Die Mülldeponie am Himmel

Beim Zusammenprall mit größeren Objekten können auch kleine Teile beträchtlichen Schaden anrichten. Ab und zu kommt es zu einer Kollision zwischen zwei großen Objekten, die dann in viele winzige Schrottteile zerbrechen und die Gefahr noch weiter verstärken.

Wilder Westen im All

Das Problem ist nicht neu. Die erste Konferenz dazu veranstaltete die Europäische Raumfahrtagentur (ESA) schon 1993. Seitdem entstanden Konsenspapiere zu Vermeidungsmaßnahmen, Guidelines und Standards. Beim Entwurf und Betrieb von Satelliten werden Raumfahrtrückstände heute berücksichtigt. Kurz: Vermeiden von neuem Weltraumschrott ist ein wichtiges Thema. Wie man aber entfernen soll, was schon im Orbit ist, das bleibt eine ungelöste Frage.

„Da oben geht es zu wie im Wilden Westen“ meint Adam Burrows. „Wir brauchen Regeln, wenn das wieder aufflammende Weltraumbusiness funktionieren soll. Als der erste Vertrag unterzeichnet wurde, der das Vorgehen im Weltraum behandelte, schrieb man das Jahr 1967. Wie viele Nationen hat das damals betroffen? Heute gibt es mindestens zehn Länder, die in der Lage sind, Satelliten zu starten.“ Das ließ sich damals nicht voraussehen. Kaum denkbar, dass man in der aktuellen weltpolitischen Situation sämtliche Beteiligte an einen Tisch bringen könnte, um einen auf die heutige Lage angepassten Vertrag zur Zufriedenheit aller auszuhandeln.

Hinzu kommt: Wer gegen die gängigen Regeln verstößt, muss keine echten Konsequenzen fürchten. Es braucht verbindliche Protokolle, die festlegen, wie ausgemusterte Satelliten den Weg frei machen. Bis heute existiert das nur als eine Art „best practice“. Rechtlich bindend ist ein solches Vorgehen nicht.

„Das Thema ist nicht sexy. Aber es ist wichtig“, sagt Burrows. „Ich habe eine Weile versucht, wenigstens die amerikanischen Interessengruppen an einen Tisch zu bringen: kommerzielle Weltraumunternehmen, von denen wir in den USA eine Menge haben, Ämter, das Militär, Versicherungsgesellschaften und so weiter. Sie sollen über diese Themen wenigstens in der gleichen Art und Weise reden und dasselbe darunter verstehen. Wir müssen erst einmal gemeinsame Nenner formulieren. Mal sehen, ob das möglich ist.“

Wöchentliche Ausweichmanöver

Und wie sehen die Europäer das? Tim Flohrer ist Leiter der Abteilung Weltraumrückstände am Europäischen Raumflugkontrollzentrum ESOC in Darmstadt. Man halte seit drei Jahrzehnten Konferenzen zum Thema ab, doch erst jetzt steige das Interesse merklich, beobachtet er – auch weil die wachsenden Probleme, durch mangelnde Regulierung entstanden, nicht mehr ignoriert werden könnten.

Jedes Ausweichmanöver kostet Satellitenbetreiber Zeit und Geld. Es verbraucht wertvollen Treibstoff, und der Satellit kann keine Daten liefern, solange er die vorgesehene Bahn verlassen hat. „Wir betreiben 22 ESA-Satelliten vom ESOC aus. Fast jede Woche ist die Planung eines Ausweichmanövers nötig. Im Schnitt bewegen wir jeden Satelliten ein- bis zweimal pro Jahr aus der Bahn, um Kollisionen zu vermeiden“, sagt Flohrer. „Auch in der wissenschaftlichen Community ist das Interesse an einer Lösung hoch. Uns droht sonst der Verlust ganzer Bahnhöhen, da sie zu stark verschmutzt sind.“

