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Rakete stürzt auf den Mond

Experte über Weltraumschrott: „Das Kollisionsrisiko steigt“

Ob defekte Satelliten, Teile von Raketen oder Werkzeuge von Astronautinnen und Astronauten: Das Weltall ist voll von Müll.

Ein Teil einer ausgedienten Rakete soll am 4. März, um circa 13.25 Uhr mitteleuropäischer Zeit, auf der Rückseite des Mondes einschlagen. Es wäre das erste Mal, dass Weltraumschrott ungewollt auf den Erdtrabanten trifft. Auch die Internationale Raumstation (ISS) war vor Kurzem auf Kollisionskurs mit Trümmern im All: Im November vergangenen Jahres musste sich die siebenköpfige Besatzung gleich zweimal in den angedockten Raumschiffen in Sicherheit bringen, weil Fragmente eines alten Satelliten auf die Station zusteuerten.

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Mit dem Beginn des Zeitalters der kommerziellen Raumfahrt und den Forschungsprojekten, die in den kommenden Jahren vom Weltraum aus Daten zu Galaxien, Sternen, Planeten und außerirdischem Leben an die Erde übermitteln sollen, dürfte sich der Müllberg im All weiter vergrößern. Davon ist auch Carsten Wiedemann überzeugt. Er forscht am Institut für Raumfahrtsysteme der Technischen Universität Braunschweig zum Thema Weltraumschrott.

Herr Wiedemann, was ist Weltraumschrott genau?

Gemeint sind damit vom Menschen produzierte Objekte, die sich auf Erdumlaufbahnen bewegen und keine Funktion mehr haben. Das können Raketenoberstufen sein, abgeschaltete Satelliten sowie verlorenes Werkzeug von Astronautinnen und Astronauten. Den größten Anteil machen jedoch Trümmerteile aus; in der Regel sind es Explosions­trümmer. Man kann davon ausgehen, dass etwa fünfmal pro Jahr aus Versehen Antriebs­systeme von Raketenoberstufen oder Satelliten explodieren, wobei die Raumfahrzeuge zerstört werden und Millionen einzelne Trümmerteile entstehen, die dann auf ihren eigenen Umlaufbahnen um die Erde fliegen. Auch Teil des Weltraummülls sind Schlackepartikel aus ausgebrannten Feststoff-Raketenmotoren, ebenso wie flüssige Metalltropfen aus Kernreaktoren von sowjetischen Militärsatelliten. Aus einigen dieser Satelliten, die bis Ende der 1980er-Jahre im Einsatz waren, ist am Ende ihres Lebenszyklus Kühlflüssigkeit ausgetreten, die häufig aus Alkalimetallen, Natrium und Kalium bestand. Die flüssigen Metalltropfen machen in 800 bis 900 Kilometern Höhe etwa 10 Prozent des Weltraumschrotts aus.

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Carsten Wiedemann forscht am Institut für Raumfahrtsysteme der Technischen Universität Braunschweig zum Thema Weltraumschrott.

Carsten Wiedemann forscht am Institut für Raumfahrtsysteme der Technischen Universität Braunschweig zum Thema Weltraumschrott.

Wie viel Weltraumschrott befindet zurzeit sich im All?

Die Menge des Weltraumschrotts hängt von seiner Größe ab. Es gibt schätzungsweise etwa 130 Millionen Teile, die größer als ein Millimeter sind, und Billionen Teile mit einer Größe von mehr als 0,1 Millimeter. Allerdings haben diese Kleinstteile nur eine sehr kurze Lebensdauer auf niedrigen Erdumlaufbahnen. Sie treten schnell in die Erdatmosphäre ein und verglühen dann. Problematischer sind die Teile, die größer als ein Zentimeter sind. Davon gibt es rund 900.000 in allen Erdumlaufbahnen.

Warum sind diese Teile problematisch?

Diese Objekte haben eine so große Bewegungsenergie, dass sie in der Lage sind, Satelliten außer Funktion zu setzen, sollten sie miteinander kollidieren. Noch schlimmer ist es bei Teilen mit einer Größe von mehr als zehn Zentimetern. Dann kommt es zu einer sogenannten katastrophalen Kollision. Der Satellit wird beim Einschlag fragmentiert zerschlagen, und es entsteht eine Trümmerwolke. Die Trümmerteile können dann, wenn sie größer als zehn Zentimeter sind, ihrerseits eine katastrophale Kollision auslösen und so weiter. Es setzt eine Kettenreaktion ein, auch bekannt als Kessler-Syndrom.

