.r. Die Gründerväter des ESA-Büros für Weltraumschrott Walter Flury, Heiner Klinkrad und Holger Krag (alle ESA) sowie Kollege Don Kessler (NASA).

Bis eine möglicherweise internationale Müllabfuhr im All mal ihre Arbeit aufnehmen kann, muss die Überwachung der Objekte verbessert werden. Doch auch hier gilt: „Allein“, so Juan Miró Chef des ESA Ground Systems Engineering Departments, „können wir unsere Satelliten nicht schützen.“ Angewiesen ist die ESA vorwiegend auf die Daten der Amerikaner. Das US Weltraum-Überwachungs-Netzwerk SSN verfolgt und katalogisiert größere Objekte. Doch die Europäer wollen künftig stärker ihre eigenen Daten erheben und sich noch besser untereinander vernetzen. Christian Cazaux von der französischen Raumfahrtorganisation CNES verweist auf Sensoren und Teleskope in Südfrankreich und La Réunion, die Informationen in das französische „Low Orbit Data Base“ liefern. 15 Millionen Euro hat Deutschland in das ESA Programm für Weltraumlageerfassung (SSA) investiert und ist damit zweitgrößter Beitragszahler. Der Sensor GESTRA (German Experimental Surveillance and Tracking Radar) soll 2018 erste Daten liefern, berichtet zudem Manuel Metz vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Hier können Sie sich die Aufzeichnung der Pressekonferenz zur 7. Europäischen Konferenz über Weltraumtrümmer noch einmal anschauen: 

 

   

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