Der Weltraum in der niedrigen Erdumlaufbahn ist ein „großer Schatz“

Vor Kurzem, nach dem erfolgreichen Start des bemannten Raumschiffs Shenzhou XIV, werden drei Astronauten die Andockarbeiten des Tianhe-Kernmoduls an die beiden großen Experimentalmodule „Mengtian“ und „Wentian“ im Orbit durchführen, um die umfassende Baumission der chinesischen Raumstation Tiangong abzuschließen. Dies bedeutet nicht nur, dass das chinesische Volk im Weltraum eine stabile „Heimat“ hat, sondern auch, dass unsere Entwicklung der Weltraumressourcen, insbesondere der Ressourcen in erdnahen Umlaufbahnen, in eine neue Phase eingetreten ist. Wie hoch sind also die Weltraumressourcen?

Die niedrige Erdumlaufbahn ist die Weltraumressource, die der Mensch am intensivsten entwickelt und am meisten genutzt hat.

Wertvolle Ressourcen, optimale Nutzung

Die Geschichte der Entwicklung der menschlichen Zivilisation ist die Geschichte der Erforschung und Erschließung von Ressourcen. Von der Steinzeit, Bronzezeit, Eisenzeit, Dampfzeit bis zum Informationszeitalter hat sich die Fähigkeit der Menschheit, die Ressourcen der Erde zu nutzen, rasant erweitert. In der Vergangenheit waren alle Ressourcen, auf die sich die menschliche Entwicklung stützte, begrenzt und auf den kleinen felsigen Planeten Erde beschränkt.

Im gegenwärtigen Weltraumzeitalter stehen der Menschheit unbegrenzte Ressourcen zur Verfügung. Beispielsweise gibt es im Universum mindestens eine Billion Sterne wie unsere Sonne, und selbst ein Milliardstel der Strahlung unserer winzigen Sonne reicht aus, um alles bekannte Leben auf der Erde hervorzubringen.

Die Sonne brachte das Leben auf der Erde hervor

Allerdings ist die Nutzung der vorhandenen menschlichen Luft- und Raumfahrttechnologie zur Erschließung des entfernten interstellaren Raums noch immer ein ferner Traum. Der Mensch kann nur mit dem ersten Schritt beginnen, der vor ihm liegt, insbesondere im erdnahen Orbit, 200 bis 2.000 Kilometer von der Erde entfernt. Dies ist die Grenze zwischen der Erde und dem weiten Weltraum. Es verfügt über die Eigenschaften eines Weltraums und lässt sich relativ einfach entwickeln. Daher ist es die bevorzugte Umlaufbahn für bemannte Raumflüge und die meisten Raumfahrzeuge geworden.

In der niedrigen Erdumlaufbahn ist nur noch eine sehr geringe Menge Treibstoff erforderlich, um eine stabile Umlaufbahn um die Erde aufrechtzuerhalten. Zudem befindet sich das Raumfahrzeug in einem stabilen Zustand der Schwerelosigkeit. Dies ist die perfekte experimentelle Umgebung, die auf der Erde kaum auf lange Sicht aufrechterhalten werden kann. Beispielsweise können Wassertropfen im Weltraum problemlos auf natürliche Weise perfekte Kugeln bilden, das Wachstum und die Bewegung von Organismen werden nicht durch die Schwerkraft beeinflusst und die Oberfläche eines Raumfahrzeugs kann zu einer Plattform für Hightech-Experimente werden, selbst wenn es sich in einer speziellen Weltraumstrahlungsumgebung befindet.

Im Weltraum ist der Einfluss der Erdatmosphäre, des Magnetfelds und der Ionosphäre auf Raumfahrzeuge viel geringer als auf der Erdoberfläche. Wenn beispielsweise ein Weltraumteleskop in den Weltraum vordringt, kann es elektromagnetische Wellen in fast allen Bändern beobachten. Auf der Erde sind die meisten elektromagnetischen Bänder aufgrund der Abschirmung des Geomagnetfelds/der Ionosphäre, Störungen durch meteorologische Bedingungen und menschlicher Licht-/Elektrosmogverschmutzung unzugänglich.

Im Weltraum eingesetzte Teleskope haben die menschliche Astronomie beinahe neu gestaltet

Im Weltraumzeitalter haben brillante Weltraumteleskope wie Hubble, Spitz und Herschel die menschliche Astronomie nahezu neu gestaltet.

