Das große Saubermachen – Kampf dem Weltraummüll

Weltraummüll gehört zu den größten Gefahren der bemannten und unbemannten Raumfahrt. Derzeit umkreisen Zehntausende größere, sowie unzählige Mikropartikel – allesamt von Menschen gemacht – die Erde. Regelmäßig werden sie einigen der rund 1000 aktuell funktionsfähigen Satelliten und natürlich auch der internationalen Raumstation ISS gefährlich. Zeit, endlich die Erde von diesem Schrottgürtel und Risiko mit neuen Ideen und Gedankenansätzen zu befreien. Noch ist es zu keiner größeren Katastrophen gekommen, die Wahrscheinlichkeit hierfür steigt jedoch täglich!

Der Schock war groß, als 1957 die damalige Sowjetunion den ersten künstlichen Satelliten mit Namen »Sputnik 1« ins All schoss und dieser seine Signale aus dem Orbit Richtung Erde sendete. Die kleine Metallkugel versetzte die damalige Welt aus den unterschiedlichsten Gründen in helle Aufregung. Und: Es war auch der Beginn der Verschmutzung unserer Erdatmosphäre mit Raumfahrtmüll – die Oberstufe der Trägerrakete, die Sputnik in den Orbit beförderte, wurde in niedriger Umlaufbahn »entsorgt«. Lange Zeit machten sich die Raumfahrtnationen um die Entsorgung des Weltraummülls keinerlei Gedanken beziehungsweise waren sich der Gefahr, die da auf sie zukam, gar nicht bewusst. Vierundfünfzig Jahre und unzählige bemannte und unbemannte Raumfahrtmissionen später stellt sich die Situation sehr kritisch dar – der Weltraumschrott, den die Raumfahrtnationen sorglos in der Erdumlaufbahn hinterließen, hat sich zu einem massiven Problem entwickelt.

»Derzeit befinden sich nach dem aktuellen Weltraummüll-Modell der ESA, MASTER 2009, etwa 30.000 Objekte größer als 10cm Durchmesser im Orbit, über 700.000 größer als 1cm und über 150 Mio. Objekte größer als 1mm im Orbit«, so Andreas Schütz, Pressesprecher vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln Porz. Schütz dazu weiter: »Weltraummüll stellt eine Gefahr für bemannte und unbemannte Missionen im Orbit dar. Eine Kollision von Weltraummüll mit einem Satelliten kann zu einem Teil- oder Totalausfall einer Satellitenmission führen. Häufig kommt es zu Einschlägen von Kleinstpartikeln auf Satelliten, die jedoch keinen oder nur einen sehr geringen Effekt auf das Raumfahrzeug haben. Es sind aber bereits einige Kollisionen bekannt, bei denen es zu größeren Schäden im Weltraum kam. Das erste und bisher einzige Ereignis, in dem zwei noch intakte Raumfahrzeuge kollidiert sind, fand am 10. Februar 2009 statt. Der aktive amerikanische Satellit Iridium 33 kollidierte dabei mit dem abgeschalteten russischen Satelliten Cosmos 2251.«

Was die Schrotteilchen so gefährlich macht, ist nicht etwa ihre Größe, sondern deren enorme Geschwindigkeit, mit der sie ihre Bahnen um unseren Planeten ziehen. Bei Geschwindigkeiten von bis zu 50.000 Kilometern pro Stunde sind die Kleinstpartikel mit dem 17fachen Tempo einer abgefeuerten Maschinengewehrkugel unterwegs. Man kann sich also vorstellen, dass bei einer dermaßen hohen Schnelligkeit selbst Mikropartikel ernsthafte Schäden an Satelliten anrichten können. Dazu ein kleines Beispiel: Ein Aluminiumschrottteil von ungefähr einem Zentimeter Durchmesser, die auf zehn Kilometer pro Sekunde beschleunigt wurde, verfügt über eine kinetische Energie einer Bowlingkugel, die mit ungefähr 520 Kilometern pro Stunde heranrauscht.

Weltraummüll
Ein künstlerische Darstellung der Weltraumschrottsituation im Erdorbit.

