Weltraumschrott

Wer bringt den Müll runter?

Darstellung des Weltraummülls. 20.000 Teilchen größer als zehn Zentimeter umkreisen die Erde. Bild: ESA

Die Weiten des Weltraums mögen unendlich sein, doch 800 Kilometer über der Erdoberfläche gibt es bereits heute ein akutes Müllproblem: Hunderttausende von Schrottteilchen stellen eine massive Gefahr für Satelliten und Raumstationen dar. Droht der Ausfall von Kommunikations-, TV- und Navigationssatelliten? Ein am DLR entwickelter Laser könnte helfen, das Problem zu lösen

Schon der Aufprall eines zentimetergroßen Teilchens in dieser Höhe setzt so viel Energie frei wie die Explosion einer Handgranate. Kein Wunder, bewegen sich die Objekte doch mit 28.000 Stundenkilometern um die Erde und sind damit fünfzehn Mal schneller als eine Gewehrkugel. "Die Lage ist ernst", sagt Adolf Giesen, Direktor des Instituts für Technische Physik am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart. "Jeden Monat müssen Satelliten Ausweichmanöver fliegen, um solchen Zusammenstößen zu entkommen. Auch die Astronauten in der Raumstation ISS müssen immer wieder schnell in die Sojus-Kapseln umsteigen, weil sich ein Trümmerstück nähert und keine Zeit mehr zum Ausweichen ist." Die Kapsel ist stärker geschützt und kleiner, womit die Trefferwahrscheinlichkeit sinkt.

Rund 25.000 Objekte werden derzeit von der Erde aus verfolgt. Es handelt sich um Reste von Raketenstufen, ausgediente Satelliten und deren Bruchstücke. "Insgesamt schwirren jedoch etwa 700.000 Teile um die Erde, die man nicht genauer kennt, weil sie einfach zu klein sind oder auf Bahnen fliegen, die nicht so genau beobachtet werden", so Giesen. Und jedes einzelne Teilchen kann Satelliten beschädigen oder zerstören. Und erst recht die richtig großen Brocken. Der europäische Umweltsatellit Envisat etwa - gut neun Tonnen schwer, 26 Meter lang und mit einem Querschnitt von drei mal drei Metern - war bis 2007 ausgelegt, hielt aber sechs Jahre länger. Sechs Jahre, in dem man ihn hätte kontrolliert zum Absturz bringen können - bis der Kontakt abriss. Seit fast zwei Jahren rast er unkontrollierbar durch den Orbit. Giesen: "Sollte er von einem größeren Teil getroffen werden, wird er in hunderttausende neue Teile zerrissen. Sie würden im gesamten Bereich seiner Bahn innerhalb weniger Monate bis Jahre alle funktionsfähigen Satelliten zerstören." Ausgerechnet in 800 Kilometern Höhe. Hier verläuft gewissermaßen die Satellitenautobahn, hier sind die meisten Satelliten unterwegs. In dieser Höhe gibt es noch ein wenig Atmosphäre und Luftreibung. Objekte können sich hier um die 50 Jahre halten, bevor sie so stark abgebremst werden, dass sie in der Erdatmosphäre verglühen. Unterhalb von 800 Kilometern bremst die Luftreibung Objekte soweit ab, dass sie in wenigen Jahren auf die Erde fallen.

Der Schneeball-Effekt

In dieser Höhe ereignete sich auch 2009 der bisher spektakulärste Crash, als der US-Satellit Iridium-33 und sein russischer Kollege Kosmos-2251 zusammenkrachten. "Damals war eine Masse von 1,5 Tonnen im Spiel und führte bereits zu einer abrupten und beträchtlichen Zunahme der Teilchendichte in dieser Höhe, etwa um 20 Prozent", sagt Wolfgang Riede, Abteilungsleiter am DLR. Allein durch diesen Crash zusammen mit dem gezielte Abschuss eines chinesischen Wettersatelliten Anfang 2007 - einer Akt mit dem die Chinesen ihre technischen und militärischen Möglichkeiten demonstrieren wollen - stieg die Zahl der Schrottteile über zehn Zentimeter um mehr als die Hälfte.

