Alarmstufe Rot: Wohin mit dem Weltraumschrott?

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Der britische Spielfilm Gravity aus dem Jahr 2013 beschreibt, wie durch die Trümmer eines durch einen Meteoriten zerstörten Satelliten, aufgrund einer Kettenreaktion, nach und nach alle weiteren Satelliten und Raumstationen zerstört werden. In Wirklichkeit braucht es dazu aber nicht einmal einen Meteoriten. Denn alleine der um die Erde fliegende Weltraumschrott ist Bedrohung genug.

Bei jedem Satellitenstart fallen Trümmer an, die im Orbit zurückbleiben. Seit den Anfängen der Raumfahrt sind sie zu einem Müllteppich geworden, der unkontrolliert weiter wächst. Er bedroht im zunehmenden Maße nicht nur alle Satelliten, sondern auch alle künftigen Weltraummissionen.

Der erdnahe Weltraum sieht ruhig und friedlich aus. Tatsächlich befindet sich dort reichlich Weltraumschrott. Er gefährdet Satelliten © NASA TV

Aus Satelliten wird Weltraumschrott

Die Lebensdauer eines Satelliten wird von seinem Treibstoffvorrat, seinen Solarmodule und Akkus bestimmt. Spätestens, wenn sie erschöpft sind, stellt der Satellit seinen Dienst ein oder aufgrund eines technischen Gebrechens auch schon früher. Womit aus ihnen Weltraumschrott wird, der mit bis zu 30.000 Stundenkilometer durch das All fliegt. Kollidiert ein solcher Satellit mit einem anderen, werden beide zerstört. Übrig bleiben unzählige größere bis sehr kleine Teilchen, die nun ebenfalls auf einer Umlaufbahn unseren Planeten umkreisen. Womit aus einer einzigen potenziellen Gefahrenquelle hunderte bis tausende geworden sind und auch die Wahrscheinlichkeit steigt, dass weitere Satelliten getroffen, beschädigt oder sogar vernichtet werden können. Man geht davon aus, dass gegenwärtig mindestens eine Million Schrottteilchen mit einer Größe von mindestens einem Zentimeter um die Erde fliegen.

Bei jedem Satellitenstart bleiben die zweiten Raketenstufen und Verkleidungen im All zurück. Sie umkreisen als Schrott unsere Erde © NASA TV

Bis in die 1990er machte sich kaum jemand Sorgen um den im All zurückgelassenen Schrott, wie etwa die zweiten Raketenstufen inklusive Verkleidung. Sie setzen Satelliten erst in deren vorgesehenen Umlaufbahn aus und bleiben selbst auch dort. Da oben ist ja so unendlich viel Platz. Nach dem Motto: Aus den Augen, aus dem Sinn, hat sich niemand Gedanken darüber gemacht, dass diese ins All geschossenen Komponenten einmal ein Problem werden könnten. 

Gefahr durch Geldgier
Ein großes Sorgenkind ist der 2002 gestartete Erdbeobachtungssatellit Envisat. Er war der größte bis damals gebaute Satellit. Er wiegt rund acht Tonnen und hat die Größe eines Autobusses. Am Ende seiner vorgesehenen Lebensdauer von fünf Jahren hätte er zum Absturz gebracht werden müssen. Doch die Betreiber entschieden, ihn weiter zu nutzen und mit den von ihm gewonnenen Daten gutes Geld zu machen. 2012 war sein Treibstoffvorrat zur Gänze aufgebraucht und jegliche Kontrolle über den Riesensatelliten ging verloren. Seitdem kreuzt Envisat täglich die Bahn zahlreicher anderer Satelliten und gefährdet sie.

Spionagesatelliten

Zwischen 1967 und 1988 hatte die Sowjetunion sogar atomgetriebene Spionagesatelliten in Umlaufbahnen befördert. Im Januar 1978 wurde bekannt, dass der Atomsatellit Cosmos 954 unkontrolliert auf die Erde stürzen wird. Teile des Reaktors schlugen etwa in Nordkanada ein. In niedrigen Umlaufbahnen fliegende Teile tauchen mit der Zeit in die Erdatmosphäre ein und verglühen dort. Was aber nur für kleine Teile zutrifft. Größere Komponenten wie Tanks von Raketen schlagen immer wieder in der Erdoberfläche ein. Um mögliche Gefahren rechtzeitig zu erkennen, muss Weltraumschrott katalogisiert und sein Gefahrenpotential bewertet werden. Die Gesamtmasse aller im Erdorbit befindlichen Satelliten und Raketenstufen beträgt rund 7 500 Tonnen. Meist sind es sehr kleine Teile, die einen Teppich bilden.

