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Seit dem Start von Sputnik 1 am 4. Oktober 1957 wurden tausende Raketen und Satelliten in eine Erdumlaufbahn gebracht. Jeder dieser Satelliten oder Raketen erzeugt früher oder später Abfallprodukte, den so genannten Weltraummüll. Er verbleibt über Jahre bis Jahrzehnte im Erdorbit und stürzt dann auf die Erde zurück. Die Ursachen, Vermeidung und Gefahren, die von diesem Weltraummüll ausgehen, sind das Thema dieses Artikels.
Unter Weltraummüll (Englisch: Space Debris) werden alle Altlasten zusammengefasst, die die Erde umkreisen oder Abfallprodukte der Raumfahrt, die auf die Erde zurückfallen. Die Abmessungen reichen hierbei von bei Aussenbord-Einsätzen verloren gegangenen Schraubenziehern bis hin zu ausgebrannten Raketenstufen von mehreren Metern Größe.
Die derzeit wohl größten Einzelstücke, die in die Kategorie Weltraummüll einzuordnen sind, sind die nach dem Start eines Space Shuttle abgeworfenen, ausgebrannten externen Treibstofftanks. Dieser 48,9 Meter lange, rote Tank dringt dann in die Erdatmosphäre ein und explodiert über dem Meer, so dass von ihm keine Gefahr ausgeht.
Zunächst muss man unterscheiden, ob mit Weltraummüll im (Erd-)Orbit verbliebene oder auf die Erde abstürzende Trümmerteile gemeint sind. Es gibt auch Weltraummüll, beispielsweise ausgebrannte Raketenstufen der Apollo-Missionen, die sich in Umlaufbahnen um die Sonne befinden.
Die Grafik zeigt die Verteilung von Weltraummüll in der Umgebung der Erde. Der äussere Ring stellt die Zone der geostationären Satelliten dar.
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Der Weltraummüll, der sich im Erdorbit befindet, ist am stärksten differenziert. Die Größen reichen von millimetergroßen Partikeln bis zu ausgebrannten Raketenstufen. Die Trümmerteile verbleiben zunächst durch ihren Impuls auf ihrer Bahn um die Erde und werden im Laufe von Jahren bis Jahrzehnten durch die Reibung der äußerst dünnen Restatmosphäre abgebremst und stürzen schließlich auf die Erde.
Das Foto zeigt in Südafrika abgestürzte Trümmerteile einer ausgebrannten Delta II-Rakete. Der große, bojenförmige Kanister ist der Treibstofftank. Man beachte die durch die Wucht des Aufpralls entstandenen Deformierungen.
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Die kleinen Teile von Millimeter- bis Zentimetergröße verglühen analog zu Sternschnuppen komplett in der Erdatmosphäre. Diese kleinen Trümmerteile stellen jedoch eine ernst zu nehmende Gefahr für die bemannte und unbemannte Raumfahrt dar:
Da der Weltraummüll zunächst auf seiner ursprünglichen Bahn verbleibt, hat er auch seine Geschwindigkeit nicht reduziert. Verliert beispielsweise ein Astronaut bei Aussenbordarbeiten an der Internationalen Raumstation ISS einen Schraubenzieher, bewegt sich dieser mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Raumstation auf annähernd der gleichen Bahn um die Erde! Das ist immerhin die Geschwindigkeit einer Gewehrkugel.
Ein Trümmerstück von einem Zentimeter Durchmesser würde beim Aufschlag auf einen Satelliten die Explosionskraft einer Handgranate (Handgranaten enthalten 50 Gramm TNT) entwickeln. Eine Handgranate kann einen PKW problemlos in Schrott verwandeln. Man kann sich also vorstellen, was passiert, wenn solch ein Teil einen Satelliten oder gar einen Astronauten während Aussenbordarbeiten trifft. Die ISS ist jedoch doppelwandig gegen kleinere Trümmerteile abgeschirmt.
