Milliarden von Weltraumschrottstücken? Shenzhou 19 macht sich daran, die „goldene Glockenabdeckung“ für die Raumstation zu installieren

Im Morgengrauen des 30. Oktober sprangen Cai Xuzhe, Song Lingdong und Wang Haoze mit dem bemannten Raumschiff Shenzhou 19 vom Himmel. Gegen Mittag werden sie das Rendezvous im Weltraum und das Andocken abschließen und in die 400 Kilometer hohe chinesische Raumstation eintreten.

Diese „Drache-Pferd-Kombination“ (Cai Xuzhe ist ein Drache, Song Lingdong und Wang Haoze sind Pferde) hat auf dieser Reise eine wichtige Mission: Sie soll Vorrichtungen zum Schutz der Raumstation vor Weltraummüll installieren.

„Die bemannte Raumfahrt ist eine Frage von Leben und Tod.“ Auf der Shenzhou-19-Pressekonferenz am Morgen des 29. Oktober sagte Lin Xiqiang, Sprecher des bemannten Raumfahrtprogramms Chinas, dass als Reaktion auf Bedrohungen wie Leckagen durch mit der Raumstation kollidierende Weltraumtrümmer die Notfallpläne ständig optimiert würden. Im Vergleich zur Anfangsphase des Betriebs der Raumstation hat sich die den Astronauten für Notfallmaßnahmen zur Verfügung stehende Zeit um das Fünffache erhöht und die Sicherheit der Raumstation und der Astronauten wurde erheblich verbessert.

In extremen Fällen können Astronauten vorzeitig mit einem Raumschiff im Orbit zurückkehren oder ein bereitstehendes Notfallraumschiff starten, um die Rettung durchzuführen.

Was sind also Extremfälle?

Zu Beginn des 2013 erschienenen Films „Gravity“ gibt es folgende Handlung: Zwei Astronauten der Internationalen Raumstation werden plötzlich von einem „Trümmerregen“ erfasst, als sie die Kabine verlassen, um eine Wartungsmission durchzuführen. Die mit hoher Geschwindigkeit wie Geschosse umherfliegenden Satellitentrümmer zerschmetterten nicht nur die Raumstation und das Space Shuttle in Stücke, sondern töteten im Weltraum beinahe auch zwei Astronauten.

Auf der großen Leinwand ist intuitiv spürbar, dass die Mission der Besatzung von Shenzhou 19 – die Raumstation mit einem „goldenen Glockenschild“ zu versehen, um sie vor plötzlichen Angriffen durch Weltraumschrott zu schützen – absolut lebensgefährlich ist.

Eine Autobahn ohne Straßenkehrer

„Unter einer niedrigen Erdumlaufbahn versteht man eine breite Bahn, die relativ nahe an der Erde verläuft. Die meisten Objekte, die von Menschen in den Weltraum gebracht werden, darunter Raumstationen, künstliche Satelliten, Sonden und Raumfahrzeuge, befinden sich in einer niedrigen Erdumlaufbahn.“

Wen Xin, Professor an der Fakultät für Astronautik der Universität für Luft- und Raumfahrt Nanjing, verdeutlichte dies folgendermaßen: Wenn auf der Autobahn ein Unfall passiert, wird das Unfallfahrzeug von einem Abschleppwagen abgeschleppt. Doch die „Autobahn“ in der erdnahen Umlaufbahn wird bereits seit über 60 Jahren genutzt, und es gibt keinen Abschleppwagen, der die Fahrspur freimachen könnte.

Zum Weltraummüll zählen ausrangierte Booster von Raumfahrzeugen, ausgemusterte Satelliten (über 3.000), verschiedene Teile von Raumfahrzeugen (Schraubendreher, Muttern, Schrauben usw.) und verschiedene kleinere Müllarten, wie etwa Farbfragmente, die aufgrund starker ultravioletter Strahlung von der Außenseite des Raumfahrzeugs abgefallen sind.

„Die Menge an Weltraumschrott in der erdnahen Umlaufbahn wächst rasant.“ Wen Xin sagte den Reportern von Chao News , dass es in der Erdumlaufbahn etwa 36.000 Trümmerteile gebe, die größer als 10 Zentimeter seien, Millionen Trümmerteile mit einer Größe zwischen 1 und 10 Zentimetern und Hunderte Millionen Trümmerteile, die kleiner als 1 Zentimeter seien .

