ESA: Vertrag für 3. ESM unterzeichnet
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Autor: Raumfahrer.net Redaktion / 12. Mai 2020, 10:40 Uhr

Die Kosten von Weltraummüll

Mit Hunderten von Satelliten, die jedes Jahr gestartet werden, werden Kollisionen im Weltraum und die Entstehung von sich schnell bewegenden Fragmenten von Weltraummüll – oder „Weltraumschrott“ – immer wahrscheinlicher und bedrohen unsere dauerhafte menschliche und technologische Präsenz im Weltraum. Eine Information der Europäischen Raumfahrtagentur (European Space Agency, ESA).

Quelle: ESA
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8. Mai 2020 - Die Organisation für Wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) hat kürzlich ihren ersten Bericht über die wirtschaftlichen Kosten von Weltraummüll veröffentlicht. Auf der Grundlage von Forschungsergebnissen aus zahlreichen Quellen, darunter Daten und Analysen des Space Debris Office der ESA, wird darin dargelegt, welche Gefahren vor uns liegen, wenn wir nicht handeln, und was getan werden kann, um unsere Zukunft im Weltraum zu sichern.

Hier fassen wir die wichtigsten Ergebnisse des Berichts zusammen und erläutern, wie die ESA durch ihr Programm für Weltraumsicherheit (Space Safety Programme) zur Lösung des Problems beiträgt.

Ein wachsendes Problem
„Die wirtschaftliche und gesellschaftliche Verwundbarkeit aufgrund von Gefahren aus dem Weltraum, insbesondere Weltraummüll, nimmt zu“. – Nachhaltigkeit im Weltraum: Die Ökonomie des Weltraummülls in der OECD-Perspektive, 2020.

ESA

Bild vergrößernESA-Bericht 2019 über Weltraummüll - Entwicklung in allen Umlaufbahnen
(Bild: ESA)
Die institutionelle und kommerzielle Nutzung des Weltraums nimmt zu, und zwar mit steigender Geschwindigkeit. Die Zahl der Satelliten in der Umlaufbahn wird mit dem Start von „Mega-Konstellationen“ für Satelliten-Breitband, die teilweise Tausende von Satelliten umfassen, weiter zunehmen, und damit steigt das Risiko von Kollisionen und mehr Weltraummüll (Space Debris).

Schon eine einzige Kollision oder Explosion im Weltraum erzeugt Tausende von sich schnell bewegenden kleinen Trümmerteilen, die in der Lage sind, einen funktionierenden Satelliten zu beschädigen oder zu zerstören. Beispielsweise verdoppelte die Zerstörung des Satelliten FengYun-1C im Jahr 2007 die Zahl der Objekte in einer Höhe von etwa 800 km und führte zu einer 30%igen Zunahme der gesamten Trümmerpopulation zu diesem Zeitpunkt.

Weltraummüll ist teuer und wird noch teurer werden
Zu den Kosten des Weltraummülls stellt der Bericht fest, dass „Maßnahmen zum Schutz und zur Eindämmung des Weltraummülls für die Satellitenbetreiber bereits kostspielig sind, aber die Hauptrisiken und -kosten liegen in der Zukunft, wenn die Erzeugung von Weltraummüll außer Kontrolle gerät und bestimmte Umlaufbahnen für menschliche Aktivitäten unbrauchbar macht“.

ESA, CC BY-SA 3.0 IGO

Bild vergrößernBeispiel einer Kollision mit Weltraumschrott.
(Bild: ESA, CC BY-SA 3.0 IGO)
Der Schutz von Satelliten vor Weltraummüll ist kostspielig, angefangen bei Konstruktionsmaßnahmen, über die Notwendigkeit der Beobachtung und Nachverfolgung bis hin zur Außerbetriebnahme von operationellen Satelliten und sogar zum vollständigen Ersatz von Missionen.

Bei Satelliten in geostationärer Umlaufbahn belaufen sich diese Kosten nach Angaben der OECD auf schätzungsweise 5-10% der gesamten Missionskosten, was Hunderte von Millionen Dollar betragen könnte. In niedrigen Erdumlaufbahnen könnten die relativen Kosten pro Mission sogar mehr als 5-10% betragen.

Die Kosten der Untätigkeit wären jedoch weitaus höher. Genügend Objekte in der Umlaufbahn könnten letztlich zum „Kessler-Syndrom“ führen, bei dem sich Kollisionen kaskadenartig ausbreiten und zu immer mehr sich selbst erzeugenden Kollisionen führen, und zu dem, was die OECD als „einen ökologischen Wendepunkt, der bestimmte Umlaufbahnen unbrauchbar machen könnte“ beschreibt.

Volkswirtschaften und Gesellschaften sind zunehmend anfällig für die Auswirkungen von Weltraummüll
Die sozioökonomischen Auswirkungen des Kessler-Syndroms wären schwerwiegend. Wichtige Raumfahrtanwendungen wie Wettervorhersage, Klimaüberwachung, Geowissenschaften und weltraumgestützte Kommunikation könnten verloren gehen. Die Nichtverfügbarkeit bestimmter Umlaufbahnen hätte weitreichende und bedeutende Folgen. Dem Bericht zufolge würden dazu gehören:
  • Einzigartige Anwendungen und Funktionalitäten könnten verloren gehen (z.B. Internet und Kommunikationsdienste)
  • Menschenleben könnten indirekt beeinträchtigt werden
  • Unterbrochene Zeitreihen für Geowissenschaften und Klimaforschung
  • Erhöhtes Aufkommen und Druck auf andere Umlaufbahnen
  • Gebremstes Wirtschaftswachstum und Verlangsamung der Investitionen in diesem Sektor
ESA, CC BY-SA 3.0 IGO

Bild vergrößernDynamik eines Aufpralls.
(Bild: ESA, CC BY-SA 3.0 IGO)
Konkret heißt es in dem Bericht, dass „bestimmte geographische Gebiete und soziale Gruppen unverhältnismäßig stark betroffen wären, insbesondere in ländlichen Gebieten mit begrenzter bestehender Bodeninfrastruktur und großer Abhängigkeit von der Weltrauminfrastruktur“.

