Gefahr für Satelliten Kampf dem Weltraumschrott – Müllbeseitigung im Orbit

Autor / Redakteur: Kim Alexander Zickenheiner, dpa / Sebastian Gerstl

Tausende Tonnen Schrott kreisen um die Erde und gefährden Satelliten. Forscher schlagen Alarm: Es wird höchste Zeit, aufzuräumen - sonst könnte eine Kettenreaktion die Erdumlaufbahn für Jahrzehnte unbrauchbar machen.

Firma zum Thema

Zugemüllter Erdorbit: Das Handout der ESA zeigt eine Computersimulation von Weltraummüll früherer Weltraummissionen, der neben intakten Satelliten im geostationären Orbit um die Erde kreist.
Zugemüllter Erdorbit: Das Handout der ESA zeigt eine Computersimulation von Weltraummüll früherer Weltraummissionen, der neben intakten Satelliten im geostationären Orbit um die Erde kreist.
(Bild: ESA)

Die Internationale Raumstation (ISS) wiegt rund 420 Tonnen und misst mit 110 Metern Länge soviel wie ein Fußballfeld. Aber wegen eines gerade einmal acht Zentimeter kleinen Trümmerteils im Orbit mussten sich die drei Astronauten an Bord im Juli 2015 in ihre angedockte Raumkapsel zurückziehen und die Heimreise zur Erde vorbereiten. Das Stückchen Weltraumschrott drohte der Station zu nahe zu kommen, und für ein Ausweichmanöver blieb bei einer Vorwarnung von 90 Minuten keine Zeit.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 5 Bildern

„Ich bin froh, dass es keinen Einschlag gab“, kommentierte der US-Astronaut Scott Kelly hinterher trocken im sozialen Netzwerk Twitter. Der Rückzug in die Raumkapsel war erst zum vierten Mal seit Bestehen der bemannten ISS im Jahr 2000 nötig, ausweichen musste die Station rund zwei Dutzend Mal. In Zukunft könnte das öfter auf die Besatzung zukommen.

Denn der erdnahe Weltraum wird zur Mülldeponie. Um die Erde kreisen neben der ISS auch noch etwa 1000 aktive Satelliten, die unerlässlich für viele Annehmlichkeiten des Alltags sind: Internet, Fernsehen, Navigation. Hinzu kommen Interessen von Militär, Wissenschaft und Wirtschaft. Doch geschätzte 6000 Tonnen Weltraummüll, vom Splitter bis zum defekten Satelliten, bedrohen die teure Technik.

„Alle zehn Jahre ist mit großen Kollisionen zu rechnen, bei denen Trümmer entstehen“, warnt Donald J. Kessler, ehemaliger Chef der Abteilung für Weltraummüll bei der US-Raumfahrtbehörde Nasa. „Schon jetzt wird für einige Satellitenkonstellationen ein Einsatz in einer Höhe von über 1000 Kilometern geplant, um Problemen mit Trümmern zu entgehen.“

Allein neuen Müll zu vermeiden ist nicht genug. Doch wie räumt man wieder auf? Forscher schlagen kreative Lösungen vor: Satelliten mit Ionen-Strahlern, Roboterarmen, elektrodynamischen Kabeln oder mit Mini-Raketenantrieben für Trümmerteile. Noch ist nichts davon Realität - aber die Zeit drängt. Eine Kettenreaktion von Zusammenstößen könnte Teile des Orbits auf lange Zeit unbrauchbar machen.