Da es so viele Trümmer gibt und diese zu klein sind, um sie zu verfolgen, weiß niemand genau, wie viel Müll im Weltraum schwebt.

Am 21. Oktober gab die US-amerikanische International Communications Satellite Corporation (Intelsat) eine Warnung heraus, dass es bei dem von Boeing für sie gebauten Hochbahnsatelliten Intelsat 33e zu einer Fehlfunktion gekommen sei und dieser im Orbit zerbrochen sei. 57 Weltraumschrottstücke wurden aufgespürt und andere Satellitenbetreiber wurden daran erinnert, auf das potenzielle Risiko einer Kollision mit der Trümmerwolke zu achten.

So etwas ist nicht ungewöhnlich. Bereits 1996 wurde der französische Satellit CERISE von einem Trümmerteil einer Ariane-Rakete aus den 1970er Jahren getroffen, wodurch die Hauptantenne des Satelliten beschädigt wurde, was den normalen Betrieb des Satelliten unmittelbar beeinträchtigte.

Im Jahr 2009 kam es zur ersten Satellitenkollision in der Geschichte der Weltraumforschung, als die US-amerikanische Rakete Iridium 33 mit dem verlassenen russischen Aufklärungssatelliten Cosmos 2251 kollidierte und dabei Tausende von Fragmenten entstanden. Diese Fragmente befinden sich noch heute in der Umlaufbahn und bewegen sich mit der ersten kosmischen Geschwindigkeit.

Anfang 2022 flog ein Weltraumschrott mit der Nummer 49863 am Wissenschaftssatelliten Tsinghua meines Landes vorbei, wobei die geringste Entfernung nur 14,5 Meter betrug, was sehr aufregend war.

In Dokumenten, die Musks SpaceX bei der Federal Communications Commission eingereicht hat, heißt es, Russland habe im Jahr 2021 einen Antisatellitentest durchgeführt, bei dem eine Wolke aus mehr als 1.500 Trümmern entstand. Um Trümmern auszuweichen, führten Starlink-Satelliten bis zu 1.700 Ausweichmanöver durch.

Damit Weltraumschrott um die Erde fliegen kann, muss seine Geschwindigkeit 28.000 Kilometer pro Stunde (ungefähr 7.800 Meter pro Sekunde) erreichen, während die Geschwindigkeit einer Gewehrkugel, die das Gewehr verlässt, etwa ein Zehntel dieser Geschwindigkeit beträgt. Selbst kleine Fragmente, die mit solch hoher Geschwindigkeit auftreffen, verfügen über die kinetische Energie eines rasenden Autos und können so die Außenhülle eines Raumfahrzeugs durchbohren oder wichtige Systeme wie Solarmodule, Antennen usw. beschädigen.

Mit dem technologischen Fortschritt und sinkenden Kosten wird der Eintritt ins All einfacher und die Satelliten werden kleiner.

Die Solarmodule der sowjetischen Raumstation Mir wurden von Trümmern getroffen und sahen so aus. Bildquelle: Yunnan Astronomical Observatory, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Daten zeigen, dass vor 2012 die Zahl der von Menschen in den Weltraum gestarteten Raumfahrzeuge nicht mehr als 200 pro Jahr betrug. Bis 2020 stieg diese Zahl jedoch sprunghaft auf 1.200 und im Jahr 2021 lag sie bei etwa 1.800.

Im Jahr 2021 stellte die Falcon 9-Rakete von SpaceX einen neuen Weltrekord auf, indem sie 143 Sterne auf einmal in die Umlaufbahn brachte. Die Starlink-Internetkonstellation von SpaceX plant den Start von bis zu 42.000 Satelliten und hat derzeit mehr als 6.000 im Orbit.

Wissenschaftler gehen davon aus, dass sich die Wahrscheinlichkeit einer Kollision vervierfacht, wenn sich die Zahl der Objekte verdoppelt.

