Weltraummüll ist ein Risiko für künstliche Himmelskörper, von denen immer mehr unseren Planeten umkreisen. In Zukunft könnte dieses Problem unseren Fortschritt behindern.
Seit der ersten Raumfahrt ist eine Vielzahl von Objekten im Erdorbit zurückgeblieben. Und die Zahl steigt. Aktuell umkreisen etwa 18.000 katalogisierte Teile die Erde in einer Umlaufbahn, die in der Regel einen Durchmesser von mindestens zehn Zentimetern haben. Sie werden routinemäßig von Radaranlagen und Teleskopen vermessen. Modellrechnungen ergeben, dass sich zudem insgesamt etwa 750.000 Teile größer als ein Zentimeter und 150 Millionen Teilchen größer als ein Millimeter in einer Erdumlaufbahn befinden.
Die Dichte des Weltraummülls, also die Teilchenanzahl pro Kubikkilometer, ist unterschiedlich. Die höchsten Werte findet man in 800 bis 900 Kilometern Höhe. Dies sind Orbits, die häufig von Erdbeobachtungssatelliten benutzt werden. In rund 350 Kilometern Höhe beträgt die Dichte weniger als ein Zehntel davon. Dort umkreist die Internationale Raumstation ISS die Erde.
Verweildauer hängt von Bahnhöhe ab
Die Verweildauer der Trümmerteile in ihrer Umlaufbahn hängt von der Bahnhöhe ab. Die Teile verlieren durch die Reibung an der dünnen Restatmosphäre der Erde an Höhe. In 400 Kilometern Höhe bleibt Weltraummüll daher für etwa ein Jahr im All. Die Lebensdauer von Teilen in 800 Kilometern Entfernung kann 150 Jahre und mehr betragen, da die Dichte der Erdatmosphäre mit steigender Bahnhöhe abnimmt. Zudem bestimmt die Form des Mülls die Verweildauer, da sie den Luftwiderstand bestimmt. Die Sonnenaktivität hat ebenfalls Einfluss. Ist sie hoch, dehnt sich die Erdatmosphäre aus und der Müll wird schneller abgebremst.
Gefährlich wird es, wenn Schrotteile auf funktionsfähige Himmelskörper treffen. Die Gefahr solcher Kollisionen steigt. „Die Anzahl der Satelliten, die in den Orbit gebracht werden, ist in den vergangenen Jahren deutlich gestiegen, weil unser Leben immer stärker von satellitenbasierten Produkten und Diensten wie Internet und Mobilfunk abhängt“, sagt Dr. Manuel Metz vom DLR-Raumfahrtmanagement.
Kollisionen können einen Lawineneffekt auslösen
Befindet sich eines der dokumentierten Bruchstücke auf Kollisionskurs mit einem europäischen Satelliten, leitet das Europäische Satellitenkontrollzentrum (Esoc) in Darmstadt ein Ausweichmanöver ein. Das geschieht im Schnitt ein- bis zweimal jährlich. Kollisionen können nicht nur den Satelliten zerstören, sondern auch eine für andere Objekte gefährliche Trümmerwolke produzieren. Am Ende kann das zu einem Lawineneffekt führen.
Auch kleinste Partikel können durchschlagende Wirkung haben. Prallen zwei Objekte mit Relativgeschwindigkeiten von mehr als 40 000 Kilometern pro Stunde aufeinander, besitzt ein Teilchen von einem Zentimeter Größe die Sprengkraft einer Handgranate. Wie bei der Kollision des Satelliten Sentinel 1-A im August 2016: Auf einer Aufnahme der Bordkamera ist zu sehen, dass das fünf Millimeter große und nur ein Gramm schwere Trümmerstück eine 40 Zentimeter große Delle im Sonnensegel verursacht hat. „Hin und wieder explodiert auch der Resttreibstoff in den Tanks ausgedienter Raketenstufen oder Satelliten“, erklärt Mentz. Das Material der Flugkörper ermüdet durch übermäßige Hitze oder Strahlung.
Experten fordern daher, Treibstofftanks ausgedienter Oberstufen zu leeren und Satelliten spätestens nach 25 Jahre im Orbit durch ein Manöver in die Atmosphäre zu lenken, wo sie im Idealfall verglühen, oder sie kontrolliert zum Absturz zu bringen. „Satelliten werden heute so gebaut, dass sie am Ende ihrer Lebensdauer beim Eintritt in die Erdatmosphäre möglichst vollständig verglühen. So kann das Risiko vermindert werden, dass Teile auf der Erde auftreffen“, sagt Metz. Derzeit treten jährlich 60 bis 80 Tonnen Weltraummüll in die Erdatmosphäre ein.
Kleinsatelliten machen große Sorgen
Das Problem wächst, denn zukünftig werden Unternehmen hunderte von Satelliten pro Jahr in den Orbit schießen, um etwa ein weltraumgestütztes Breitband-Internet oder Mobilfunknetz aufzubauen. Dabei handelt es sich um Kleinsatelliten, CubeSats, die man günstig am Fließband fertigen kann und die dann wie an einer Perlenschnur aufgereiht in 1.000 Kilometern Höhe die Erde umkreisen. Es wird über Länder- und Institutionsgrenzen hinaus nach Lösungen gesucht. Manuel Metz warnt:
„Wenn die Satelliten einer solchen Megakonstellation am Ende ihrer Lebensdauer nicht zuverlässig aus dem Orbit entfernt werden können, besteht eine hohe Gefahr, dass sie mit Weltraummüll kollidieren, zersplittern und die Trümmer wiederum zu Folgekollisionen führen.“
Forschung setzt auf Überwachung
Menz: „Auf jeden Fall muss vermieden werden, dass zukünftig noch mehr Müll hinzukommt!“ Es brauche Strategien, um große Trümmerteile, etwa Raketenendstufen, zu entfernen, bevor sie durch Kollision oder Explosion zu einer Trümmerlawine werden. Helfen könnten Raumfahrzeuge mit Greifarmen oder Fangnetzen, die derzeit entwickelt werden. Zudem setzen alle Satelitenbetreiber auf die aktive Überwachung der Trümmer. Die Daten dazu kommen aus den USA. Um unabhängig zu werden, arbeitet man in Europa an Alternativen. Das DLR-Raumfahrtmanagement des Fraunhofer Forschungsinstituts für Hochfrequenzphysik und Radartechnik ist derzeit mit der Entwicklung und dem Bau eines leistungsfähigen Radars zur Überwachung und Verfolgung von Objekten im erdnahen Weltraum beauftragt. Das GESTRA (German Experimental Space Surveillance and Tracking Radar) ist ein experimentelles Weltraumüberwachungsradar, mit dem Bahndaten von Satelliten und Trümmern in 500 bis 1200 Kilometern Höhe erfasst werden sollen.
Der Aufwand lohnt sich, denn die Wiederbeschaffungskosten der circa 1.000 aktiven Satelliten in der Erdumlaufbahn werden auf knapp 100 Milliarden Euro geschätzt. Vor diesem Hintergrund ist jeder Euro für eine Müll- und Kollisionsvermeidung im All gut angelegt.
Quelle: Dieser Artikel wurde geschrieben von Hans-Jörg Munke (freier Journalist)