WT1190F: Was der Schrott im Weltraum macht

Ein Stück Weltraumschrott aus einer Mondumlaufbahn wird am Freitag auf die Erde stürzen und verglühen – kein Problem. Doch anderer Müll im All bereitet uns viel größere Schwierigkeiten.

13. November 2015 um 07:00 Uhr / Von Frank Wunderlich-Pfeiffer

Künstlerische Darstellung von Weltraumschrott, der um die Erde kreist. Bild: Nasa

Ein spektakuläres Ende für ein bisschen Schrott: Am 13. November wird gegen 7:20 Uhr unserer Zeit ein Stück Weltraumschrott in die Erdatmosphäre eintreten . Gefahr besteht kaum: Das Objekt, das die Bezeichnung WT1190F bekommen hat, soll etwa 100 Kilometer südlich von Sri Lanka verglühen. Damit kreist ein Stück Schrott weniger um die Erde – bleiben noch 21.000 weitere über 10 Zentimeter große Stücke.

Bild 1/1: Diese Infografik der Nasa zeigt, was für Weltraumschrott um unsere Erde kreist und mit welcher Geschwindigkeit sich die Teile bewegen. (Bild: Nasa)

WT1190F ist allerdings kein normales Objekt. Nicht nur wegen des automatisch zugewiesenen Namens : Das W steht in der Benennungskonvention für das Entdeckungsjahr 2015, das T für die zweite Oktoberhälfte, der Rest ist hexadezimale Nummerierung. Das dritte Zeichen bezeichnet das verwendete Teleskop in der Catalina Sky Survey . Das F ist derzeit reserviert für Entdeckungen bei späterer Auswertung der Daten oder für den Fall, dass die Survey ein neues Teleskop bekommt. Die nächste Chance auf ein WTxxxxF-Objekt kommt damit erst wieder in der ersten Oktoberhälfte 2051.

WT1190F war hinter dem Mond

Das Objekt hat sich zuletzt in Umlaufbahnen bewegt, die weit über den Mondorbit hinausgehen. Das ist auch der Grund, weshalb es nicht längst katalogisiert wurde. Es ist fast ausgeschlossen, dass solche Objekte ein Problem für Satelliten im niedrigen Erdorbit oder dem geostationären Orbit sind. Das Interesse für Objekte in solchen Orbits ist minimal. Der größte Teil der Beobachtungen zur Bestimmung der Bahndaten stammt tatsächlich von Amateurbeobachtungen. Die erlaubten es dann auch, das Objekt auf frühere Beobachtungen von 2013 und 2009 zurückzuführen, damals unter den Bezeichnungen UDA34A3, UW8551D und 9U01FF6.

Die Bahn von WT1190F ist relativ instabil, womit es vermutlich nicht aus der Apollo-Ära stammt. Möglicherweise kommt es von der Chinesischen Chang'e 1 -Mission oder der indischen Chandrayaan .

Das Objekt ist leicht

Aus der Auswertung der Flugbahn ließen sich Schlüsse auf die Art des Objekts ziehen. Die Flugbahn zeigte leichte Abweichungen durch den Lichtdruck der Sonne, woraus man auf ein sehr leichtes Gewicht schließen kann. Es kann also kein massiver Asteroid sein, womit praktisch gesichert ist, dass es ein künstliches Objekt ist. Aus der Helligkeit können Wissenschaftler schließen, dass es wenigstens einen Meter groß ist. Genauere Aussagen sind nicht möglich. Dazu müsste man wissen, wie hoch die Reflektivität des Objekts, das Albedo , ist. Bei 25 Prozent wären es zwei Meter. Ein Asteroid mit der gleichen Helligkeit, aber nur 4 Prozent Albedo, hätte 5 Meter Durchmesser.

Interessant wurde WT1190F erst dadurch, dass es auf die Erde stürzen wird. Es stellt zwar keine Gefahr dar, aber es ist eine gute Gelegenheit, die Genauigkeit der Berechnungen zu testen. Denn die ist für die Vorhersage möglicher Asteroideneinschläge äußerst wichtig. Außerdem hoffen die Wissenschaftler, dass sie das Verglühen des Objekts mit Kameras und Spektrographen aufnehmen können. Die Beobachtung wird von der Europäischen Raumfahrtagentur (European Space Agency, Esa) mit einem Gulfstream 450 Jet durchgeführt, wie schon beim Absturz des letzten autonomen europäischen Raumtransporters ATV .