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Wie oft kommt es vor, dass Trümmerteile auf Satelliten treffen?

Mikrometergroße Partikel treffen ständig auf Satelliten. Aber dabei werden die Satelliten nicht ernsthaft beschädigt. In 800 Kilometern Höhe, wo sich der meiste Weltraumschrott befindet, schlagen mikrometergroße Trümmer etwa alle 75 Minuten auf einen Quadratmeter Querschnittsfläche ein. Bei Teilen, die größer als ein Millimeter sind, passiert das alle 50 Jahre. Und je größer die Objekte sind, desto seltener kommt es zu Kollisionen. Das heißt, die Wahr­scheinlichkeit, dass wir einen Satelliten aufgrund eines Trümmereinschlags verlieren, ist in 800 Kilometern Höhe relativ gering. Auf allen anderen Umlaufbahnen ist das Kollisionsrisiko sogar noch deutlich geringer.

Der Weltraumschrott ist also kein Problem.

Weltraumschrott ist ein Problem, aber kein dramatisches. Noch befindet sich die Weltraumumgebung in einem Zustand, der durchaus akzeptabel ist. Aber durch die zunehmenden Raumfahrtaktivitäten, zum Beispiel durch Projekte wie Starlink – die Satelliten-Megakonstellation von SpaceX, die weltweit schnelles Internet aus dem All verfügbar machen soll –, wird die Menge des Weltraummülls sicherlich deutlich zunehmen. Und damit steigt auch das Kollisionsrisiko.

Sie haben mit Ihrem Team eine Software entwickelt, mit der Sie berechnen können, wie sich Trümmerteile im Weltall verteilen. Dabei simulieren Sie jedes Weltraummüll-Erzeugungsereignis, das es in der Geschichte der Raumfahrt gegeben hat. Welches war bisher das schlimmste?

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Die Kollision zwischen den beiden Satelliten Iridium 33 und Kosmos 2251 war 2009 eines der gravierendsten Ereignisse. Ebenso einschneidend war der chinesische Antisatellitentest im Jahr 2007. Damals hatte China mit einer bodengestützten Rakete einen alten Wettersatelliten in rund 860 Kilometern Höhe abgeschossen. Es kam zur größten uns bekannten Trümmer­wolke – und zu einem drastischen Anstieg der Weltraummüllpopulation in 800 Kilometern Höhe.

Aber der dabei entstandene Weltraumschrott befindet sich nicht mehr im All.

Doch. Die Trümmerstücke, die in 800 Kilometern Höhe schweben, haben eine sehr lange Lebensdauer. Denn dort ist die Luftreibung geringer. Weltraumschrott kann in diesen Höhen rund 100 Jahre und mehr verbleiben. In 400 Kilometern Höhe, also dort, wo sich die Internationale Raumstation bewegt, ist die Restreibung der Atmosphäre sehr hoch, deshalb beträgt die Lebensdauer nur etwa ein Jahr. Aber auch die Form und das Gewicht des Weltraummülls entscheiden über sein Verbleiben im All. Kleinere Objekte lassen sich stärker abbremsen als größere. Die kleineren Trümmer der Satelliten sind also schon in die Erdatmosphäre eingetreten und verglüht oder werden es in den kommenden Jahren; die Trümmerteile mit einer Größe von mehr als zehn Zentimetern können hingegen für viele Jahrzehnte in den Erdumlaufbahnen verbleiben. Und damit stellen sie ein permanentes Risiko für andere Raumfahrzeuge dar und können gleichzeitig ein wichtiger Treiber des Kessler-Syndroms, also der kaskadenartigen Kollisionen, werden.

Dann wäre es doch sinnvoll, den Weltraumschrott zu entfernen. Ist das möglich?

Der einzige Weg, den Weltraummüll zu entfernen, ist bisher der „natürliche Selbstreinigungseffekt“. Das heißt, die Trümmerteile werden von der Luftreibung ausgebremst, sodass sie in niedrigere Umlaufbahnen absinken und schließlich in die Erdatmosphäre eintreten und verglühen. Es gibt aber verschiedene Ansätze, um dem Weltraumschrott in naher Zukunft zu begegnen.

