Airbus Defence and Space

Weltraumschrott: Neue Herausforderung

Den Weg für Nachhaltigkeit im Weltraum ebnen

10. Februar 2009, erdnaher Orbit, 800 km über Sibirien: Bei der Kollision eines der 66 kommerziellen amerikanischen Iridium-Satelliten mit dem seit 14 Jahren ausgemusterten russischen Militärsatelliten Kosmos-2251 werden in einer Höhe, in der zahlreiche weitere Satelliten ihre Bahn ziehen, hunderte Trümmerteile freigesetzt.

Durch diese beispiellose Havarie – davor waren nur Fälle von durch Trümmerteile getroffener Satelliten registriert – rückte das Phänomen der zunehmenden Überfüllung des erdnahen Weltraums – unter anderem durch Satellitenschrott – wieder ins Zentrum der Aufmerksamkeit.

Statistik der Weltraumtrümmer

Die exakte Zahl der Objekte im Orbit lässt sich zwar nur schwer bestimmen, ihre Herkunft und ihre möglichen Auswirkungen sind dagegen gut bekannt. Schätzungen zufolge befinden sich ungefähr 3.000 aktive und ausgemusterte Satelliten sowie hunderttausende Überbleibsel aller Art in der Erdumlaufbahn. Oberhalb von 200 km Höhe (außerhalb der Erdatmosphäre) finden sich abgetrennte Raketenstufen, defekte und ausrangierte Satelliten, Abfälle von bemannten Raumfahrzeugen und -stationen und auch Trümmerteile.

© NASA

Auch im erdnäheren Bereich wimmelt es von künstlichen Objekten (Montageteilen, abtrennbaren Schutzabdeckungen, Bolzen, Schutzschilden usw.), die bei Zusammenstößen ihrerseits in zahlreiche Fragmente zerbrechen. Je nach Art und Umlaufbahn kann ihre Lebensdauer von sechs Monaten bis zu mehreren Millionen Jahren variieren.

Aktuell werden rund 13.000 offiziell registrierte Objekte – von 10 bis 30 cm im niedrigen Orbit und von bis zu 1 m im geostationären Orbit – mittels bodengestützter Radar- und Teleskopanlagen bzw. Bordinstrumenten beobachtet. Für Bruchstücke einer Größe von weniger als 10 cm lauten die Schätzungen auf 200.000 bis 250.000 Stück, bei einem Durchmesser von 0,1 bis 1 cm auf mehrere Dutzend Millionen (Quelle: CNES) und bei Objekten im Mikrometerbereich auf 1013 bis 1014.

Objekte von 10 bis 30 cm im niedrigen Orbit (links) und von bis zu 1 m im geostationären Orbit (rechts). Diese künstlerischen Impressionen beruhen auf realen Daten zur Verteilungsdichte. Allerdings ist die Objektgröße im Sinne besserer Wahrnehmbarkeit überzogen dargestellt.
Weltraumscrott

Selbst nur millimetergroße Objekte können aufgrund ihrer extrem hohen Geschwindigkeit (8 bis 10 km/s) und der damit verbundenen kinetischen Energie schwerwiegende Schäden verursachen. So kann ein Teilchen mit einem Durchmesser von einem halben Millimeter und einer Geschwindigkeit von 26.000 km/h ohne Weiteres einen Raumanzug durchschlagen und ein Objekt von mehr als 1 Zentimeter sogar einen Satelliten außer Betrieb setzen. Im Juli 1996 hat beispielsweise das Fragment einer alten Ariane-Rakete den französischen Satelliten Cerise mit einer relativen Geschwindigkeit von 50.000 km/h getroffen und gravierende Schäden hinterlassen.

