Removing space junk: Dealing with celestial scrap

Menschen sind chaotisch. Sie neigen dazu, überall Müll zurückzulassen – und zu erwarten, dass jemand anderes diesen Müll aufräumt. Dies gilt auch im Weltraum. Das Problem der Umlaufbahn von Trümmern und das damit verbundene Risiko, dass sie mit einem aktiven und wahrscheinlich teuren Satelliten kollidieren und diesen beschädigen, gibt es schon seit einiger Zeit. Aber es wird schnell schlimmer. In den letzten drei Jahren hat sich die Häufigkeit, mit der solche Schrottstücke den Betriebssatelliten fast getroffen haben, ungefähr verdoppelt.

Das ist zumindest die Berechnung von Daniel Oltrogge, einem Experten, dessen Schlussfolgerung aus seinen beiden Jobs gezogen wird. Oltrogge ist Berater der Space Data Association, einer Branchenorganisation, die Orbital- und Manöverinformationen von vielen Satellitenbetreibern in ein Computermodell einspeist, das wahrscheinliche Kollisionen vorhersagt, damit Raumfahrzeuge oder zumindest solche mit geeigneten Triebwerken aus dem Weg geräumt werden können . Oltrogge ist außerdem Direktor des Zentrums für Weltraumstandards und Innovation bei AGI, einem amerikanischen Unternehmen, das Software für die Orbitalmechanik entwickelt, mit der Satellitenbetreiber auch Kollisionen umgehen können.

Das LeoLabs-Weltraumschrottradar in der Nähe von Naseby in Central Otago war an der Messung des Risikos einer größeren Kollision im niedrigen Orbit beteiligt.

LIEFERUMFANG

Das LeoLabs-Weltraumschrottradar in der Nähe von Naseby in Central Otago war an der Messung des Risikos einer größeren Kollision im niedrigen Orbit beteiligt.

Ein Teil des Problems ist die wachsende Anzahl von Starts. Am 13. Januar beispielsweise soll Virgin Orbit, ein Unternehmen der Virgin Group von Richard Branson, das ebenfalls ein neuer Marktteilnehmer ist, zehn Satelliten mit einer Rakete, die von einer modifizierten Boeing 747-400 abgefeuert wurde, in den Orbit befördern. Ein anderer Teil ist jedoch, dass jedes Jahr ein Dutzend oder so große Stücke von Trümmern, die die Erde umkreisen, zerbrechen. Etwa die Hälfte dieser Explosionen wird durch die Entzündung von Raketentreibstoffresten und das Platzen alter Batterien und unter Druck stehender Tanks verursacht. Der Rest ist das Ergebnis von Kollisionen.

Das Ergebnis ist eine Kettenreaktion von Stößen im Orbit. Im Gegensatz zu der fiktiven Version einer solchen Kettenreaktion, die Sandra Bullocks Charakter in dem 2013 veröffentlichten Film Gravity störte, beschleunigt sich dieser echte nur langsam, so dass noch Zeit ist, ihn einzuschränken. Wenn jedoch nicht bald Maßnahmen ergriffen werden, steigen die Versicherungsprämien für Satelliten, die Ausgaben für Tracking- und Kollisionsvermeidungssysteme müssen steigen, und bestimmte Umlaufbahnen können unbrauchbar werden. Wenn es wirklich schlimm wird, müssen die Behörden möglicherweise sogar eingreifen, um die Anzahl der Starts zu begrenzen.

WEITERLESEN:
* Tarifkriege, Raumflüge und mutige Startups: Wie sich das Fliegen im Jahr 2021 ändern wird
* Raketenlabor zum Start des von Studenten gebauten “Waka” -Satelliten in “bisher vielfältigster Mission”
* Warnung wegen möglicher 2,8-Tonnen-Weltraummüllkollision
* Rocket Lab plant, Satelliten mit dem neuen Raumschiff ‘Photon’ zum Mond und darüber hinaus zu schießen
* Tausende winziger Satelliten werden in den Weltraum fliegen und ihn möglicherweise für immer ruinieren
* Der umlaufende Schrottplatz der Erde bedroht die Weltraumwirtschaft

