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Raumfahrt: Weltraummüll-Räumkommando mit Laserkanonen

Wie werden wir den Weltraumschrott wieder los? Laserstrahlen sind eine vielversprechende Möglichkeit. Forscher auf der ganzen Welt arbeiten daran. Aber wie soll das funktionieren?

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Weltraumschrott könnte mit Lasern aus der Umlaufbahn entfernt werden.
Weltraumschrott könnte mit Lasern aus der Umlaufbahn entfernt werden. (Bild: Wikimedia)

Die Science-Fiction hat längst Mittel gegen Weltraumschrott. Mit der Laserkanone draufballern und weg ist er. Das soll einmal Realität werden, aber ohne Filmtricks wird die Sache deutlich komplizierter. Es ist gar nicht so einfach, ein Stück Schrott komplett zu verdampfen, erst recht, wenn es Hunderte Kilometer weit entfernt ist. Zum Glück ist das aber auch gar nicht nötig.

Inhalt:
  1. Raumfahrt: Weltraummüll-Räumkommando mit Laserkanonen
  2. Satelliten haben es einfacher als Bodenstationen

Konzepte für die Bekämpfung von Weltraumschrott mit Lasern gibt es schon lange. Das Ziel ist aber nicht, den Schrott zu verdampfen. Diese Idee wurde von der Nasa untersucht und verworfen, weil sie Laser mit mehreren Hundert Megawatt Leistung erfordern würde. Es reicht völlig, ihn aus dem Weg zu räumen, möglichst in eine so tiefe Umlaufbahn, dass er in der Erdatmosphäre verglüht. Vorgeschlagen wurden schon Laserkanonen für die ISS, genauso wie Bodenstationen, die Schrott in 1.000 km Höhe beschießen sollen. Chinesische Wissenschaftler haben in einer aktuellen Veröffentlichung untersucht, was nötig wäre, um den Weltraumschrott in den am stärksten belasteten Orbits vom Weltraum aus zu bekämpfen.

Nur niedrige Orbits bleiben von allein sauber

Natürlich stellt Weltraumschrott für die Raumstation ISS wegen ihrer Besatzung eine besondere Gefährdung dar. Aber eigentlich sind die sehr niedrigen Orbits, in denen auch die ISS unterwegs ist, kaum von dem Problem betroffen. Die Restatmosphäre ist dort so dicht, dass kleine Schrottteile innerhalb von Monaten oder wenigen Jahren so weit abgebremst werden, dass sie von selbst auf die Erde stürzen. Erst in Orbits in deutlich mehr als 600 km Höhe, wo noch weniger von der Erdatmosphäre übrig ist, kann sich Schrott über Jahrhunderte halten und ansammeln.

Viele der wichtigen sonnensynchronen Orbits befinden sich in Höhen zwischen 600 und 1.200 km; sie werden von Erdbeobachtungs- und Kommunikationssatelliten benutzt. Dort ist das Weltraumschrottproblem am größten. Darunter sind auch Teile aus der Kollision zweier Satelliten im Jahr 2009 und vor allem vom Abschuss eines chinesischen Wettersatelliten im Jahr 2007. Sie befinden sich in Umlaufbahnen, auf denen sie für Jahrhunderte im Weltraum bleiben werden, wenn niemand etwas dagegen unternimmt.

Viele kurze Laserpulse sind vielversprechender als ein dauerhafter Strahl

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Um sie früher abzubremsen und aus dem Orbit zu entfernen, soll kein kontinuierlicher Laserstrahl benutzt werden, sondern viele, sehr kurze Laserimpulse. Die chinesischen Wissenschaftler haben für ihre Berechnungen einen Laser angenommen, der pro Sekunde 20 Impulse mit einer Dauer von 100 ns verschießt. Jeder Impuls hat eine Energiemenge von 1 kJ. Mit 20 Impulsen pro Sekunde entspricht das einer durchschnittlichen Leistung von 20 kW, die auf einer 60 cm großen Kreisfläche verteilt wird.

Damit hätte der Laser nicht mehr Heizleistung als eine gewöhnliche Kochplatte. Ein Trümmerteil, das von dem Laser getroffen wird, würde sich langsam aufheizen. Es finge irgendwann an zu glühen, bis es genau so viel Wärme ins Weltall abstrahlt, wie der Laser liefert. Ganz anders beim gepulsten Laser. Jeder Laserpuls gibt 1 kJ Energie in nur einer zehnmillionstel Sekunde ab und erreicht damit für diese kurze Zeit eine Leistung von 10 GW.

Mit der millionenfachen Heizleistung bleibt dem Material keine Zeit, die aufgenommene Energie als Wärmestrahlung wieder abzugeben. Stattdessen wird die oberste Schicht des Materials schlagartig so weit aufgeheizt, dass eine sehr kleine Menge des Materials sofort verdampft. Das Verdampfen des Materials erzeugt einen Rückstoß im rechten Winkel zur Oberfläche, mit dem das Trümmerstück abgebremst werden kann, um es aus dem Orbit zu entfernen. Wobei Untersuchungen zeigen, dass noch kürzere Impulse noch effizienter wären.

Satelliten haben es einfacher als Bodenstationen 
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