Im Jahr 1978 schlug der amerikanische Wissenschaftler Donald Kessler den „Kessler-Effekt“ vor: Wenn die Dichte von Objekten in einer niedrigen Erdumlaufbahn ein bestimmtes Niveau erreicht, entstehen durch Kollisionen zwischen Fragmenten weitere Fragmente, was zu mehr Kollisionen führt. Dieser Teufelskreis wird letztendlich dazu führen, dass die erdnahe Umlaufbahn vollständig von Weltraumschrott bedeckt wird.

Sowohl bemannte Raumfahrzeuge als auch unbemannte Satelliten sind der Bedrohung durch Weltraummüll ausgesetzt. Mehrmals im Jahr müssen Raumfahrzeuge ihre Umlaufbahn anpassen, um eine Kollision mit diesem Hochgeschwindigkeitstrümmer zu vermeiden. Diese Anpassung verbraucht nicht nur Treibstoff, sondern beeinträchtigt auch den normalen Ablauf von Weltraummissionen.

Trümmer zu vermeiden ist nicht so einfach

Wer Weltraumschrott vermeiden will, muss ihn zunächst einmal sehen.

Am 21. September 2023 beantwortete Jing Haipeng in der vierten Unterrichtsstunde des „Tiangong-Klassenzimmers“ in der Raumstation Fragen von Schülern aus der Inneren Mongolei zum Thema Weltraumschrott und sagte: „Wir schauen oft durch die Fenster der Raumstation und verwenden sogar Teleskope, um danach zu suchen, aber bisher wurde keine Spur von Weltraumschrott gefunden.“

Nur weil Sie es nicht sehen können, heißt das jedoch nicht, dass es nicht existiert. Einige der Fragmente sind äußerst schwer zu erkennen, da sie so schwach sind wie Sterne der 14. oder 15. Größenklasse. Wenn die Magnitude auf 15 sinkt, beträgt die Helligkeit etwa 1/1000 der mit bloßem Auge sichtbaren Helligkeit der Sterne.

Lin Xiqiang gab auf der gestrigen Pressekonferenz bekannt, dass sich die den Astronauten für Notfallmaßnahmen zur Verfügung stehende Zeit im Vergleich zur Anfangsphase des Betriebs der Raumstation verfünffacht habe und die Sicherheit der Raumstation und der Astronauten erheblich verbessert worden sei.

Das heißt, wir haben festgestellt, dass die Warnzeit für Trümmer fünfmal länger ist als zuvor, sodass wir ruhig reagieren können. Wie wird das gemacht?

Dies bringt uns zu dem Satelliten, den China im April 2021 in die Umlaufbahn gebracht hat – Test Nr. 6 03. Dies markiert, dass China sein erstes weltraumgestütztes System zur Erkennung der Weltraumumgebung mit völlig unabhängigen Rechten am geistigen Eigentum gebaut hat.

„Das Satellitensystem Experiment Nr. 6 wird hauptsächlich zur Erkennung der Weltraumumgebung verwendet, um die Sicherheit von Raumfahrzeugen zu gewährleisten.“ Hu Haiying, Chefdesigner von Experiment Nr. 6 und stellvertretender Direktor des Microsatellite Innovation Institute der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, erklärte: „Diese Zielfragmente sind wie Fische im Ozean. Wir müssen zunächst sicherstellen, dass wir sie sehen, unterscheiden können, ihre Bewegungen verfolgen und dann ihre Umlaufbahnen berechnen und vorhersagen können, bevor wir sie ‚steuern‘ können.“ Wen Xin sagte den Reportern von Chao News, dass die Radarelektronik-Technologie meines Landes in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht habe und dass fortschrittliche Erkennungstechnologien, darunter Experiment Nr. 6, zum Einsatz gekommen seien, wodurch China über einen „Sicherheitswächter“ für seine Weltraumgrenzen verfüge.

„Früher war es für uns schwierig, Trümmer von 1 bis 10 Zentimetern Größe im Weltraum deutlich zu erkennen, doch die Zerstörungskraft solcher Trümmer darf nicht unterschätzt werden. Wir tun unser Bestes, um die Raumsonde von Orten mit viel Weltraumschrott fernzuhalten, genauso wie wir versuchen, an windigen und regnerischen Tagen nicht ins Freie zu gehen.“ Wen Xin sagte, dass wir uns jetzt, da die Genauigkeit der Vorhersagen verbessert habe, viel sicherer hinsichtlich der Sicherheit der Raumstation und der Astronauten seien.