Drop Shots

Um diese Kettenreaktion zu stoppen, die Orbitalmüll erzeugt, muss ein Teil der überflüssigen Tonnage im Weltraum in die Erdatmosphäre geworfen werden, wo die Reibungswärme des Wiedereintritts sie verbrennt. Ein sauberer Sweep ist nicht erforderlich. Es würde ausreichen, jedes Jahr eine Handvoll der größeren Überreste zu entfernen. Genau wie viele wird diskutiert. Yamamoto Toru von Japans Raumfahrtagentur JAXA schätzt zwischen drei und sieben. Ted Muelhaupt von der America’s Aerospace Corporation, einem vom Steuerzahler finanzierten Forschungszentrum, schätzt ein Dutzend. Aber auch das klingt machbar. Nur dass niemand weiß, wie es geht.

Die Leute planen jedoch zu üben. Eine Übungsmission, deren Start im März geplant ist, wird von Astroscale geleitet, einer Firma mit Sitz in Tokio. Astroscale schlägt vor, vom Kosmodrom Baikonur in Kasachstan aus eine Mission namens ELSA-d zu starten. Dieses besteht aus einem 175 kg schweren Mutterschiff, das als Servicer bezeichnet wird, und einer 17 kg schweren Kapsel, die mit einer Eisendockplatte ausgestattet ist, die als Dummy-Ziel fungiert. Wenn alles gut geht, wird der Servicer den Pod in aufeinanderfolgenden, härteren Probeläufen dreimal auswerfen und wiederherstellen, bevor die Triebwerke den gesamten Kaboodle in der Atmosphäre darunter in ein feuriges Verderben treiben.

Im ersten Test schiebt der Servicetechniker den Pod mit Federn heraus und nähert sich ihm, sobald er zehn Meter entfernt ist, wieder, rastet mit einem mit einem Magnetkopf ausgestatteten Arm an der Andockplatte ein, zieht den Arm zurück und zieht daran zurück zum Servicer. Beim zweiten Test wird der Pod mindestens 100 Meter entfernt, bevor er sich ihm nähert. Ein Reaktionsrad und ein Satz magnetischer Drehmomentgeneratoren versetzen den Pod dann mit einer Geschwindigkeit von einem halben Grad pro Sekunde in einen Sturz mit allen drei Bewegungsachsen.

Dies ist sozusagen eine wichtige Wendung – denn umlaufende Trümmerstücke drehen sich normalerweise auf diese Weise. Eine echte Deorbitierungsmission muss sich daher mit solchen sich drehenden Objekten befassen. Markierungen auf dem Pod helfen dem Servicer, die Bewegung seiner Beute zu bestimmen. Mit acht Triebwerken manövriert es sich selbst, bis diese Markierungen für seine Sensoren stationär erscheinen. Dies bedeutet, dass seine Bewegung genau der des Tumbling Pods entspricht und dass der Magnetkopf daher verlängert werden kann, um seine Aufgabe zu erfüllen.

Für den dritten Erfassungstest fährt der Servicer zunächst mit seinen Triebwerken mehrere Kilometer vom Pod zurück und bringt den Pod außerhalb der Reichweite des Sensors. Dann wird es danach suchen, wie es der Fall sein müsste, wenn es nach einem wirklich verfallenen Raumschiff suchen würde.

Bei aller technologischen Leistungsfähigkeit, die diese Tests erfordern, stellen echte Überreste eine größere Herausforderung dar als Scheinprüfungen. Zum einen wurden im Gegensatz zu Astroscales Pod nur wenige Raumschiffe entwickelt, um ihre eigene Entfernung zu beschleunigen. Außerdem sind die Gegenstände, die am meisten entfernt werden müssen, gefährlich schwer. Ein Raumschiff, das sich beim Versuch, ein solches Stück taumelnder Trümmer einzufangen, verrechnet, könnte in Stücke gerissen werden und so zu dem Problem beitragen, das es lösen sollte.

