Zero Space Debris: Was die ESA im Zero Debris Technical Booklet fordert

Das Problem mit Weltraummüll erledigt sich nicht von allein. Seit Jahren schieben wir es vor uns her – während gleichzeitig immer mehr Raketenstarts stattfinden und laufend neue Nutzlasten in den Orbit gebracht werden.

In den vergangenen ein, zwei Jahren haben Organisationen – allen voran die Europäische Weltraumorganisation (ESA) – begonnen, das Thema deutlich ernster anzugehen.

Inzwischen steht eine Leitfrage im Raum: Was braucht es, um Zero Space Debris zu erreichen?

Auf den ersten Blick wirkt das vielleicht unrealistisch, womöglich sogar naiv. Rund um die Erde kreisen Milliarden Trümmerteile, und mehr als 25.000 davon sind grösser als 10 cm.

Auch kleinere Teile sind jedoch gefährlich: Sie bewegen sich mit hoher Geschwindigkeit und können Satelliten oder Raumstationen beim Aufprall massiv beschädigen. Was wäre also nötig, um diese Trümmer aus dem Orbit zu entfernen?

Zero Space Debris und die ESA: Warum der Handlungsdruck steigt

Die ESA hat das „Zero Debris Technical Booklet“ veröffentlicht, um die Hürden auf dem Weg zu einer Zukunft ohne Trümmer im All zu erklären – und um Lösungsansätze aufzuzeigen, wie man dorthin gelangen kann. Die Ausarbeitung des Booklets folgte auf die Unterzeichnung der Zero Debris Charter durch Mitglieder der Zero-Debris-Community.

Im Bericht heisst es: „Trotz mehrerer Initiativen zur Minderung von Weltraummüll in den letzten Jahren und bescheidener Verbesserungen der öffentlichen Wahrnehmung besteht ein allgemeiner Konsens, dass von allen Akteuren im Weltraum dringend ehrgeizigere Massnahmen nötig sind, um Trümmer zu verhindern, zu mindern und zu beseitigen.“

Ausserdem verweist der Bericht darauf, dass die Leitlinien für die langfristige Nachhaltigkeit von Aktivitäten im Weltraum des Ausschusses der Vereinten Nationen für die friedliche Nutzung des Weltraums darlegen, wie Weltraummüll den Zugang zum All erschwert.

Das „Zero Debris Technical Booklet“: Ziele, Technik und STC

Das Booklet legt konkrete Zero-Debris-Zielmarken fest und beschreibt „technische Bedarfe, Lösungen und zentrale Befähiger“, mit denen Organisationen diese Ziele erreichen können.

Der naheliegende erste Schritt ist, gar nicht erst weiteren Müll zu erzeugen.

Dazu gehört vor allem, unbeabsichtigte Freisetzungen zu vermeiden. Die Belastungen der Weltraumumgebung können Materialien während der Mission – und auch darüber hinaus – abbauen. Auch unbeabsichtigte Zusammenstösse können Trümmer freisetzen.

Das Booklet wirbt unter anderem für die „Entwicklung von Mehrlagen-Isolationen und Beschichtungstechnologien, die eine langfristige Materialdegradation verhindern“, sowie für vergleichbare Fortschritte bei Werkstoffen, die Einschlägen besser standhalten. Verbessertes Monitoring, Simulationen und Tests sollen helfen, dieses Niveau zu erreichen.

Darüber hinaus macht das Booklet deutlich, dass andere Antriebstechnologien erforderlich sind. Bestimmte Antriebsarten setzen sehr grosse Mengen kleinster Partikel frei. Deshalb wird die Entwicklung alternativer Antriebssysteme befürwortet, etwa auf Basis von elektromagnetischen Tethers, Impulsübertragungs-Tethers sowie Vorrichtungen zur Erhöhung des Luftwiderstands oder der Nutzung des Drucks der Sonnenstrahlung.

Einen weiteren Baustein sieht das Booklet in einer besseren Überwachung und Koordination des Weltraumverkehrs (STC). „Verbessertes STC wird helfen, Kollisionen zu verhindern und die Häufigkeit unnötiger Ausweichmanöver zur Kollisionsvermeidung zu reduzieren“, heisst es.

Dafür braucht es zwar technische Lösungen, doch ebenso müssen verschiedene Raumfahrtagenturen Informationen miteinander teilen – etwas, wozu manche eher bereit sein werden als andere. Das Technical Booklet betont, dass hierfür standardisierte Leitlinien entwickelt und dann auch breit eingeführt werden müssen.

Entfernung, ADR und Kooperation: der Weg zu weniger Weltraummüll

Für bereits vorhandene Trümmer bleibt letztlich nur die Entfernung als Ausweg. „Für Weltraumobjekte, die sich aus welchen Gründen auch immer nicht selbst de-orbitieren, können externe Mittel eingesetzt werden, um diese Objekte aus dem Orbit zu entfernen“, so das Booklet.