Friedhof und Müllabfuhr

Der Datenaustausch könnte ebenfalls längst weniger antiquiert sein. „Man mag es fast nicht laut sagen, aber wir kontaktieren andere Betreiber bis heute auch per E-Mail und Telefon“, räumt Flohrer ein. „In der Vergangenheit wurden Fehler gemacht. Es wäre schon ein großer Schritt, wenn die vorhandenen Empfehlungen zur Müllvermeidung von allen verbindlich umgesetzt würden. Etwa, dass Satelliten nach 25 Jahren aus dem Orbit genommen und dazu entweder in tiefere Bahnen geführt werden, wo sie irgendwann verglühen, oder in Friedhofsorbits entsorgt werden. Dann sollten am Ende der Lebensdauer ihre Energiequellen passiv gestellt werden.“ Das heißt, man sollte zum Beispiel Batterien kurzschließen oder Treibstoff verbrauchen. All das reduziert die Gefahr von Explosionen. „Solche Dinge sind heute kein fundamentales technisches Problem, sondern eher eine Frage von Verhalten, Bewusstsein und der Bereitschaft, sich mit dem Ende der Lebensdauer eines Satelliten zu beschäftigen, wenn er keinen Nutzen mehr bringt“, sagt Flohrer.

Es ist also einiges auf gutem Weg. Auch gibt es Überlegungen, wie man den Schrott entfernen könnte, der bereits im All ist. Die Priorität für erste Müllabfuhrprojekte, also die Rückholung von größeren Objekten, hat der stark genutzte Bereich in 800 Kilometer Höhe.

„Erste Schritte zur Entfernung von Weltraumschrott wurden bereits demonstriert. Aber es wird wohl noch bis Ende der 2020er-Jahre dauern, bis sie sich zu tragenden Geschäftsmodellen gemausert haben“, schätzt Tim Flohrer. „Die ESA strebt eine ,zero debris policy‘ an.“ Das große Ziel ist also, Weltraumschrott zu vermeiden oder ganz zu entfernen.

Ein 15 Millionen-Euro-Projekt unter der Leitung der britischen University of Surrey in Guildford demonstrierte 2018, dass eine solche Technik funktioniert. Die RemoveDebris-Plattform brachte dabei zu Übungszwecken ihren „Schrott“ vorsichtshalber selbst mit: Sie setzte zwei Minisatelliten aus, die sie anschließend mittels Netz und Harpune wieder einfing. Zusätzlich wurde ein großes Segel entfaltet, das potenzielle Trümmer abbremsen soll, sodass diese in tiefere Umlaufbahnen sinken und irgendwann beim Eintritt in die Erdatmosphäre verglühen.

Die ESA ist an der ersten Mission beteiligt, die tatsächlich ein Schrottteil bergen soll. Das Projekt heißt ClearSpace-1 und wird maßgeblich von einem Spin-off der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) entwickelt. Der Bergungssatellit soll seine Mission im Jahr 2025 starten. Sie besteht darin, den oberen Teil einer ausgebrannten Vega-Trägerrakete von 2013, den sogenannten Launch-Adapter, mit vier Armen zu umgreifen – ähnlich wie ein Krake seine Beute. Der Launch-Adapter ist einfach geformt, robust konstruiert und somit ein geeignetes Übungsobjekt. Anschließend soll der Satellit sich zusammen mit dem 112 Kilogramm schweren Schrottteil in eine Umlaufbahn bringen, die so tief ist, dass die beiden gemeinsam verglühen. In diesem Moment sind dann auch 120 Millionen Euro „verbrannt“ – sehr viel Geld, um ein einziges Schrottteil zu entsorgen.

Tim Flohrer sieht das aus einer etwas anderen Perspektive: „Wenn es gelingt, ein Objekt im Weltraum zu greifen, festzuhalten und damit zu manövrieren, dann kann man diese Technik in naher Zukunft auch einsetzen, um etwas im All zu montieren oder zu reparieren. Das eröffnet ganz neue Möglichkeiten.“

Weltraumschrott bedroht die Luftfahrt

Auch ein Absturz des Weltraumschrotts macht Probleme. Denn er verglüht nicht immer vollständig beim Wiedereintritt in die Atmosphäre. Das stellt eine Gefahr für Passagierflugzeuge dar, auch wenn die Wahrscheinlichkeit einer Kollision gering ist.