Die Sache erfassen

Die Demonstration zur kommerziellen Entfernung von Trümmern, ein Plan von JAXA zur Desorbierung einer ausrangierten japanischen Raketenstufe, unterstreicht diese Schwierigkeiten. Bevor ein Raumschiff so konstruiert werden kann, dass es das verfallene japanische Raumfahrtunternehmen als Ziel des Experiments erfasst, muss zunächst eine Aufklärungsmission gestartet werden, um es aus nächster Nähe zu untersuchen. JAXA hat den Auftrag für diesen Teil der Demonstration an Astroscale vergeben, das dies mit einem Fahrzeug namens ADRAS-J plant, das in zwei Jahren gestartet wird. Um die Bewegung und Eigenschaften eines Raketenteils zu messen, das Tonnen wiegen könnte, nähert sich ADRAS-J innerhalb weniger Meter. Sobald die erforderlichen Daten erfasst sind, kann ein anderes Raumschiff entworfen werden, um den Müll bei einer nachfolgenden Mission zu beschlagnahmen.

In diesem Fall werden keine Magnete verwendet, um mit dem Ziel zu kämpfen, da normale Raumfahrzeuge kein Eisen enthalten. Die Verwendung einer Harpune zum Erfassen eines solchen Objekts könnte jedoch möglich sein. In einem 2019 durchgeführten Test schoss Airbus, ein europäischer Luft- und Raumfahrtgigant, erfolgreich eine Harpune von einem Satelliten in ein 1,5 Meter entferntes Paneel. Diese Verkleidung war jedoch an einem vom Satelliten ausgehenden Ausleger angebracht, so dass dies nur das vorläufigste Experiment war. Außerdem kann eine Harpune Teile des Ziels verfehlen, abprallen oder – schlimmer noch – abbrechen, was dann noch weitere Objekte zum himmlischen Schrottplatz beiträgt.

Eine andere Möglichkeit ist, ein Netz zu schießen. Airbus testete diese Idee im Jahr 2018. Bei diesem Test wurde erfolgreich ein kleiner „Cubesat“ umhüllt, der sieben Meter vom Netzwerfer entfernt war – obwohl dieses Netz nicht an das Mutterschiff gebunden war, das daher nicht in der Lage gewesen wäre, es zu deorbieren Ziel. Tethers sind in der Schwerelosigkeit der Umlaufbahn in der Tat schwer zu handhaben, weshalb Airbus in diesem vorläufigen Netzwurf-Experiment keine verwendet hat. Und einige bezweifeln, dass solche kosmischen Retiarii eine vernünftige Idee sind. Chris Blackerby, Chief Operations Officer von Astroscale, erwartet, dass der beste Ansatz darin besteht, Roboterarme zu konstruieren, um den Verkleidungsring des Zielfahrzeugs (den flachen Zylinder, der es mit der abgeworfenen Startstufe verbindet, die es von der Erde abhob) zusammenzudrücken, falls dies noch intakt ist.

Wenn all das funktioniert, steht die Demonstration zur Entfernung von Trümmern von JAXA vor einer letzten Herausforderung. Dies dient zur Ausführung eines sicheren Wiedereintritts. Viele Teile des wiedereintretenden Komplexes aus Entführer und Gefangenem überleben das Reibungsschmelzen und schlagen mit hoher Geschwindigkeit auf die Erdoberfläche. Würde die Wiedereinreise an einem zufälligen Ort erfolgen, würde die Wahrscheinlichkeit eines menschlichen Opfers nun die Schwelle von einem von 10.000 überschreiten, die die NASA, Amerikas Weltraumbehörde, 1995 als akzeptables Risiko festgelegt hatte und die von Japan und Japan übernommen wurde andere Länder danach. Der Komplex muss daher in eine steile Abfahrt gebracht werden, die auf ein unbewohntes Gebiet abzielt – wahrscheinlich einen Teil des Pazifischen Ozeans.

Bei der ersten Beseitigung von tatsächlich umlaufenden Trümmern handelt es sich wahrscheinlich um eine europäische Angelegenheit. Im Jahr 2019 erteilte die Europäische Weltraumorganisation ClearSpace, einem Schweizer Unternehmen, den Auftrag, ein 100 kg schweres Stück Raketenabfall zu beschaffen, das sich in einer Schleife befindet Erde seit 2013. Diese Mission ist für 2025 geplant.

ClearSpace plant den Einsatz eines Fangfahrzeugs mit vier Roboterarmen. Im Gegensatz zu Harpunen oder Netzwürfen ermöglicht diese Strategie wiederholte Wiederherstellungsversuche. Trotzdem erwartet Luc Piguet, der Chef von ClearSpace, dass sein Raumschiff mindestens neun Monate in Versuchen in der Nähe des Ziels verbringen wird, bevor es den Wrack sichert und ausreichend abbremst, um abzusteigen.