Was sollen wir tun, wenn wir Trümmer entdecken, die eine Gefahr für die Raumstation darstellen? Jing Haipeng sagte im „Tiangong Classroom“, dass sie durch Orbitalmanöver aktive Vermeidungsmaßnahmen ergreifen würden.

Wie wird also die Mission „Installation eines Schutzgeräts gegen Weltraummüll“ dieses Mal von Shenzhou-19 durchgeführt? Laut Li Xuedong, einem Experten der China Aerospace Science and Technology Corporation, gibt es einige wichtige Geräte, beispielsweise Kabel außerhalb der Kabine, die von den Astronauten durch die Installation von Schutzplatten geschützt werden müssen.

„Die chinesische Raumstation hat viele Maßnahmen ergriffen, um ihre Sicherheit zu gewährleisten, hauptsächlich drei Methoden“, erklärte Li Xuedong.

Eines der Mittel: passiver Schutz . Installieren Sie außerhalb der Kabine einige Schutzvorrichtungen, um sie vor dem Aufprall winziger Trümmer zu schützen. Dieses Gerät wurde vor dem Start installiert. Angesichts der gegenwärtig beispiellosen Dichte und Schwere des Weltraummülls werden die Besatzungen von Shenzhou-18 und Shenzhou-19 jedoch die Ausrüstung außerhalb der Kabine verstärken, um die Sicherheit der Raumstation weiter zu gewährleisten.

Die zweite Methode: aktive Vermeidung . Prognostizieren und katalogisieren Sie Weltraumschrott und verwenden Sie Umlaufbahnberechnungen, um im Voraus zu ermitteln, welcher Weltraumschrott Gefahr läuft, mit der Raumstation zusammenzustoßen. So kann die Raumstation ihre Umlaufbahn aktiv ändern, um herannahenden Schrott zu vermeiden.

Methode drei: Notfallmaßnahmen . Wenn die abgedichtete Kabine der Raumstation durch den Einschlag von Trümmern tatsächlich undicht wird, müssen die Astronauten das Leck schnell stopfen und verhindern, dass weiterhin Luft in der abgedichteten Kabine austritt. Dies ist ein schwerer Test für die psychologische Qualität und die Reaktionsfähigkeit der Astronauten im Notfall.

„Kleine Trümmer sind schwer vorherzusagen und zu beobachten, daher wählen wir normalerweise den schwer zu tragenden Ansatz. Auf der Oberfläche der Raumstation befindet sich eine Schutzschicht. Einige besonders empfindliche und wichtige Geräte müssen verstärkt und separat geschützt werden.“ Yang Yuguang, Vorsitzender des Space Transportation Committee der International Astronautical Federation, sagte gegenüber Reportern von Chao News: „Sobald es zu einem Aufprall kommt und die Leckagegeschwindigkeit relativ gering ist, kann man mit Ruhe umgehen; wenn die Leckagegeschwindigkeit relativ hoch ist, ist tatsächlich eine Notevakuierung notwendig.“

Sollte sich herausstellen, dass den Trümmern nicht ausgewichen werden kann, können die Astronauten umgehend in die äußerst robuste Rückkehrkapsel des Raumfahrzeugs einsteigen und sind jederzeit für die Rückkehr zur Erde bereit. Dies ist in den letzten Jahren an Bord der Internationalen Raumstation geschehen.