Darüber hinaus ist die erdnahe Umlaufbahn näher an der Erde, weist eine höhere Umlaufgeschwindigkeit und eine kürzere Umlaufzeit auf. Durch den Einsatz von Fernerkundungssatelliten in erdnahen Umlaufbahnen können nicht nur klarere Beobachtungsdaten gewonnen, sondern auch der Globus schneller abgedeckt werden. Nach der Vernetzung kann es zu einem perfekten „Skynet“ werden, was von großer Bedeutung ist.

Wenn also die Erde die Wiege der Menschheit ist, dann ist die erdnahe Umlaufbahn der erste „Lauflernwagen“ der Menschheit.

Reichhaltige und vielfältige Auswahl

Für bemannte Raumflüge ist eine niedrige Erdumlaufbahn die beste Wahl. Wenn die Umlaufbahn zu niedrig ist, wird die dünne Luft die Umlaufbahn des Raumfahrzeugs und der Raumstation langsam absenken, was zu übermäßig hohen Kosten für die Aufrechterhaltung einer stabilen Umlaufbahn der Raumstation führt. Um die Umlaufbahn zu erhöhen, wäre ein häufiger Betrieb des eigenen Antriebssystems oder der Einsatz eines Hochfrequenz-Frachtraumfahrzeugs erforderlich. Bei einer zu hohen Umlaufbahn bieten die Ionosphäre und das Magnetfeld der Erde weniger Schutz, wodurch sie anfällig für Bedrohungen durch anormale kosmische Strahlung wird und die Versorgung mit Nachschub erheblich schwieriger wird.

Niedrige Erdumlaufbahn bietet Satelliten viel Platz

Bemannte Raumfahrzeuge operieren üblicherweise in Umlaufbahnen mit einer Neigung von 40–50 Grad, was ebenfalls viele Vorteile mit sich bringt. Dadurch kann nicht nur die Abdeckung dicht besiedelter Gebiete in den mittleren und niedrigen Breiten der Erde sichergestellt werden, sondern auch die Mess- und Steuerungsunterstützung vereinfacht werden. Dadurch kann die Trägheit der Erdrotation besser ausgenutzt und die Starteffizienz verbessert werden. Als beispielsweise in China das Zeitalter der Raumstationen begann, wurde neben dem traditionellen Satellitenstartzentrum Jiuquan, das aufgrund seiner vorteilhaften Infrastruktur weiterhin für bemannte Starts genutzt wurde, für den Bau nachfolgender Raumstationen und für Raumfrachtmissionen das auf einem niedrigeren Breitengrad gelegene Weltraumstartzentrum Wenchang gewählt.

Sonnensynchrone Umlaufbahnen sind eine weitere wertvolle Weltraumressource. Die Erde ist keine perfekte Kugel und die Abflachung dieses Ellipsoids führt dazu, dass sich die Neigung der Satellitenumlaufbahn langsam ändert. Wenn die Umlaufbahn so gestaltet ist, dass der Neigungswinkel durch die Schwerkraft der Erde beeinflusst wird und mit der natürlichen Präzession der Erde um die Sonne übereinstimmt, dann ist die Ortszeit, zu der das Raumfahrzeug einen bestimmten Punkt auf der Erde passiert, im Wesentlichen festgelegt. Beispielsweise ist es jedes Mal 14:00 Uhr, wenn die Raumsonde einen Punkt am Äquator passiert. Ortszeit. Daher wird diese Umlaufbahn als sonnensynchrone Umlaufbahn bezeichnet, mit einer Höhe von 600–800 Kilometern und einer Bahnneigung von etwa 98 Grad.

Wenn ein Raumfahrzeug in sonnensynchroner Umlaufbahn über einen Ort fliegt, herrscht stets eine stabile Lichtumgebung, was für Satelliten, beispielsweise zur optischen Fernerkundung, zur Wetterbeobachtung und zur Ressourcenerkundung, von großer Bedeutung ist. Es können stabile und wiederholte Besuche durchgeführt werden, um die wertvollsten Informationen zu erhalten. Wird die Umlaufbahn feiner gestaltet, sodass sich die Raumsonde stets entlang der Erdterminatorlinie bewegt, können damit sehr energieaufwendige Erdbeobachtungen wie beispielsweise Radarinterferometrie durchgeführt und auch langfristige und stabile Sonnenbeobachtungen durchgeführt werden.