Das Foto zeigt den Einschlag eines kleinen Partikels in ein Solarpanel des SMM-Satelliten.
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Größere Abfallprodukte durchdringen die Erdatmosphäre und schlagen auf der Erde ein. Zwei Drittel davon stürzen ins Meer, da die Erdoberfläche zu zwei Dritteln aus Wasser besteht.
Die auf dem Festland aufschlagenden Bruchstücke und Raketenteile explodieren nicht wie bei einem Asteroideneinschlag. Es können aber dennoch beträchtliche Schäden entstehen, wenn bebautes oder bewohntes Gebiet getroffen wird.
Die wirksamsten Gegenmaßnahmen bestehen darin, Weltraummüll gar nicht erst entstehen zu lassen bzw. den unvermeidlichen Weltraummüll auf ein Minimum zu reduzieren. Hierfür gibt es mehrere Möglichkeiten:
Man kann Satelliten, nachdem sie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben, in einen höher gelegenen Orbit verlagern. Dieser Orbit wird Friedhofsorbit genannt. Dieser liegt im Normalfall ein paar hundert Kilometer oberhalb des regulären Orbits des Satelliten. Bei geostationären Satelliten wird meistens ein Orbit gewählt, der etwa 300 Kilometer oberhalb der geostationären Bahn liegt. Im Falle von erdnahen Satelliten wird er nach Möglichkeit auf elliptische Bahnen gebracht. Das Perigäum (der erdnächste Punkt) ist dann so angelegt, dass er durch die Reibung der Restatmosphäre innerhalb von 25 Jahren verglüht.
Diese Möglichkeit wurde bei der ehemaligen russischen Raumstation MIR in Erwägung gezogen. In Anbetracht ihre Größe wurde sie dann jedoch kontrolliert zum Absturz gebracht.
Dieser kontrollierte Absturz ist relativ sicher und wird öfters bei ausgedienten Satelliten angewendet. Führt man ihn über dem Meer durch, müssen lediglich Schifffahrtslinien umgeleitet werden, so geschehen beim bereits erwähnten Absturz der Raumstation MIR. Dann sind keine personellen oder materiellen Schäden zu befürchten.
Eine weitere, allerdings sehr aufwändige Möglichkeit, besteht darin, alte Satelliten mit dem Space Shuttle einzuholen und zur Erde zurück zu bringen. Diese Methode wurde in der Vergangenheit kaum und in jüngerer Zeit überhaupt nicht mehr angewendet, da die Shuttles zum Ausbau der internationalen Raumstation ISS benötigt werden.
Die wohl wichtigste, aber nicht immer einfachste Gegenmaßnahme besteht darin, Weltraummüll von vornherein zu vermeiden. Das ist in weiten Teilen unmöglich, da jeder Satellit irgendwann das Ende seiner Lebensdauer erreicht und als funktionsloses Stück Weltraummüll die Erde umkreist. Je nach Höhe des Orbits verbleiben sie dreißig bis hundert Jahre im Orbit, bevor sie in der Erdatmosphäre verglühen oder gar die Erdoberfläche erreichen.
Die Werkzeuge von Astronauten, die bei Aussenbord-Einsätzen am Space Shuttle oder der Raumstation arbeiten, sind in der Regel mit Bindfäden befestigt, damit sie keinesfalls verloren gehen. Das wäre eine sehr gefährliche Angelegenheit, da diese Kleinteile aufgrund ihres Impulses auf der Bahn des Shuttles bzw. der Raumstation verbleiben und somit eine große Gefahr darstellen. So hat beispielsweise der Space Shuttle Atlantis bei der Mission STS 116 im September 2006 Teile verloren, die den Shuttle mehrere Tage lang verfolgten. Diese Teile wurden von der Bodenstation aufgrund der Kollisionsgefahr akribisch beobachtet.
