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Müll im All gefährdet die Raumfahrt

Müllabfuhr im All Wie entsorgt man Weltraumschrott?

Gespräch mit Uwe Gradwohl

7.600 Tonnen Schrott rasen um die Erde. Das sind aktuelle Schätzungen. Selbst kleine Trümmer können aufgrund ihrer Geschwindigkeit eine Gefahr für Satelliten und Raumfahrer darstellen. Auf der weltgrößten Konferenz über Weltraumschrott wurde jetzt in Darmstadt über das Müllmanagement und die Müllabfuhr im All beraten.

Wie kommt der ganze Müll ins All?

Tatsächlich handelt es sich zum großen Teil um Satelliten, die nicht mehr in Betrieb sind. Seit 1957 mit Sputnik 1 der erste künstliche Erdsatellit in die Erdumlaufbahn geschossen wurde, waren ihm bis zum Jahr 2010 schon über 6.000 Satelliten gefolgt. Aktuell sind etwa 1.500 davon in Betrieb. Der Rest, also mehr als 4.500 Stück, sind entweder kaputt oder haben keinen Treibstoff mehr, um die für ihren Betrieb immer wieder notwendigen Lage- und Bahnkorrekturen vornehmen zu können. Sie fliegen aber weiterhin mit 27.000 Stundenkilometern um die Erde und sind damit richtig große Geschosse.

Weltraumschrott auf der Erde

Weltraumschrott, der im November 2007 auf einer Farm im südwestlichen Queensland in Australien entdeckt wurde. Der Klumpen aus Metall stammt wahrscheinlich von einer Rakete.

Kann man die Satelliten nicht kontrolliert auf die Erde oder ins Meer stürzen lassen?

Das ist nur möglich, wenn man noch Treibstoff übrig hat, um den Satelliten durch Zünden seiner Triebwerke abbremsen zu können. Das Bremsen führt zu seinem Absturz und damit zum Verglühen des Satelliten in der Erdatmosphäre. In den ersten Jahrzehnten der Raumfahrt wurde die Notwendigkeit der Entsorgung des Weltraumschrotts auch überhaupt nicht erkannt. Die meisten Ingenieure fanden es viel reizvoller, neue Satelliten zu entwickeln, als sich über deren kontrollierte Zerstörung Gedanken zu machen. Erst seit wenigen Jahren haben sich die raumfahrenden Nationen auf die Notwendigkeit der Vermeidung von Weltraummüll verständigt.

Künstlerische Darstellung einer Rakete, die wieder glühend in die Erdatmosphäre eintritt

Beim Eintreten in die Erdatmosphäre können Satelliten gezielt entsorgt werden. Sie verglühen in einem gewissen Zeitraum.

Was fliegt denn außer Satelliten noch an Schrott im All herum?

Neben den kaputten und intakten Satelliten gibt es viele tausend Schrottteilchen, die im All herumfliegen. Und auch die können gefährlich werden. So kann das Gewebe eines Raumanzuges schon von einem Teilchen, dass nur ein paar Mikrometer – also Bruchteile eines Millimeters- groß ist, zerrissen werden. Dafür reicht beispielsweise das abgeplatzten Farbteilchen von der Lackierung einer Raketenstufe. Im All wird dieses Stückchen durch seine große Geschwindigkeit zu einem kleinen Geschoss, das großen Schaden anrichten kann.

Man schätzt, dass es um die Erde herum ca. 1 Billiarde Trümmer-Teilchen im All gibt, die eine Größe von mindestens 1 Mikrometer (1 Tausendstel Millimeter) haben. Eine Größe von über zehn Zentimetern weisen 34.000 Teilchen auf. 6.000 Raumfahrt-Trümmer sind sogar größer als einen Meter.

Wo findet sich der meiste Weltraummüll?

Am meisten Schrott fliegt tatsächlich in einer noch recht niedrigen Erdumlaufbahn in 600 bis 1000 Kilometern Höhe. Ein weiterer ausgeprägter Müllschwerpunkt befindet sich in 1400 bis 1600 Kilometer Entfernung von der Erdoberfläche. Darüber hinaus fliegen ausgediente Kommunikationssatelliten auf geostationären Umlaufbahnen, die 36.000 Kilometer von der Erde entfernt sind.