Schon 5 mm können milliardenschwere Verluste bedeuten

Beschädigtes Hubble-Teleskop: Eine Kollision mit Weltraumschrott durchschlug eine Antennenschüssel des Weltraumteleskops komplett.
Beschädigtes Hubble-Teleskop: Eine Kollision mit Weltraumschrott durchschlug eine Antennenschüssel des Weltraumteleskops komplett.
(Bild: NASA)

Die Europäische Weltraumbehörde ESA schätzt den Wert der aktiven Satelliten auf knapp 100 Milliarden Euro. Die meisten davon würden dem Einschlag eines Stücks ab fünf Millimetern Größe nicht widerstehen - bei Aufprallgeschwindigkeiten von bis zu 36.000 Stundenkilometern kann schon eine kleine Schraubenmutter die Energie einer explodierenden Handgranate entwickeln. Sogar wegen des Einschlags winziger Lack-Reste mussten Fenster von Space Shuttles ausgewechselt werden.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 5 Bildern

Nur zwei Ereignisse machen derzeit ein Drittel der bekannten Müllteile aus: Der Abschuss des ausgedienten chinesischen Wettersatelliten Fengyun-1C im Jahr 2007 sowie zwei Jahre später der Zusammenstoß eines ausrangierten mit einem aktiven Kommunikationssatelliten in 800 Kilometern Höhe verursachten Tausende Trümmerteile. Hinzu kommen tonnenschwere Raketenstufen, die nach ihrem Abwurf im Weltall verblieben - wegen Treibstoffresten oder empfindlichen Batterien können sie explodieren. Schon 1961 kam es zum ersten Mal dazu, nach dem Aussetzen eines US-Satelliten.

Seit dem Start von Sputnik 1, dem ersten Satelliten im All, sind knapp 60 Jahre vergangen, in denen 5000 Weltraummissionen Material ins All brachten. Derzeit kreisen mehr als 170 Millionen Stücke Schrott größer als ein Millimeter um die Erde, schätzt die ESA. 29.000 davon sind größer als zehn Zentimeter, knapp 750.000 weitere größer als ein Zentimeter. Mehrmals täglich werden 17.000 Objekte neu vermessen, damit Satelliten ausweichen können.

Die Befürchtung: Das Problem könnte sich verselbstständigen. Das „Kessler-Syndrom“ ist die Annahme, dass ab einem gewissen Schwellenwert an Schrott eine Kettenreaktion immer wahrscheinlicher wird - und so immer mehr Trümmerteile entstehen. NASA-Mann Kessler beschrieb das schon 1978. „Wenn nichts getan wird, wird die Region bis 1000 Kilometer langsam immer gefährlicher. Flugkörper bräuchten stärkere Schilde und die Kosten für die Nutzung des Weltraums würden steigen“, sagt Kessler, der zwar im Ruhestand, aber weiter als Berater tätig ist.

Doch stärkere Schilde bedeuten auch: Mehr Masse und Größe und deswegen wiederum ein höheres Risiko für Zusammenstöße. „Große bemannte Raumstationen wie die ISS könnten vollkommen untauglich werden, weil sie auf niedrigen Umlaufbahnen anfälliger für Müll sind, und auf hohen Umlaufbahnen die Strahlung zu stark ist.“

Nur 60% aller Raumprojekte im Orbit werden adäquat entsorgt

Zugemüllter Erdorbit: Künstlerische Darstellung, die eine Ansammlung von Weltraumschrott neben Satelliten im erdnahem Orbit zeigt. Die Größe der Trümmer ist übertrieben im Verhältnis zur Erde, dennoch verdeutlicht die Simulation, wie dicht gedrängt es in der Erdumlaufbahn zugeht.
Zugemüllter Erdorbit: Künstlerische Darstellung, die eine Ansammlung von Weltraumschrott neben Satelliten im erdnahem Orbit zeigt. Die Größe der Trümmer ist übertrieben im Verhältnis zur Erde, dennoch verdeutlicht die Simulation, wie dicht gedrängt es in der Erdumlaufbahn zugeht.
(Bild: ESA)

Die erdnahen Umlaufbahnen zwischen 750 und 800 Kilometern Höhe (Teil der niedrigen Erdumlaufbahn; LEO, low earth orbit) sind wegen ihrer geringen Kosten begehrt - hier entsteht viel Müll, ebenso wie in den ebenfalls begehrten, 36.000 Kilometern hohen geostationären Lagen (GEO), auf denen Satelliten von der Erde aus gesehen stets dieselbe Position haben. Während der Müll in Bahnen unter 600 Kilometern nach wenigen Jahrzehnten absinkt und verglüht, kann er in 800 Kilometern mehr als 100 Jahre bleiben und in den hohen geostationären Lagen sogar Jahrtausende.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 5 Bildern