Die beiden oben genannten dominanten Umlaufbahnen bieten absolute Vorteile bei der Entwicklung von Ressourcen für erdnahe Umlaufbahnen.

Darüber hinaus gibt es einige darauf basierende Umlaufbahnen für spezielle Anwendungen. Beispielsweise verläuft die polare Umlaufbahn stabil über die beiden Pole und kann unter dem Einfluss der Erdrotation eine Rundumabdeckung der Erde erreichen. Umlaufbahnen mit geringer Neigung, wie etwa die über dem Äquator, können die am dichtesten besiedelten Gebiete der Erde abdecken und haben einen höheren kommerziellen Wert.

Entwicklung zeigt Beschleunigung

Die erdnahe Umlaufbahn war schon immer die Weltraumressource, die der Mensch am intensivsten entwickelt und von der er am meisten profitiert hat. Ob es sich nun um große bemannte Raumfahrtprojekte wie die Saljut-Serie, Mir, Skylab, das Space Shuttle, die Internationale Raumstation ISS und die Tiangong-Raumstation oder um verschiedene Wetter-, Fernerkundungs-, Geologie- und Astronomiesatelliten handelt, die niedrige Erdumlaufbahn ist das bevorzugte Ziel. Durch den groß angelegten Start von Satelliten für die Internetkommunikation in niedrigen Umlaufbahnen und andere Zwecke wird der erdnahe Weltraum jedoch immer voller.

Nehmen Sie als Beispiel die Starlink-Satellitenkonstellation, die von SpaceX in den USA gebaut wird. Dank der technischen und Kostenvorteile der wiederverwendbaren Falcon-9-Rakete belegen Starlink-Satelliten zunehmend Ressourcen im erdnahen Weltraum. Wenn wir außerdem die riesigen Konstellationen erdnaher Satelliten berücksichtigen, die von Unternehmen wie OneWeb, Amazon, Airbus und Samsung gestartet werden, bedeutet dies, dass die Welt in den nächsten 10 bis 20 Jahren allein im erdnahen Umlaufbereich Zehntausende von Satelliten starten wird, was die Ansammlung von Satelliten in den letzten 60 Jahren bei weitem übertrifft, und dies ist nur ein Bereich des Satelliteninternets.

Oberflächlich betrachtet sind die Ressourcen in der erdnahen Umlaufbahn nahezu unbegrenzt und im Vergleich zur vorhandenen Anzahl bemannter Raumfahrzeuge ist sie immer noch „extrem leer“. Doch der Weltraum birgt auch viele Risiken. Jedes Raumfahrzeug in einer niedrigen Erdumlaufbahn bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von mehr als sieben Kilometern pro Sekunde, was fast dem 200-fachen der Geschwindigkeitsbegrenzung von 120 Kilometern pro Stunde auf Autobahnen entspricht.

In diesem Fall ist die kinetische Energie eines jeden Objekts extrem groß und die Zerstörungskraft erstaunlich. Daher kann der Betrieb von Raumfahrzeugen mit zahlreichen Unfallrisiken verbunden sein. Kommt es zu einer Kollision zwischen Raumfahrzeugen oder mit Weltraummüll, erhöht sich die Menge des Weltraummülls schlagartig. Wenn dieser Müll nicht kontrolliert wird und ungehindert wachsen kann, wird die Erde in absehbarer Zukunft mit Weltraummüll bedeckt sein. Daher muss die Menschheit einen Weg finden, die Umgebung der erdnahen Umlaufbahn sauber zu halten.

Eine große Menge Weltraummüll und aktive Raumfahrzeuge drängen sich zusammen, was leicht zu Kollisionen führen kann

Die beste Lösung besteht darin, die Grundursache zu beheben. Einerseits wird die Möglichkeit, dass Satelliten zu Weltraumschrott werden, von vornherein ausgeschlossen. Bei der Konstruktion von Satelliten und Raketen wird ein gewisser Spielraum gelassen, damit diese genügend Treibstoff mitführen können. Wenn der Satellit das Ende seiner Lebensdauer erreicht, kann er die letzte Energie nutzen, um die Umlaufbahn zu verlassen und erneut in die Atmosphäre einzutreten, um zu verglühen. Andererseits sollten die Länder weltweit einheitliche Regeln für den Weltraumverkehr formulieren, um potenzielle Kollisionsrisiken zu vermeiden und die Weltraumressourcen gemeinsam und friedlich zu erschließen.