Unsere Köpfe sind mit „Müll“ bedeckt? Das Problem des Weltraummülls kann nicht ignoriert werden

Vor etwa zwei Wochen wurden Astronauten, die tief und fest in der Internationalen Raumstation schliefen, plötzlich vom Bodenkontrollzentrum geweckt. Sie zogen hastig ihre Raumanzüge an, befolgten die Sicherheitsvorschriften, um den Schutzraum zu betreten, und schlossen einige wichtige Luken. Kurz zuvor war von einem russischen Startplatz aus eine Antisatellitenrakete gestartet, die wenige Minuten später den seit Jahrzehnten außer Dienst gestellten russischen Satelliten Kosmos 1408 abfing.

Bei der Kollision wurden über 1.500 Satellitentrümmerteile hinterlassen, die sich noch aufspüren ließen, doch weitere Hunderttausende sind schätzungsweise schwer zu finden. Anschließend erstellte das Raumfahrtsoftwareunternehmen AGI ein GIF, das simulierte, wie Kosmos 1408 augenblicklich zu einem „Trümmernebel“ wurde, der sich in einer niedrigen Erdumlaufbahn auflöste.

AGI-Simulation GIF von AGI

Nach der Zerstörung wurden die Fragmente in Weltraumumlaufbahnen in einer Höhe von 300 bis 700 Kilometern über der Erde verstreut. Einige der Fragmente verfehlten die Internationale Raumstation nur um 40 Kilometer, und die sieben auf der Station stationierten Astronauten konnten entkommen.

Kommt es zu einem Unfall, sind die Folgen mit denen des Weltraumkatastrophenfilms „Gravity“ vergleichbar. Sollte die Raumstation durch Trümmer beschädigt werden, muss die Besatzung die Raumstation fast wie im Film evakuieren und mit dem Raumschiff Sojus MS-19 oder Crew Dragon zur Erde zurückkehren.

„Unerhört“ und „skrupellos“, warf NASA-Administrator Bill Nelson dem vom russischen Militär geleiteten Test vor den Kameras der Medien vor. Die Internationale Raumstation hatte dieses Mal „Glück“, der Gefahr zu entgehen, doch die Auswirkungen und Krisen, die durch Weltraummüll verursacht werden, sind immer langanhaltend. Erst vor einer Woche hatte die Internationale Raumstation eine Notfall-Orbitänderung durchgeführt: Mehrere Triebwerke zündeten sechs Minuten lang, um die Umlaufbahn um 1,1 Kilometer anzuheben und so den Trümmern eines anderen Wettersatelliten auszuweichen, der vor 14 Jahren zerstört worden war.

Der Satellitenexperte Jonathan McDowell glaubt, dass der Zerfall von Kosmos 1408 möglicherweise den nächsten „Gefahrenschalter“ gedrückt hat. Natürlich lernen die Raumstation und die Astronauten, mit der zunehmend „unsicheren“ Weltraumumgebung zu leben.

Die Prämisse besteht darin, dass es vorhersagen kann, wann Gefahr droht.

Unsere Köpfe sind mit Müll bedeckt

Alles begann mit dem Wettlauf im Weltraum zwischen den Vereinigten Staaten und der Sowjetunion. 1961 blickte Gagarin vom Weltraum aus auf die Erde. Kennedy war zutiefst begeistert und gab die kühne Erklärung ab, dass er innerhalb von zehn Jahren die Sowjetunion bei der Mondlandung übertreffen werde. Zuvor befanden sich nur etwa 50 von Menschenhand geschaffene Objekte in einer niedrigen Erdumlaufbahn.

Von den 1960er bis in die 1980er Jahre führten die Sowjetunion und die Vereinigten Staaten abwechselnd Antisatellitentests durch. In weniger als zwei Jahrzehnten wurden allein bei 20 Tests der ehemaligen Sowjetunion 700 Fragmente (Trümmer) nachgewiesen. Derart häufige Explosionstests haben zu internationaler Kritik geführt. In den folgenden Tagen wurden die Antisatellitentests endgültig eingestellt. Allerdings hat man auch festgestellt, dass Satelliten versehentlich miteinander kollidieren können und dass das Risiko der Entstehung von Weltraummüll ebenso groß ist.

