Weltraumschrott: "Der neue Aspekt sind die Megakonstellationen"
Eine Raumstation und tausend Satelliten - in der Erdumlaufbahn ist einiges los. Und bald sollen noch Tausende neuer Satelliten hinzukommen, ins All geschossen von Unternehmen wie One Web oder SpaceX . Alle diese Raumfahrzeuge werden bedroht von Tausenden Trümmerteilen, die meist von ihren Vorgängern stammen. Und sie selbst könnten ihrerseits zur Bedrohung werden.
In Darmstadt findet in dieser Woche die 7. Europäische Konferenz über Weltraumrückstände(öffnet im neuen Fenster) statt, wo Wissenschaftler über dieses Thema beraten. Wir haben mit Manuel Metz, Experte für Weltraumschrott beim Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft und Raumfahrt (DLR), über neue Entwicklungen in dem Bereich gesprochen.
Golem.de: Was sind Ihre Erwartungen an die Konferenz?
Manuel Metz: Die Konferenz ist das Austauschforum im Bereich der Weltraummüllforschung und deckt ein breites Spektrum ab - angefangen von der Beobachtung mit Radar, mit optischen Systemen, mit Detektoren im Orbit, über die Modellierung bis hin zu Effekten von Einschlägen in Raumfahrzeugen und dem Schutz der Raumfahrzeuge. Es werden also alle Aspekte von Weltraummüll abgedeckt. Dann erwarte ich, dass Forschungsergebnisse zu den Megakonstellationen und der großen Zahl der Kleinsatelliten präsentiert werden. Sprich: Welche Auswirkungen haben diese auf den Weltraummüll.
Golem.de: Wer nimmt an der Konferenz teil?
Metz: Das sind im wesentlichen Wissenschaftler aus Universitäten und Forschungseinrichtungen weltweit, aus Europa, den USA, Russland, Japan, Indien, bis nach Australien. Es sind auch Vertreter von Raumfahrtagenturen wie der Nasa hier. Ich bin ja für die deutsche Raumfahrtagentur dabei.
Golem.de: Das ist ja nicht erste Konferenz. Die letzte war 2013. Gibt es Fortschritte seither?
Metz: Es gibt natürlich immer wieder Fortschritte, neue Technologien, die zum Einsatz kommen. Der wesentliche Unterschied ist, dass dieser Aspekt der Megakonstellationen vor vier Jahren noch gar nicht auf der Agenda war. Das ist ein neues Thema, das hier sehr ausführlich diskutiert wird. Das ist für mich der wesentliche neue Aspekt der Konferenz in diesem Jahr.
Gefahr für Stationen und Satelliten
Golem.de: Was fliegt da oben alles herum?
Metz: Als Weltraumschrott bezeichnen wir alle von Menschen gemachten Objekte, die keine Funktion mehr erfüllen. Das kann ein Satellit sein, der am Ende seiner Lebensdauer abgeschaltet wird, oder eine Raketenoberstufe, die im Orbit verbleibt. Den größten Anteil machen aber Trümmer aus. Das können Trümmer sein, die bei Kollisionen entstanden sind, das können aber auch Reste eines Raumfahrzeugs sein, das explodiert ist, als sich Treibstoffreste entzündet haben.
Golem.de: Wie groß sind die Teile?
Metz: Die größten Objekte sind alte Oberstufen oder intakte Satelliten. Die können 10 Meter und sogar noch größer sein. Die Trümmerfragmente bewegen sich im Bereich von Zentimetern, Millimetern oder Mikrometern. Die kleinsten sind beispielsweise Lacksplitter. Auch die zählen zum Weltraumschrott.
Golem.de: Ab welcher Größe sind die Objekte gefährlich für Satelliten oder die ISS?
Metz: Da muss man das Gefährdungspotenzial unterscheiden: Schon kleinste Partikel im Bereich von Millimetern können, wenn sie auf einen Satelliten treffen, zu einem Leistungsverlust führen, indem sie beispielsweise Solarpaneele beschädigen, die anschließend weniger Leistung produzieren, oder die Optik eines wissenschaftlichen Instruments. Wenn ein Objekte von etwa einem Zentimeter Größe frontal einen Satellitenkörper trifft, kann die Energie bereits ausreichen, um diesen Satelliten vollständig außer Funktion zu setzen. Bei einer Kollision mit einem noch größeren Objekt, so ab etwa zehn Zentimetern, droht die Gefahr, dass der Satellit vollständig zerstört wird. Das hätte dann den Effekt, dass hunderte oder gar tausende neuer Trümmer entstehen. Das führt dann zu einem selbstverstärkenden Effekt, dem sogenannten Kessler-Syndrom(öffnet im neuen Fenster) : Ein Satellit wird bei einer Kollision zertrümmert, und die entstandenen Fragmente können dann bei einer neuen Kollision wieder einen Satelliten zerlegen.