Wie häufig kommt es denn zu Unfällen mit dem Weltraumschrott?

2009 gab es tatsächlich einen größeren Unfall. Damals sind zwei Satelliten zusammengestoßen und zwar der US-Satellit Iridium 33 und ein ausgemusterter militärischer russischer Satellit. Bei diesem Zusammenstoß entstanden über 2000 inzwischen katalogisierte Trümmerteile und geschätzt über eine halbe Million Teilchen mit einer Mindestgröße von 1 Millimeter.

Eine große Menge Trümmerteile wurden auch produziert, als China seine technologische Fähigkeit demonstrierte, einen seiner Satelliten gezielt von der Erdoberfläche aus abschießen zu können. Aus Expertensicht ein ziemlicher Irrsinn, denn dadurch wuchs die Anzahl der Trümmerteilchen mit Mindestgröße 1 Zentimeter in 800 Kilometer Höhe um 40.000 Stück. Dadurch müssen intakte Satelliten in dieser Bahnhöhe heute doppelt so viele Ausweichmanöver fliegen als zuvor.

Weltraummüll gefährdet Weltraumstation ISS

Die Internationale Weltraumstation ISS. Ihre Solarpaneelen wurden bereits von Trümmerteilchen getroffen.

Kann der Schrott im All die Raumfahrt bald unmöglich machen?

So weit ist es noch lange nicht. Momentan befinden sich um jedes Trümmerteilchen noch Millionen Kubikkilometer freier Raum. Wenn aber eine gewisse Dichte an herumfliegenden Objekten im All erreicht ist, könnte es zu einer Zertrümmerungskaskade kommen. Der Weltallschrott vermehrt sich dann in einer Kettenreaktion selbst.

Ein Teilchen trifft ein anderes, das dadurch selbst in weitere Teilchen zerlegt wird. Diese Minitrümmer erzeugen in Kollisionen neue Teilchen und so weiter. Um diesen Kaskadeneffekt zu vermeiden ist es richtig und wichtig, die Anzahl der Teilchen, die im Weltraum herumfliegen, möglichst gering zu halten.

Studien verschiedener Raumfahrtagenturen zeigen, dass die Situation im erdnahen Orbit zwischen 600 und 1000 Kilometern Höhe entschärft werden könnte. Und zwar wenn es gelingen würde, jährlich fünf bis zehn der größeren, kritischen Trümmerteile zu entfernen.

Wie funktioniert so eine Weltraum-Müllabfuhr?

Die Erdatmosphäre ist eine naturgegebene Müllverbrennungsanlage. Satelliten, aber auch kleinere Teilchen, verglühen in relativ kurzer Zeit - vorausgesetzt sie sind nicht zu weit von der Erdatmosphäre entfernt. Sie werden dann durch Reibung an der auf ihrer Flugbahn vorhandenen dünnen Restatmosphäre abgebremst und stürzen schließlich Richtung Erdoberfläche.

Aufräumnetz

In einer Halle bei Airbus Defence und Space wird simuliert, wie ein ausgebreitetes Netz Weltraumschrott einfangen soll.

Wenn der Schrott aber nicht in Nähe der Atmosphäre im Weltall herumfliegt, kann es Jahrhunderte oder auch Jahrtausende dauern, bis er verglüht. Deshalb gibt es Pläne, ausgediente Satelliten und große Trümmerteile mit Hilfe eines Aufräum-Satelliten näher an die Erdatmosphäre heranzuziehen. Verschiedene Ideen wurden bereits formuliert und zum Teil auch getestet:

Zum Beispiel das Satellitenfischen mit einem Netz. Das wurde erst kürzlich erfolgreich an einem Minisatelliten ausprobiert. Oder ein Satellit mit Roboterarm, der an das Trümmerteil heranmanövriert, um es zu greifen. Eine dritte Variante: Man beschießt das Trümmerteil mit einer Harpune und verankert es dann an einem Bergungssatelliten, der es schließlich in die Erdatmosphäre zieht oder gezielt zum Absturz bringt.

