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Aktion Elektronik hilft Radar warnt vor Schrott im Weltraum

| Redakteur: Dr. Anna-Lena Gutberlet

Eine Wolke aus Müll umkreist die Erde und gefährdet die für unsere Gesellschaft wichtige Technik im All. Gezielte Ausweichmanöver sollen Satelliten und ISS vor Zusammenstößen schützen.

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TIRA warnt vor Weltraummüll: Das Weltraumbeobachtungsradar des Fraunhofer FHR entdeckt kleinste Trümmerteilchen von circa 2 cm Größe in einer Entfernung von 1000 km.
TIRA warnt vor Weltraummüll: Das Weltraumbeobachtungsradar des Fraunhofer FHR entdeckt kleinste Trümmerteilchen von circa 2 cm Größe in einer Entfernung von 1000 km.
(Bild: Fraunhofer FHR / Uwe Bellhäuser )

Die berühmten unendlichen Weiten sind alles andere als leer. Schon im erdnahen Weltraum schwirrt es nur so von Technik, die unserer Gesellschaft das Leben erleichtert: sekundenschnell per Handy jemanden auf der anderen Seite der Weltkugel erreichen, überall Nachrichten aus aller Welt in Bild und Ton empfangen, mit dem Navi entspannt ans Ziel finden, über das Wetter der nächsten Tage Bescheid wissen. Das und vieles mehr geht nur mit Weltraumtechnologie.

Doch leider umkreist auch eine immer dichter werdende Wolke aus Weltraumschrott die Erde und gefährdet die für die Gesellschaft so wichtige Weltrauminfrastruktur: Mittlerweile tummeln sich über 700.000 Überreste früherer Weltraummissionen (<1 cm) im erdnahen Weltraum.

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Eine orbitale Müllabfuhr gibt es nicht

Die Tendenz ist steigend, denn durch Kollisionen des Weltraummülls untereinander oder mit aktiven Satelliten entstehen immer mehr der kleinen und gefährlichen Objekte. Ein Schrottpartikel, kaum größer als einen Zentimeter und etwa siebenmal schneller als eine Pistolenkugel, kann einen Satelliten bei einer Zusammenprall zerstören.

Technologisch ist ein Aufräumen im Orbit noch nicht machbar. Bisher können nur gezielte Ausweichmanöver Satelliten und ISS vor solchen Zusammenstößen schützen. Allerdings sind Manöver dieser Art ressourcen- und zeitintensiv und möchten vom Betreiber nur bei echter Gefährdung des Satelliten durchgeführt werden.

Um diese Gefährdung abschätzen zu können, ist einerseits eine möglichst vollständige Katalogisierung der Weltraumobjekte sowie andererseits die hochpräzise Bahnbestimmung der potenziellen Kollisionsobjekte notwendig. Beides kann durch Radarsysteme erfüllt werden.

Aufgrund seiner besonderen Eigenschaften spielt Radar sowohl bei der Erdbeobachtung durch raumgestützte Sensorik als auch bei der Vermessung und Analyse von Objekten im Weltraum eine führende Rolle.

Die Kernkompetenz Weltraumradar des Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR fokussiert deshalb auf die Fähigkeiten zur Erforschung, Entwicklung und Erprobung von Verfahren, Technologien und Systemen für den Einsatz unter den besonderen physikalischen Randbedingungen der Umgebung Weltraum.

TIRA und GESTRA beobachten den Weltraum

In Europa ist das Weltraumbeobachtungsradar TIRA des Fraunhofer FHR seit seiner Errichtung das führende System zur Erfassung und Aufklärung von Weltraumobjekten. Da es auch kleinste Raumfahrttrümmer von zwei Zentimetern Größe in einer Entfernung von 1000 km entdeckt, nimmt es unter anderem regelmäßig an internationalen Messkampagnen zur Erfassung der kleinteiligen Raumfahrttrümmerpopulation teil.

TIRA kann die Weltraumobjekte dabei nicht nur entdecken und verfolgen, sondern verfügt auch über ein Abbildungsradar. Damit unterstützt es zusätzlich Raumfahrtorganisationen und Satellitenbetreiber weltweit bei ihren Missionen und bei Funktions- oder Schadensanalysen.

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Weltraumradare TIRA und GESTRA

TIRA dient in erster Linie als Experimentalträger der Entwicklung und Untersuchung von Radarverfahren zur Erfassung und Aufklärung von Objekten im Weltraum. Das Radar wird durch ein Radom (weiße Hülle) mit einem Durchmesser von 47,5 m geschützt. Im Innern befindet sich eine Antenne mit einem Durchmesser von 34 m. Sie kann in Azimut (horizontal) um 360° und in Elevation (vertikal) um 90° gedreht werden. Der bewegbare Teil wiegt 240 Tonnen und kann mit einer Geschwindigkeit von 24° pro Sekunde (in Azimut) bzw. in 15 s eine Runde gedreht werden. Das schmalbandige, kohärente Verfolgungsradar hoher Leistung hat eine Sendefrequenz im L-Band (1.333 GHz), das Abbildungsradar hat eine Sendefrequenz im Ku-Band (16.7 GHz) und ist mit hoher zielauflösender Bandbreite ausgestattet.

GESTRA ist ein Phased Array Radar. Die elektronisch gesteuerten, auf neuester Halbleitertechnologie basierenden Gruppenantennen sind in der Lage, den erdnahen Weltraum rund um die Uhr großräumig zu überwachen. Durch einen kontinuierlichen Betrieb wird so ein Katalog der Weltraumtrümmer im erdnahen Bereich entstehen. Der Sensor besteht aus einer Sende- und einer Empfangseinheit, die jeweils in einem kompakten (18 m x 4 m x 4 m) und somit mobilen Container integriert wurden.

Für eine lückenlose, kontinuierliche Überwachung des erdnahen Weltraums entwickeln die Wissenschaftler derzeit im Auftrag des Raumfahrtmanagements des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt ein ergänzendes Weltraumbeobachtungsradar: GESTRA. Mit seinen elektronisch gesteuerten Antennen wird es über verschiedene flexible und neuartige Beobachtungsmodi verfügen und innerhalb von Millisekunden riesige Bereiche am Himmel abscannen können.

Ab 2019 soll es kontinuierlich großflächig die Trümmerpopulation im erdnahen Weltraum überwachen und bisher nicht verfügbare Daten zur Verfügung stellen.

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