Am Anfang steht dabei eine Bewertung nicht mehr aktiver Satelliten: Welche Methode eignet sich am besten, um sie aus der Umlaufbahn zu holen? Besteht die Gefahr, dass sie durch das De-Orbiting-Verfahren zerbrechen und dadurch noch mehr Trümmer entsteht? Nach dieser Einschätzung müssen verlässliche und konfigurierbare Verfahren entwickelt werden, um solche Objekte zu entfernen. Das verlangt technische Lösungen – und gleichzeitig Abstimmung zwischen verschiedenen Raumfahrtnationen.

Das Booklet beschreibt dafür die „Entwicklung interoperabler Schnittstellen und Anforderungen, die die Entfernung für unterschiedliche Objektarten und -grössen erleichtern (z. B. grosse/kleine Raumfahrzeuge, Raketenstufen und -elemente, Konstellationsraumfahrzeuge), angepasst an unterschiedliche Orbitalregionen (z. B. LEO, MEO, GEO), für verschiedene Entsorgungsstrategien (z. B. kontrollierter, unkontrollierter Wiedereintritt, orbitaler Transfer in einen Friedhofsorbit) und mit Blick auf eine einfache Übernahme“, wie es dort erläutert wird.

De-Orbiting-Systeme können dabei vergleichsweise simpel sein, etwa ausklappbare Sonnensegel wie beim experimentellen Canadian Advanced Nanospace eXperiment-7 (CanX-7). Es wurde 2016 gestartet und erreichte eine Abklingrate von 20/km pro Jahr.

Während CanX-7 und ähnliche Ansätze passiv arbeiten, existieren auch Konzepte für die Active Debris Removal (ADR).

Ein solches ADR-System ist Clearspace-1. Die Mission soll Technologien demonstrieren, mit denen ein Rendezvous durchgeführt, ein Objekt eingefangen und anschliessend de-orbitiert werden kann – konkret ein ausgedienter Satellit namens PROBA-1. Nach dem Einfangen sollen sowohl Clearspace-1 als auch PROBA-1 in die Erdatmosphäre stürzen und dort verglühen.

Zum Booklet gehört ausserdem, das Kollisionsrisiko zwischen Satelliten und anderen Objekten im All besser vorherzusagen und zu vermeiden. „Die zunehmende Menge an Trümmern und das mit Kollisionen im Orbit verbundene Risiko führen zu einem immer weiter steigenden Bedarf, dass Betreiber Ausweichmanöver zur Kollisionsvermeidung durchführen“, heisst es im Booklet. Ein Teil lässt sich bereits in der Entwurfsphase berücksichtigen, doch am Ende ist Koordination unvermeidlich.

Erneut fordert das Booklet mehr Zusammenarbeit zwischen den Akteuren. Nötig seien standardisierte Leitlinien für Kollisionsbewertungen sowie „Methoden zur Integration von Kollisionsrisikobewertungen aus mehreren Quellen“.

Technologisch würden Kollisionsvorhersage und -vermeidung zudem davon profitieren, wenn Machine-Learning-Algorithmen entwickelt werden, optische und funkbasierte Tracking-Hilfen weiterentwickelt und genutzt werden – sowie durch eine längere Liste weiterer Entwicklungen.

Das Technical Booklet bringt das Grundproblem so auf den Punkt: Bei Weltraummüll braucht es standardisierte Verfahren, um Gefahren zu bewerten, Gefahren zu vermeiden und Gefahren zu entfernen.

Obwohl die zur Bewältigung des Weltraummüll-Problems notwendigen Technologien noch nicht vollständig ausgereift sind, ist kaum zu bezweifeln, dass sie entstehen werden. Dennoch sind diese Technologien womöglich nicht die grösste Hürde. Der entscheidende Punkt ist die Zusammenarbeit.

Ohne Kooperation wird das Problem nie vollständig gelöst werden. Gleichzeitig ist Kooperation oft knapp. Unsere Spezies ist zumindest teilweise geprägt von inneren Konflikten und der Tragödie der Allmende. Unterschiedliche Staaten verfolgen unterschiedliche Ideologien, Politikstile und werden von wechselnden Führungspersonen geprägt.

Schlimmer noch: Einige Länder erzeugen aktiv zusätzlichen Müll. 2007 führte China einen Anti-Satelliten-Raketentest durch, zerstörte einen ausser Betrieb befindlichen Satelliten und erzeugte dabei eine enorme Menge an Trümmern.

2017 tat Russland dasselbe. Indien führte 2019 einen ähnlichen Test durch, behauptete jedoch, er habe in so geringer Höhe stattgefunden, dass die Trümmer schnell in der Erdatmosphäre verglühen würden. Das US Strategic Command erklärte allerdings, die Trümmer seien länger im All geblieben, als Indien angegeben habe.

Es wirkt nicht wahrscheinlich, dass die Staaten der Erde und ihre Raumfahrtagenturen in absehbarer Zeit umfassend zusammenarbeiten werden.

Doch wie beim Klimawandel und vielen anderen Problemen gilt: Das Weltraummüll-Problem lässt sich nur durch Kooperation lösen.

Dieser Artikel wurde ursprünglich von Universe Today veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.