Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: Creekside Observatory, Raumfahrer.net, SeeSat-L, USAF.

Das Gemeinschaftliche Zentrum für Raumfahrtaktivitäten des US-amerikanischen Militärs (Joint Space Operations Center, JSpOC) hat im Rahmen der von ihm betriebenen Weltraumüberwachung ermittelt, dass der US-amerikanische militärische Wettersatellit DMSP F12 zwischenzeitlich von einem zusätzlichen freifliegenden Objekt begleitet wird.

Die US-amerikanische Luftwaffe bestätigte, dass es ein Fragmentierungsereignis gegeben hat. Die Bestimmung der tatsächlichen konkreten Ursache für das Ereignis ist schwierig bis unmöglich. Von dem ausrangierten Satelliten wurden schon viele Jahre keine Telemetriesignale – die Auskunft über den Zustand technischer Systeme an Bord geben könnten – mehr empfangen. Ins All gebracht hatte man den Wetterbeobachter mit einer Startmasse von rund 830 Kilogramm am 29. August 1994. Erste Wetterdaten sendete der Satellit am 8. September 1994, zum 25. September 1994 war die volle Betriebsbereitschaft von DMSP F12 erreicht. Seine offizielle Abschaltung erfolgte im Jahr 2008 zum 13. Oktober.

Im Rahmen der Stilllegung von DMSP F12 erfolgten Maßnahmen zur sogenannten Passivierung des Satelliten. Dabei wurde nicht nur die Nutzlast zur Wetterbeobachtung abgeschaltet. Auch die Unterbrechung der Verbindung der Akkumulatoren mit dem Solarpanel (Fläche 9,29 Quadratmeter) des Satelliten und die endgültige Abschaltung aller Sendeeinrichtungen an Bord standen auf dem Programm.

Kurzschlüsse und kochende Akkumulatoren
Allerdings gibt es im Akkuladeregler von DMSP F12 eine Schwachstelle, die er sich als siebter Satellit mit denen aus der gleichen Serie (DMSP-5D2-Satelliten F6 bis F14) teilt. Im Laderegler vorhandene Kabelstränge sind ungünstig verlegt. Die Isolation der Kabel kann wegen des fehlerhaften Entwurfs soweit abgerieben werden, bis blankes Leitermaterial zum Vorschein kommt. Die blanken Stellen sind es dann letztlich, die Kurzschlüsse verursachen können und damit eine Überladung von Nickel-Cadmium-Akkumulatorenzellen ermöglichen, welche dann überhitzen und schließlich platzen.

Deshalb birgt auch DMSP F12 nach seiner Passivierung noch das Risiko von entwurfsfehlerinduzierten Akkuexplosionen. Eine Möglichkeit, diesem Schicksal aus dem Wege zu gehen, besteht nicht. Das fehlerhaft konstruierte Akkuladesystem lässt sich im Weltraum nicht ersetzen, und eine wirksame Möglichkeit zur vollständig nachhaltigen Abschaltung entsprechender Satellitensysteme oder Leitungswege besteht im konkreten Fall wohl nicht.

DMSP F13 war in Betrieb, als er Schwierigkeiten in seinem Stromversorgungssystem bekam. Vor der Zerlegung von DMSP F13 am 3. Februar 2015 waren steigende Temperaturen und Stromstärken beobachtet worden. Ermittler gehen deshalb von einen Fehler im Akkumulatorensystem des Satelliten aus.

Platzende Treibstofftanks und Schleudertrauma
Am 15. April 2004 hatte DMSP F11 eine Trümmerwolke verursacht. Verantwortlich dafür ist vermutlich ein in Nachbarschaft zu Akkumulatoren montierter, geplatzter Treibstofftank, der zum Zeitpunkt des Versagens noch rund sechs Kilogramm Hydrazin enthielt.

Amateuerbeobachter berichteten im Oktober 2009 von einer unerwartet aufgetretenen Veränderung der Umlaufbahn von DMSP F12. Gleichzeitig wurde festgestellt, dass der Satellit stark zu rotieren begonnen hatte. Bahnänderung und Rotation sind mit einiger Wahrscheinlichkeit Folge eines Ereignisses an Bord, das am 20. Oktober 2009 mit der Freisetzung einiger Energie einher ging. Nicht auszuschließen ist, dass die Rotation zur Ablösung von Bauteilen geführt hat oder führen wird.