Anschaulich beschrieb auch der sowjetische Kosmonaut Alexander Serebrow jüngst in der russischen Zeitung Iswestija eine haarsträubende Schrecksekunde an Bord der Mir: „Eines Tages schaue ich durch das Bullauge und sehe ein verformtes Blechteil von der Größe eines Sessels, das direkt auf uns zusegelt. Das war Horror pur!“ Daneben besteht auch die Gefahr, dass größere Teile mit hoher Dichte in die Erdatmosphäre eindringen, ohne komplett zu verglühen, und dann auf die Erde fallen. Und schlussendlich geben manche Weltraumabfälle aufgrund ihres radioaktiven Inhalts Anlass zur Sorge: Manche alten Satelliten, meist russischer oder amerikanischer Herkunft, enthalten radioaktive Stoffe, die bei Kollisionen mit anderen Trümmerteilen den erdnahen Weltraum verseuchen könnten.

Gegenmaßnahmen

Die steigende Anzahl an künstlichen Objekten im Orbit stellt ein zunehmendes, wenn auch nicht dramatisches Problem für aktuelle und künftige Raumfahrtmissionen dar. Dass sich Wissenschaft und Raumfahrt des Problems bewusst sind, belegt nicht zuletzt die 5. Konferenz zum Thema Weltraumschrott, die vom 30. März bis 2. April 2009 von der ESA ausgerichtet wurde und an der mehrere Airbus Defence and Space-Vertreter teilnahmen. Aktuelle Kernthematik ist die Risiko-Minimierung für die Erde und den Orbit – einerseits durch die Reduzierung der Trümmerzahl im Orbit und andererseits durch den Schutz von Interessenzonen im Weltraum, wie etwa der erdnahen, mittleren (20.000 km Höhe), geostationären und geosynchronen Umlaufbahnen.

Airbus Defence and Space-CTO Robert Lainé betont: „Als verantwortungsbewusstes Unternehmen und Hauptakteur der Branche ist sich Airbus Defence and Space der Situation voll bewusst und begreift sich selbstverständlich als Verantwortungsträger bei der Bekämpfung dieses Problems. Wir müssen dafür sorgen, dass der Weltraum ein sicherer Ort für unsere aktuellen und zukünftigen Anwendungen bleibt und aktiv an der Minimierung der Schrott- und Trümmerteile arbeiten.“

Folgende Maßnahmenansätze werden verfolgt: Zunächst sind die Verhaltensregeln zur Beschränkung der Zunahme an Weltraumschrott einzuhalten, die von einigen Weltraumagenturen (ESA, CNES, NASA, JAXA) und dem (interinstitutionellen Koordinierungsausschuss für Weltraummüll (IADC) aufgestellt wurden. Diese Regeln dürften zeitnah – auf nationaler Ebene, aber auch international unter UNO-Schirmherrschaft – in verbindlichere Rechtsvorschriften münden, weshalb wir uns jetzt schon darauf einstellen müssen.

Des Weiteren müssen wir auf die Entwicklung und Nutzung „intelligenter“ Technologien bei der Produktion von Satelliten, Trägerraketen und Rauminfrastruktur setzen, um das Entstehen von Trümmerteilen während des Betriebs und danach auf ein Minimum zu reduzieren.

Und schlussendlich sollten Lösungen für die langfristigere Perspektive geprüft werden, etwa die Entsorgung vorhandener Schrottteile und die Reparatur von Satelliten im Orbit. Damit eröffnen sich komplexe und kostspielige, aber auch vielversprechende Forschungsfelder mit vielfältigen Ansatzmöglichkeiten.

