Wagehalsige Manöver draufgängerischer Raumschiffpiloten, um Gesteinsbrocken zu entkommen, die durch das Weltall streifen, gehören zum Standardrepertoire vieler Science-Fiction-Geschichten. Doch auch in der realen Raumfahrt könnte Slalomfliegen bald zu einer wichtigen Disziplin werden, um Crashs mit kosmischen Geschossen zu vermeiden. Gefahr droht dabei jedoch nicht von felsigen Asteroiden und Kometen, sondern von den Hinterlassenschaften des Menschen im All: dem Weltraummüll.

„Derzeit befinden sich rund 330 Millionen von Menschen geschaffene Objekte mit einem Durchmesser größer als ein Millimeter in Umlaufbahnen um die Erde”, schätzt Michael Oswald vom Institut für Luft- und Raumfahrtsysteme der Technischen Universität Braunschweig. Nur die wenigsten davon erfüllen einen Zweck. Das meiste ist schlicht Unrat: ausrangierte Satelliten, ausgebrannte Raketentriebwerke, Werkzeug, Halterungen, Abdeckkappen – und vor allem jede Menge Bruchstücke, die von Explosionen größerer Objekte übrig geblieben sind. In den durch die Raumfahrt am intensivsten genutzten Bereichen einige Hundert Kilometer über der Erde sowie in der geostationären Umlaufbahn in 36 000 Kilometer Höhe zirkuliert immer mehr Müll. Für Satelliten und Astronauten ist er eine riesige Gefahr.

So müssen bei jedem Start des amerikanischen Space-Shuttle spezielle Computerprogramme aus den Bahndaten aller bekannten, durch den Orbit schwirrenden Objekte ermitteln, ob beim Aufstieg des Raumschiffs und bei seiner weiteren Mission die Bahn frei ist. Schon mehrmals mussten Fenster der Raumfähren ausgetauscht werden, weil kleinere Weltraummüll-Partikel eingeschlagen waren und die Scheiben beschädigt hatten. An Bord der Internationalen Raumstation ISS soll eine doppelwandige Abschirmung der bemannten Module die Sicherheit der Astronauten gegen den Einschlag kleinerer Schrott-Teile gewährleisten.

Doch gegen größere Kaliber bietet auch das keinen zuverlässigen Schutz: „Ein Trümmerstück mit einem Zentimeter Durchmesser würde mühelos die Außenwand jedes Raumfahrzeugs durchschlagen”, warnt Oswald. Trifft ein solches Objekt mit einer Relativgeschwindigkeit von etwa 10 Kilometern pro Sekunde auf die Oberfläche eines Raumfahrzeugs auf, wird dabei etwa dieselbe Energie freigesetzt wie bei der Detonation einer Handgranate. Denn diese Geschwindigkeit entspricht etwa dem 40fachen Tempo eines Passagierflugzeugs. „Ein Satellit würde durch einen solchen Crash mit hoher Wahrscheinlichkeit zerstört”, sagt Oswald. „ Selbst ein nur ein Millimeter kleines Teilchen kann einen Satelliten beim Aufprall erheblich beschädigen.”

Simulationsrechnungen der Wissenschaftler an der TU Braunschweig malen ein düsteres Bild. Sie belegen: Nimmt die Zahl der Objekte in Umlaufbahnen um die Erde weiter zu wie bisher, wird das zu einer verhängnisvollen Kettenreaktion führen. Explosionen von ausgedienten Satelliten und Raketenstufen würden die Trümmerzahl rapide anwachsen lassen. Dadurch stiege auch die Wahrscheinlichkeit von Zusammenstößen größerer Bruchstücke, was die Zunahme des Weltraummülls weiter beschleunigen würde. Die Folge: In ein paar Jahrzehnten wäre die Bedrohung durch den Unrat so groß, dass an eine Raumfahrt kaum noch zu denken wäre.