Aktuell bewegt sich DMSP F12 auf einer circa 99,1 Grad (99,06 Grad) gegen den Erdäquator geneigten Bahn in Höhen zwischen rund 840 und rund 855 Kilometern über der Erde. Sein Radarquerschnitt bzw. seine effektive Reflexionsfläche wird mit 3,212 Quadratmetern angegeben.

DMSP F12 war von Lockheed Martin bzw. den Vorgängerunternehmungen General Electric Astro-Space Division und Martin Marietta Astro Space wie viele andere militärische und zivile Wettersatelliten basierend auf einem TIROS-N genannten Satellitenbus aufgebaut worden. Sein Hauptkörper ist rund 3,7 Meter lang, der Durchmesser des Hauptkörpers beträgt rund 1,2 Meter.

Die jeweils 25,5 Amperestunden fassenden Akkumulatorensätze sind bei DMSP F12, so wie die Tanks für den Treibstoff Hydrazin, ringförmig verteilt außen an einem Ende des Hauptkörpers montiert.

DMSP F12 alias DMSP B5D2-7 ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 23.233 und als COSPAR-Objekt 1994-057A. Außerdem trägt er die Tarnbezeichnung USA 106.

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• DMSP-Wettersatelliten der USAF

Der Beitrag Auch DMSP F12 mit Fragmentierungsereignis erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: JSpOC, Raumfahrer.net .

Breeze-M 38.343 / 2012-026B
Das Gemeinschaftliche Zentrum für Raumfahrtaktivitäten des US-amerikanischen Militärs (Joint Space Operations Center, JSpOC) hat im Rahmen der von ihm betriebenen Weltraumüberwachung ermittelt, dass die russische Raketenoberstufe vom Typ Breeze-M mit den Katalogbezeichnungen NORAD-Nr. 38.343 und COSPAR 2012-026B am 22. Dezember 2015 diverse Fragmente freigesetzt hat.

Aus einer Analyse der Bahndaten von neun katalogisierten Fragmenten schloss das JSPpOC auf den vermutlichen Zeitpunkt des Debris erzeugenden Ereignisses an Bord der von Chrunitschew gebauten Breeze-M. Als Zeitpunkt für das Ereignis nennt das JSpOC den 22. Dezember 2015 16:00 Uhr koordinierter Weltzeit (Universal Time Coordinated, UTC) +/- eine Minute.

Die Raketenoberstufe mit der Baunummer 99.530 befindet sich seit dem 17. Mai 2012 im Weltraum. Sie wurde verwendet, um den kanadischen Kommunikationssatelliten Nimiq 6 für Telesat auf einer 11.986,0 x 35.864,3 km Geotransferbahn mit einer Neigung von rund 10,2 Grad auszusetzen, von der aus der Satellit sich selbstständig zur geplanten Einsatzposition manövrierte.

Die Breeze-M-Oberstufe steuerte sich anschließend unter Nutzung einer gewissen Menge übrig gebliebenen Treibstoffs an Bord auf eine gegenüber dem Absetzorbit etwas veränderte Bahn. Daher konnte die Stufe später auf einer rund 10,7 Grad gegen den Erdäquator geneigten 10.532,4 x 34.453,8 km Bahn beobachtet werden. Aktuell ist die Oberstufe auf einer rund 12 Grad gegen den Erdäquator geneigten Bahn mit einem der Erde nächstliegenden Bahnpunkt im Bereich von 10.420 km und einem erdfernsten Bahnpunkt im Bereich von 34.600 km unterwegs. Auf dieser Bahn benötigt sie rund 814 Minuten für einen Erdumlauf.

Sinnvoll ist es, im Zuge einer sogenannten Passivierung von nicht mehr benötigten Raketenstufen alle Behälter, Leitungen und Gerätschaften, die unter Druck stehende Flüssigkeiten oder Gase enthalten, zum Vakuum hin zu entleeren, um Explosionsereignissen aus dem Wege zu gehen, bei denen Weltraumschrott entsteht, welcher dann eine konkrete Gefahr für andere Raumfahrzeuge darstellt. Bei der Breeze-M, die Nimiq 6 erfolgreich auf den vorgesehenen Absetz-Orbit brachte, hat das möglicherweise nicht oder nicht im notwendigen Maße funktioniert.

NOAA 16 (NOAA L) 26.536 / 2000-055A
Der US-amerikanische, auf einem Satellitenbus namens TIROS-N basierende Wettersatellit NOAA L wurde am 21. September 2000 ins All gebracht und nach seiner Inbetriebnahme auf einem sonnensynchronen, polaren Orbit rund 870 km über der Erdoberfläche in NOAA 16 umgezeichnet.

