Interstellarer „Frühjahrsputz“: Eine Anleitung zum Aufräumen von Weltraumschrott

Vor drei Jahren warfen Astronauten auf der Internationalen Raumstation eine zwei Tonnen schwere Palette voller gebrauchter Batterien weg. Unerwartet kehrte ein Teil der Palette nach dreijähriger Umherschweiferei im Weltraum zur Erde zurück und durchschlug ein zweistöckiges Gebäude. Die Bedrohung durch Weltraummüll ist kein Einzelfall. Die Internationale Raumstation ergriff einmal Notfall-Ausweichmaßnahmen, weil sich ein Stück Weltraumschrott näherte. Diese Notfallmaßnahme unterbrach den ursprünglichen Weltraumspaziergangsplan der Astronauten unmittelbar und beeinträchtigte die spätere Errichtung der Raumstation. Woher stammen diese Weltraumtrümmer mit enormer Zerstörungskraft?

Verlorener Schatz im interstellaren Raum? Der Ursprung des Weltraumschrotts aufgedeckt

Am 4. Oktober 1957 startete die Sowjetunion den ersten künstlichen Satelliten, Sputnik 1. In diesem historischen Moment wurde ein weiterer Weltrekord aufgestellt: Nachdem der Satellit erfolgreich ins All geschickt worden war, geriet seine Trägerrakete aus der Umlaufbahn und wurde zum ersten Weltraumschrott der Geschichte. In den folgenden Jahrzehnten wurden mit dem kontinuierlichen Fortschritt von Wissenschaft und Technologie und der Vertiefung der Weltraumforschung häufig verschiedene Satelliten, bemannte Raumfahrzeuge, unbemannte Sonden und andere Raumfahrzeuge ins All geschickt. Der Startvorgang dieser Raumfahrzeuge sowie ihr Betrieb, ihre Wartung und ihre eventuelle Verschrottung im Weltraum erzeugen zwangsläufig eine große Menge Weltraummüll. Zu diesen Trümmern zählen Raketenteile, die nicht verbrannt sind oder sich nicht vollständig getrennt haben, nach Abschluss ihrer Missionen zurückgelassene Satellitenkörper, Fragmente von Solarmodulen und sogar winzige Objekte wie Schrauben, die während der Mission abgefallen sind.

Um die Sache noch komplizierter zu machen: Der Weltraum ist kein stilles Vakuum. Obwohl die Materialdichte extrem gering ist, gibt es dennoch eine große Anzahl winziger Himmelskörper wie Meteoroiden, Asteroidenfragmente usw. Diese Objekte bewegen sich mit hoher Geschwindigkeit in der Nähe der Erdumlaufbahn und kollidieren gelegentlich mit Raumfahrzeugen in der Erdumlaufbahn. Kommt es zu einer Kollision, wird nicht nur das Raumfahrzeug selbst beschädigt, sondern es entstehen auch weitere Trümmer. Diese zusätzlichen Trümmer stellen eine potenzielle Gefahrenquelle dar und erhöhen das Risiko künftiger Kollisionen.

Weltraumschrott

Kosmische Bedrohungen: Die Gefahren des Weltraumschrotts

Mit der zunehmenden Häufigkeit menschlicher Weltraumaktivitäten und der kontinuierlichen Ansammlung von Weltraummüll wird der Weltraum, der einst als unendlich großes Gebiet galt, still und leise immer „überfüllter“. Wenn Raumfahrzeuge durch den Weltraum reisen, müssen sie sich nicht nur der komplexen Weltraumumgebung stellen, sondern auch auf Weltraummüll achten. Wenn dieser Weltraummüll mit normal funktionierenden Satelliten oder Raumfahrzeugen kollidiert, können diese wahrscheinlich beschädigt werden. Wenn sie auf bemannte Raumschiffe treffen, gefährden sie das Leben der Astronauten und können schwerwiegende Folgen haben. Derzeit ist die Region der erdnahen Umlaufbahn (LEO) mit Millionen von Weltraummüll gefüllt. Diese Fragmente bewegen sich mit extrem hoher Geschwindigkeit und erreichen 29.000 Kilometer pro Stunde, was etwa der siebenfachen Geschwindigkeit einer Kugel entspricht. Angesichts dessen verfügen selbst winzige Weltraumtrümmer über genügend kinetische Energie, um die Raumanzüge von Astronauten zu durchdringen oder die Solarmodule und elektronischen Komponenten von Satelliten zu beschädigen.

Obwohl das Risiko, dass auf der Erde lebende Menschen durch Weltraummüll verletzt werden, nach Angaben der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) weniger als eins zu 100 Milliarden beträgt und damit viel geringer ist als die Chance, einen großen Lottogewinn zu erzielen, verdienen die potenziellen Gefahren durch Weltraummüll dennoch Beachtung.

Weltraumschrott kollidiert mit Raumfahrzeug

Operation Space Cleanup: So retten wir unsere interstellare Heimat

Derzeit gibt es vier Ansätze zum Umgang mit Weltraumschrott: Vermeidung, Prävention, Schutz und Beseitigung.

