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Harpunen, Roboter, Laser: Wie man tote Satelliten und Weltraumschrott zurück zur Erde bringt

Von Ralph Cooney* aus

Die Unterhaltung

Weltraumschrott um die Erde aus einer Draufsicht. (Aktenfoto).
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Analyse – Mehr als die Hälfte der Tausenden von Satelliten im Orbit sind inzwischen außer Betrieb, und diese Ansammlung von schwebendem Weltraumschrott wurde als „tödliches Problem“ für aktuelle und zukünftige Weltraummissionen und die bemannte Raumfahrt beschrieben.

Nach Angaben der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) umkreisen schätzungsweise 130 Millionen Objekte, die kleiner als 1 cm sind, und 34.000 Objekte, die größer als 10 cm sind, die Erde mit Geschwindigkeiten von Tausenden von Kilometern pro Stunde. Ein Bericht, der auf der diesjährigen europäischen Konferenz über Weltraumschrott vorgestellt wurde, deutet darauf hin, dass sich die Menge an Weltraumschrott bis 2100 verfünffachen könnte.

Obwohl viele Fragmente von Weltraumschrott klein sind, reisen sie so schnell, dass ihr Aufprall genug Energie hat, um einen Satelliten auszuschalten oder Raumstationen erheblichen Schaden zuzufügen.

Sowohl das Hubble-Teleskop als auch die Satelliten der Solar Maximum Mission (SMM) hatten münzgroße Löcher von umherfliegenden Trümmern, und ein Spiegel des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA wurde durch Mikrometeoroide beschädigt.

Die meisten Satelliten sind nicht auf das Ende ihrer Nützlichkeit ausgelegt. Etwa 60 % der 6.000 Satelliten im Orbit sind jetzt außer Betrieb. Zusammen mit den kleineren Objekten sind diese nicht mehr existierenden Satelliten ein großes Problem für bestehende und zukünftige Satelliten und Raumstationen.

Eine künstlerische Illustration der riesigen Anzahl von Satelliten und Weltraumschrott, die die Erde umkreisen (über die Europäische Weltraumorganisation)

Eine künstlerische Illustration der riesigen Anzahl von Satelliten und Weltraumschrott, die die Erde umkreisen (über die Europäische Weltraumorganisation)
Foto: CC DURCH NC 2.0

Megakonstellationen von Satelliten, die derzeit von Unternehmen wie SpaceX und Amazon ins All geschickt werden, dürften den Zugang zum Internet für alle Länder verändern. Aber diese privaten Telekommunikationsunternehmen werden auch 50.000 zusätzliche Satelliten zu bereits gefährlich bevölkerten Umlaufbahnen beitragen.

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Wissenschaftler haben davor gewarnt, dass die schnelle Entwicklung von Megakonstellationen mehrere „Tragödien der Allgemeinheit“ mit sich bringt, darunter für die bodengestützte Astronomie, die Erdumlaufbahn und die obere Atmosphäre der Erde.

Methoden zur Entfernung von Weltraumschrott

Es gibt eine wachsende Befürchtung, die als Kessler-Syndrom bezeichnet wird, dass wir eine Hülle aus Weltraumschrott schaffen könnten, die die bemannte Raumfahrt, die Weltraumforschung und den Einsatz von Satelliten in einigen Teilen der Erdumlaufbahn behindern könnte. Dieses Szenario, das durch Kollisionen zwischen Weltraumobjekten fortgesetzt wird, die immer mehr Trümmer verursachen, könnte auch unsere globalen Kommunikations- und Navigationssysteme beschädigen.

Daher ist die Entwicklung praktischer Abfallentsorgungstechnologien wichtig und dringend. Bisher wurden mehrere Strategien entwickelt, um das Problem des Weltraumschrotts zu lösen, und einige wurden kürzlich priorisiert.

Bis heute wurde kein einziges Objekt im Orbit erfolgreich aus dem Weltraum entfernt.