WT1190F bietet nur ein kurzes Schauspiel

Wenn alles klappt, können wir uns auf gute Aufnahmen freuen. Wegen der hohen Geschwindigkeit und des steilen Eintrittswinkels wird das Schauspiel nur etwa acht Sekunden dauern .

Bedenklicher als die Überreste von Mondmissionen, die nur manchmal in die Nähe der Erde kommen, ist Schrott, der sich ständig in Erdnähe aufhält.

Was ist mit ganz normalem Schrott?

Denn dort befinden sich fast alle Satelliten, und die können durch Kollisionen beschädigt werden. Die Orbits dieser Schrottteile und der Satelliten überkreuzen sich immer wieder, und so nimmt mit der Zeit die Wahrscheinlichkeit einer Kollision zu. Dabei sind nicht alle Teile gleich problematisch.

Je niedriger die Orbits sind, umso schneller führt die Reibung der restlichen Atmosphäre zum Absturz eines Teils. Unter einer Höhe von etwa 600 Kilometern dauert dieser Prozess weniger als 25 Jahre. Im niedrigen Erdorbit (Low Earth Orbit, Leo) wird es also nie ein wirklich langfristiges Problem mit Weltraumschrott geben, der sich immer mehr ansammelt. Dort wirkt die Erdatmosphäre wie ein Staubsauger, in dem mit der Zeit alles verschwindet. Das ist auch die Gegend, in der zurzeit die Internationale Raumstation (International Space Station, ISS) fliegt, in einer Höhe von etwa 400 Kilometern.

Schrott im geostationären Orbit gefährdet Satelliten

Viel problematischer ist der Raum darüber, zum Beispiel der geostationäre Orbit (GSO) in 36.000 Kilometern Höhe. Dort befinden sich vor allem Kommunikations-, Fernseh- und Wettersatelliten, die von der Erdoberfläche aus gesehen immer am gleichen Punkt im Himmel verharren. Das ist mit Abstand der wichtigste Orbit für die kommerzielle Raumfahrt. Allerdings bringen die wenigsten Raketen einen Satelliten direkt in diesen Orbit.

Stattdessen werden sie in einen Übergangsorbit gebracht (Geostationary Transfer Orbit, GTO). Das sind langgestreckte, elliptische Orbits, deren höchster Punkt im Allgemeinen auf gleicher Höhe wie der GSO liegt. Der niedrigste Punkt befindet sich in wenigen hundert Kilometern Höhe. Das Anheben des tiefsten Punkts wird dem Raketenantrieb der Satelliten überlassen, deren Masse besteht deswegen oft zu mehr als der Hälfte aus Treibstoff.

Raketenstufen verglühen – oder nicht

Dabei wird der tiefste Punkt nicht so tief gewählt, dass der Satellit bei einem Problem schon im ersten Umlauf in der Atmosphäre verglüht. Aber er ist tief genug, um die restlichen Teile, wie etwa die Raketenstufe, die den Satelliten dort hingebracht hat, nicht dauerhaft in der Umlaufbahn zu lassen. Diese Raketenstufen stürzen dann regelmäßig in die Atmosphäre und halten so die Orbits frei von Trümmern. Stufen mit wiederstartbaren Triebwerken werden teilweise auch gezielt über dem Ozean zum Absturz gebracht – für den Fall, dass eine Stufe den Wiedereintritt übersteht .

Im geostationären Orbit selbst befinden sich hauptsächlich aktive Satelliten, die dort entlang des Äquators aufgereiht sind. Damit das so bleibt, müssen Satelliten ständig Korrekturmanöver fliegen. Denn die Gravitation von Mond und Sonne zieht sie langsam in eine Bahn mit höherer Inklination, also einen Winkel zum Äquator. Wenn ein Satellit ausfällt, dann driftet er in eine Bahn, die den GSO nur noch in zwei Punkten schneidet. Bevor einem Satelliten der Treibstoff für die Manöver ausgeht, wird man ihn deshalb mit dem restlichen Treibstoff auf einen höheren Orbit bringen. Das geht natürlich nicht, wenn der Satellit defekt ist und ausfällt. Umso mehr defekte Satelliten und Trümmer sich in diesen Orbits ansammeln, desto schwieriger wird es sein, ihnen im Betrieb auszuweichen.

