Müllmänner für den Orbit
Die Europäische Raumfahrtagentur ESA arbeitet an einer Initiative zur Beseitigung gefährlicher Trümmer aus der Erdumlaufbahn
Wir schreiben den 13. November 2015. An Bord des Geschäftsreiseflugzeuges »Gulfstream G450« sind die großzügigen Ledersessel von Kameras, Kabel und Messapparaturen belegt. Vor den Fenstern haben Wissenschaftler aus den USA, den Vereinigten Arabischen Emiraten und die beiden deutschen Wissenschaftler der Universität Stuttgart, Stefan Löhle und Fabian Zander, Spektrografen und 20 Kameras montiert. Der Jet steuert vor der Küste Sri Lankas auf die Begegnung mit einem besonders flüchtigen Gast zu - einem Stück Weltraummüll, einst von der Erde gestartet und nun auf Kollisionskurs mit der alten Heimat. Zum ersten Mal wurde im Herbst 2015 der unkontrollierte Wiedereintritt eines künstlichen Objektes zu einer im Voraus bestimmten Zeit und an einem vorhergesagten Ort verfolgt.
Das Objekt »WT1190F« schlägt dann auch wie vorausberechnet um 6:18 Uhr Greenwich Mean Time 100 Kilometer von der an der südwestlichen Inselspitze liegenden Stadt Galle entfernt, in den Indischen Ozean ein. Die kommerziellen Piloten, obwohl noch nie zu solch spezieller Reise angeheuert, leisten auf Anhieb perfekte Arbeit. Während das parallel dazu am Boden operierende Wissenschaftlerteam vom Regen durchnässt wird, können die Experten im Flugzeug ganz bequem durch ein Loch in den Wolken »fantastische Daten« sammeln, »die uns für eine ziemlich lange Weile beschäftigen werden«, wie Expeditionsleiter und Astronom Peter Jenniskens vom SETI-Institut in Mountain View (Kalifornien) nach dem Flug schwärmte.
Erdnahe Umlaufbahnen besitzen einen gewissen Selbstreinigungseffekt. Durch die Restatmosphäre und Einwirkungen von Weltraumwetter werden Objekte abgebremst und verglühen letztendlich durch Reibungshitze in den dichten Schichten der Erdatmosphäre.
Objekte, die sich in einem Orbit von bis zu 1500 Kilometern Höhe befinden, können wieder in die Erdatmosphäre eintreten. Das kann zwischen wenigen Monaten bis zu 600 Jahren dauern.
Befindet sich ein Objekt in einer Umlaufbahn höher als 1500 Kilometer, besonders in der hochfrequentierten und profitablen geostationären Bahn bei 36 000 Kilometern, verbleibt es für immer im All und droht mit anderem Weltraummüll zu kollidieren. JM
Wie sich erst vor ein paar Tagen herausstellte, haben die Wissenschaftler damit erstmalig den Wiedereintritt eines Objektes von einer Umlaufbahn jenseits des Mondes erlebt. Paul Chodas, Asteroidenbeobachter vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena (Kalifornien) schränkte Mitte Januar zwar ein: »Die Identität des Stücks Müll ist beileibe nicht gewiss, aber der aussichtsreichste Kandidat ist das Antriebsmodul für den translunaren Einschuss in die Mondumlaufbahn der im Jahr 1998 gestarteten NASA-Mondmission Lunar Prospector.«
Somit war die Aktion ein wissenschaftlicher Erfolg auf ganzer Linie, zeigte sie doch, dass mit einiger Vorauswarnung auch Asteroiden beim Eintritt in die Atmosphäre observierbar wären - ein Gebiet, auf dem noch viel zu lernen ist. Im Gegensatz zu der umfangreichen Bahnortung von Weltraummüll in niedrigen Erdumlaufbahnen oder der Registrierung von erdnahen Objekten (NEOs) gibt es noch keine konzertierten Programme, um Weltraummüll auf sehr fernen oder hochelliptischen Bahnen zu verfolgen.