Eines der Hauptprobleme bei der Entwicklung von Strategien zur Entfernung von Weltraumschrott ist die Energieübertragung zwischen den Trümmern (Ziel) und dem Kampfflugzeug während des ersten Kontakts. Es gibt zwei priorisierte Ansätze und einen dritten in der Entwicklung:

  • Aufprallenergiedissipationsverfahren versuchen, die Aufprallenergie der Trümmer zu reduzieren. Bei einem Ansatz setzt der Chaser-Satellit eine Harpune ein, um den Weltraummüll zu durchdringen. Nach dem erfolgreichen Schuss würden der Chaser-Satellit, die Harpune und das Ziel durch eine elastische Kette miteinander verbunden und der Chaser würde die Trümmer ziehen, um wieder in die Atmosphäre einzutreten und sie zusammen zu verbrennen.
  • Die neutrale Energiebilanz beinhaltet eine magnetische Fangmethode, die Magnetspulen verwendet, um eine perfekte Energiebilanz zwischen Verfolger und Ziel zu erreichen. Dies ist eine sanfte Andockmethode, die ein vorbereitender Schritt für die nächste Methode zur Entfernung von Ablagerungen ist.
  • Die zerstörerische Energieabsorption zielt darauf ab, kleine Trümmerziele mit einem starken Laser zu zerstören. Die Herausforderung besteht jedoch darin, eine Kombination aus Laser und Batterie zu entwickeln, die leistungsstark, aber leicht genug ist. Ein Labor in China hat ein Lasersystem im Weltraum entwickelt, das auf einem Chaser-Satelliten installiert werden kann, der Trümmer mit einer Größe von bis zu 20 cm anvisieren kann. Das Nasa Orion-Projekt verwendet Laser am Boden, um kleine Trümmer zu zerstören.
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Das erste Weltraumentfernungsprojekt ist für 2025 geplant und wird von der ESA geleitet. Es handelt sich um einen Konsortialansatz, der auf einem Schweizer Spin-off-Unternehmen, ClearSpace, basiert.

Der ClearSpace-Kämpfer trifft und erfasst das Ziel mit vier Roboterarmen. Der Verfolger und die erbeutete Trägerrakete werden dann aus dem Orbit genommen und in der Atmosphäre verglühen.

Hohe Kosten und mehr Umweltverschmutzung

Eine große Herausforderung sind die erheblichen Kosten, die mit diesen vorgeschlagenen Lösungen verbunden sind, angesichts des schieren Ausmaßes des Weltraumschrottproblems. Ein weiterer wichtiger Aspekt sind die potenziellen Auswirkungen der Bemühungen zur Säuberung des Weltraums auf die Atmosphäre unseres Planeten.

Die Vorstellung, dass immer mehr Satelliten und andere Objekte in der Atmosphäre verbrannt würden, wenn sie aus dem Weltraum entfernt würden, beunruhigt Klimawissenschaftler. Weltraumschrott wird auf natürliche Weise nach unten gezogen und verbrennt in der unteren Atmosphäre, aber zunehmende Kohlendioxidkonzentrationen verringern die Dichte der oberen Atmosphäre, was ihre Fähigkeit verringern könnte, Trümmer zurück zur Erde zu ziehen.

Auch die Verbrennung von immer mehr Satelliten und anderem Weltraumschrott (derzeit 80 Tonnen pro Jahr), die auf natürliche Weise oder durch die neuen Entsorgungsmethoden fallen, wird Zersetzungsprodukte in die Atmosphäre freisetzen.

Diese werden sicherlich zu mehr Kohlendioxid und anderen Treibhausgasen beitragen. Die Zersetzung bestimmter Materialien in Satelliten kann auch Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) freisetzen, die den Ozonschild beschädigen können.

Man kann die Parallelen zwischen dem Weltraumabfallproblem und dem Abfallrecycling nicht übersehen. Es ist klar, dass wir eine Kreislaufwirtschaftsstrategie für unseren Weltraumschrott entwickeln müssen.

Derzeit liegt die rechtliche Verantwortung für Weltraumschrott beim Herkunftsland. Dies scheint im Widerspruch zu zukünftigen internationalen Kooperationsprogrammen zur Entsorgung von Weltraumschrott zu stehen.

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*Ralph Cooney ist emeritierter Professor für Advanced Materials an der University of Auckland.

Lili Falk

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