Erdumlaufbahnen

Satelliten werden auf drei Erdumlaufbahnen betrieben. In rund 36 000 Kilometer Höhe befindet sich der geostationäre Orbit (GEO). Er bildet nur einen sehr schmalen Streifen, auf dem unter anderem unsere TV- und Kommunikationssatelliten nebeneinander befinden. Damit sie sich nicht gegenseitig in die Quere kommen, ist der geostationäre Orbit in Raumwürfeln von je rund 75 Kilometer Breite unterteilt. In einem solchen Würfel müssen sich etwa die vier Astras auf 19,2 Grad Ost bewegen. Sind die Treibstoffreserven eines solchen Satelliten fast zu Gänze aufgebraucht, wird er mit dem letzten Rest aus seiner Umlaufbahn in eine noch größere Höhe, dem Friedhofsorbit, geschossen. Er liegt etwa 300 Kilometer über dem GEO. Hier werden der gesamte restliche Treibstoff abgelassen und die Akkus entladen. Womit Explosionen vorgebeugt wird.

Einige Satelliten, so wie DFS Kopernikus 3, befinden sich rund 100 Kilometer unterhalb des GEO. Er konnte nicht mehr in den Friedhofsorbit geschossen werden.

Zwischen 2.000 und 36.000 Kilometer Höhe befindet sich die mittlere Umlaufbahn, kurz MEO. Hier bewegen sich unter anderem unsere Navigationssatelliten. Fällt einer aus, wird er auf eine Zwischenbahn verschoben, auf der kein anderer Satellit vorbeikommt.

Astronauten sind bei Außeneinsätzen höchsten Gefahren ausgesetzt. Selbst kleinster Weltraumschrott kann ihnen das Leben kosten © NASA TV

Das bisschen Müll?

Mengenmäßig macht der Weltraumschrott nach wie vor nicht viel aus. Er hat nur zwei entscheidende Nachteile. In 1.000 Kilometer Höhe kreist ein ausgemusterter Satellit für 2.000 Jahre um unsere Erde. Dabei fliegt er mit einer Geschwindigkeit von rund 30.000 Stundenkilometer, was bis zu 20 Mal schneller als eine Pistolenkugel ist. Womit selbst von kleinsten Teilchen eine enorme Gefahr ausgeht. Bis 2007 wurden an die 12.000 große Objekte an Weltraumschrott gezählt. Seit damals hat sich die Situation erheblich verschärft. 2007 schoss die Volksrepublik China ihren ausgedienten Wettersatelliten Fengyun 1C mit einer bodengestützten Mittelstreckenrakete ab. Die Folge: 4.000 große Trümmerstücke.

2009 geriet der russische Satellit Cosmos 2251 außer Kontrolle. Die Bahn des neuen US-Satelliten Iridium 33 kreuzte jene des Cosmos 2251 in gleicher Höhe. Beim Zusammenstoß fliegen alleine an die 1.000 Teile größer als zehn Zentimeter und weitere 10.000 kleinere in allen Richtungen davon.

Raketen-Oberstufen sind mit flüssigem Sauer- und Stickstoff gefüllt. Immer wieder vermischen sie sich, was Explosionen nach sich zieht.

Üblicherweise erfahren wir nichts davon, wenn im Orbit wieder einmal Satelliten zusammenstoßen oder von Trümmerteilen getroffen werden. Lassen wir den Weltraummüll weiter anwachsen, kann es künftig sogar unmöglich werden, neue Satelliten ins All zu befördern. Sie würden bereits auf dem Weg zu ihrer Position ein Opfer des Weltraummülls werden. Die Chancen stehen, nüchtern betrachtet, nicht einmal schlecht, dass unsere Zivilisation bereits in absehbarer Zukunft um 60 Jahre zurückgeworfen wird.