Erste Beobachtungen von »WT1190F« gab es daher auch erst ab 2009 und durch Computeranalysen wurde lediglich 2015 klar, dass der Gegenstand auf der Erde einschlagen wird. Nach Kombination aller verfügbaren Beobachtungsdaten konnte geschlussfolgert werden, dass die Flugbahn »die Signatur von etwas trägt, das zum Mond gestartet wurde«, bestätigte Paul Chodas.
Gerhard Drolshagen, einer der erfahrensten Wissenschaftler im Büro für NEO bei der Europäischen Raumfahrtorganisation ESA in Noordwijk (Niederlande) und Co-Manager der »WT1190F«-Aktion im letzten Jahr, betonte, dass das Ereignis nicht nur für die wissenschaftliche Datensammlung wertvoll war, sondern auch ein guter Test für die Notfallpläne der Astronomen, die Maßnahmen koordinieren, falls ein der Erde potenziell gefährlich werdendes Himmelsobjekt auftauchen sollte. »Unsere Pläne haben gut funktioniert«, stellte Drolshagen fest.
Die »Apollo 8«-Mission hat zum ersten Mal in der Geschichte der Menschheit ein Foto geliefert, auf dem die Erde als Ganzes abgebildet war. Dieser Blick vom Weltraum aus, zurück auf unseren Planeten hat erheblich zur Erkenntnis der Besonderheit und Zerbrechlichkeit unseres Heimatplaneten sowie zum ökologischen Bewusstsein beigetragen.
Im Gegensatz dazu ist erst nach Jahrzehnten aktiver Raumfahrt klar geworden, dass der Weltraum selber eine empfindliche Umwelt ist, die Schutz und Bewahrung bedarf. Mehr noch, obwohl der Kosmos für seine unendlichen Weiten berühmt ist, haben die weltweiten Raumfahrtaktivitäten seit »Sputnik 1« im Jahre 1957 eine relativ dichte Müllwolke im erdnahen Raum entstehen lassen, die Sorgen bereitet.
Die noch junge ESA-Initiative, das »Clean-Space«-Programm, ist auf die langfristige Sicherung des erdnahen Weltraums für die Nutzung durch die Menschheit ausgerichtet und fördert gleichzeitig Aktivitäten, die Raumfahrttechnologien sowie Raumfahrtaktivitäten umweltverträglicher machen.
Luisa Innocenti, seit 2012 Leiterin des »Clean-Space«-Programms, erläutert: »Nach mehr als 50 Jahren Weltraumnutzung lohnt es sich, die Art und Weise, wie die Raumfahrtindustrie vorgeht, zu überdenken. Dabei geht es um nachhaltige, sehr langfristige Konzepte, die sowohl die Umwelt auf der Erde als auch im All bewahren. Das ist nicht nur der einzig richtige Weg - die Raumfahrtindustrie teilt sich mit jedem anderen Menschen unseren Planeten -, sondern sollte der europäischen Industrie auch bedeutende Wettbewerbsvorteile bringen.«
Schon drei Jahre nach dem Programmstart zieht Innocenti eine positive Bilanz: »Wir haben mehr Erfolg, als wir anfangs dachten. Zum einen hat uns der Hollywood-Streifen ›Gravity‹ indirekt geholfen, das Thema Weltraummüll in den Augen der Öffentlichkeit zu dramatisieren. Aber leider hatten wir auch viele praktische Demonstrationen, dass Weltraummüll ein echtes Problem ist.« Die Internationale Raumstation weicht regelmäßig Müllobjekten aus und die ESA-Umweltmission »Sentinel-1A« musste bereits am zweiten Tag nach dem Start ein Ausweichmanöver fliegen, ein Fakt, der bislang noch nie so schnell vorgekommen ist, betont Innocenti. »Niemand leugnet mehr das Problem mit Weltraummüll. Wir sind in dieser Hinsicht einen großen Schritt voran gekommen.«
