Quelle: DLR 7. Oktober 2022.

7. Oktober 2022 – Seit vergangener Woche bestimmen die Lecks an den Erdgaspipelines Nord Stream 1 und 2 die Schlagzeilen im Ostseeraum. Ersten Schätzungen zufolge sind dabei innerhalb weniger Tage zwischen 100 und 500 Kilotonnen Methan ins Meer geströmt. Unklar ist derzeit noch, welcher Anteil des Methans davon im Ozean verbleibt, und wieviel Methan in die Atmosphäre entwichen ist. In Zusammenarbeit mit dem Umweltprogramm der Vereinten Nationen gelang es nun dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), der Technischen Universität Braunschweig und weiteren Partnern erstmals direkt vor Ort in der Luft die Methankonzentrationen an den Lecks der Nord-Stream-Pipelines zu vermessen. Dazu bestückte das Forschungsteam eine Hubschraubermesssonde mit Instrumenten und flog diese am 5. Oktober 2022 über der Ostsee. Zudem werteten Forscherinnen und Forscher des DLR Radardaten sowie optische Satellitenaufnahmen aus, die den Gasaustritt an den bekannten Lecks bestätigen und den Verlauf ihrer Ausdehnung andeuten.

„Die kurzfristig organisierten Aktivitäten des DLR rund um die Analyse der Lecks an den Nord Stream-Pipelines zeigen unsere Leistungsfähigkeit und vielschichtigen Möglichkeiten der Erdbeobachtung“, sagt DLR-Bereichsvorständin Raumfahrt Dr. Anke Pagels-Kerp. „Mit den Flügen in der Region der Leckagen werden wir genauer verstehen können, wieviel Methan auch jetzt noch austritt und wie es sich lokal an den Austrittsstellen ausbreitet. Mittels der Radarbeobachtungen aus dem All, sehen wir das Potential unsere maritime Infrastruktur zukünftig intensiver zu überwachen, unabhängig von Bewölkung, Wetter und Tageszeit.“

Messinstrumente schweben 50 Meter über dem Meer
In enger Kooperation mit dem Institut für Flugführung (IFF) der Technischen Universität Braunschweig fanden insgesamt zwei Hubschrauberflüge ausgehend von der polnischen Küste bei Kohlberg statt. Das IFF betreibt die hubschraubergetragene Schleppsonde HELiPOD mit umfangreicher Technik für atmosphärische Messungen, die bereits im Juni 2022 bei Messungen der Methan-Emissionen aus Steinkohle-Schächten in Polen sowie bei der internationalen Arktis-Driftkampagne MOSAiC im Einsatz war. Der HELiPOD wird als Schlingenlast an einem rund 25 Meter langen Seil unter dem Hubschrauber geflogen. Für die aktuellen Flüge war dieser zusätzlich mit einem Methaninstrument des DLR-Instituts für Physik der Atmosphäre bestückt. Eine wichtige Hilfestellung leistete das Technische Hilfswerk Braunschweig (THW) bei der kurzfristigen logistischen Vorbereitung der Messungen. Den Hubschrauber stellte die polnische Firma Helipoland zur Verfügung.

Die Messflüge wurden zudem durch die IMEO Initiative des UN-Umweltprogramms (UNEP) unterstützt. „Die Methanlecks von Nord Stream 1 und 2 haben deutlich gemacht, wie wichtig es ist, die Methanemissionen weltweit genau zu überwachen, und zwar auf allen zeitlichen und räumlichen Skalen. UNEP ist stolz darauf, diese Messung durch das DLR unterstützt zu haben“, sagt Manfredi Caltagirone, Leiter des International Methane Emissions Observatory (IMEO) des UN-Umweltprogramms, und fügt hinzu: „IMEO wird weiterhin daran arbeiten, Methanemissions-Daten weltweit verfügbar zu machen, um die Reduzierung der Methanemissionen zu beschleunigen.“

Bei den Flügen konnten Messungen auf der windzugewandten Seite (im Luv) und auf der windabgewandten Seite (im Lee) der bekannten Stellen der Lecks durchgeführt werden. „Dabei konnten wir mit den Instrumenten im HELiPOD auf niedrigen Höhen bis hinunter auf etwa 50 Meter über dem Meer Daten sammeln“, erklärt die Leiterin der Messkampagne Dr. Anke Roiger vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre. „Die detaillierten Messungen der Methankonzentration im Umfeld der Lecks werden uns helfen die Ausbreitung der Methanemissionen aus den verschiedenen Lecks zu charakterisieren und somit die Schätzungen der Emissionsraten zu prüfen. Diese direkten flugbasierten Messungen in der Luft schließen die Beobachtungslücke zwischen den Boden- und Satellitenbeobachtungen der letzten Tage.“ Während der Flüge zeigte der HELiPOD-Missionsmonitor im Cockpit die Messungen online an, sodass der Hubschrauber erfolgreich durch die optisch unsichtbaren Methanwolken fliegen konnte.