Entstehung von Weltraummüll | Giphy

Die erste aufgezeichnete Satellitenkollision ereignete sich im Jahr 1991. Der ausgemusterte russische Navigationssatellit Cosmos 1934 wurde von einem Bruchstück seines Schwestersatelliten Cosmos 926 in zwei Hälften zerbrochen – eine Art „ruhige“ Kollision. Zu einer heftigeren Kollision kam es 2009, als der US-Kommunikationssatellit Iridium 33 mit dem außer Dienst gestellten russischen Satelliten Cosmos 2251 kollidierte. Innerhalb eines Jahres wurden nicht weniger als 1.740 Fragmente identifiziert. Dies war die erste Hyperschallkollision zwischen künstlichen Satelliten mit einer Kollisionsgeschwindigkeit von 11,7 km/s.

Nach dieser Satellitenkollision erreichte auch die Menge an Weltraumschrott einen „Höhepunkt“. In den „Richtlinien zur Eindämmung von Weltraummüll“, die vom Ausschuss der Vereinten Nationen für die friedliche Nutzung des Weltraums verabschiedet wurden, wurden mehrere Grundsätze für die Umsetzung hervorgehoben: Raumfahrzeuge im Orbit dürfen nach Abschluss ihrer Mission nicht für längere Zeit in einer niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) verbleiben und müssen Verletzungen von Personen vermeiden, wenn sie aus der Umlaufbahn in die Atmosphäre stürzen. Befindet sich das Raumfahrzeug in der Nähe einer geosynchronen Umlaufbahn (GEO), besteht die Möglichkeit, die Auswirkungen künftiger Explosionen zu verhindern darin, es nach der Außerdienststellung in eine höhere „Friedhofsumlaufbahn“ zu bringen.

Die größte Menge Weltraumschrott befindet sich in erdnahen Umlaufbahnen. Aufgrund der Schwerkraft und des Luftwiderstands ist es wahrscheinlicher, dass Weltraummüll unterhalb einer Höhe von 500 Kilometern auf natürliche Weise in die Atmosphäre fällt und während des Falls verglüht. In der geostationären synchronen Umlaufbahn, in der sich Kommunikationssatelliten konzentrieren, ist die Bahnneigung 0 Grad und die Umlaufbahnhöhe 36.000 Kilometer beträgt, sodass die Satelliten relativ ruhig zur Erde liegen. Wenn hier erst einmal Weltraummüll entsteht, wird es äußerst schwierig sein, dass dieser „auf natürliche Weise verschwindet“. Der „Friedhofsorbit“ in über 50 Kilometern Höhe wird das endgültige Ziel dieses Weltraumschrotts sein.

Es ist nicht mehr angemessen, zur Beschreibung der Weltraumumlaufbahn das Wort „leer“ zu verwenden. Öffentlichen Angaben zufolge waren im Juli 2016 1.419 Satelliten in Betrieb. Drei Jahre später stieg diese Zahl auf 2.218. Allerdings stieg damit auch die Zahl der Raketenstufen, Raumfahrzeugtrümmer, nicht mehr funktionierenden Satelliten sowie der Arbeits- und Lebensabfälle, die Astronauten versehentlich wegwarfen. Die Zahl der über unseren Köpfen schwebenden, von Menschenhand geschaffenen Objekte ist von 18.000 auf 20.000 (erfasst) gestiegen.

Raumschiffe zerfielen und wurden zu Weltraumschrott丨Giphy

Die Entwicklung gewerblicher Flächen in den letzten Jahren hat die Überlastung noch verschärft.

Nicht alle Astronomen loben Elon Musk dafür, dass er die Kosten für Raketenstarts um ein Vielfaches gesenkt hat. Was ihnen noch mehr schlaflose Nächte bereitet, ist Musks Starlink – eine Konstellation von Internet-Service-Satelliten, die letztendlich aus bis zu 42.000 Umlaufbahnen in unterschiedlichen Höhen zwischen 330 und 1.300 Kilometern bestehen könnte. In den letzten Jahren hat Musk 1.892 Satelliten ins All geschickt und damit die Zahl aller künstlichen Satelliten überschritten, die vor Starlink im Weltraum im Einsatz waren. Darüber hinaus berechnete McDowell, dass die Ausschussrate der Starlink-Satelliten bei frühen Starts 3 % betrug.