Um diesen Super-GAU zu verhindern, ist ein Aufräumen im All dringend nötig. Und damit soll auch – zunächst im geostationären Orbit – bald begonnen werden. Dort, wo Telekommunikations-, Forschungs- und Wettersatelliten die Erde aus 36 000 Kilometer Höhe von einem schmalen Band über dem Äquator aus ins Visier nehmen, soll künftig ROGER das Säubern der Umlaufbahn erledigen. Das Konzept für dieses Raumfahrzeug, dessen Name für „Robotic Geostationary Orbit Restorer” steht (auf Deutsch etwa: Restaurierungsroboter für den geostationären Orbit), haben die Wissenschaftler der TU Braunschweig zusammen mit Forschern anderer Institute und Firmen, zum Beispiel des Bremer Raumfahrtunternehmens EADS Space Transportation und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), im Auftrag der Europäischen Weltraumagentur ESA entwickelt.

„Die Aufgabe von ROGER soll sein, ausgediente Satelliten einzufangen und auf eine so genannte Friedhofsbahn zu schleppen, die sich rund 400 Kilometer oberhalb der geostationären Bahn befindet”, erklärt Jürgen Starke, Studienleiter Vorentwicklung bei EADS Space Transportation. Dieser „Grave Yard Orbit” wurde schon vor etlichen Jahren als letzte Ruhestätte für ausgemusterte Raumfahrzeuge eingerichtet, damit sie aktive Satelliten nicht länge gefährden. Doch bislang findet nur ein kleiner Teil der Satelliten dort die letzte Ruhe.

„Damit sich ein Satellit nach Ende seiner Betriebsdauer aus eigener Kraft auf die Friedhofsbahn anheben kann, ist Treibstoff erforderlich, der extra dafür aufgespart werden muss”, erklärt der Braunschweiger Raumfahrtforscher Oswald. Eine bestimmte Menge an Treibstoff haben die meisten Satelliten an Bord. Er dient während ihrer aktiven Betriebszeit dazu, sich durch kurzzeitiges Zünden von Triebwerken immer wieder auf der Umlaufbahn zu stabilisieren. „Der für den Transport auf die Friedhofsbahn erforderliche Sprit entspricht etwa der Menge an Treibstoff, mit der sich der Satellit ein halbes bis ein Jahr lang auf seiner Bahn stabilisieren kann. Bezogen auf eine durchschnittliche Missionsdauer eines Telekom-Satelliten von 15 Jahren heißt das: Der Flug zur Friedhofsbahn verkürzt die Betriebszeit um etwa sieben Prozent – für das Betreiberunternehmen kann das einen finanziellen Verlust in zweistelliger Millionenhöhe bedeuten. „ Daher entfernen die Satellitenbetreiber bisher nur etwa ein Drittel aller ausgedienten Sonden aus ihrer Umlaufbahn”, sagt Oswald. „Viele Satelliten erreichen die Friedhofsbahn zudem nicht ganz, da ihnen zuvor der Treibstoff ausgeht.” Sie landen auf einer elliptischen Bahn, die sie immer wieder auch in den geostationären Orbit zurückführt – wo sie weiterhin ein Risiko darstellen.

ROGER soll das Spritproblem lösen und als Service-Raumfahrzeug agieren. Die Idee: Satellitenbetreiber entrichten einen Obulus dafür, dass ihre ausgedienten Flugkörper von ROGER beseitigt werden. Somit können sie ihre Satelliten mit der gesamten Treibstoffmenge länger betreiben und damit zusätzlich Geld verdienen. Den nötigen Ansporn dafür, dass aufgegebene Satelliten wirklich entsorgt werden und nicht einfach weiter auf ihrer Bahn dümpeln, könnte bald eine Vorschrift geben, an der verschiedene UNO-Gremien feilen. Den Plänen zufolge sollen Satellitenbetreiber künftig zum Entfernen abgeschalteter Objekte aus dem geostationären Orbit verpflichtet sein. Vor allem Europäer und Amerikaner drängen auf eine solche Auflage.