Dieses am 2. März im Beijing Aerospace Flight Control Center aufgenommene Foto zeigt den Shenzhou 17-Astronauten Tang Hongbo bei der Arbeit außerhalb des Raumstationskomplexes. Bildquelle: Nachrichtenagentur Xinhua

Wie kann die Sicherheit der Außenbordaktivitäten von Astronauten gewährleistet werden? „Bevor wir das Raumschiff verlassen, werden wir es auf mögliche Meteoriten und andere Trümmer in der Umlaufbahn überprüfen. Sollten wir feststellen, dass sich die Umlaufbahnen überschneiden, werden wir das Raumschiff während dieser Zeit nicht verlassen“, erklärte Yang Yuguang. „Und man sieht, wie schwer die Raumanzüge in den Raumschiffen sind. Sie sind bereits so konstruiert, dass sie dem Aufprall winziger Trümmer standhalten, um sicherzustellen, dass die Astronauten nicht in Lebensgefahr geraten.“

Das Aufräumen von Müll stellt die menschliche Verantwortung auf die Probe

„Derzeit befinden sich die Trägerrakete Langer Marsch 2F Yao 20 und das bemannte Raumschiff Shenzhou 20 in der Endmontagehalle des Jiuquan-Startzentrums in Bereitschaft. Bei Bedarf können sie schnell in den Startzustand wechseln, um Notfallrettungsmissionen für die Raumstation durchzuführen und die Sicherheit der Astronauten zu gewährleisten.“ Lin Xiqiang wurde auf der Pressekonferenz am 29. vorgestellt.

Wie sind Raketen und Raumfahrzeuge in Bereitschaft? Yang Yuguang erklärte den Reportern von Chao News, dass sie im Bereitschaftszustand lediglich zusammengebaut und einfach getestet werden müssten und dann für den Start vorbereitet werden könnten, ohne dass Zuverlässigkeit und Sicherheit nennenswert beeinträchtigt würden .

„Raketen und Raumfahrzeuge sind beides sehr komplexe Produkte. Ihre Zuverlässigkeit und Flugsicherheit müssen durch angemessene Tests gewährleistet werden. Doch Tests brauchen Zeit. Umfang, Vollständigkeit und Gründlichkeit der Tests wirken sich auf die Flugsicherheit aus, was einen Widerspruch schafft“, sagte Yang Yuguang. „Daher können wir den Testprozess nur so weit wie möglich optimieren, um sicherzustellen, dass die Testzeit so weit wie möglich verkürzt wird, ohne an Zuverlässigkeit einzubüßen, um Zeit für die Rettung der Astronauten zu gewinnen.“

Die Frage, wie der Weltraumschrott beseitigt werden kann, ist zu einer dringenden Frage geworden. Viele Länder haben entsprechende Projekte gestartet, um das Problem des Weltraumschrotts zu lösen.

Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) hat das ClearSpace-Projekt gestartet, um Weltraummüll auf eine Geschwindigkeit zu verlangsamen, die unter der ersten kosmischen Geschwindigkeit liegt. Es fällt dann in die Atmosphäre und verbrennt aufgrund der Reibung mit der Atmosphäre.

Das von der Universität Surrey in Großbritannien geleitete Projekt RemoveDEBRIS experimentierte 2018 mit dem Einsatz von „Netzen und Harpunen“ zur Müllbeseitigung. Zahlreiche Tests haben gezeigt, dass „Netze und Harpunen“ praktikable Reinigungsmethoden sind.

Ich denke, der Koordinierungsmechanismus sollte gestärkt werden, und die Länder sollten sich während der Arbeiten stärker gegenseitig über die Umlaufbahnen der Raumfahrzeuge informieren. Insbesondere nach einer Änderung der Umlaufbahn ist die vorherige Umlaufbahn ungültig. Die aktualisierte Umlaufbahn sollte zeitnah mit anderen Parteien synchronisiert werden. Das ist ein verantwortungsvoller Ansatz. Yang Yuguang sagte: „Darüber hinaus sollten wir gemeinsam die Umlaufbahnvorhersage und die Überwachung ungültiger Raumfahrzeuge und Weltraummülls verstärken.“

Yang Yuguang sprach außerdem ein wichtiges Thema an: Die Beseitigung von Weltraummüll ist technisch sehr komplex und kostspielig, doch ein direkter Nutzen daraus lässt sich nicht ziehen.

„Wer wird das tun und wer wird dafür bezahlen? Dies ist ein gemeinsames Problem, mit dem derzeit alle Länder der Welt konfrontiert sind. Dies wird nicht nur unsere Technologie und unsere finanziellen Ressourcen auf die Probe stellen, sondern auch das Verantwortungsbewusstsein und die Solidarität der gesamten Menschheit“, sagte Yang Yuguang.