In Sachen Schrott-Minimierung nutzt auch Airbus Defence and Space bereits diverse Möglichkeiten. Gérard Berger, Airbus Defence and Space Telecoms Marketing Manager, berichtet: „Bei Telekommunikationssatelliten im geostationären Orbit halten wir uns streng an die jüngst erst verschärften internationalen Vorschriften sowie den Verhaltenskodex aus der Feder der bedeutendsten europäischen Agenturen. Wir sind bestrebt, saubere? Satelliten herzustellen, die im Ganzen bestehen bleiben und in der operationellen Phase keine Teile in den Weltraum freisetzen. Diese sind so konzipiert, dass sie den geostationären Orbit nach Ablauf ihrer Betriebsdauer verlassen, um anderen Satelliten Platz zu machen, und stellen dann auch kein Risiko für diese mehr dar. Bei Abschluss ihrer Betriebsmission müssen sie dementsprechend noch genug Treibstoff haben, um 300 km über den geostationären Orbit aufsteigen zu können. Daraufhin werden sie „passiviert“ sprich: Aus den verschiedenen Behältern wird der Druck abgelassen. Dadurch wird das Explosionsrisiko beseitigt, falls der ausgemusterte Satellit von einem Mikrometeoriten getroffen wird, und die Entstehung neuer Trümmer verhindert.

Für die Beobachtungssatelliten in erdnaher Umlaufbahn werden dieselben Vorkehrungen zum Erhalt der Unversehrtheit getroffen. Einige von ihnen verfügen darüber hinaus über zusätzlichen Treibstoff für nötige, wenn auch extrem seltene Ausweichmanöver oder gängigere Wiedereintrittsoperationen in die Atmosphäre, bei denen sie dann verglühen (wie etwa Spot 1). Aktuell werden weitere Techniken erprobt, beispielsweise De-Orbit-Manöver durch „Aerobraking“, das heißt passive Abbremsung.

Weltraumschott
Airbus Defence and Space ergreift unter anderem heute bereits folgende Maßnahmen zur Reduzierung des Weltraumschrotts: Verlegung von ausgemusterten Satelliten in den Entsorgungsorbit in 300 km oberhalb des geostationären Orbits; Einsatz „intelligenter Technologien“, damit Satelliten keine Trümmerteile in den Weltraum freisetzen; Passivierung der Energiequellen an Bord von Trägerraketen und Satelliten.

Für Raumfahrt-Infrastrukturen wie das ATV und Columbus hat Airbus Defence and Space Spezialverkleidungen und Schutzschilde entwickelt, um die bemannten Module gegen Einschläge bestimmter Trümmerteile und Mikrometeoriten zu schützen. Das ATV kann unter anderem die Bahn der internationalen Raumstation ISS anheben, um diese aus der Flugbahn potenziell gefährlicher Schrottteile zu manövrieren. Nach Ablauf der Mission steuert das mit Abfällen der Station beladene ATV aus der Umlaufbahn der ISS in die dichten Zonen der Atmosphäre, um dann über dem großen unbewohnten Gebiet des Südpazifiks zu verglühen.

© Airbus Defence and Space – Ingo Wagner

Für die Ariane 5 werden bestimmte im IADC-Verhaltenskodex empfohlene Regeln zur Beschränkung der wissentlichen Erzeugung von Schrottteilen durch Trägerraketen umgesetzt. Hierzu zählen Pyrotechnik- und Feststoffsysteme (Triebwerke, Trennraketen), die keine Partikel von mehr als 1 mm erzeugen sowie die Limitierung der Anzahl an freigesetzten Teilen auf ein Element für einen einfachen Start und zwei für einen Mehrfachstart. Eine weitere Regel zielt auf die Minimierung der unbeabsichtigten Trümmererzeugung ab: Hierbei geht es um die Passivierung der Energiequellen an Bord von Trägerraketen (Druckbehältnisse und -tanks, Batterien).

Überwachung, Reglementierung, Prävention, Schutz und, für die Zukunft, Entsorgung – so lauten die Schlüsselworte für die Bewältigung dieser neuen Herausforderung von wirtschaftlicher Tragweite in den kommenden Jahren.

Airbus Defence and Space setzt sich für die Entwicklung geeigneter Technologien zur Vermeidung und Besseitigung von Weltraumschott ein, um den Weg fûr Nachhaltigkeit im Weltraum zu ebnen.

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