Erdgas besteht größtenteils aus Methan, das nach Kohlenstoffdioxid das zweitwichtigste anthropogene Treibhausgas ist. Messflüge des DLR hatten in den letzten Monaten bereits mit HALO-Flügen in Kanada und Falcon-Flügen an der Westküste Zentralafrikas Methanquellen untersucht. Besonderes Interesse galt dabei der Analyse von Emissionen der jeweils aktiven Öl- und Gasindustrie, aber auch natürlichen Quellen wie Feuchtgebieten und auftauende Permafrostböden. Die Methandetektion aus dem All ist mit heutigen passiven Satelliten insbesondere über dem Meer noch sehr ungenau. Zukünftig wird die deutsch-französische Satellitenmission MERLIN (Methane Remote Sensing Mission) mittels eines am DLR entwickelten laserbasierten LIDAR-Sensors regionale und globale Emissionen des Treibhausgases Methan deutlich präziser aus dem All bestimmen können.

Satellitenbeobachtung aus dem All – Potential für das Monitoring maritimer Infrastrukturen
Satellitenaufnahmen aus dem Weltall, aufgenommen vom europäischen Radarsatelliten Sentinel-1A, konnten am 29. September und 1. Oktober 2022 das fortwährende Austreten von Gas bestätigen. Die hohe austretende Gasmenge erzeugte an der Wasseroberfläche starke Strudel, die das Radarsignal stärker zurückstreuen als das umgebende „ruhigere“ Wasser und dadurch in den Radaraufnahmen gut sichtbar sind. Sentinel-1A umkreist die Erde in einer Höhe von rund 700 km auf einer sonnensynchronen Umlaufbahn und ist dank seiner aktiven Radarantenne in der Lage, die Meeresoberfläche durch Wolken und Nebel hindurch abzubilden – bei jedem Wetter, Tag und Nacht. Hinzugezogen zu den Auswertungen wurden auch Aufnahmen des optischen Satelliten Sentinel-2 vom 30. September.

Mit den unerwarteten Lecks in den Pipelines Nord Stream 1 und Nord Stream 2 rückt das kontinuierliche Monitoring kritischer maritimer Infrastrukturen verstärkt in den Fokus. Hier könnten vor allem wetterunabhängig beobachtende Radarsatelliten zukünftig eine wichtige Rolle spielen. „Die notwendigen Satelliten wie Sentinel-1A, aber auch die deutschen Satelliten TerraSAR-X und TanDEM-X sind bereits im Orbit. Hinzu kommt bereits 2023 mit Sentinel-1C der nächste Copernicus Radar-Satellit“, erklärt Prof. Stefan Dech, Direktor am Earth Observation Center (EOC) des DLR. „Durch Anpassung der Beobachtungsroutinen könnten die Satelliten zukünftig verstärkt auch zur Beobachtung maritimer Infrastrukturen genutzt werden, um beispielsweise ungewöhnliche Schiffsbewegungen und andere Auffälligkeiten nahe solcher Einrichtungen auf dem Meer frühzeitig zu erfassen. Hier haben wir dank der großen Fortschritte bei der automatischen Datenauswertung und Mustererkennung mittels künstlicher Intelligenz ein großes Potential für zukünftige Monitoring-Systeme und Beobachtungsalgorithmen.“ Ergänzt werden diese Fähigkeiten schon heute durch die Nutzung optischer Satelliten wie beispielsweise Sentinel-2 oder auch Landsat.

Das Earth Observation Center (EOC) betreibt am DLR-Standort in Neustrelitz neben Funktionen des ESA Kern-Bodensegments auch eigene Systeme, um Sentinel-Daten zu empfangen und diese in nahe Echtzeit auszuwerten. Dabei stellt die Nutzung im Kontext der maritimen Sicherheit einen Schwerpunkt dar: So liefern Satellitendaten längst eine wichtige Grundlage bei der Beobachtung der Wind- und Seegangsverhältnisse sowie bei der Erkennung von Ölverschmutzungen, Gefahrstoffverklappung oder illegaler Fischerei.

An den Standorten in Neustrelitz und in Bremen betreibt das DLR zwei Forschungsstellen „Maritime Sicherheit“. In Bremen entwickelte thematische Prozessoren, etwa zur Detektion von Schiffen oder Eisbergen aus Radarsatellitenaufnahmen, werden in die hierfür in Neustrelitz entwickelten Systeme eingebunden und operationalisiert. Ergänzend arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in Neustrelitz an Daten optischer Satelliten für integrierte Lösungen, die verschiedene Satelliteninstrumente und Aufnahmen kombinieren.

Am neugegründeten DLR-Institut für den Schutz maritimer Infrastrukturen in Bremerhaven laufen bereits erste Forschungsarbeiten, wie zukünftig Lagebilder über und unter Wasser realisiert und geschickt genutzt werden können. Unter Berücksichtigung der gesellschaftlichen Rahmenbedingungen werden diese Technologien in enger Abstimmung mit Behörden und Betreibern erprobt und für die Marktreife vorbereitet.

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Quelle: ESA.

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.

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.

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.

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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