Bezahle!

Eine Ära ernsthafter Aufräumarbeiten im Weltraum ist noch weit entfernt. Neben den technologischen Hindernissen wird das Entfernen von Müll teuer sein. Zusätzlich zu den Kosten für das Werfen von Gegenständen in die Umlaufbahn erfordert der kontrollierte Wiedereintritt eines Objekts Kraftstoff, große Triebwerke und die Aufmerksamkeit eines Bodenreglers. Diese Dinge können Millionen von Dollar – vielleicht mehr als 27,6 Millionen US-Dollar (20 Millionen US-Dollar) – auf den Preis einer Deorbitierungsoperation bringen. Die Mission von ClearSpace kann beispielsweise bis zu 100 Millionen Euro kosten, obwohl Piguet hofft, dass nachfolgende Jobs billiger werden.

Billiger oder nicht, es bleibt die Frage: Wer zahlt? Die Verschmutzung des Weltraums ist ein Lehrbuchbeispiel für die Tragödie des Gemeinwesens, in der es im Interesse aller liegt, dass ein Problem gelöst wird, aber niemand der Einzelne ist, der die Last der Lösung übernimmt.

Die Lösungen für Tragödien des Gemeinwesens müssen daher normalerweise von außen auferlegt werden, oft von Regierungen. Eine Idee ist eine spezielle Startsteuer, bei der der Erlös zur Deckung von Aufräumarbeiten verwendet wird. Ein kreativerer Vorschlag ist das, was Muelhaupt als „Flaschenpfandsystem“ bezeichnet. Raumfahrer würden für jedes Fahrzeug, das sie in den Orbit beförderten, eine Kaution hinterlegen. Wenn die Eigentümer ihre Ausrüstung nach Beendigung ihrer Mission nicht mehr umkreisen konnten, konnte die Arbeit von jemand anderem erledigt werden, der dann die Kaution einziehen würde. Das würde die Menschen ermutigen, von Anfang an Umlaufbahnfähigkeiten in Satelliten einzubauen, sodass die himmlischen Staubmänner schließlich nicht mehr benötigt würden. Ein dritter Vorschlag, der von Akhil Rao vom Middlebury College in Vermont vorgeschlagen wurde, besteht darin, für jeden kommerziellen Satelliten im Orbit eine Miete zu berechnen, die als Orbitalnutzungsgebühren bezeichnet wird. Das hätte den gleichen Effekt.

Die Unterstützung für solche Programme nimmt zu, obwohl sie sowohl internationale Abkommen zwischen Ländern mit Startmöglichkeiten als auch einen Durchsetzungsmechanismus erfordern würden, um zu verhindern, dass Außenstehende mit lockeren Regeln die Vereinbarung unterbieten.

Es gibt noch einen weiteren Punkt. Wie Jean-Daniel Testé, einst Leiter des gemeinsamen Weltraumkommandos der französischen Luftwaffe, feststellt, könnten Geräte, die für die Orbitalbereinigung entwickelt wurden, auch zur Deaktivierung von Satelliten verwendet werden. Laut Testé führen die Fortschritte der französischen Gegner in der Orbitalrobotik, ganz zu schweigen vom Fehlen einer internationalen „Weltraum-Gendarmerie“, dazu, dass sein Land Raumschiffe plant, um seine Militär- und Geheimdienstsatelliten zu verteidigen.

Testé ist in Einzelheiten schüchtern. Die französische Ministerin für Streitkräfte, Florence Parly, hat jedoch mehr über die Pläne ihres Landes verraten als über ihre Entsprechungen in anderen Mächten, einschließlich Amerika. Sie sieht vor, dass Frankreich ein spezielles Raumschiff „Lookout“ und „Active Defense“ startet, um seine Vermögenswerte im Weltraum zu schützen. Letztere sind wahrscheinlich mit leistungsstarken Lasern bewaffnet. Wie Parly es ausdrückte, “beabsichtigen wir, bedrohliche Raumschiffe zu blenden”. Am besten ohne sie zu zersetzen.

© 2021 The Economist Newspaper Limited. Alle Rechte vorbehalten. Von The Economist unter Lizenz veröffentlicht. Der Originalartikel ist auf www.economist.com zu finden.

Comments are closed.