Als SpaceX im April dieses Jahres seinen zweiten kommerziellen bemannten Start durchführte, wurden vier Astronauten, die kurz vor dem Einschlafen standen, plötzlich geweckt und darüber informiert, dass die Raumsonde Dragon im Begriff sei, mit einem Stück Weltraumschrott zu kollidieren. Glücklicherweise wurde später vom Bodenkontrollzentrum ein „erfolgreiches Stagger“-Signal empfangen.

Eine Frühwarnung kann nicht alle Probleme lösen, denn manche Weltraumschrottpartikel sind so klein, dass selbst wenn sie direkt vor Ihnen vorbeifliegen, keine Zeit zum Reagieren bleibt.

Das US-Verteidigungsministerium verfügt über einen Katalog, in dem 27.000 Weltraumschrottteile mit einem Durchmesser von mehr als 10 cm verzeichnet sind, die vom SSN (Space Surveillance Network) verfolgt werden können. schätzungsweise 500.000 Müllteile zwischen 1 und 10 cm; und mehr als 100 Millionen zwischen 1 mm und 1 cm. 10 cm ist eine Trennlinie. Bei Weltraumschrott größerer Größe ist es sinnvoll, Rendezvous- und Kollisionsbewertungen durchzuführen.

Die zunehmend überfüllte Weltraumumlaufbahn丨Giphy

„Kleiner Müll“, der nicht verfolgt werden kann, birgt ein größeres Gefahrenpotenzial. In den 1960er Jahren erfanden Wissenschaftler die „Light-Gas Gun“ – ein Gerät, das die Umlaufgeschwindigkeit simuliert. Wenn ein nur 7 Gramm schweres Projektil aus Polycarbonat mit einer Geschwindigkeit von 7 km/s auf einen Aluminiumblock trifft, „explodiert“ sofort ein Krater, der fünfmal breiter und fünfmal tiefer ist als seine eigene Größe.

Wegen des Weltraummülls, der sich überhaupt nicht vermeiden lässt, ist die Internationale Raumstation mit einem Whipple-Schild geschützt. Diese Struktur zum Schutz von Raumfahrzeugen vor Hochgeschwindigkeitseinschlägen wurde in den 1940er Jahren vom Astronomen Fred Lawrence Whipple erfunden.

Der ehemalige Kommandant der Raumstation, Chris Hadfield, meinte dazu: „Wenn man sich in der Raumstation ruhig verhält, hört man zwar nicht jeden Tag ‚Bang-Bang‘-Geräusche, aber sie kommen recht häufig vor.“ Hadfield hat einmal auf Twitter ein Foto gepostet, das ein kleines Loch im Solarpanel der Raumstation zeigt, das höchstwahrscheinlich durch winzigen „Weltraumschrott“ verursacht wurde.

Einschussloch, wie von Chris Hadfield erwähnt | Twitter

Garbage Collector

Vier Monate nach der „Begegnung“ zwischen Iridium 33 und Cosmos 2251 bedeckten die Trümmer der „heftigen Kollision“ fast die gesamte Umlaufbahn, in der sie sich einst befanden. Man hat wieder begonnen, die theoretische Hypothese von Donald Kessler aus dem Jahr 1978 ernst zu nehmen: Wenn die Dichte der Objekte in einer niedrigen Erdumlaufbahn einen kritischen Punkt erreicht, können die durch eine Kollision entstehenden Fragmente weitere Kollisionen auslösen und so einen Kaskadeneffekt erzeugen. Wenn dies geschieht, wird die Erdumlaufbahn mit Müll gefüllt sein, was die Menschheit in den nächsten paar hundert Jahren möglicherweise daran hindern wird, den Weltraum auf normale Weise zu erforschen.

Es gibt noch einen weiteren Grund, warum die Lage ernst ist. Der Anteil dieser Art von Weltraumschrott, der „auf natürliche Weise verdaut“ werden kann, ist weitaus geringer als angenommen. Nach einem Antisatellitentest im Jahr 2007 stieg die Zahl der erzeugten Trümmer im Jahr 2010 auf 2.800 und überschritt im Jahr 2014 die Marke von 3.000. Allerdings verließen weniger als 10 % von ihnen auf natürliche Weise die Umlaufbahn und verbrannten.

