Was beinhaltet Weltraumverkehrsmanagement?

Beim sogenannten Weltraumverkehrsmanagement handelt es sich natürlich um die Verwaltung verschiedener Objekte, die in der Erdumlaufbahn fliegen. Im Weltraum ist die Frage, was ein Objekt ist, jedoch nicht leicht zu beantworten. Was Weltraumobjekte sind, wird in verschiedenen Dokumenten, Gesetzen und Vorschriften beschrieben. Obwohl sie im Grunde gleich sind, gibt es einige Unterschiede.

Objekte des Weltraumverkehrsmanagements

Zu den Weltraumobjekten im weiteren Sinne zählen natürlich geformte Himmelskörper und künstliche Himmelskörper. Natürliche Himmelskörper können als allgemeiner Begriff für verschiedene Himmelskörper im Universum betrachtet werden, darunter Sternhaufen, Galaxien, Nebel, interstellare Materie, Sterne, Planeten, Satelliten, Kometen, Meteoriten, Asteroiden, Meteoroiden usw. Natürlich sind die meisten davon nicht die Objekte des Weltraumverkehrsmanagements, die wir besprechen werden. Nur erdnahe Asteroiden und Mikrometeoriten werden den Weltraumverkehr beeinträchtigen.

Gegenstand des Weltraumverkehrsmanagements sind Weltraumobjekte im engeren Sinne. Im Vertrag über die Grundsätze zur Regelung der Tätigkeiten von Staaten bei der Erforschung und Nutzung des Weltraums einschließlich des Mondes und anderer Himmelskörper werden als „Weltraumobjekte“ die Objekte selbst und ihre Teile sowie Trägerraketen und Teile von Trägerraketen bezeichnet, die in den Weltraum gestartet werden. Ist der Name dieses Vertrags zu schwer zu merken? Tatsächlich handelt es sich dabei um den bekannten „Weltraumvertrag“. Gemäß dem Vertrag müssen alle von Ländern in den Weltraum gestarteten Objekte beim Ausschuss der Vereinten Nationen für die friedliche Nutzung des Weltraums registriert werden.

Artikel 2 der im Jahr 2001 erlassenen „Maßnahmen zur Verwaltung der Registrierung von Weltraumobjekten“ meines Landes besagt: „Weltraumobjekte im Sinne dieser Maßnahmen sind künstliche Satelliten, bemannte Raumfahrzeuge, Raumsonden, Raumstationen, Trägerraketen und deren Komponenten sowie andere von Menschenhand geschaffene Objekte, die in den Weltraum eindringen.“

In dem von SAIC für die NASA verfassten Bericht „Orbital Traffic Control Report“ wird vorgeschlagen, dass „Weltraumobjekte“ im Bereich des Weltraumverkehrsmanagements auf Weltraummüll und Raumfahrzeuge beschränkt werden sollten, d. h., dass nur von Menschenhand geschaffene Objekte berücksichtigt werden sollten.

Einige andere Wissenschaftler sind jedoch mit einer so engen Einteilung nicht einverstanden und meinen, dass auch natürliche Objekte als „Weltraumobjekte“ betrachtet werden sollten. Wir alle wissen, dass die Auswirkungen der natürlichen Umwelt auf den Verkehr nicht ignoriert werden können. Auf der Erde werden alle Bereiche, ob Luftfahrt, Landverkehr oder Schifffahrt, stark von der Natur beeinflusst, darunter Wetterkatastrophen und geologische Katastrophen. Gibt es also diese beiden Arten von Katastrophen im Weltraum? Natürlich gibt es die. Das Weltraumwetter wird von nicht weniger Faktoren beeinflusst als die Atmosphäre. Darüber hinaus bringt der Weltraum seine eigenen geologischen Probleme mit sich, nämlich Asteroiden und Mikrometeoriten. Kurzfristig ist es unwahrscheinlich, dass erdnahe Asteroiden zerstörerische Auswirkungen auf den Verkehr in der Erdumlaufbahn haben, doch die Auswirkungen von Mikrometeoriten können nicht ignoriert werden. Die Solarzellen der Internationalen Raumstation wurden bereits mehrfach durch Mikrometeoriten beschädigt. Obwohl die eigentliche Arbeit dadurch nicht beeinträchtigt wird, entstehen häufig Löcher darin.