Nach deutlicher Überschreitung seiner Auslegungsbetriebsdauer von drei Jahren musste das von der Lockheed Martin Space Systems Company (LMSSC) gebaute Raumfahrzeug schließlich am 9. Juni 2014 außer Dienst gestellt werden, was wegen einer schwerwiegenden, aber nicht detailliert beschriebenen Anomalie unausweichlich geworden war.

Das JSpOC berichtete dann Ende November 2015, dass es am 25. November 2015 gegen 8:16 Uhr UTC in der Umgebung von NOAA 16 eine Anzahl vorher nicht katalogisierter Objekte beobachtet hat. Bis 18:30 Uhr UTC des selben Tages erfasste das JSpOC 19 Objekte, die höchstwahrscheinlich von NOAA 16 stammen und teilte mit, dass man mit der Katalogisierung weiterer Objekte rechne.

Am 26. Januar 2016 wurde bekannt, dass 65 Fragmente neu katalogisiert wurden und die Zahl der NOAA 16 zugeordneten Objekte damit auf mittlerweile 200 angestiegen ist. Keines der katalogisierten Objekte ist bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt wieder in die Erdatmosphäre eingetreten.

Maßnahmen zur Vermeidung von Weltraumschrott erfordern unter anderem die vollständige Abschaltung elektrischer Stromversorgungssysteme, wenn Satelliten außer Dienst gestellt werden.

Befindet sich ein Satellit nach Außerdienststellung in freier Drift, können wegen der Umgebungsbedingungen im Weltraum heftige Temperaturwechsel geschehen, Störungen und Ausfälle des Thermalmanagements auftreten, Bauteile versagen und Strahlungsschäden vorkommen. Dabei ist es wünschenswert, wenn an Bord eines solchen Satelliten befindliche Akkumulatoren trotz allem nicht lecken oder bersten.

Eine Reihe US-amerikanischer ziviler und militärischer Wettersatelliten auf Basis des Busesa TIROS-N bergen auch nach Nutzung der ihnen mitgegebenen Passivierungsmöglichkeiten noch das Risiko von entwurfsfehlerinduzierten Akkuexplosionen.

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• Weltraummüll gefährdet Raumfahrt

Der Beitrag Das All, der Müll, und … erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Erstellt von Axel Nantes. Quelle: NASA, NRO, Raumfahrer.net, USAF

Die Desintegration von DMSP F13, einem am 24. März 1995 von der Luftwaffenbasis Vandenberg aus gestarteten Wettersatelliten aus der Modellreihe DMSP-5D2 mit einer Anfangsmasse im Orbit von 831 Kilogramm, führen Ermittler auf einen Fehler im Akkumulatorensystem des Satelliten zurück.

Die DMSP-5D2-Satelliten waren von Lockheed Martin bzw. den Vorgängerunternehmungen General Electric Astro-Space Division und Martin Marietta Astro Space gebaut worden.

Die Akkumulatoren der jeweils 25,5 Amperestunden fassenden Akkumulatorensätze selbst sind bei den DMSP-5D2-Raumfahrzeugen ringförmig verteilt außen an einem Ende des Hauptkörpers montiert.

Bei DMSP F13 (NORAD 23.533, COSPAR 1995-015A, Tarnbezeichnung USA 109) führte der Versager in der Stromversorgung des rund 3,7 Meter langen Satelliten mit einem Hauptkörperdurchmesser von rund 1,2 Metern dazu, dass eine Anzahl von neuen Trümmerteilen auf unterschiedlichen Bahnen um die Erde kreisen.

Relativ bald nach dem Schadensereignis konnte die USAF eigenen Angaben zufolge 147 Objekte ausmachen, deren Durchmesser sich im Bereich zwischen 7,5 und rund 75 Zentimetern bewegt.

Eine durch Wissenschaftler einer Raumfahrtforschungsgruppe der Universität Southampton in Großbritannien durchgeführte Untersuchung spricht davon, dass neben den relativ einfach via Radar vom Erdboden auszumachenden Trümmerteilen möglicherweise über 50.000 Bruchstücke in einer Größe ab einem Millimeter erzeugt wurden.

Nach dem wegen eines mutmaßlich abgenutzten Kabelstrangs und einem Kurzschluss in einem Akkuladeregler an Bord des Satelliten aufgetretenen Fehler hat die USAF das beschädigte Raumfahrzeug stillgelegt.

Die USAF berichtete, dass die Außerdienststellung des auf sonnensynchronem, polaren Orbit in Höhen zwischen 840 und 860 Kilometern um die Erde kreisenden Satelliten innerhalb von Stunden erfolgt, und dadurch die Gefahr des Abstoßens weiterer Trümmerteile abgewendet worden sei.