„Nur sechs Prozent dessen, was im Orbit herumsaust, sind funktionsfähige Satelliten“, sagt Michael Kezirian. Er ist Professor für Raumfahrtpraxis an der University of Southern California in Los Angeles. „Es gibt jährlich allein etwa 70 Wiedereintritte in die Atmosphäre von Objekten, die mehr als 800 Kilogramm wiegen. Zehn bis vierzig Prozent der Masse jedes Objekts überstehen den Wiedereintritt und könnten Flugzeuge treffen oder auf bewohntem Gebiet Schäden anrichten.“

Noch geschieht das nur in sehr seltenen Fällen. Das meiste landet im Meer oder in nicht besiedelten Gegenden. Aber das ist pures Glück. Kezirian gibt ein Beispiel: „Als das Space Shuttle Columbia in 60 Kilometer Höhe auseinanderbrach, traf der Großteil der Trümmer innerhalb von 40 Minuten auf die Erdoberfläche. In dieser Zeit durchquerten neun zivile Flugzeuge die Gefahrenzone. Es war Zufall, dass sie nicht getroffen wurden.“ Laut Bericht des Columbia-Unfalluntersuchungsausschusses lag die Wahrscheinlichkeit, dass ein großes Trümmerteil eines dieser Flugzeuge hätten treffen und zum Absturz bringen können, bei 0,1 Prozent. Rein statistisch stand die Wahrscheinlichkeit für einen weiteren Todesfall bei diesem Raumfahrtunglück 1 zu 7.

Kezirian ist Präsident der International Space Safety Foundation und arbeitet an Lösungen für das Problem des Weltraumschrotts. Ihn beunruhigt, dass die Masse der Objekte im Orbit durch die kommerzielle Raumfahrt deutlich steigt – etwa durch große Konstellationen miteinander vernetzter Satelliten wie Starlink, die von SpaceX in den Erdorbit gebracht werden. Bis Februar 2023 sind 3981 gestartet worden, von denen 3688 noch im Orbit sind und 3643 funktionieren. Damit ist SpaceX bereits jetzt der größte Satellitenbetreiber weltweit. Insgesamt darf das Unternehmen bis 2027 laut bestehender Genehmigungen knapp 12.000 Satelliten in den Orbit bringen. „2019 hat SpaceX bei der International Telecommunication Union einen weiteren Lizenzantrag eingereicht, der erlauben soll, die Zahl der Starlink-Satelliten bis auf 42.000 Stück aufzustocken. Diese Satelliten sind so ausgelegt, dass sie am Ende ihres Lebenszyklus wieder in die Atmosphäre eintreten, um zu verglühen. Das erhöht die Wiedereintrittsrate deutlich.“

Kezirian fürchtet, dass das zu Zwischenfällen im Luftverkehr führen wird. Daher engagiert er sich für Frühwarnsysteme. Diese gäben den Piloten immerhin zehn Minuten Zeit, um zu reagieren und eine gefährdete Zone zu verlassen.

Solche Angebote entstehen in den USA gerade. Dafür nutzbare Infrastrukturen existieren bereits, etwa die Applikation ForeFlight, die Piloten in Echtzeit über Push-Nachrichten beispielsweise über Wetteranomalien unterrichtet, auf die sie reagieren müssen. Eine große Hürde besteht allerdings darin, dass man bisher kaum in der Lage ist, Weltraummüll mit so hoher Präzision zu verfolgen, dass sich Zeitpunkt und Ort seines Wiedereintritts exakt genug vorhersagen lassen.

Und die Gefahr wächst: „Angenommen, es würden alle großen Satellitenkonstellationen, die im Moment in Planung sind, tatsächlich realisiert. Dann würde am Ende von deren Lebenszyklus die Masse der Satelliten, die jährlich in die Atmosphäre wieder eintreten, von 100 Tonnen auf 800 bis 3200 Tonnen hochschnellen“, schrieb Kezirian im Journal of Space Safety Engineering.

Immerhin hat SpaceX mittlerweile angekündigt, die Starlink-Satelliten mehrheitlich so auszulegen, dass sie ohne massive Metallteile auskommen, die den Wiedereintritt überstehen könnten. Das begrüßt Kezirian – eine perfekte Lösung sei es aber nicht. Er ist skeptisch, ob alle Trümmer verglühen. Außerdem ist SpaceX nur eines von mehreren Unternehmen, die Pläne angekündigt oder bereits Anträge für den Start und den Betrieb umfangreicher Satelliten-Konstellationen eingereicht haben. Überdies besitzen die dafür genutzten Trägerraketen ebenfalls große Komponenten, die beim Aufstieg und Wiedereintritt die Atmosphäre durchqueren, was zusätzliche Gefahren mit sich bringt. Alle diese Teile verschmutzen die oberen Luftschichten, ohne dass man die Auswirkungen beispielsweise auf die Ozonschicht heute schon benennen kann.