In entsprechenden internationalen Forschungsarbeiten wurden zwar Bedenken hinsichtlich Weltraumkollisionen geäußert, Bedrohungen für die Sicherheit von Orbitalflügen werden jedoch häufiger unter dem Thema Weltraumschrott diskutiert.

Wie viel wissen wir über Weltraumschrott?

Wenn es um Weltraumschrott geht, unterscheiden sich die Definitionen verschiedener Organisationen nicht wesentlich.

Fantasie über Weltraumschrott

Der Ausschuss der Vereinten Nationen für die friedliche Nutzung des Weltraums und der Inter-Agency Space Debris Coordination Committee definieren Weltraummüll als nicht funktionsfähige, von Menschenhand geschaffene Objekte sowie deren Fragmente und Komponenten, die sich in der Erdumlaufbahn befinden oder dabei sind, wieder in die Erdatmosphäre einzutreten. Die Definition von Weltraummüll im „Weißbuch zur Umsetzung des europäischen Weltraumverkehrskontrollsystems“, das gemeinsam von den deutschen, schweizerischen und österreichischen Weltraumagenturen sowie einigen Weltraumforschungseinrichtungen veröffentlicht wurde, lautet: von Menschenhand geschaffene Objekte, die sich in verschiedenen Erdumlaufbahnen befinden und nicht mehr richtig funktionieren, einschließlich Fragmenten und Teilen. Darauf aufbauend erläutert das Whitepaper die Konzepte „verfolgbarer Objekte“ und „nicht verfolgbarer Objekte“. Ein „verfolgbares Objekt“ ist definiert als ein Objekt, das erkannt werden kann und dessen Flugbahn bekannt und vorhersehbar ist. Zu den „verfolgbaren Objekten“ zählen Weltraumschrott und normale Satelliten. „Untrackable Objects“ können vom Weltraumlageerfassungssystem weder erkannt noch wahrgenommen werden.

Im Space Traffic Research-Bericht der International Academy of Astronautics werden Weltraummüllstämme als von Menschen in die Umlaufbahn gebrachte Objekte definiert, die keine Funktion mehr haben. Zu diesen Objekten zählen ausrangierte Raketenstufen und -komponenten sowie Materialien, Müll, Schutt und andere Objekte, die absichtlich oder unabsichtlich weggeworfen oder erzeugt werden.

In der obigen Definition wird häufig von den sogenannten „nicht funktionsfähigen“ und „nicht mehr normal funktionierenden“ Objekten gesprochen, was eine Diskussion über das spezifische Verhalten von Weltraumobjekten erfordert.

Das wichtigste Verhalten eines Raumfahrzeugs ist der normale Orbitalflug und der normale Betrieb. Beispielsweise können Kommunikationssatelliten Netzwerkinformationen normal weiterleiten, Fernerkundungssatelliten können normal Bodenbilder erfassen und an Bodenstationen senden und Navigationssatelliten können normal Navigationsinformationen senden. Darüber hinaus sind alle diese Satelliten in der Lage, ihre Bahnparameter und -lagen korrekt beizubehalten, ohne zu stark abzuweichen. Dabei darf es nicht zu Kollisionen des Satelliten mit anderen Raumfahrzeugen kommen.

Das zweite Verhalten ist das Eintreten in die Umlaufbahn, d. h., nach der Trennung von der Trägerrakete tritt der Satellit aus eigener Kraft in die Arbeitsumlaufbahn ein. Während dieses Vorgangs muss der Satellit möglicherweise die Umlaufbahnen anderer Raumfahrzeuge kreuzen. Dabei muss die Vermeidung von Kollisionen und Störungen berücksichtigt werden.

Das dritte Verhalten ist das Gegenteil, nämlich eine Verzögerung der Umlaufbahn. Wenn der Satellit sein Arbeitsleben beendet hat, muss er in die Atmosphäre zurückkehren und verglühen, um zu vermeiden, dass er im Orbit zu Müll wird. Beim Absenken seiner Umlaufbahn kann der Satellit auch die Umlaufbahnen anderer Raumfahrzeuge kreuzen, wodurch ebenfalls ein Kollisionsrisiko besteht. Einige Satelliten in hohen Umlaufbahnen müssen jedoch nicht in die Atmosphäre zurückkehren, um zu verglühen. Stattdessen werden sie in speziell dafür vorgesehene Friedhofsumlaufbahnen eintreten, und bei diesem Manöver bestehen dieselben Risiken.

