Solar Orbiter: ESAs riskantester Vorbeiflug

Die Wahrscheinlichkeit, dass die ESA-Raumsonde Solar Orbiter bei ihrem bevorstehenden Vorbeiflug an der Erde auf Weltraumschrott trifft, ist extrem gering. Jedoch beträgt das Risiko auch nicht Null und ist größer als bei jedem anderen Vorbeiflug, den die ESA bisher durchgeführt hat. Die Tatsache, dass dieses Risiko überhaupt besteht, macht deutlich, wie sehr wir den Weltraum verunstaltet haben – und warum wir Maßnahmen ergreifen müssen, um unseren eigenen Dreck aufzuräumen. Eine Information der Europäischen Weltraumorganisation (ESA).

Quelle: ESA.

Solar Orbiter im Erd-Vorbeiflug – Illustration. (Bild: ESA / ATG Medialab)

25. November 2021 – Am 27. November 2021 wird Solar Orbiter nach einem Jahr und acht Monaten Reise durch das innere Sonnensystem an ihrem Heimatplaneten vorbeifliegen, auch um überschüssige Energie abzubauen. Damit ist die Sonde für die nächsten sechs Vorbeiflüge an der Venus gerüstet. Diese letzten schwerkraftunterstützten Manöver werden die Umlaufbahn der Solar Orbiter verfeinern und ausrichten, damit die hitzegeschützte Sonde zum ersten Mal direkte Bilder von den Polen unserer Sonne aufnehmen kann, und vieles mehr.

Während des bevorstehenden Vorbeiflugs wird Solar Orbiter bei ihrer nächsten Annäherung schätzungsweise nur 460 km von der Erdoberfläche entfernt sein – etwa 30 km über der Bahn der Internationalen Raumstation. Sie wird zweimal durch den geostationären Ring in 36 000 Kilometern Entfernung von der Erdoberfläche und schließlich durch die erdnahe Umlaufbahn in weniger als 2000 Kilometern Höhe fliegen – zwei Zonen, die mit Weltraumschrott übersät sind.

Der riskanteste Vorbeiflug des Solar Orbiter. (Grafik: ESA)

Doch wie riskant ist das? Das hängt von vielen Faktoren ab.
Vorweg sei gesagt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass Solar Orbiter von Trümmern getroffen wird, extrem gering ist. Die Erdbeobachtungsmissionen der ESA geschehen stets in der erdnahen Umlaufbahn – der am stärksten mit Schrott übersäten Region des Weltraums. Während einige Male im Jahr sogenannte „Kollisionsvermeidungsmanöver” durchgeführt werden, wird die Raumsonde Solar Orbiter nur wenige Minuten in dieser Umlaufbahn bis zum nächstmöglichen Punkt verbleiben, ehe sie sich wieder in Richtung Venus auf den Weg macht.

Der wohl bekannteste 7-mm große Splitter im Kuppelfenster der Internationalen Raumstation, der vermutlich durch ein einschlagendes Objekt von nur wenigen tausendstel Millimetern Durchmesser verursacht wurde. (Bild: ESA / NASA)

So gering das Risiko auch sein mag, Kollisionen mit Trümmern in der Nähe der Erde kommen tatsächlich manchmal vor. Im Jahr 2016 wurde ein Solarpanel der ESA-Raumsonde Sentinel-1A von einem knapp fünf Millimeter großen Teilchen getroffen. Trotz seiner geringen Größe beschädigte es aufgrund seiner hohen Relativgeschwindigkeit einen Bereich von 40 cm Durchmesser, was zu einer geringfügigen Verringerung der Leistung an Bord und zu leichten Änderungen der Ausrichtung und der Umlaufbahn des Satelliten führte. Derzeit befinden sich Hunderte von Millionen Trümmerteilchen dieser Größe in der Umlaufbahn.

Hubble, das Weltraumteleskop der NASA/ESA, befindet sich seit 31 Jahren in der Erdumlaufbahn in rund 547 Kilometern Höhe. In dieser Zeit konnte hierüber beobachtet werden, wie sich der Himmel mit Satelliten und Trümmern füllte. Auch bekam es die Auswirkungen der Vermüllung direkt und unmittelbar zu spüren, da seine eigenen Sonnenkollektoren von kleinen Trümmerteilchen bombardiert und beschädigt wurden.