Doch aus was genau setzt sich der Weltraumschrott eigentlich zusammen? Zunächst einmal: Er ist sehr viel facettenreicher, als man denken würde. Neben den »üblichen Verdächtigen« wie etwa defekte und ausgediente Satelliten, abgetrennte Raketenstufen sowie Bruchstücke von zerstörten Satelliten gibt es derlei exotische Dinge wie Werkzeuge, die bei Weltraumspaziergängen verloren wurden und nun mit ungeheurer Geschwindigkeit um die Erde kreisen. Aber auch Aluminiumschlacke, ein Rückstand von Feststoffraketen oder Tropfen von Sodium-Potassium-Kühlflüssigkeit, die russische Nuklearsatelliten verloren haben, stellen ein massives Sicherheitsrisiko dar. So wurden beispielsweise die Fenster eines Space Shuttles beschädigt, als 0,3 Millimeter große Farbpartikel mit einer Geschwindigkeit von rund 14.000 Kilometern pro Stunde auf diese trafen.

»Die ISS ist so ausgelegt, dass sie Einschlägen von Weltraummüll-Teilen bis zu etwa einem Zentimeter Durchmesser standhalten kann. Tatsächlich hat man sogar bereits etliche kleinere Schäden von Einschlägen millimetergroßer Teile an der ISS feststellen können. Bei größeren Weltraummüll-Teilen, deren Bahnen bekannt sind, wird regelmäßig geprüft, ob diese eine Gefahr für die ISS darstellen. Wenn das Risiko einer Kollision zu groß wird, dann muss die ISS ein Ausweichmanöver durchführen. Solche Ausweichmanöver werden auch mit Satelliten wie ENVISAT oder den deutschen Radarsatelliten TerraSAR-X und Tandem-X, durchgeführt«, so Schütz zur Gefahr von Einschlägen von Weltraumschrott in die ISS.

Funktionierende Maßnahmen sind gefragter denn je

Noch kam es bisher zu keinerlei dramatischen Zwischenfall, der durch Weltraumschrott verursacht wurde, dennoch ist es nur eine Frage der Zeit, bis etwas Drastisches passieren wird – darin sind sich die Experten weltweit einig. Aber auch die kleineren Zwischenfälle haben bereits einen finanziell unermesslichen Schaden angerichtet. Stichwort Hubble-Teleskop: Die Solarflächen des Hochleistungsteleskops wurden von Tausenden sehr kleiner Teilchen getroffen. Insgesamt gab es mehr als 170 komplette Durchschläge auf der 41 Quadratmeter großen Sonnensegelfläche. Dank modernster chemischer Analysemethoden konnte man hierbei ganz genau zwischen natürlichen Mikrometeoriten und Weltraumschrottpartikeln unterscheiden. Auch das Antennensystem wurde im Lauf der Jahre in Mitleidenschaft gezogen. Dank guter Konstruktionsmerkmale und einer gewissen Robustheit des Teleskops kam es jedoch zu keinem Komplettausfall.

In Anbetracht der latenten Gefahr durch Weltraumtrümmer beschäftigen sich fast alle internationalen Raumfahragenturen mit Lösungen, die dem Schrottgürtel um unseren Planeten Herr werden könnten. Eine der ersten Maßnahmen überhaupt ist es, die Trümmerteile zu katalogisieren bzw. zu erfassen – eine wahre Sisyphos-Arbeit. Länder wie Deutschland, Frankreich, Großbritannien, USA und die Europäische Raumfahrtagentur ESA benutzen hierfür Radare und optische Teleskope. Radare leisten hierbei sehr wertvolle Dienste, um Schrotteilchen bis 5000 Kilometer Höhe aufzuspüren. Alles, was darüber liegt, muss mit optischen Mitteln – sprich Teleskop – gefunden werden. Alle aufgespürten Schrottteilchen werden in der Datenbank DISCOS des europäischen Kontrollzentrums der ESA (ESOC) in Darmstadt gespeichert und katalogisiert. Diese Datenbank benutzen alle Raumfahrtnationen, um potentielle Kollisionen vorherzusagen und eventuelle Gegenmaßnahmen einzuleiten. Das ESOC in Darmstadt gibt täglich Warnmeldungen vor eventuellen Zusammenstößen und gefährlichen Annäherungen heraus. Eine Datenbank wie DISCOS hilft Kollisionen zu vermeiden, aber nicht unbedingt den Weltraumschrott zu beseitigen. Hier helfen nur radikale Maßnahmen und neue Ideen!