All die rund um die Erde herumfliegenden Trümmerstücke verbreiten sich in einer Kettenreaktion virusartig. Sie treffen auf immer mehr Satelliten, die dann wieder zu Trümmern werden, und so weiter. Aktuell sind so viele Objekte im Orbit, dass alle zehn Jahre zwei große Objekte zusammenstoßen. 

Risikofaktor Raketenstart

Inzwischen gehen die Raumfahrtbehörden bei jedem Raketenstart ein enormes Risiko ein. Aktuell liegt das Risiko bei 1 zu 20, einen gerade zu startenden Satelliten aufgrund von Kollisionen zu verlieren. Man rechnet, dass sich dieses Risiko schon zeitnah auf 1 zu 10 steigen wird. Für 2038 rechnet die ESA mit einer Wahrscheinlichkeit von 1 zu 5. Damit wird es immer schwieriger werden, neue Satelliten erfolgreich in den Orbit zu bringen. Gleichzeitig steigt damit auch das Risiko, dass wir künftig zumindest auf den einen oder anderen Satellitendienst ganz oder teilweise verzichten müssen.

Im erdnahen LEO-Orbit befinden sich nicht nur die ISS (hier bei einem Überflug), sondern auch die meisten Satelliten und der meiste Weltraummüll © TRFilm

Überwachen und ausweichen

Bereits 1957 haben die USA begonnen, alle künstlichen Himmelsobjekte ab einer Größe von zehn Zentimeter zu katalogisieren und ihre Herkunft festzulegen. Weiter werden ihre Bahndaten beobachtet, sodass rechtzeitig Warnungen ausgegeben werden können, sollte sich eine Kollision andeuten. Nachdem 1996 ein französischer Militärsatellit durch die Oberstufe einer Ariane-Rakete zerstört wurde, haben auch die Franzosen ein vergleichbares Programm ins Leben gerufen. Es ist unter dem Kürzel GRAVES bekannt. Es ortet mittels Spezialradar mindestens waschmaschinengroße Objekte in einer Höhe zwischen 400 und 1.000 Kilometer. Mit diesen Systemen lassen sich Zusammenstöße weitgehend vermeiden, indem Satelliten gezielt umgelenkt werden. Dies trifft auch auf die ISS zu. Sie ist wegen ihrer Größe mehrmals pro Jahr akut bedroht. 2012 wäre sie ansonsten bereits ein Opfer eines Trümmerteils des Crashes von Cosmos 2251 und Iridium 33 geworden. Alleine 2014 musste die Raumstation fünf solcher Ausweichmanöver fliegen. Liegen von Trümmerteilen nur ungenaue Bahndaten vor, muss die Crew das Versorgungsmodul aufsuchen, das im Kollisionsfall von der ISS abgetrennt werden und die Besatzung ihren Heimflug antreten muss.

Kleine Trümmerteile

Im Orbit sind mehrere Millionen kleiner Trümmerteile von weniger als zehn Zentimeter Größe unterwegs. Sie werden nicht von den Radars erfasst. Da sie wegen ihrer hohen Geschwindigkeit dennoch ein großes Risiko darstellen, werden Satelliten und die ISS inzwischen mit Schutzschilden versehen. Astronauten bei Außeneinsätzen sind Kleinteilen schutzlos ausgeliefert. Werden sie von einem solchen Teilchen getroffen, bedeutet dies ihren sicheren Tod.

Müllabfuhr

Seit 2013 arbeitet man fieberhaft an der Entwicklung von Robotersystemen, die im Orbit größere Teile einsammeln und zum kontrollierten Absturz auf die Erde bringen sollen. Ein schwieriges Unterfangen, weil etwa Schrottsatelliten um ihre eigene Achse pendeln und so schwer zu greifen sind. Derzeit arbeitet man an mehreren Konzepten, wie man Weltraummüll einsammeln könnte.

Bildquelle:

  • Bild A7: © NASA TV
  • Bild A6B: © NASA TV
  • Bild A8B: © NASA TV
  • Bild A9: © TRFilm
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