Weltraummüll ist mittlerweile zur größten Gefahr für die Infrastruktur im All geworden

ESA-Satelliten müssen im Schnitt jeden Monat ein Ausweichmanöver fliegen, um den Schrottteilen zu entgehen, die durch das Weltall vagabundieren. Ein verbindliches Müllgesetz für diese Sphäre gibt es bislang nicht. Dennoch haben sich alle Weltraumagenturen verpflichtet, Satelliten, die ins Weltall geschossen werden, so zu konstruieren, dass sie spätestens 25 Jahre nach dem Ende ihres Einsatzes in die Erdatmosphäre abstürzen.

Die Europäer setzen auf Ökosatelliten

ESA-Missionen werden von vornherein so geplant und ausgerüstet, dass möglichst wenig Weltraumschrott entsteht. Um unkontrollierte Explosionen zu verhindern, werden Tanks und Batterien bei Missionsende entleert. Denn alternde Tanks in Satelliten und ausgebrannten Raketenstufen können unter dem Druck des Resttreibstoffs nachgeben und zerbersten.

Start des ESA-Satelliten Aeolus in Kourou am 22.08.18

Start des ESA-Wetter Satelliten Aeolus in Kourou am 22.08.18

Bei der Konstruktion neuer Satelliten wird bei der ESA zudem darauf geachtet, dass sie das Weltall nicht mit vermeidbaren Objekten verschmutzen. Bei solchen „Öko-Satelliten“ werden zum Beispiel Teile wie die Objektivabdeckungen von Außenkameras nicht einfach ins All weggesprengt, sondern bleiben mit dem Satelliten verbunden, damit sie später mit ihm zusammen in der Atmosphäre verglühen und nicht als Kleinteil auf unbekannter Bahn um die Erde rasen.

In Zukunft werden ganze Satellitenflotten ins All geschossen

Kommerzielle Betreiber planen, tausende Satelliten für Kommunikation und Internet aus dem All in die Umlaufbahnen zu schießen. Das könnte das Risiko von Kollisionen erhöhen. Solche Satellitenflotten sind sehr preisgünstig, weil sie nach Schema F gebaut werden. Schleicht sich allerdings ein Konstruktionsfehler ein, findet sich dieser Fehler automatisch in hunderten oder tausenden dieser Satelliten. Ist die Flotte bereits im All, kann das dann zu einem Riesenproblem werden. Ein Beispiel: Bei einem Satelliten der US-Umweltbehörde NOAA entwickelte sich in der Batteriezelle Gas und damit ein Überdruck, der die Batterie zum Platzen brachte. Der Satellit war nur einer aus einer kleinen Baureihe identischer Satelliten. Zu befürchten ist, dass sich weitere Satelliten aus dieser Baureihe aufgrund ihrer fehlerhaften Batterie selbst zerstören und so zur weiteren Vermüllung das erdnahen Weltalls beitragen.

Europa will sein Programm zur Abwehr von gefährlichen Objekten aus dem All weiter ausbauen

Die ESA will künftig das Thema Weltraummüll nicht mehr isoliert betrachten, sondern immer stärker mit zwei weiteren Themen der Gefahrenabwehr im All verknüpfen. Das ist zum einen das Aufspüren von Asteroiden, die auf der Erde einschlagen könnten, und zum anderen die bessere Vorwarnung vor Magnetstürmen und Teilchenschauern, welche die Sonne immer wieder Richtung Erde schickt.

Am 15. Februar 2013 flog der Asteroid 2012 DA14 knapp an der Erde (undatierte Video-Illustration) vorbei

Auch das Aufspüren und Abwehren von Asteroiden gehört zum neuen „Space Safety“-Programm der ESA.

Für all diese Bereiche verfügt die ESA derzeit über ein Budget von 30 Millionen Euro pro Jahr.  Nach Einschätzung der ESA-Verantwortlichen bei weitem zu wenig, um den Herausforderungen der Zukunft gewachsen zu sein. Für ein neues „Space Safety“-Programm, das alle drei Gefahrenbereiche abdeckt, beantragt die ESA daher nun eine Aufstockung der Mittel auf 200 Millionen Euro pro Jahr. Die Entscheidung darüber muss der Ministerrat der Europäischen Raumfahrtagentur ESA im November 2019 treffen.