Die Bedrohung der chinesischen Raumstation durch Starlink-Satelliten betrifft die zweite und dritte Art von Verhalten.

Die letzte Art von Verhalten ist der völlige Kontrollverlust. Der Satellit kann weder funktionieren noch in die Atmosphäre zurückkehren, geschweige denn in die Friedhofsumlaufbahn eintreten. Es kann nur durch Trägheit wie ein Zombie im Weltraum fliegen, was sehr gefährlich ist. Bei den Satelliten, die damals gestartet wurden, wurde das Problem der Umlaufverzögerung nicht berücksichtigt, sodass die meisten von ihnen zu Zombies wurden. Also, wie viel Müll gibt es im Weltraum? In den mehr als 60 Jahren menschlicher Raumfahrtgeschichte wurden insgesamt mehr als 30.000 Tonnen Materie ins Universum geschleudert. Abgesehen von Raumfahrzeugen, die in den Weltraum vorgedrungen und auf die Erde gestürzt sind, ist ein großer Teil davon zu Weltraumschrott geworden.

Nach Angaben des Space Surveillance Network der USA hatten die USA bis 2017 42.000 Weltraumobjekte in der Erdumlaufbahn registriert, und die Gesamtmasse des Weltraummülls erreichte 7.500 Tonnen, von denen sich 2.700 Tonnen in der erdnahen Umlaufbahn (LEO, Umlaufbahnhöhe 200–2.000 Kilometer) befanden. In der Erdumlaufbahn hat die Zahl der Weltraumtrümmer mit einer Größe von mehr als 10 cm 23.000 erreicht; die Anzahl der Trümmer mit einer Größe zwischen 1 und 10 cm beträgt etwa 500.000; Die Zahl der Trümmer mit einer Größe zwischen 1 und 10 mm beträgt etwa 100 Millionen, und die Zahl der Trümmer unter 1 mm liegt im zweistelligen Milliardenbereich. Durch den kontinuierlichen Start mehrerer Satelliten in sehr niedrigen Umlaufbahnen werden die oben genannten Zahlen definitiv immer größer und die Trümmer werden zunehmen.

Die durchschnittliche Massendichte von Weltraummüll beträgt 2,7 Gramm pro Kubikzentimeter und seine Hauptbestandteile sind Aluminium/Aluminiumlegierungen (44 %), Verbundwerkstoffe (37 %), Edelstahl (12 %), Titanlegierungen und Kupfer. Die wichtigsten geometrischen Formen von Weltraummüll sind Platten, Blöcke, Stäbe und Flocken, und die meisten davon haben unregelmäßige Formen.

Die Verteilung des Weltraummülls im Weltraum ist nicht gleichmäßig. Im niedrigen, mittleren und hohen Orbitbereich beträgt der Anteil des katalogisierten Weltraummülls 75,2 %, 8,3 % bzw. 9,4 %. Die meisten Trümmer davon befinden sich in Umlaufbahnen zwischen 700 und 1.100 km.

Da die meisten Raumfahrzeuge nicht über die Möglichkeit verfügen, die Umlaufbahn zu verlassen, sind der Zerfall außer Dienst gestellter Raumfahrzeuge im Orbit und Kollisionen zwischen nicht mehr funktionsfähigen Raumfahrzeugen die Hauptursache für die Zunahme der Weltraummüllmenge. Bereits im Dezember 2018 gab es Berichte, dass 19 der 64 von SpaceX gleichzeitig eingesetzten Starlink-Satelliten noch nicht identifiziert worden seien und keine Kommunikation mit Bodenbetreibern herstellen könnten. Obwohl die Ausfallwahrscheinlichkeit von Starlink-Satelliten mit dem technologischen Fortschritt immer geringer wird, ist die absolute Zahl außer Kontrolle geratener Satelliten angesichts der enormen Zahl der Starts immer noch beträchtlich, was neue Herausforderungen für die nachhaltige Entwicklung des Weltraums mit sich bringt.