Der Kurzschluss im Laderegler führte wahrscheinlich zu einer Überladung von Nickel-Cadmium-Akkumulatorenzellen, welche überhitzten und schließlich platzten. Der Satellit wurde weit jenseits seiner Auslegungsbetriebsdauer von vier Jahren betrieben und hatte zu diesem Zeitpukt mehr als 100.000 Erdumrundungen absolviert.

Personal, das mit der Überwachung und Steuerung von DMSP F13 betraut war, hatte vor dem Zerlegeereignis steigende Temperaturen und Stromstärken beobachtet. Eine sich zügig verschlechternde Situation führte schließlich dazu, dass man aus Daten der nächsten Kommunikationssitzung zwischen Satellit und Bodenstation entnehmen musste, dass ein Akkumulatorensatz nicht mehr zur Verfügung stand, ein weiterer wechselnde Daten zu seinem Ladezustand lieferte und das Raumfahrzeug sich in unbeabsichtigter Drehung befand.

Offensichtlich war schnell klar: DMSP F13 würde sich nicht mehr sinnvoll einsetzen lassen. Der Verlust einer kontrollierten Ausrichtung im Raum war nicht mehr zu beheben.

Innerhalb von fünf Stunden wurden Kommandos an den Satelliten gesandt, die die Abschaltung der Nutzlast zur Wetterbeobachtung, die Unterbrechung der Verbindung der verbliebenen Akkumulatoren mit dem Solarpanel (Fläche 9,29 Quadratmeter) des Satelliten und die endgültige Abschaltung der Sendeeinrichtungen an Bord anstoßen sollten.

DMSP-5D2-Satelliten (F6 bis F14), die wie zahlreiche andere militärische und zivile Wettersatelliten auf dem TIROS-N genannten Satellitenbus aufgebaut sind, besitzen Laderegler, die dafür bekannt sind, sich schwierig zusammen setzen zu lassen. Ihr Funktionieren erfordert akribisches Arbeiten bei der Herstellung. Ihre Konstruktion geht auf einen Entwurf aus dem Jahre 1972 zurück.

Im Laderegler vorhandene Kabelstränge sind ungünstig verlegt. Die Isolation der Kabel kann wegen dieses fehlerhaften Entwurfs soweit abgerieben werden, bis blankes Leitermaterial zum Vorschein kommt. Die blanken Stellen sind es dann letztlich, die Kurzschlüsse verursachen können.

Sieben weitere Satelliten teilen die konstruktiven Details von DMSP F13 – und bergen auch nach einer Passivierung noch das Risiko von entwurfsfehlerinduzierten Akkuexplosionen. Eine Möglichkeit, zu verhindern, daß sie das gleiche Schicksal teilen, besteht nicht. Das fehlerhaft konstruierte Akkuladesystem lässt sich im Weltraum nicht ersetzen, und eine wirksame Möglichkeit zur vollständig nachhaltigen Abschaltung entsprechender Satellitensysteme oder Leitungswege besteht im konkreten Fall wohl nicht.

Üblicherweise versucht man bei der sogenannten Passivierung eines Satelliten im Zuge seiner Ausserdienststellung alle Behälter, die unter Druck stehende Flüssigkeiten oder Gase enthalten, zum Vakuum hin zu entleeren. Druckgase und Treibstoffe lässt man ab, Akkumulatoren entlädt man. So hofft man beispielsweise die Explosionsereignisse zu verhindern, bei denen Weltraumschrott entsteht, welcher dann eine konkrete Gefahr für andere Raumfahrzeuge darstellt.

Am 15. April 2004 hatte DMSP F11 eine Trümmerwolke verursacht. Verantwortlich dafür ist vermutlich ein in Nachbarschaft zu Akkumulatoren montierter, geplatzter Treibstofftank, der zum Zeitpunkt des Versagens noch rund sechs Kilogramm Hydrazin enthielt.

Die konstruktiv verwandten zivilen Wettersatelliten der US-amerikanische Wetterbehörde National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) erlitten ebenfalls trümmergenerierende Schadenereignisse.

Eine Schraube, die möglicherweise so fest angezogen war, dass ihr unteres Gewindeende in Verbindung mit darunter befindlichem leitfähigen Material kommen kann, hat im August 1994 in NOAA 13 vermutlich die übermäßige Erwärmung einer Elektronikbox und den Ausfall der Akkuladung verursacht.