Und jede Kollision erzeugt neue Bruchstücke, die wiederum die Gefahr neuer Zusammenstöße erhöht. Eine starke Zunahme des Weltraumschrotts könnte auch Navigations-, Forschungs-, Kommunikations- und Fernsehsatelliten bedrohen. Die Folgen für Wirtschaft und Gesellschaft wären enorm. Ungünstige Szenarien stellen sogar in Frage, wie weit Raumfahrt in einigen Jahrzehnten überhaupt noch möglich sein wird. Doch was kann man gegen den Weltraummüll tun? Eine Möglichkeit wäre es, Satelliten so zu bauen, dass sie kleinere Kollisionen überleben. Satelliten haben normalerweise eine Schutzhaut, die sie vor bis zu einem halben Zentimeter langen Teilen schützen kann. Die Schutzschicht der ISS schützt sogar bis zu einer Teilchengröße von anderthalb Zentimetern. Theoretisch wäre es möglich, die Schutzhaut zu verstärken - doch das würde die Nutzlast reduzieren, die mitgeführt werden kann. Wolfgang Riede: "Die Ariane-Rakete kann in niedrige Umlaufbahn insgesamt bis zu 20 Tonnen hochbringen; wenn ich den Schutzmantel um eine Tonne erhöhe, kann ich eine Tonne weniger Last mitführen." Grundsätzlich rechnet man mit 30.000 Euro für jedes Kilogramm, das ins All abhebt.

Aufräumen tut also dringend Not - die Frage ist nur wie. Vielleicht indem man einen Satelliten hochschießt, der einen anderen Alt-Satelliten mit einem Roboterarm einfängt, abbremst und zum Absturz bringt? "Ein sehr langwieriges Geschäft", gibt Adolf Giesen zu bedenken: "Wenn der Satellit dabei selber abstürzt, sind gleich 200 oder 300 Millionen Euro futsch." Man könnte ihn so konstruieren, dass er gleich mehrere Satelliten nacheinander zum kontrollierten Absturz bringen kann. "Aber man kann dort oben nicht einfach so lenken und um die Kurve fahren. Will der Satellit auf eine andere Bahn, geht das nur durch Schub an den Punkten, wo die beiden Bahnen sich kreuzen." Und das kommt selten vor: "Wenn man die fünf größten Satelliten in absteigender Reihenfolge herunterbugsieren will, dauert die Aktion 25 Jahre. Wenn ich sage, ich nehme die fünf, die am schnellsten aus den 25 größten zu erreichen sind, reduziert sich Zeit um die Hälfte, das sind immer noch über zwölf Jahre." Auch die Idee, eine Art Netz aus elektrisch leitenden Drähten zum Einfangen von Weltraumschrott zu spinnen, ist noch sehr lückenhaft: "Die kleinen Teile kriegen Sie damit nicht", so Giesen. Dennoch ist vor wenigen Tagen ein japanischer Satellit in den Weltraum gestartet, der genau das versuchen soll. Alternativ wird auch diskutiert, größeren Schrott mit einem auswerfbaren Netz mechanisch einzufangen - Fischen im Orbit.

Das DLR arbeitet darum an einem Laser, der den Weltraummüll Teilchen für Teilchen von der Erde aus anstrahlt und dadurch eine deutlich genauere Messung seiner Flugbahn ermöglicht - auf zehn Meter genau. Damit sind Kollisionen zumindest vorhersagbar. Und Genauigkeit tut Not: Vor der Kollision von Iridium-33 und Kosmos-2251 hieß es aufgrund von Radarmessungen, die Objekte würden sich in einem Abstand von 504 Metern aneinander vorbei bewegen. Die Wahrscheinlichkeit eines Zusammenstoßes mindern und die Kurskorrekturen von Satelliten und Raumstationen auf das unbedingt Notwendige zu reduzieren, ist darum der erste Schritt. Der zweite Schritt: Die Leistung des Lasers soweit erhöhen, dass er die Bahnen der Schrottteile beeinflussen kann, sie so ablenken, dass sie in die Erdatmosphäre eintreten und verglühen. "Laser mit der nötigen Stärke gibt es bereits, sie können aber nur zwei Schuss pro Tag machen", sagt Giesen. "Wir benötigen jedoch 10 bis 100 Schuss pro Sekunde, einen Laser mit einer mittleren Leistung von einem Megawatt." Bis es soweit ist, sind noch viele Parameter zu berücksichtigen. Das DLR rechnet mit einem Zeithorizont von zehn Jahren.

Bleibt zu befürchten, dass sich die Weltraumforschung betreibenden Nationen solange weiter gegenseitig die Verantwortung zuschieben werden. Auf kurze Sicht geht es deshalb zunächst einmal darum, die Betreiber neuer Satelliten dazu zu verpflichten, ihre Satelliten vor dem geplanten Ende der Lebensdauer zum geplanten Absturz oder in einen so genannten Friedhofsorbit zu bringen. Das Thema Nachhaltigkeit spielt also auch im Erdorbit eine wichtige Rolle.

Weltraumschrott macht auch Sandra Bullock und George Clooney in dem Film Gravity zu schaffen, der gerade mit sieben Oscars ausgezeichnet wurde. Der Film zeigt anschaulich und gut recherchiert, welche Folgen vagabundierende Satelliten-Bruchstücke haben können. Eine wichtige Nebenrolle spielt ein physikalisches Phänomen, das Experten "Orbit-Paradoxon" nennen. 

02.03.2014 , Thomas Röbke
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