Auch wenn die Gefahr für Solar Orbiter bei ihrem bevorstehenden Vorbeiflug an der Erde gering ist, so ist sie doch nicht gleich Null. Dieses Risiko bestand weder beim Vorbeiflug an der Venus noch musste das ESA Space Debris Office, das Büro für Weltraumschrott, eine Kollisionsrisikoanalyse durchführen, als die gekoppelten BepiColombo-Raumsonden kürzlich am Merkur oder die Cassini-Huygens-Raumsonden am Jupiter vorbeiflogen.

Selbst bei früheren Erdvorbeiflügen, z. B. als die Cassini/Huygens-Sonden 1999 an der Erde vorbeiflogen, als die Rosetta im Jahr 2004 dreimal und die Juno-Sonde 2013 einmal zurückkehrte, gab es weniger Satelliten, weniger Trümmer und keinerlei „Megakonstellationen” in der Umlaufbahn. Ein Vorbeiflug an der Erde ist heute zwar immer noch recht sicher, aber riskanter als früher.

Die interplanetarische Kollisionsvermeidung
Etwa sieben bis zehn Tage vor dem Vorbeiflug wird das ESA-Büro für Weltraumschrott damit beginnen, Risikobewertungen auf Grundlage der Flugbahn der Solar Orbiter und der erwarteten Position katalogisierter Objekte in der Erdumlaufbahn durchzuführen. So lässt sich die Kollisionswahrscheinlichkeit für einige spezifische Annäherungen an die Erde ermitteln.

Kollisionsvermeidung: Wie hoch sind die Kosten? (Grafik: ESA/UNOOSA)

In diesen Fällen ist die Ungewissheit anfangs groß, verringert sich aber je nachdem, wie sich die Bahnen der Objekte verändern. Je näher der Zeitpunkt der Annäherung rückt, desto besser werden unsere Beobachtungsdaten und desto geringer werden auch die Unsicherheiten in Bezug auf die Position der betroffenen Objekte. Wie fast immer gilt: Je mehr wir über die Position zweier Objekte wissen, desto sicherer sind wir, dass sie sicher aneinander vorbeifliegen werden.

Allerdings steigt die Wahrscheinlichkeit eines Zusammenstoßes mit der Zeit und je größer diese Annäherung ist. Bei jeder der Sentinel-Missionen in der Erdumlaufbahn wird etwa alle fünf bis sechs Monate ein Kollisionsvermeidungsmanöver durchgeführt, wenn der Abstand zu einem anderen Objekt als zu riskant erachtet wird.

In dem unwahrscheinlichen Fall, dass die Solar Orbiter ein Manöver durchführen muss, um einem möglichen Einschlag aus dem Weg zu gehen, würde die Entscheidung bereits am Donnerstag, den 25. November, getroffen, also zwei Tage vor der Annäherung. Sie würde am Freitag, dem 26. November, etwa sechs Stunden vor dem Einflug vorgenommen werden.

Noch Fragen?
Sobald Solar Orbiter die erdnahe Umlaufbahn verlässt und die geostationäre Umlaufbahn passiert, wird sie sich nicht mehr im Risikobereich befinden. Dies sollte etwa eine Stunde nach ihrer geringsten Abstandsposition zur Erde sein.

Sobald die Raumsonde nach Ausnutzung der Erdgravitationskraft davonfliegt und mit weniger eigenem Schub unterwegs ist, als sie angekommen ist, können die Teams aufatmen und sich auf andere Dinge als den Weltraumschrott konzentrieren. Für die Missionen jedoch, die sich noch in der Umlaufbahn befinden, und für die, die noch gestartet werden müssen, wird die Situation im Weltraum immer besorgniserregender.

Nach jahrzehntelangen Starts, bei denen wenig darüber nachgedacht wurde, was mit den Satelliten am Ende ihrer Lebensdauer geschehen soll, ist unsere Weltraumumgebung heute mit Weltraumschrott übersät. Während Solar Orbiter an uns vorbeifliegt und gerade mal kurz die Erdumlaufbahn passiert, erinnert sie uns daran, dass das Problem des Weltraumschrotts nur um die Erde herum besteht, dass wir es selbst verursacht haben und dass es unsere Aufgabe ist, es zu lösen.

Hier erfahren Sie, wie die ESA die Entstehung weiteren Schrotts verhindert und bereits vorhandenen Schrott beseitigt.

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