NOAA 8 erlitt im Juni 1984 nach Überladung und Überhitzung eine trümmergenerierende Akkumulatorenexplosion. Von NOAA 7 ist bekannt, dass er im August 1997 Teile verlor.

Nach Angaben der USAF benutzen die letzen Modelle der DMSP-Satelliten (Version 5D3) geänderte Akkulader. Mit einem solchen ist angeblich auch der aktuell eingelagerte DMSP S20 ausgestattet.

DMSP S20 mit drei Akkumulatorensätzen á 50 Amperestunden und einer Startmasse im Bereich von 1.200 Kilogramm soll aktuellen Planungen zufolge frühestens im Jahre 2020 in den Weltraum transportiert werden. Aktiv wird er sodann als DMSP F20 bezeichnet werden.

Das S in der Bezeichnung steht für Spare bzw. Ersatz, das F für Flight bzw. Flug. Das Kürzel DMSP steht für Defense Meteorological Satellite Program, übersetzt etwa Militärisches Wettersatellitenprogramm.

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• Weltraummüll: Militär-Wettersatellit DMSP-5D2 F13

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: ESA.

Akkumulatoren an Bord von Satelliten haben die Aufgabe, den Weiterbetrieb sicherzustellen, wann immer ein Satellit nicht von der Sonne beschienen wird und Solarzellen auf seiner Struktur oder auf Auslegern keinen Strom erzeugen können.

Diese Akkumulatoren sind es auch, die nach der Abschaltung eines Satelliten Katastrophen bewirken können.

Bestimmungen über die Vermeidung von Weltraumschrott erfordern die vollständige Abschaltung elektrischer Stromversorgungssysteme, wenn Satelliten außer Dienst gestellt werden. So hofft man Explosionsereignisse zu verhindern, bei denen Weltraumschrott entsteht, welcher eine Gefahr für andere Raumfahrzeuge darstellt.

Im Rahmen der ESA-Initiative Clean Space („Sauberer Weltraum“), die sich zum Ziel gesetzt hat, nachteilige Einflüsse der Arbeit der Raumfahrtindustrie auf Erde und Weltraum zu reduzieren, soll nun das Verhalten von Akkumulatoren an Bord von Satelliten nach Einsatzende letzterer genauer untersucht werden. Außerdem möchte man herausfinden, wie man eine tatsächlich vollständige Passivierung eines Satelliten erreichen kann, teilte die ESA am 13. März 2014 mit.

Unter den Bauteilen eines Satelliten stellen seine Akkumulatoren solche größerer Abmessungen dar. Am Boden vor dem Abheben aufgeladen versorgen sie Satellitensysteme typischerweise während des Starts und des Transports in den Weltraum. Anschließend können sie von Solarzellen nachgeladen werden und dienen der Überbrückung in Betriebsphasen ohne ausreichende Sonneneinstrahlung. Außerdem müssen sie die Stromversorgung der Satellitensysteme im Fall von ungeplanten Ereignissen, Anomalien und Notfällen übernehmen können.

Um den Belastungen beim Start gewappnet zu sein, und den oft jahrelangen Einsatz im All überstehen zu können, erfolgen Entwurf und Bau von Akkumulatoren für Satelliten mit großer Sorgfalt. Vor einem Start werden sie intensiv getestet.

Wie sich die Akkumulatoren nach Dienstende eines Satelliten verhalten, liegt dagegen weitestgehend im Dunkeln.

Befindet sich ein Satellit in freier Drift, können wegen der Umgebungsbedingungen im Weltraum heftige Temperaturwechsel geschehen, Störungen und Ausfälle des Thermalmanagements auftreten, Bauteile versagen und Strahlungsschäden vorkommen. Dabei ist es wünschenswert, wenn an Bord eines solchen Satelliten befindliche Akkumulatoren trotz allem nicht lecken oder bersten.

Das Auseinanderbrechen einiger Satelliten in der Vergangenheit wurde mutmaßlich von versagenden Akkumulatoren verursacht. Beteiligt waren daran in der Regel ältere Akku-Konstruktionen ohne Lithium-Ionen-Zellen.

Im Rahmen der geplanten Studie wird ein Konzept für ein nach Betriebsende vollständig inertes Satellitenstromversorgungssystem gesucht, bei dem beispielsweise eine geplante physikalische Trennung vorgesehen wird, die so auszuführen wäre, dass es nicht zu einer versehentlichen Passivierung kommen kann.

Der Beitrag Weniger Weltraumschrott durch bessere Akkumulatoren erschien zuerst auf Raumfahrer.net.