Vermeidung bedeutet, dass wir mithilfe hochmoderner Orbitalüberwachungstechnologie die Position von Weltraummüll im Voraus ermitteln, sodass unsere Raumfahrzeuge Umwege nehmen und versuchen können, eine Kollision mit ihm zu vermeiden. Prävention besteht darin, Deorbit-Maßnahmen für Satelliten am Ende ihrer Lebensdauer einzurichten. Wenn ein Satellit das Ende seiner Lebensdauer erreicht, wird sein Bahnsteuerungstriebwerk gestartet, um die Umlaufbahn des Satelliten aktiv abzusenken und ihm einen schnelleren Eintritt in die Atmosphäre zu ermöglichen. Dadurch wird die Entstehung von Weltraummüll verringert. Satelliten in geosynchroner Umlaufbahn können in eine „Friedhofsumlaufbahn“ geschickt werden, was auch dazu beitragen kann, die Menge an Weltraummüll in den üblicherweise verwendeten Umlaufbahnen zu reduzieren. Der Schutz wird dadurch erreicht, dass das Raumfahrzeug mit „kugelsicheren Westen“ wie Aluminiumplatten und hochfesten Verbundwerkstoffen ummantelt wird, um dem Aufprall von Weltraummüll standzuhalten. Bei der Beseitigung wird der Müll in die Atmosphäre gezogen, um ihn dort zu verbrennen, oder die Umlaufbahn des Weltraumschrotts wird auf eine weniger häufig genutzte Umlaufbahnhöhe angehoben.

Weltraumschrott in die Atmosphäre ziehen, um dort zu verbrennen, oder ihn in eine „Friedhofsumlaufbahn“ ziehen

Am 25. Juni 2016 absolvierte Chinas Rakete vom Typ Langer Marsch 7 erfolgreich ihren Jungfernflug und schickte sieben Nutzlasten ins All, darunter das aktive Weltraumschrott-Reinigungsfahrzeug Aolong 1. Es ist wie ein Weltraumreiniger, der mit seinen mechanischen Armen den umgebenden Weltraumschrott greift, um seinen Reinigungszweck zu erfüllen.

Die Lasertechnologie ist eine fortschrittliche Technologie, die derzeit in verschiedenen Bereichen breite Anwendung findet. Beim Aufräumen von Weltraumschrott können Laser wie Zauberstäbe wirken, indem sie den Weltraumschrott sanft anstoßen und so seine Flugbahn ändern, sodass er nicht mit wichtiger Weltraumausrüstung kollidiert. Sie können auch einen Laser auf Weltraumschrott richten und die Hitze des Lasers den Schrott verbrennen oder schmelzen lassen. Allerdings ist die Verwendung von Lasern zur Beseitigung von Weltraummüll mit einigen Herausforderungen verbunden. So müssen beispielsweise Richtung und Intensität des Lasers sehr genau gesteuert werden und man muss darauf achten, dass der Laser nicht von Weltraummüll zurückgeworfen wird.

Laser räumt Weltraumschrott auf

Neben der Lasertechnologie kann zur Beseitigung von Weltraummüll auch eine Technologie namens „elektromagnetischer Schutz“ eingesetzt werden. Mithilfe elektromagnetischer Felder kann die Flugbahn von Weltraumschrott verändert werden. Genauso wie wenn wir ein kleines Stück Eisen neben einen Magneten legen, wird das Eisenblech angesaugt. Auch der elektromagnetische Schutz basiert auf einem ähnlichen Prinzip. Im Weltraum wird dabei jedoch ein elektromagnetisches Feld eingesetzt, um das Eisenblech anzuziehen, seine Richtung zu ändern und es sogar „einzusperren“ und an einen sicheren Ort zu schicken. Aufgrund der hohen Kosten und Komplexität ist es jedoch immer noch sehr schwierig, diese Technologie umfassend anzuwenden.

Darüber hinaus haben sich einige Wissenschaftler vom Fischen mit Fischernetzen in unserem Alltag inspirieren lassen und eine besondere Methode entwickelt, um Müll im Weltraum zu beseitigen: den Fang mit fliegenden Netzen. Das Besondere an diesem Flugnetz ist, dass seine Struktur sehr dünn ist und beim Ausbreiten nur wenig Material benötigt wird, um eine große Fläche abzudecken. Ein nur 3 Kilogramm schweres Flugnetz hat im entfalteten Zustand eine Fläche von knapp 1.000 Quadratmetern. Durch diese Konstruktion kann das fliegende Netz Satelliten und große Weltraumschrottstücke im Weltraum einfangen, ohne dass dabei hohe Präzision erforderlich ist. Darüber hinaus entstehen bei der Verwendung des Flugnetzes keine Abfälle mehr, was die Sicherheit erhöht.

Weltraummüll kann eine Gefahr für Satelliten und andere Weltraumgüter im Orbit darstellen und das Risiko von Weltraummissionen erhöhen. Daher muss die Gefahr von Schäden an der Quelle eingedämmt werden, indem die Nachhaltigkeit der Luft- und Raumfahrttechnologie verbessert wird, umweltfreundliche Materialien verwendet werden, die Überwachung verstärkt wird und ausgefallene Geräte umgehend beseitigt werden. Der Weltraum ist das gemeinsame Eigentum der gesamten Menschheit und der Schutz der Weltraumumwelt erfordert gemeinsame Anstrengungen und die Zusammenarbeit aller Länder.

Einige Informationen stammen von People's Daily Online, CCTV.com, International Online usw.

(Wissenschaftliche Überprüfung: Yin Rui, stellvertretender Oberbefehlshaber des Astronautensystems des bemannten Raumfahrtprogramms Chinas)