Aufräumaktion im All

Gefährlich sind sie alle: Schon kleinste Trümmerteilchen können bei einem Tempo von bis zu 56.000 Kilometern pro Stunde Sensoren, die Energieversorgung und das Kommunikationssystem von Satelliten beschädigen. Ein Trümmerteil, das mehr als einen Zentimeter misst, entfaltet beim Aufprall die Energie einer Handgranate – genug, um den Satelliten in den ungeplanten Ruhestand zu schicken. Ab einer Größe von zehn Zentimetern kann ein aufprallendes Schrottstück Satelliten oder Raketenstufen vollständig zerlegen, wobei Hunderte bis Tausende neue Trümmerteile entstehen.

Die meisten Bruchstücke umkreisen die Erde in einer Höhe von 800 bis 1.000 Kilometern. Viele sind auch auf rund 1.400 Kilometern unterwegs. Darüber wird es erst einmal deutlich leerer, ab 20.000 Kilometern aber wieder deutlich voller. Hier bedrohen die Objekte Navigationssatelliten, die aus dem All dafür sorgen, dass wir auf der Erde unsere Ziele erreichen. Das nächste größere Müllaufkommen zirkuliert in einer Höhe von etwa 36.000 Kilometern, wo es unseren TV- und Telekommunikationssatelliten gefährlich wird.

Um kostspielige Kollisionen zu verhindern, werden alle größeren Schrottteilchen mit Maßen um zehn Zentimeter von den Observatorien der Weltraumagenturen NASA, ESA oder der chinesischen CNAS verfolgt. Anfang dieses Jahres soll bei Koblenz die erste deutsche Radaranlage zum Müll-Monitoring ihren Betrieb aufnehmen, die auch kleinere Teile erfassen kann.

Wird ein Kollisionskurs mit der internationalen Raumstation ISS oder einem Satelliten erkannt, kann frühzeitig ein Ausweichmanöver eingeleitet werden. Mehrmals im Jahr müssen die ESA-Satelliten und die ISS Manöver fliegen, um dem rasanten Schrott zu entgehen. Da die ISS ohnehin regelmäßig auf eine etwas höhere Umlaufbahn zurückgebracht werden muss, kostet das immerhin keinen zusätzlichen Treibstoff.

Das Müllproblem im Orbit ist seit Langem als Kessler-Syndrom bekannt. Der namensgebende US-Astronom Donald J. Kessler warnte bereits 1978 vor der ständigen Zunahme kleiner Objekte im Weltraum durch zufällige Kollisionen und dem damit verbundenen Risiko für die Raumfahrt. Eine Gefahr, die heute mit dem zunehmenden Verkehr im All von Jahr zu Jahr immer größer wird.

Aktuell gibt es fast 2.800 aktive und mehr als 3.000 ausgefallene Satelliten im Weltraum – Tendenz stark steigend. Unternehmen wie SpaceX oder OneWeb schießen Konstellationen von Hunderten Satelliten ins All, um schnelles Internet von oben anzubieten. Bis 2027 will SpaceX fast 12.000 seiner Starlink-Satelliten in den erdnahen Orbit bringen. Aus Sicht von Experten dürften diese Megakonstellationen die Raumfahrt vor gewaltige Herausforderungen stellen und jährlich Hunderte Ausweichmanöver anderer Satelliten erzwingen.

Ohnehin ist Müllvermeidung wohl kaum genug, um das bestehende Abfallproblem in den Griff zu bekommen. Studien von ESA und NASA zeigen, dass sich die Situation im erdnahen Orbit zwischen 600 und 1.000 Kilometern Höhe entschärfen ließe, wenn jährlich zumindest fünf bis zehn größere und besonders gefährliche Trümmerteile entfernt würden. In diesem Sinne hat die ESA nun ein Industriekonsortium unter der Leitung des Schweizer Start-ups ClearSpace mit einer bislang einzigartigen Dienstleistung betraut: Erstmals sollen sie ein Stück Weltraumschrott aktiv aus der Erdumlaufbahn herausholen.

ClearSpace-1 soll 2025 starten, um einen sogenannten Vespa (Vega Secondary Payload Adapter) einzusammeln. Dieses Objekt wurde nach dem zweiten Flug der europäischen Trägerrakete Vega im Jahr 2013 gemäß den Vorschriften zum Abbau von Weltraummüll in einer für die Entsorgung vorgesehenen Erdumlaufbahn zwischen etwa 800 und 660 Kilometer Höhe zurückgelassen. Als fliegender Abschleppwagen soll ClearSpace-1 das Vespa-Teil hier mit seinen großen Roboterarmen einfangen, anschließend mit ihm zusammen in die Erdatmosphäre eintreten und dabei verglühen.

Mit einer Masse von 112 Kilogramm ist Vespa in etwa so groß wie ein Kleinsatellit und gilt aufgrund seiner relativ einfachen Form und robusten Konstruktion als gutes erstes Zielobjekt. Folgemissionen sollen dann größere und kompliziertere Beseitigungen durchführen und schließlich auch mehrere Schrottteile auf einmal entsorgen können.

Wer beim Stichwort Start-up nun an Jungunternehmer mit steilen Ideen, aber wenig Erfahrung denkt, liegt in diesem Fall daneben: ClearSpace ist eine Ausgründung der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Lausanne (EPFL). Die Beseitigung von Weltraumschrott beschäftigt die dortigen Wissenschaftler bereits geraume Zeit. Seit 2010 arbeiten die Forscher am Projekt CleanSpace One. Anfang 2018 wurde ClearSpace gegründet, um das Projekt in die Praxis zu bringen – aus CleanSpace One wurde ClearSpace-1.

Aufschluss darüber, wo sich der Schrott im Orbit befindet, gibt der extraterrestrischen Aufräumtruppe eine Datenbank, die mit Koordinaten aus der Radarüberwachung gefüttert wird. Die Angaben haben eine Genauigkeit von zwei bis drei Kilometern. Die exakte Position der Objekte muss der Satellit dann selber finden und diese schließlich für den Abbremsvorgang ergreifen.

Das sei eine der größten Herausforderungen der Mission, so Luc Piguet, einer der beiden Chefs von ClearSpace. Da es keine Anziehungskraft gibt, bestehe zwischen den Objekten auch kein Reibungswiderstand. „Eine ganz kleine Berührung kann große Bewegungen auslösen. Und wenn das Objekt in Bewegung ist, wird es kompliziert, es überhaupt anzufassen“, so der Elektroingenieur gegenüber der Tagesschau. Das anschließende Verglühen in der Erdatmosphäre sei dagegen recht problemlos, da neuere Satelliten so konstruiert sind, dass sie sich unter der Einwirkung extremer Hitze möglichst rückstandsfrei zerlegen.

86 Millionen Euro lässt sich die ESA die Aufräumaktion kosten. Wenn alles glattgeht, könnte sie aber ein Multi-Milliarden-Geschäft in Gang setzen, hoffen alle Beteiligten. „Das Beispiel wird Schule machen“, zeigte sich Jan Wörner, der Generaldirektor der ESA, gegenüber der dpa  überzeugt. Die Beseitigung von Weltraumschrott ist für den ESA-Chef ein Zukunftsmarkt. Das Weltall sei eine Infrastruktur, die täglich für eine Vielzahl von Anwendungen genutzt werde. Diese Infrastruktur zu schützen sei ein großer Wert.