Die wichtigste - und derzeit einzige - Strategie, um das Risiko einzudämmen ist es, neuen Müll zu vermeiden. Freiwillige Richtlinien sehen so aus: Keine Teile sollen absichtlich abgestoßen oder zerstört werden, versehentliches Zerbrechen, Zusammenstoßen und Explodieren sollen vermieden werden. Zudem soll ein Flugkörper spätestens 25 Jahre nach Ende seiner Mission die vielgenutzten Umlaufbahnen verlassen.

Allerdings: „Nur 60 Prozent aller Objekte in den niedrigen Umlaufbahnen werden nach dem Betrieb so entfernt, wie wir uns das vorstellen“, sagt der Leiter der ESA-Abteilung für Weltraummüll, Holger Krag. Manchmal geht das nicht: Viele aktive Satelliten stammten aus der Zeit, als das Problem noch Nebensache war, sagt Krag - ihnen fehle die Technik. Oft blieben Satelliten aus Kostengründen aber auch deutlich länger im All als vorgesehen, so dass für Beseitigungsmanöver am Ende kein Treibstoff mehr übrig sei.

Doch selbst wenn sich alle an die Richtlinien halten würden: Das Vermeiden von neuem Müll sei nicht genug, warnte NASA-Chef Charles Bolden jüngst. „Die Antwort wird das Entfernen von Müll sein, und wir müssen herausfinden, wie wir das tun können.“ Zwei Ansätze sind denkbar: Die vielen kleinen Trümmerteile beseitigen, die Satelliten gefährlich werden - oder die großen Schrottteile, die bei Zusammenstößen Tausende kleine erzeugen. Die Forschung konzentriert sich momentan auf die zweite Methode.

„Die effektivste Art, Trümmer loszuwerden, ist, die zukünftigen Quellen loszuwerden“, sagt Kessler. Rund 500 der größten und gefährlichsten Schrottteile müssten in den nächsten 100 Jahren aus dem Orbit verschwinden. Das könnte nach NASA-Simulationen die Schrott-Wachstumsrate auf lange Sicht stabilisieren.

Konzepte zur sicheren Entsorgung von Weltraummüll

Konzept für künftige Rückholaktionen der ESA: Um weiteren Weltraumschrott zu vermeiden überlegen die Raumfahrtbehörden, die aktive Entfernung von Weltraummüll anzugehen und nachhaltige Strategien für zukünftige Missionen umzusetzen.
Konzept für künftige Rückholaktionen der ESA: Um weiteren Weltraumschrott zu vermeiden überlegen die Raumfahrtbehörden, die aktive Entfernung von Weltraummüll anzugehen und nachhaltige Strategien für zukünftige Missionen umzusetzen.
(Bild: ESA)

„Es sind Agenturen wie die ESA, die die Herausforderung Weltraummülll am entschiedensten angehen“, sagt Kessler. In Europa reifen tatsächlich Pläne: 2021 soll die Mission „e.DeOrbit“ starten, bei der ein Satellit testweise in niedrigen Umlaufbahnen - also in Höhen bis 2000 Kilometern - aufräumen soll. Doch wie fängt man ein tonnenschweres umhertaumelndes Objekt, ohne dass der Fänger selbst außer Kontrolle gerät? Drei Ideen stehen derzeit im Raum: ein Roboterarm, ein Fangnetz oder Klammergriffe.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 5 Bildern

Wenn der Fangsatellit sein Ziel dann im Griff hat, können beide gemeinsam absinken und verglühen. „Der Einsatz ist eine Einmalaktion“, beschreibt Krag. Eine komplette Finanzierung steht aber noch nicht. Ein Wunschziel: der acht Tonnen schwere Envisat-Wettersatellit, der 2012 außer Kontrolle geriet. „Mit so einer komplexen Mission könnten wir beweisen, dass wir die Technologie haben“, sagt Krag. Eine ursprünglich für 2018 geplante Demonstrationsmission des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) wurde dagegen zugunsten anderer Projekte eingestellt.