Golem.de: Wer ist für den Schrott verantwortlich?
Metz: Der vorhandene Weltraummüll stammt zum größten Teil aus den USA oder Russland, weil die die meiste Raumfahrt betrieben haben. Natürlich haben auch alle anderen, zum Beispiel Europa, Japan, Indien, ihren Anteil. Die kommerziellen Betreiber, die jetzt auf den Plan treten, SpaceX, One Web, Samsung oder Google, haben noch keine Satelliten im Orbit. Wenn die geplanten Megakonstellationen allerdings kommen, dann sprechen wir da von einer ganz anderen Größenordnung: Aktuell sind etwa 1.000 aktive Satelliten im Orbit. Eine Megakonstellation hat aber alleine 1.000 Satelliten. Das heißt, mit einem Schlag würde sich die Zahl der Satelliten im Orbit, die genutzt werden, verdoppeln bzw. mehr als verdoppeln.
Golem.de: Wie ernst ist das Problem?
Metz: Das Problem muss man schon sehr ernst nehmen. Den Weltraummüll gibt es nun einmal im Orbit. Es gibt immer wieder Kollisionen von Kleinstteilen mit Satelliten. Es hat auch schon Kollisionen mit größerem Debris gegeben, 2009 sogar eine Kollision von zwei intakten Objekten(öffnet im neuen Fenster) . Das ist eine Gefährdung für die Raumfahrt. Wenn man keine Gegenmaßnahmen ergreift, droht auch eine Kettenreaktion, eine Art selbstverstärkender Effekt, der in einigen Orbitregionen in Zukunft Raumfahrt schwierig bis fast unmöglich machen könnte.
Keinen Schrott produzieren
Golem.de: Was kann man gegen Weltraumschrott tun?
Metz: Die wichtigste Maßnahme ist, Weltraumschrott zu vermeiden. Das bedeutet erst einmal, bei einem Start keine unnötigen Objekte in den Orbit zu bringen. Dann gilt es, die Gefahren zu minimieren, dass ein Raumfahrzeug am Ende seiner Lebensdauer explodiert, und seine Restlebensdauer im Orbit am Ende einer Mission zu verringern. Im niedrigen Erdorbit, da, wo die ISS oder viele Erdbeobachtungssatelliten unterwegs sind, gilt inzwischen als Standard, die Lebensdauer auf 25 Jahre zu begrenzen. Dann sinkt ein Satellit aufgrund der Reibung der Erdatmosphäre langsam ab und verglüht. Im geostationären Orbit, wo sich die Kommunikations- und die Fernsehsatelliten befinden, werden die ausgedienten Satelliten noch etwa 200 bis 300 Kilometer weiter hinaus auf eine sogenannte Friedhofsumlaufbahn geschoben, wo sie keine Gefahr mehr für die aktiven Satelliten darstellen.
Golem.de: Berücksichtigen auch die kommerziellen Betreiber solche Vermeidungsmaßnahmen?
Metz: Was man so wahrnimmt, haben sie das Problem erkannt und wollen es berücksichtigen. Sie wollen Maßnahmen zur Vermeidung von Weltraummüll umsetzen. Der wesentliche Aspekt dabei ist: Wenn diese großen Konstellationen kommen, dann müssen die Vermeidungsmaßnahmen mit einer sehr hohen Zuverlässigkeit umgesetzt werden, und zwar mit einer höheren Zuverlässigkeit, als wir sie heute im Orbit beobachten. Allerdings muss man auch wissen, dass die Satelliten, die vor 10 oder 15 Jahren gestartet wurden vor, etwa 20 Jahren mit dem damaligen Wissen konzipiert worden sind. Satelliten, die heute gebaut werden, sind da schon ganz anders entwickelt, berücksichtigen Space-Debris-Vermeidungsmaßnahmen. Trotzdem besteht natürlich die Gefahr, dass bei einem unentdeckten Designfehler eben nicht nur ein Satellit betroffen ist, sondern gleich Hunderte oder Tausende.
Golem.de: Gibt es Konzepte, vorhandenen Schrott aus dem Orbit zu entfernen?
Metz: Das wäre technisch in naher Zukunft realisierbar: Man baut ein Raumfahrzeug, das Satelliten im Erdorbit einfängt, mit einem robotischen Arm oder einem Netz. Das Problem ist, dass es sehr teuer ist, einen einzelnen Satelliten aus dem Orbit zu entfernen - und zudem wird es keine wesentliche Besserung bringen, nur einen einzelnen Satelliten zu entfernen. Man müsste schon viele Satelliten aus dem Orbit bringen, einige Dutzend oder gar Hunderte. Da kommt die Frage: Wer finanziert das? Dafür gibt es noch keine befriedigende Lösung.