Im sonnensynchronen Orbit herrscht die höchste Trümmerdichte

Die Probleme im GSO sind wesentlich geringer als in den sonnensynchronen Orbits. Dort kreisen Erdbeobachtungs- und Spionage-, aber auch eine Reihe von Kommunikationssatelliten wie etwa die Iridium Konstellation . Diese Satelliten müssen näher an der Erde sein und regelmäßig die gleichen Stellen überfliegen. Diese Orbits befinden sich größtenteils vollständig oberhalb der 600-Kilometer-Grenze – und dort findet sich auch die höchste Dichte von Trümmerstücken.

Trümmer ist dabei durchaus wörtlich zu nehmen: 2007 etwa wurde ein chinesischer Satellit in knapp 800 Kilometern Höhe als Demonstrationsobjekt abgeschossen. Außerdem stießen dort 2009 die Satelliten Iridium 33 und Cosmos 2251 zusammen. Das war eine indirekte Folge des Abschusses von 2007, denn wegen der vielen Trümmer hörte man kurz danach auf, Annäherungswarnungen für alle Satelliten herauszugeben.

In 800 Kilometern Höhe herrscht Kollisionsgefahr

In rund 800 Kilometern Höhe gibt es deswegen bis zu 50 Teile über 10 Zentimeter pro Milliarde Kubikkilometer, und etwa die Hälfte davon stammt von diesen beiden Ereignissen (PDF, Seite 8). Allerdings sind diese Teile ständig in Bewegung, weshalb die Kollisionsgefahr auf lange Zeit gesehen erheblich größer ist, als diese Zahl vermuten lässt. Zumal zu jedem Stück dieser Größe noch etwa 25 Teile über 1 Zentimeter Größe kommen, die bei Kollisionen große Schäden anrichten können. Andererseits sollte es auch klarmachen, dass sich eine Rakete auf dem Weg in den Weltraum keineswegs durch eine undurchdringliche Trümmerwolke bewegt.

Noch stellt die Zahl dieser Trümmer keine Gefährdung der Raumfahrt als Ganzes dar.

Wie geht es weiter?

Ein Risiko sind die Trümmerteile vor allem für einzelne Satelliten. Kollisionen mit groben Beschädigungen sind selten, sehr gefährliche Objekte sind katalogisiert und können durch Ausweichmanöver umflogen werden – vor allem seit wieder vor Annäherungen gewarnt wird. Aber die Gefahr wächst mit jedem neuen Teil.

In Zukunft muss die Branche auf eine viel strengere Einhaltung der Regeln achten, die Trümmerteile vermeiden sollen. Der Trend ist durchaus positiv. Gerade bei Cubesats gibt es ständig neue Entwicklungen von kleinen Triebwerken und Segeln, die den Reibungswiderstand an der dünnen Atmosphäre erhöhen. Deswegen ist es gut, dass das Thema in den letzten Jahren einige Aufmerksamkeit erregt hat. Die umgesetzten Maßnahmen werden bei der absehbar steigenden Startraten in Zukunft einige Probleme verhindern.

Satelliten haben keine losen Teile

Die Hersteller von Satelliten und Trägerraketen sind sich der Probleme von Trümmerstücken im Orbit sehr viel bewusster geworden. Sie versuchen, Teile zu vermeiden, die bei der Freisetzung von Satelliten abgelöst werden. Raketenstufen werden inzwischen regelmäßig passiviert, also der Resttreibstoff am Ende der Mission abgelassen – auch wenn einige chinesische Raketen das zuletzt noch nicht taten.

Gegen die vorhandenen Trümmer lässt sich derzeit nichts tun, allen Vorschlägen von Kissen und Laserkanonen zum Trotz. Sie sind ein Problem, das zwar vorerst bleibt, mit dem die Raumfahrt aber umgehen kann. Damit es beherrschbar bleibt, muss der Fokus darauf liegen, genau zu beobachten und Kollisionen zu vermeiden. Solange aber noch Satelliten testweise abgeschossen werden und im Durchschnitt jedes Jahr eine Raketenstufe oder ein alter Satellit im Orbit explodiert, verschlimmert sich die Situation und könnte so zu spürbaren Problemen führen. Bleibt zu hoffen, dass die Maßnahmen rechtzeitig greifen.