Eine Auswahl anderer Ideen:

  • IONEN-STRAHLER: Spanische Forscher beschreiben einen Satelliten, der Schrott folgt und mit einem Ionen-Strahler beschießt. Den Modellberechnungen zufolge könnte man so ein fünf Tonnen schweres Trümmerteil innerhalb von sieben Monaten aus der Umlaufbahn drängen.
  • MINI-RAKETENANTRIEB: Deutsche Forscher schlagen einen Satelliten vor, der Müll packt und einen kleinen Raketenantrieb daran befestigt. Bei einer Mission könnten bis zu fünf Objekte Richtung Erde geschickt werden.
  • ELEKTRO-LEINE: Eine 300 Meter lange Metall-Leine, gespannt zwischen zwei Satellitenteilen, haben japanische Forscher testweise schon 2014 ins All gebracht. Bei zukünftigen Versionen könnte das mobile, kleinere Ende Müllteile packen und auf eine niedrigere Umlaufbahn bringen. Weil in der Leine - dem sogenannten Tether - Spannung erzeugt wird, soll sich das System äußerst energiesparend im Magnetfeld der Erde bewegen können - wichtig für einen kontinuierlichen Einsatz.
  • BEWÄHRTE TECHNIK: Kessler bringt das ausrangierte Space Shuttle ins Spiel - es habe bereits bewiesen, dass es Satelliten einfangen kann. Zwar könnte das Shuttle wegen des begrenzten Treibstoffs bei jeder Mission höchstens ein oder zwei Teile entfernen, die Kosten für den Einsatz dieser „Uralt-Technik“ wären aber tragbar, sagt Kessler.
  • ELEKTRO-KLEBER: Ein entscheidendes Problem ist der Zugriff auf ein umherwirbelndes Trümmerteil. Ein Roboterarm mit einem Greifer könnte dem Objekt eine elektrische Ladung verpassen - weil der Greifer selbst eine andere hat, soll er viele verschiedene Dinge packen können. Ein US-Start-up hat das System entwickelt.
  • BODEN-LASER: Warum zur Müllentfernung überhaupt ins All? US-amerikanische Forscher schlagen den Beschuss mit Laserstrahlen vom Boden aus vor. Beim Verdampfen kleinster Teile eines Trümmers entstünde Schub, der die Objekte nach und nach abbremsen könnte. Zu teuer, sagen andere: Allein die Photonen von Laserstrahlen könnten kleine Trümmer schon aus einem Kollisionskurs mit anderen drücken. So würden auf Dauer mehr Teile verglühen als entstehen - dem Kessler-Syndrom wäre vorgebeugt. Das politische Problem: Bei solchen Strahlern könnte der Verdacht auf ein Waffensystem nahe liegen.

Ideen gibt es also - aber steht das Problem Weltraummüll überhaupt auf dem Plan der Raumfahrtnationen? „Die Erkenntnis setzt sich mehr und mehr durch“, sagt Esa-Mann Krag. Dafür habe vor allem der fatale Crash der Kommunikationssatelliten von 2009 gesorgt. Doch für eine Lösung brauche es internationale Zusammenarbeit - und Finanzierung. „Es müssen ganz klar alle an einem Strang ziehen. Jede Verschmutzung ist sofort global.“ Und die Zeit drängt, denn um die Erde herum wird es enger: Mit der Kommerzialisierung der Raumfahrt werde es auch mehr Verkehr geben, sagt Krag. Kann es sicher bleiben? „Das steht und fällt mit der Umsetzung der Richtlinien.“

(ID:44022050)