Der Erdorbit gleicht einer Müllhalde. Rund 166 Millionen große und kleine Schrottteile kreisen um unseren Planeten – und es werden immer mehr. Kann eine kosmische Müllabfuhr beim Aufräumen helfen?
Ein kleiner Satellit schwirrt durch den Weltraum. Ein sternförmiges Netz fliegt ihm entgegen, fängt ihn und zieht sich rasch um ihn herum zu. Möglich machen das kleine Motoren an den sechs Enden. „Damit der Fisch, den man gefangen hat, nicht mehr entwischt“, sagt Projektleiter Ingo Retat vom Raumfahrtkonzern Airbus Defence and Space in Bremen. Gerade haben er und seine Kollegen das Fangnetz zum ersten Mal erfolgreich im Weltraum getestet. Künftig könnten Satelliten damit auf Jagd nach Weltraumschrott gehen. Als eine Art kosmische Müllabfuhr.
Abgebrannte Raketenoberstufen, tote Satelliten, verlorenes Werkzeug bei Außeneinsätzen und Trümmerstücke – rund 166 Millionen Schrottteile verschiedenster Größe kreisen nach Angaben der Europäischen Raumfahrtagentur Esa um die Erde. „Bereits ein ein Zentimeter großes Stück Weltraummüll kann durch die Schlagkraft einen Satelliten komplett zerstören“, sagt EU-Industriekommissarin Elzbieta Bieńkowska. Schon heute überwachen die USA rund 21 000 Fragmente mit einem Durchmesser von mindestens 10 Zentimetern. Auch die Europäische Union plant seine Weltraumüberwachungssysteme auszubauen – unter anderem um seine Galileo- und Copernicus-Satelliten vor Kollisionen zu schützen.
Jahrzehntelang haben die Raumfahrtnationen Raketen, Sonden und Satelliten ins All geschossen, ohne sich Gedanken um die Überbleibsel zu machen. Das ändert sich zurzeit grundlegend. „Die Diskussion über die Entsorgung hat Fahrt aufgenommen“, sagt der Esa-Experte Holger Krag. „Man muss sich darauf einstellen, dass es künftig einen regulativen Zwang geben wird, Müll im Weltraum zu beseitigen.“ Wie das funktionieren könnte, will die von der EU geförderte Mission „RemoveDEBRIS“ unter Leitung der Universität im britischen Surrey demonstrieren.
Im Sommer startete dafür ein Forschungssatellit von der Internationalen Raumstation ISS ins Weltall, der – inspiriert vom Fischfang – mit Netz und Harpune Objekte einfangen soll. Sechs Jahre haben die Airbus-Experten das Netz im Labor und bei Flügen in Schwerelosigkeit getestet. „Das Netz ist einem Spinnennetz nachempfunden“, sagt Raumfahrtingenieur Robert Axthelm und zeigt auf ein kleinen zylinderförmigen Container, ein Modell in Originalmaßen. Darin befindet sich ein scheinbar heilloses Durcheinander von Schnüren. Gemeinsam mit seinen Kollegen breitet er dieses zu einem fünf Meter großen Netz aus zarten Fäden aus. Doch der Eindruck täuscht: Die künstlichen Fasern sind stabiler als Stahl.
Dass das Netz im Prinzip funktioniert, hat der Test im All jüngst bewiesen. Doch danach ist es samt Beute einfach in die unendliche Weite davon getrudelt. Bei einer echten Mission würde die Raumsonde den eingefangenen Schrott über eine Leine einholen und zusammen mit ihm später in der Erdatmosphäre verglühen. „Der Auswurf der Leine ist auch mitsimuliert worden“, sagt Retat. Anfang nächsten Jahres soll die ebenfalls von Airbus gebaute Harpune zum Einsatz kommen. Diese ist zielgenauer als das Netz, eignet sich nach Angaben von Retat aber nicht so gut für rotierende Objekte oder welche mit Tank – wegen der Explosionsgefahr.
Etwa zwei bis drei Mal pro Jahr müssen Satelliten ein Ausweichmanöver fliegen, um nicht von Müll getroffen zu werden. Auch die ISS musste deshalb schon mehrmals ihre Bahn geringfügig ändern. „Die Gefahr durch Weltraumschrott ist zurzeit noch nicht sehr groß“, sagt Manuel Metz vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt. „Das kann sich in Zukunft aber ändern, auch durch die Kommerzialisierung der Raumfahrt.“ So will allein das Unternehmen OneWeb hunderte Satelliten ins All bringen, um schnelles Internet rund um die Erde anzubieten. Andere Firmen planen ähnliche Projekte.