Wolframwolken, Laserkanonen und Heliumballons

Wolfram ist für die Wissenschaftler vom US Naval Research Laboratory das Material der Wahl, um dem Weltraumschrott den Garaus zu machen. Interessant ist hierbei vor allem das Gewicht Wolframs, welches doppelt so groß ist, wie das von Blei. Geht es nach den Wissenschaftlern, sollen Raketen 20 Tonnen Wolframstaub in die Erdumlaufbahn in eine Höhe zwischen 900 und 1100 Kilometern befördern und freisetzen. Die nur 30 millionstel Meter kleinen Metallpartikel sollen dort als kosmischer Staubsauger fungieren, sich an den Weltraumschrott heften, ihn schwerer machen und somit in die Atmosphäre ziehen, damit er verglühen kann. Soviel zur Theorie.

Satellitenbetreiber stehen dieser Idee sehr skeptisch gegenüber. Sie befürchten, dass sich die Wolframpartikel an ihre funktionsfähigen Satelliten haften, außer Gefecht setzen und die Satelliten ebenfalls Richtung Erdatmosphäre ziehen. Und noch ein Problem scheint es zu geben: Was würde passieren, wenn sich die Metallpartikel gegenseitig anziehen und größere Klumpen formen? Bekäme die Erde einen Ring ähnlich dem Saturn? Trotz dieser ungeklärten Fragen arbeiten die Wissenschaftler an dieser Lösung, um vielleicht irgendwann einmal zur „Serienreife“ ihrer Idee zu gelangen.

Pragmatischer möchte eine andere Lösung den Weltraumschrott an den Kragen. Wissenschaftler möchten den Weltraumschrott in den unteren Umlaufbahnen mit Laserkanonen einfach herunterschießen. Hierzu sollen von Bodenstationen aus hochenergetische Laserimpulse ausgesendet werden, um die Schrottteile aus der Umlaufbahn zu schießen. Einmal aus der Umlaufbahn gebracht, sollen die Teile dann ebenfalls in der Erdatmosphäre verglühen. Das alles klingt einfacher, als getan: Die Laseranlage muss ein Schrottteil verfolgen können und gleichzeitig berechnen, zu welchem Zeitpunkt es an einem ganz bestimmten Ort ist , damit der Laserstrahl auch wirklich trifft. Was die Kosten angeht, ist die Lösung durchaus interessant. Die Zerstörung eines kleinen Objekts würde lediglich einige Tausend US-Dollar kosten. Bei größeren Objekten wäre der Aufwand natürlich höher, aber immer noch deutlich günstiger, als eine Rakete hinaufzuschicken, um ein gefährliches Objekt zu zerstören.

Wissenschaftler der Global Aerospace Corporation möchten wiederum einen anderen Weg gehen und denken weiter. Sie möchten zukünftige Satelliten mit aufblasbaren Heliumballons ausstatten. Am Ende ihrer Nutzungsdauer könnte das Gas aus einem mitgeführten Druckbehälter einen etwa 40 Meter großen Ballon füllen. Der dadurch entstehende zusätzliche Reibungswiderstand soll den Satelliten abbremsen, so dass dieser innerhalb eines Jahres in die Erdatmosphäre eintaucht und dort restlos verglüht.

Welche Ideen und Visionen auch immer auftauchen werden, eines ist klar: Das Problem des Weltraumschrotts wird sich in Zukunft weiter verstärken. Es müssen unbedingt Lösungen gefunden werden den bestehenden Weltraumschrott zu reduzieren bzw. zukünftigen Müll in der Erdumlaufbahn vermeiden. Nur so ist es auch zukünftigen Generationen möglich, Raumfahrt zu betreiben. Im Moment haben die Fachleute jedoch erst einmal genug damit zu tun, den bestehenden Weltraumschrott zu katalogisieren und seine Bahnen um die Erde zu verfolgen. Eine mögliche Entfernung des Müllgürtels ist dabei noch Zukunftsmusik.

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