Wir tun nicht genug
Dem Bericht zufolge gibt es „umfassende nationale und internationale Minderungsmaßnahmen, deren Einhaltung jedoch nicht ausreicht, um die orbitale Umgebung zu stabilisieren“.

Die aktuellen Richtlinien zur Abschwächung von Weltraummüll für Betreiber, die Satelliten auf erdnahen und geostationären Umlaufbahnen nutzen, umfassen u.a:
  • Vermeidung der absichtlichen Erzeugung von Trümmerteilen (einschließlich Anti-Satellitentests)
  • Minimierung des Potentials für unbeabsichtigte Explosionen
  • eine 25-jährige Deorbit-Regel für Missionen im erdnahen Orbit
  • Missionen in einer geostationären Umlaufbahn sollten am Ende ihrer Lebensdauer in eine höhere „Friedhofsumlaufbahn“ gebracht werden, so dass sie den funktionierenden Satelliten nicht in die Quere kommen.
  • Kollisionsvermeidung sollte, wenn möglich, stattfinden, ebenso wie die Minimierung des Gefährdungsrisikos am Boden durch den Wiedereintritt von Satelliten
Wie im jüngsten Weltraummüll-Umweltbericht der ESA zusammengefasst wird, halten sich die meisten Betreiber von Satelliten in geostationärer Umlaufbahn an diese Richtlinien, aber weniger als 60% derer, die in erdnahen Umlaufbahnen fliegen, halten sich daran (und nur 20% in Umlaufbahnen über 650 km). Mehrere Länder haben im Laufe der Jahre auch Antisatellitentests durchgeführt.

ESA

Bild vergrößernPrognostizierter Zusammenstoß zwischen Aeolus und Starlink 44.
(Bild: ESA)
Das ESA-Programm für Weltraumsicherheit – Europas Antwort
Das Space Debris Office widmet sich dem Schutz gegenwärtiger Raumfahrtmissionen und der Sicherung einer nachhaltigen Zukunft der Raumfahrt. Jeden Tag überwachen und bewerten die Teams des Satellitenkontrollzentrums der ESA, dem ESOC in Darmstadt, die Wahrscheinlichkeit potenzieller Kollisionen im Orbit und begleiten die Flugingenieure bei der sicheren Durchführung ihrer Missionen.

Da immer mehr Satelliten in die Umlaufbahn gebracht werden, werden die derzeitigen „manuellen“ Methoden zur Vermeidung von Kollisionen im Weltraum und der Entstehung von Weltraummüll nicht ausreichen. Daher entwickelt die ESA im Rahmen des Programms für Weltraumsicherheit (Space Safety Programme) Technologien zur „automatischen Kollisionsvermeidung„, die den Prozess der Kollisionsvermeidung effizienter machen werden.

Durch die Bewertung des Risikos und der Wahrscheinlichkeit von Kollisionen im Weltraum wird eine Software die Entscheidungsfindung darüber, ob ein Manöver erforderlich ist, verbessern und möglicherweise sogar Befehle an gefährdete Satelliten senden, aus dem Weg zu gehen.

Aber was ist mit dem Schrott, der sich bereits im Orbit befindet? Als Weltpremiere hat das Programm für Weltraumsicherheit eine Mission in Auftrag gegeben, die ein bestimmtes Objekt aus der Umlaufbahn entfernen soll.

ClearSpace

Bild vergrößernClearSpace-1 mit eingefangener Vespa.
(Bild: ClearSpace)
Die Mission ClearSpace-1 nimmt eine Vespa-Oberstufe (Vega Secondary Payload Adapter) ins Visier, die nach dem zweiten Flug der ESA-Trägerrakete Vega im Jahr 2013 im Orbit verblieben ist.

Mit einer Masse von 100 kg hat Vespa die Größe eines Kleinsatelliten und ihre relativ einfache Form und robuste Konstruktion machen sie zu einem geeigneten ersten Ziel. Mit diesem ersten Schritt wird ein kommerzieller Dienst eingerichtet, der auch größere, anspruchsvollere „Einfang-Aktionen“ durchführen kann, zu denen irgendwann auch der Einfang von mehreren Objekten gehören wird.

Kollisionsvermeidung und Trümmerbeseitigung sind von entscheidender Bedeutung, um die Menge an Objekten im Weltraum zu reduzieren, aber die Einhaltung der oben beschriebenen Richtlinien zur Trümmerreduzierung hat den größten Einfluss auf unsere Weltraumumgebung. Das Space Debris Office überwacht die Einhaltung weltweit und arbeitet zusammen mit dem Clean Space Office der ESA daran, die globale Einhaltung durch operative und technologische Fortschritte zu verbessern.

Weitere Informationen im OECD-Bericht und auf der Website der ESA zum Weltraummüll.

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