Die »Clean-Space«-Initiative ist ein ziemlich mutiges Allround-Programm. Die ESA möchte, dass Europas Raumfahrtindustrie schon beim Design von Satelliten auf umweltfreundliche Treibstoffe achtet. Momentan ist der hochtoxische Treibstoff Hydrazin erste Wahl: leistungsstark und preiswert. Allerdings, so führt Luisa Innocenti aus: »Egal ob eine alternative Technologie umweltfreundlicher oder einfacher zu handhaben ist, Konstrukteure werden immer mit den schon vertrauten und bewährten Technologien arbeiten, es sei denn, wir als ESA pochen auf die Alternativen.«
So fordert die ESA in Ausschreibungen von vornherein, neben grünen Treibstoffen auch umweltfreundliche und ressourcenschonende Verfahren wie 3D-Druck oder Rührreibschweißen zu verwenden. Ebenso wird zur Standardisierung verpflichtet, um Bauteile leicht austauschbar zu machen. Die ESA hat die drei großen Satellitenbauer in Europa, Airbus Defence and Space, Thales Alenia und OHB, dazu ermuntert, über gemeinsame Technologie-Bausätze nachzudenken. Erstaunlicherweise haben sich die drei Firmen gemeinsam mit der ESA an einen Tisch gesetzt und das Thema positiv aufgenommen.
Doch »Clean Space« geht noch weiter: Das Programm ist darauf ausgerichtet, die nächste Generation von europäischen Satelliten im niedrigen Erdorbit entsprechend den internationalen, freiwilligen Richtlinien zur Weltraummüllvermeidung auszustatten. Demnach soll jeder Satellitenbetreiber dafür Sorge tragen, dass ausgebrannte Raketenoberstufen mit einem letzten Impuls zum Verglühen in der Erdatmosphäre gebracht werden können und somit nicht mehr als Kollisionsobjekt zur Verfügung stehen. Es ist gewünscht, dass Satelliten im Allgemeinen 25 Jahre nach dem Ende des Betriebs in die Erdatmosphäre eintreten oder aber zumindest ihren Platz in stark frequentierten Umlaufbahnen räumen und auf sogenannten Friedhofsbahnen ihr Dasein fristen. Besonders hinsichtlich der zu erwartenden Konstellationen von mehreren Dutzend oder Hunderten von Satelliten sind dies ernste Anforderungen.
»Clean Space« hat eine weitere, sehr interessante Komponente. Bereits auf der ILA 2012 in Berlin hatte das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR eine Raumfahrtmission vorgeschlagen, bei der ein Andocksatellit zu einem ausgedienten Objekt in der Erdumlaufbahn gesendet wird, dieses mit einem Manipulator ergreift und stabilisiert, um das Objekt dann entweder zu reparieren oder in eine andere Umlaufbahn bzw. zum kontrollierten Absturz zu bringen. Die Deutsche Orbitale Servicing Mission - kurz: DEOS - hat derweil eine neue Heimat gefunden. Innerhalb des »Clean-Space«-Programms der ESA soll diese Technologiedemonstrationsmission nicht auf nationaler, sondern auf europäischer Ebene unter dem Namen »e.Deorbit« umgesetzt werden.
Die ESA hat schon einen geeigneten Zielsatelliten für dieses Szenario im Visier. Es ist der im Jahr 2002 gestartete europäische ENVISAT, ein Oldie unter den Umweltsatelliten. ENVISAT hat eine Dekade lang, länger als ursprünglich geplant, hervorragende Daten geliefert. Doch seit 2012 driftet der Acht-Tonnen-Koloss in einer 800 Kilometer hohen Umlaufbahn manövrierunfähig herum. Irgendwann würde er uns auf die Füße fallen. Es wäre eine noble Aufgabe im Dienst der Verbesserung der Weltraummüllsituation, wenn man ENVISAT kontrolliert aus diesem für Erdbeobachtungssatelliten stark frequentierten Orbit herausbekäme. Bei aller guten Absicht, eines muss auch der ESA klar sein: Die Annäherung und das Ergreifen von Satelliten erfolgen nicht zwangsläufig in friedlicher Absicht.
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