Es ist wie das Rasen auf einer Autobahn, auf der ständig mehr Fahrzeuge einscheren und es immer dichter wird. Es gibt immer mehr Leute, die Probleme verursachen, aber glücklicherweise tauchen auch immer mehr Leute auf, die diese Probleme lösen können.

Apple-Mitbegründer Steve Wozniak hat dieses Jahr sein neues Startup Privateer Space angekündigt. Auf die Frage, warum er ein „Weltraumunternehmen“ gegründet habe, sagte er: „Im Weltraum wird es immer voller.“ Wenn Unternehmen wie SpaceX Satelliten starten, möchten sie uns möglicherweise um eine „Google Map“ des Weltraums bitten.

Die Vermessung und Kartierung aus dem Weltraum ist der erste Schritt hin zu einer wirksameren Reinigung und Überwachung. Privateer hat die Genehmigung für zwei Starts erhalten, die, wenn alles gut geht, im Februar bzw. April 2022 durchgeführt werden sollen. Privateer verwendet zur Herstellung des Satellitenchassis eine 3D-Drucktechnologie und verwendet dabei eine Titanlegierung mit hervorragendem Verhältnis von Festigkeit und Gewicht. Dadurch können Satelliten schwerere Sensoren, Batterien und andere Ausrüstung transportieren. Privateer möchte zunächst wissen, wie viel Weltraumschrott wir beseitigen müssen und wo er sich befindet.

Wozniak hat den endgültigen „Fahrplan für die technische Umsetzung“ noch nicht bekannt gegeben, aber Privateer hat bereits mit der Zusammenarbeit mit Astroscale begonnen, einem anderen Unternehmen zur Reinigung von Weltraumschrott. Im März dieses Jahres wurde Astroscales „Technologiedemonstrationssatellit“ ELSA-d mit einem 180 kg schweren Fänger und 20 kg simuliertem Weltraumschrott vom Kosmodrom Baikonur gestartet.

Astroscale-Demo – Offizielle Astroscale-Website

Weltraumschrott befindet sich in ständiger Rotation und es ist unmöglich, mit ihm zu kommunizieren. Der Catcher ist mit optischen Sensoren ausgestattet und verfügt über Such-, Tracking-, Positionierungs- und Inspektionsfunktionen. Der simulierte Weltraumschrott verfügt über eine magnetische Dockingkomponente. Was sich letztendlich herausstellen wird, ist, ob der Fänger den richtigen Zeitpunkt findet, um die Trümmer zu absorbieren und in die Atmosphäre zu ziehen, wo sie verbrennen, wenn der Fänger und die simulierten Trümmer weit voneinander entfernt sind.

Im November dieses Jahres veröffentlichte das Magazin Nature eine Technologie, die von einem Team unter der Leitung von Professor Jake J. Abbott von der University of Utah erfunden wurde. Die Implementierungsmethode ähnelt der Lösung von Astroscale – der Verwendung rotierender Magnete zum Bewegen nicht magnetisierter Metallobjekte. Wenn die Metallfragmente einem sich ändernden Magnetfeld ausgesetzt werden, werden die Elektronen im Inneren in eine Kreisbewegung versetzt, wodurch Drehmoment und Kraft erzeugt werden. Abbott sagte, dass die Lösung mit dem rotierenden Magneten einen Fehler in der Lösung mit dem kontaktbasierten Roboterarm umgehen könne: Wenn sich der Weltraumschrott zu schnell dreht oder außer Kontrolle gerät, bricht der Roboterarm und es entstehen weitere Trümmer.