Die technische Umsetzung einer „himmlischen Müllabfuhr” á la ROGER ist allerdings recht aufwendig. Die Ingenieure bei EADS Space Transportation haben dafür zwei Alternativen ausgetüftelt. „ Eine Möglichkeit wäre, einen abzuschleppenden Satelliten durch ein robustes Netz aus reißfestem Material einzufangen”, erklärt Studienleiter Starke. Das Fangnetz würde über ein Seil am Abschlepp-Flieger ROGER befestigt und durch mehrere Massen beschwert, die so abgeschossen würden, dass sich das Netz um die Sonde herumschlingt. Der Satellit könnte dann von ROGER durch gezielte Zündungen seiner Triebwerke zu seiner letzten Ruhestätte gezerrt werden. „Auf diese Weise ließen sich neben Satelliten auch andere Objekte wie ausgebrannte Raketenstufen beseitigen”, sagt Starke. Der Nachteil des Einfangs per Netz: Für jeden Satelliten müsste ein eigenes Netz mit ins All genommen werden, das nach dem Transport auf den Satellitenfriedhof gekappt würde.

Die zweite Variante sieht den Einsatz spezieller Greifarme vor. Sie könnten über ein langes Kabel an ROGER fixiert werden und sich – nachdem dieser sich dicht an den abzutransportierenden Satelliten heran manövriert hat – mit Hilfe künstlicher Finger an dem Flugkörper festkrallen. Der Vorteil wäre: „Anders als beim Überwerfen eines Netzes ist die Gefahr gering, dass abstehende Bauteile wie Antennen oder Solargeneratoren beschädigt werden”, sagt Jürgen Starke. „Daher ließen sich per Greifarm auch gestrandete Satelliten – Flugkörper, die beim Einschießen in den Orbit ihre vorgesehene Bahnhöhe nicht erreicht haben – vollends auf Position bringen.”

Dass beide Alternativen technisch machbar sind, belegen die Resultate einer vor einigen Monaten abgeschlossenen Studie. „Noch zu klären sind allerdings Detailprobleme, zum Beispiel wie sich Satelliten, die nach dem Abschalten oft rasch ins Taumeln geraten und um ihre eigene Achse zu rotieren beginnen, nach dem Einfangen stabilisieren und kontrolliert abschleppen lassen, oder welche Materialien den extremen Bedingungen beim Einsatz im All am besten standhalten können”, sagt EADS-Experte Starke. Schwierig ist es zudem sicher zu stellen, dass das Abschleppseil stets gespannt bleibt, während der Satellit in den Grave Yard Orbit gehievt wird. Auch am optimalen Antrieb für ROGER tüfteln die Wissenschaftler noch. In Frage käme zum Beispiel ein elektrischer Ionenantrieb, der den Servicesatelliten zwar bei weitem nicht so schnell wie herkömmliche Raketentriebwerke durchs All schieben könnte, dafür aber viel sparsamer mit dem Sprit an Bord haushalten würde – die Voraussetzung dafür, dass möglichst viele ausgediente Satelliten von ROGER angesteuert und abgeschleppt werden können.

Einige Probleme hoffen die Wissenschaftler demnächst auf einem von der ESA organisierten Parabelflug lösen zu können. Dabei werden an Bord eines Forschungsflugzeugs, das eine parabelförmige Bahn fliegt, für etwa 20 Sekunden die Bedingungen der Schwerelosigkeit im All simuliert. Während dieser Zeit wollen Forscher von EADS Space Transportation mit einem kleinen Netz einen etwa fußballgroßen schwebenden und dabei unkontrolliert taumelnden Mini-Satelliten einfangen und wegziehen.

Ob und wann ROGER erstmals im Orbit Jagd auf Satellitenleichen machen wird, steht noch in den Sternen. Am Zug ist die UNO. „Es würde dem Fortgang des Projekts sehr helfen, wenn die UNO bald eine Entscheidung träfe, die die Betreiber zur Beseitigung ihrer Satelliten anhält”, sagt Jürgen Starke. Was Entwicklung und Bau von ROGER kosten würden, hat er schon mal durchgerechnet: Rund 100 Millionen Euro wären es bei einem etwa drei Tonnen schweren Prototyp, der sich ausgerüstet mit 20 Netzen zum Satellitenfang aufmachen könnte. ■

Ralf Butscher