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Welche sind das?

Erst einmal ist es wichtig, Weltraummüll bestmöglich zu vermeiden. Da bei versehentlichen Explosionen die meisten Trümmerteile entstehen, müssen wir dafür sorgen, dass solche Ereignisse unterbunden werden. Die zweitwichtigste Maßnahme ist, Objekte aus dem Weltraum wieder zu entfernen – und zwar gleich, nachdem sie ihren Dienst eingestellt haben. Wir dürfen Satelliten nicht in großen Stückzahlen in Umlaufbahnen zurücklassen, in denen die Trümmerdichte schon sehr hoch und die Lebensdauer sehr lang ist. Das bedeutet, man muss Satelliten mit größeren Treibstofftanks ausstatten, damit sie am Ende ihres Lebenszyklus ein gezieltes Bremsmanöver einleiten können. Die Idee ist, sie in niedrigere Umlaufbahnen abzusenken, von wo aus sie nach einigen Jahren eigenständig in die Atmosphäre eintreten und verglühen können. Dafür muss auch die Funktionsfähigkeit der Subsysteme der Satelliten bis zum Ende des Betriebs sichergestellt werden.

Wegen Sonnensturm: 40 SpaceX-Satelliten aus Umlaufbahn geworfen

Ein geomagnetischer Sturm hatte die Steuerung des Satelliten beeinträchtigt und sie aus ihrer Umlaufbahn geworfen.

Die europäische Weltraumbehörde Esa will 2025 mit der Clear-Space-1-Mission starten. Dabei soll ein Satellit mit einem Greifarm den Launch-Adapter einer ausgebrannten Vega-Trägerrakete greifen und mit ihr kontrolliert in der Erdatmosphäre verglühen. Wie zukunftsträchtig ist diese Mission?

Ich halte solche Missionen durchaus für zukunftsträchtig – auch mit Blick auf Satelliten-Megakonstellationen wie Starlink. In 500 bis 600 Kilometern Höhe wäre ein defekter Satellit kein Problem. Durch die Luftreibung würde dieser allmählich absinken und nach einigen Jahren in der Erdatmosphäre verglühen. Anders sieht es bei defekten Satelliten in Höhen von über 800 Kilometern aus. Dort ist die Lebensdauer wie gesagt höher, sodass die Satelliten länger in den Umlaufbahnen kreisen und gegebenenfalls ein Kollisionsrisiko für andere darstellen können. Es wäre also sinnvoll, die ausgedienten beziehungsweise defekten Modelle mit einer Art standardisierten Aufräumsatelliten zu entfernen. Das Problem ist: Solche Säuberungsaktionen können sehr teuer werden. Wir reden hier von mehreren Millionen Euro. Einen Satelliten ins All zu schicken, ist am Ende beinahe günstiger, als ihn wieder zu entfernen.

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Glauben Sie, es ist realistisch, jemals wieder einen annähernd müllfreien Weltraum zu haben?

Nein, ist es nicht. Das ist aber auch nicht wünschenswert. Denn dann wären die Kosten so hoch für die Raumfahrt, dass wir sie einstellen müssten. Wir müssen immer Chancen und Risiken gegeneinander abwägen. Satelliten-Megakonstellationen wie Starlink stellen zwar ein hohes Kollisionsrisiko dar, aber sie führen auch zu einer weltweiten Vernetzung der Menschheit. Wenn jeder Mensch auf der Erde zukünftig in der Lage ist, über solche Netzwerke zu kommunizieren, ist das ein enormer Fortschritt. Deshalb sollte man sich diesen neuen Technologien nicht von vornherein entgegenstellen. Wir müssen aber dafür sorgen, dass Betreiber solcher Konstellationen wissen, welche Risiken sie dort eingehen, und dass sie Strategien entwickeln, um mit diesen Risiko umzugehen. Es ist wie im Straßenverkehr: Je mehr Autos auf den Straßen fahren, desto mehr müssen wir uns über das Verkehrsmanagement Gedanken machen. Das müssen wir jetzt auch im Weltraum tun.

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