Erste Laser-Ortung von Weltraummüll bei Tageslicht

Zuvor konnten Laser zur Messung der Entfernung von Weltraummüll nur während der kurzen Dämmerungszeit eingesetzt werden.

So wie der Mond die Sonnenstrahlen in der Nacht reflektiert, leuchtet auch Weltraumschrott unter Einwirkung von Sonnenlicht in der Nacht und ist deshalb leichter zu erkennen.

Da sich die Trümmer jedoch in der erdnahen Umlaufbahn befinden, ist das Zeitfenster in dem sie beleuchtet sind, nur sehr klein, was Observatorien in ihrer Beobachtungszeit einschränkt.

Eine kürzlich durchgeführte Studie hat jedoch bewiesen, dass es tatsächlich möglich ist, bei vollem Tageslicht Laser zu verwenden, um den Abstand zu Trümmern zu bestimmen. Diese neue Methode der Laser-Entfernungsmessung wird entscheidend dazu beitragen, die Bahnvorhersagen für Trümmerobjekte zu verbessern, die für Beobachtungen zur Verfügung stehende Zeit drastisch zu erhöhen und kritische Raumfahrzeuge zu schützen.

Durch den Einsatz einer speziellen Kombination von Teleskopen, Detektoren und Lichtfiltern bei bestimmten Wellenlängen haben Forscherinnen und Forscher herausgefunden, dass es tatsächlich möglich ist, den Kontrast von Objekten im Tageslicht zu erhöhen, so dass Objekte sichtbar werden, die bislang unkenntlich waren.

"Wir sind an die Vorstellung gewöhnt, dass man Sterne nur nachts sehen kann und das gilt auch für die Beobachtung von Trümmern mit Teleskopen, nur eben mit einem viel kleineren Zeitfenster für die Beobachtung von Objekten in niedriger Umlaufbahn", erklärt Tim Flohrer, Leiter des Space Debris Office der ESA.

"Mit dieser neuen Technik wird es möglich, bisher 'unsichtbare' Objekte im blauen Himmel zu verfolgen, was bedeutet, dass wir den ganzen Tag mit Laser-Ranging arbeiten können, um die Kollisionsvermeidung zu unterstützen.

In der Dunkelheit herumschwirrende Trümmer

Unser Planet ist in einen Schleier aus Trümmern gehüllt - Millionen kleiner, aber gefährlicher Fragmente, die von früheren Weltraumstarts, Explosionen und Kollisionen im Orbit übrig geblieben sind.

Hinzu kommen Hunderte von ganzen und nicht mehr aktiven Weltraumobjekten, die versagt haben oder aufgegeben wurden und unkontrolliert im Weltraum herumschweben.

Selbst millimetergroße Fragmente, die sich mit einer Geschwindigkeit von etwa sieben Kilometern pro Sekunde fortbewegen, können einen Satelliten beim Aufprall ernsthaft beschädigen. Die Kollision mit einem nicht mehr funktionsfähigen Raumschiff oder mit großen Fragmenten können funktionierende Missionen sogar völlig zerstören.

Aus diesem Grund ist es wichtig zu verstehen, wo sich die Trümmerfragmente befinden, damit wir ihnen ausweichen können – es ist allerdings nicht einfach, diese Informationen zu erhalten.

Die Laser-Entfernungsmessung ist mittlerweile eine sehr gut etablierte Technologie, bei der ein erdgestützter Laser Lichtpulse an einen Satelliten sendet, der mit einem Reflektor ausgestattet ist.

Indem man misst, wie lange es dauert, bis das Signal zu einem Teleskop auf der Erde zurückkehrt, die so genannte "Zweiwege-Reisezeit", kann die Entfernung zum Satelliten genau bestimmt werden.

Leider tragen nur wenige Satelliten einen "Retro-Reflektor", mit dem das Licht leicht reflektiert und zur Erde zurückgeworfen werden kann. Die Bestimmung der Entfernung zu solchen Objekten wurde erst vor wenigen Jahren demonstriert, aber die Entwicklung der entsprechenden Technologien schreitet rasch voran.

Aufspüren von Weltraumtrümmern bei Tageslicht

Bei den jüngsten Tests wurden 40 verschiedene Trümmerobjekte und Sterne, die etwa zehnmal schwächer waren als das, was man mit bloßem Auge erkennen kann mit der neuen Technik beobachtet. Das Ergebnis war, dass sie auch im blauen Himmel sichtbar wurden und sich zum ersten Mal mitten am Tag beobachten ließen - etwas, das vorher nicht möglich gewesen wäre.

"Wir erwarten, dass diese Ergebnisse die Beobachtungszeiten von Weltraumschrott in naher Zukunft deutlich verlängern werden", erklärt Michael Steindorfer von der Österreichischen Akademie der Wissenschaften.

"Letztlich bedeutet dies, dass wir die Trümmerpopulation besser kennenlernen und so die europäische Weltrauminfrastruktur besser schützen können", so Steindorfer.

Die Weiterentwicklung solcher Technologien ist ein Kernziel des ESA-Programms für Weltraumsicherheit, wozu auch der Aufbau eines Bodennetzwerks von Laserentfernungsmessstationen für Weltraummüll gehört.

Eine neue Laserstation neben der bekannten optischen Bodenstation der ESA auf den Kanarischen Inseln wartet auf ihren Einsatz, die als Prüfstand für Laserentfernungstechnologien und zur Entwicklung von Netzwerkkonzepten dienen soll.