Die Entwicklung von Technologien, um den Schrott zu beseitigen, steht dagegen noch am Anfang. Es sei das erste Mal, dass ein Fangnetz und eine Harpune dafür im All getestet werden, sagt Metz. Doch dabei wird es seiner Ansicht nicht bleiben. Abhängig von der Art des Objekts werden in Zukunft auch Roboterarme oder Laser bei der Müllabfuhr helfen. „Das Hauptziel werden große Objekte sein, und es müssten immer mehrere auf einmal entfernt werden, weil es sonst zu teuer wird“, prognostiziert Metz.
Japanische und australische Wissenschaftler arbeiten zurzeit an einer neuen Methode, um Weltraumschrott mit Hilfe eines Plasmastrahls abzubremsen, damit dieser schneller in die Erdatmosphäre eintritt, wo er verglüht.
Das Problem dabei: Wenn ein Satellit einen Plasmastrahl ausstößt, wird er in die andere Richtung weggedrückt. Er bräuchte also einen zweiten Antrieb, der ihn auf Kurs hält. Forschern um Kazunori Takahashi von der Tohoku Universität ist es jetzt nach jahrelanger Forschung gelungen, ein System zu entwickeln, das zwei entgegengesetzte Plasmastrahlen ausstößt und so den Satelliten steuert. „Unsere Entdeckung wird einen wichtigen Beitrag zur Nachhaltigkeit im Weltraum leisten“, ist sich Takahashi sicher. Doch wann die Entwicklung komplett abgeschlossen ist, kann er noch nicht sagen.
Die Esa beobachtet solche Fortschritte ganz genau. Sie selbst plant eine eigene Müllabfuhr-Mission im All – vorausgesetzt die Mitgliedstaaten stimmen dieser auf dem Ministerrat Ende 2019 zu. „Es geht darum, die Technologie der Entsorgung zu demonstrieren“, sagt Krag. „Ein geeignetes Objekt dafür wäre Envisat.“ Europas größter Umweltsatellit gibt seit 2012 kein Lebenszeichen mehr von sich. Zurzeit kreist er in 765 Kilometer Höhe um die Erde. Wenn nichts geschieht, wird es noch etwa 150 Jahre dauern, bis er in der Atmosphäre verglüht.
Angesichts solcher Zeiträume ist das oberste Gebot: Vermeiden, dass neuer Weltraumschrott entsteht. Vor 15 Jahren haben sich 13 Raumfahrtagenturen deshalb auf Vorschriften geeinigt, was mit Satelliten am Ende ihrer Lebensdauer geschehen muss. Danach müssten diese in der niedrigen Erdumlaufbahn (bis zu 2000 Kilometer Höhe) spätestens nach 25 Jahren in der Erdatmosphäre verglühen, erläutert DLR-Experte Metz. Kommunikations- und TV-Satelliten im geostationären Orbit (bis zu 36 000 Kilometer Höhe) müssten auf eine sogenannte Friedhofsbahn mindestens 235 Kilometer weiter weg gebracht werden.
„Das sind aber nur Richtlinien“, sagt Metz. „Es gibt kein weltweites Gesetz und keine Sanktionen.“ Im relativ hohen geostationären Orbit hielten sich die Betreiber an diese Vorgaben, im erdnahen Orbit liege die Erfolgsquote dagegen nur bei 60 bis 70 Prozent – auch wegen der langen Entwicklungszyklen und Betriebszeiten von Satelliten. „Wir erleben, dass ein Generationswechsel einsetzt“, ergänzt Krag. Viele Raketenoberstufen besitzen inzwischen ein wiederzündbares Triebwerk, das diese am Ende der Mission in die Erdatmosphäre bringt. Auch neue Satelliten haben dafür einen speziellen Antrieb. Allerdings macht das diese größer, schwerer und damit auch teurer.
Eine günstigere Möglichkeit, Weltraumschrott zu vermeiden, wollen die Experten in der „RemoveDEBRIS“-Mission testen. An deren Ende soll der Forschungssatellit ein 25 Quadratmeter großes Segel entfalten. Dieses soll die Sonde innerhalb von acht Wochen aus 400 Kilometern Höhe für ein feuriges Ende in die Erdatmosphäre bringen. Ohne das Segel würde das mehr als zweieinhalb Jahre dauern. Doch diese Methode funktioniere nur bei kleineren Objekten effektiv, meint Esa-Experte Krag. Bei großen Teilen bräuchte man riesige Segel – und bei denen wäre es wiederum wahrscheinlicher, dass diese mit Weltraumschrott kollidieren.
[Irena Güttel]
Bildquelle:
- Technik_Raumfahrt_Artikelbild: © jim - Fotolia.com