Auf keinen Fall dürfen Anti-Satellitenwaffen getestet oder eingesetzt werden. Der willentliche Abschuss von Satelliten produziert immense Mengen an Weltraumschrott, der über Jahre im Weltraum verbleibt und sogar eine Kettenreaktion verursachen könnte, bis hin zur Verunmöglichung von bemannter Raumfahrt. Beispielsweise testete China Anfang 2007 eine Anti-Satellitenwaffe, indem der tote chinesische Wettersatellit Fengyun 1C in einer Bahn in 850 km Höhe zerstört wurde. Innerhalb weniger Tage verteilten sich die Schrottteile auf Bahnen zwischen 400 und 2000 Kilometer Höhe. Bis ein halbes Jahr später konnten über 2000 Teile eindeutig diesem Ereignis zugeordnet werden.
Eine vom US-Kongress einberufene Kommission hat die Gefahren, die von Weltraummüll ausgehen, für die ISS quantitativ erfasst. Die Ergebnisse sind sehr ernst zu nehmen und in Anbetracht der geplanten Gesamtlebensdauer der Raumstation durchaus Besorgnis erregend. (Quelle: Berliner Morgenpost vom 12.3.2007)
Mit einer achtzehn prozentigen Wahrscheinlichkeit wird davon ausgegangen, dass die Raumstation so schwer beschädigt wird, dass sie zeitweise verlassen werden muss (wir erinnern uns an das ein Zentimeter großen Stück Weltraummüll mit der Sprengkraft von 50 Gramm TNT).
Die Wahrscheinlichkeit, dass die Raumstation komplett aufgegeben werden muss oder die Astronauten gar tödlich verunglücken, wird mit neun Prozent beziffert.
Weltraummüll kann grundsätzlich mit den Beobachtungsmöglichkeiten, die Amateurastronomen zur Verfügung stehen, beobachtet werden.
Große Trümmerteile, deren Bahnen genau bekannt sind, lassen sich mit Teleskopen beobachten. Eine regelmässige Beobachtung ist wichtig, um eventuelle Bahnänderungen und damit verbundene Kollisionsgefahren mit anderen Körpern im Erdorbit rechtzeitig zu erkennen.
Spektakulär, aber an einem gegebenen Standpunkt sehr selten sind gezielte Abstürze von Satelliten oder Raketenstufen mit dem bloßen Auge als sehr helle Leuchterscheinung beobachtbar. Hier sind wir in Mitteleuropa benachteiligt, da solche Manöver nach Möglichkeit über dem Meer durchgeführt werden, um das Restrisiko der Gefährdung von bewohntem Gebiet so gering wie möglich zu halten.
Aufgrund des hohen Gefahrenpotentials wird Weltraummüll auch von professionellen Astronomen flächendeckend beobachtet. Alle Bruchstücke mit einem Durchmesser von mindestens fünf Zentimeter sind mit modernen Beobachtungsgeräten verfolgbar. Mit Radar lassen sich Gegenstände erfassen, die zu klein und zu lichtschwach sind, um sie mit optischen Instrumenten visuell nachzuweisen. In niedrigen Umlaufbahnen ist mit Radar der Nachweis von Partikeln mit nur wenigen Millimeter Durchmesser möglich. Um die Umlaufbahn um die Erde sicher zu ermitteln, müssen die Trümmerteile jedoch im erdnahen Bereich mindestens fünf, im geostationären Orbit mindestens ca. 50 Zentimeter Durchmesser haben.
Derzeit sind ca. 13.000 Objekte mit bekannten Bahnen katalogisiert. Bei der Planung von Satelliten- und Shuttle-Missionen muss der bekannte Weltraummüll in die Bahnberechnungen mit einbezogen werden.
Die Bedrohung durch Weltraummüll ist ein ernst zu nehmendes Problem der Raumfahrt und wird im laufe der Jahre mit jeder gestarteten Rakete größer. Die Katalogisierung von Weltraummüll und die Entwicklung von Konzepten zur Reduzierung desselben ist ein wichtiges Forschungsgebiet der Raumfahrttechnik.
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