Weniger als einen Monat, nachdem das japanische Unternehmen Astroscale sein erstes Raumfahrzeug gestartet hatte, brachte ein chinesisches kommerzielles Raumfahrtunternehmen namens Origin Space einen „Weltraum-Bergbauroboter“ auf den Markt und erklärte, seine Recyclingtechnologie könne auch zur Beseitigung von Weltraummüll eingesetzt werden. Laut dem Werbevideo ist diese Reinigungsmethode wie „Fische mit einem Netz fangen“. JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) hat einen ähnlichen Ansatz verwendet. Im Jahr 2016 wurde ein 700 Meter langes „Fischernetz“ aus Edelstahl und Aluminium an Bord eines Frachtraumschiffs zur Internationalen Raumstation ISS geschickt. Es wurde freigesetzt, als das Raumschiff zur Erde zurückkehrte, und der elektromagnetische Effekt wurde genutzt, um die Bewegung des Weltraummülls so weit zu verlangsamen, dass er in die Atmosphäre fallen konnte. Infolgedessen scheiterte die Mission aufgrund eines Fehlers im Auslösesystem.

In „Wall-E“ ist die Szene, in der WALL-E und EVA sich durch eine dicke Schicht Weltraumschrott bohren müssen, als sie mit ihrem Raumschiff aus der Erde stürmen, gar nicht so weit von uns entfernt. Obwohl sich der Geschäftsverlauf aller betroffenen Unternehmen noch in der Überprüfungsphase befindet, können die Regierungsbehörden es kaum erwarten, mit der Auftragsvergabe zu beginnen.

Die ESA erteilte ClearSpace ihren ersten Auftrag zur Beseitigung von Weltraummüll (102 Millionen US-Dollar). Ziel ist die Beseitigung von Satellitenhalterungen, die beim Start eines Satelliten mit der Trägerrakete Vega im Jahr 2013 im All zurückblieben. Im Jahr 2025 wird ClearSpace eine Raumsonde starten. In einer 800 km hohen Umlaufbahn um die Erde wird der Roboterarm die Halterung einfangen, in die Atmosphäre ziehen und dort verbrennen.

ClearSpace-Mission丨wikipedia

In den Augen einer anderen Gruppe von „Konservativen“ ist aktives Eingreifen keine gute Lösung. Einer groben Berechnung des Zhihu-Benutzers @ZX Huo zufolge, der als assoziierter Forscher am Qian Xuesen Space Technology Laboratory zertifiziert ist, muss ein Satellit durchschnittlich 1.000 Jahre „umherwandern“, bevor die Chance besteht, dass er mit einem 10 cm großen Weltraumschrott kollidiert. Obwohl diese Daten fünf Jahre alt sind, ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Raumfahrzeug während seiner normalen Lebensdauer mit Weltraummüll kollidiert, auch heute noch äußerst gering.

Konservative befürchten, dass der Start von Satelliten zur Müllbeseitigung zur Entstehung von noch mehr Müll führen könnte. Aus ihrer Sicht ist eine „genaue Überwachung, frühzeitige Warnung und gegenseitige Vermeidung“ derzeit der beste Weg, zusätzliche Belastungen zu vermeiden. Jedes Jahr gibt die ESA ein „Bulletin“ heraus, um Satelliten zu „benachrichtigen und zu kritisieren“, die nicht versucht haben, in die Friedhofsumlaufbahn einzutreten oder dies nicht geschafft haben.

Das allgemeine Problem, dem sich Konservative und Aktivisten nicht entziehen können, besteht darin, dass der Prozess der Beseitigung von Weltraummüll langsam voranschreitet, die Wachstumsrate jedoch explosionsartig ist. Der Kessler-Effekt sagt voraus, dass eines Tages, wenn sich genügend Objekte in der Erdumlaufbahn befinden, eine Kette katastrophaler Kollisionen unvermeidlich sein wird.

Aber niemand weiß genau, wie viel genug ist.

Verweise

[1]https://gizmodo.com/a-history-of-garbage-in-space-1572783046

[2]https://en.wikipedia.org/wiki/Space_debris

[3]https://www.zhihu.com/question/50794838

[4]https://marketresearchtelecast.com/steve-wozniaks-company-which-seeks-to-be-the-google-maps-of-space-will-launch-its-own-satellites-to-study-and-map-space-debris/207413/

[5]https://m.huxiu.com/article/356915.html?f=app_ios_friends

Autor: Shen Zhihan Steed hat ebenfalls zu diesem Artikel beigetragen

Herausgeber: Liegendes Insekt

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