Ein Märchen aus Ecuador

29. Mai 2013 von Michael Khan in Raumfahrt

Am 25. April 2013 wurde der erste Satellit NEE-01 Pegaso der ecuadorianischen Raumfahrtagentur EXA als Beilast einer chinesischen Langer-Marsch 2D-Rakete in eine 650 km hohe, sonnensychrone Bahn gestartet. EXA verlor am 23. Mai 2013 denn Kommandozugriff und empfängt auch keine Telemetrie mehr.

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Es handelt sich bei Pegaso um einen Kleinstsatelliten mit lediglich 1.25 kg Masse. An einem 10 cm großen zentralen Korpus hängen kleine Solargeneratoren. Pegaso hat in seinem kurzen Leben einiger Bilder der Erde in mäßiger Webcam-Qualität aufgenommen und übermittelt und kann zudem auch noch die ecuadorianische Nationalhymne abspielen.

EXA hat zum Ableben ihres Satelliten eine Theorie aufgestellt, die offenbar allein darauf fußt, dass ihr Satellit kurz vor dem Ausfall eine nahe Begegnung mit einer seit 1985 umlaufenden russischen Tsiklon-Oberstufe gehabt haben soll. Die Theorie ist auf der EXA-Webseite publiziert und wurde gleich, wie immer ungeprüft und nicht hinterfragt, von Medien aufgegriffen und weiterverbreitet. Leider nicht nur von obskuren oder lokalen Medien, auch von der BBC.

Demnach soll der Satellit der Stufe sehr nahe gekommen sein, aber nicht mit der Stufe selbst, sondern mit einem Teilchen in einer Wolke von Trümmern kollidiert sein. Aufgrund der Kollision ist der arme kleine Satellit in eine Taumelbewegung "um zwei Achsen" geraten. Heroische Rettungsbemühungen sind im Gange, sind aber leider bis jetzt fruchtlos geblieben.

Das erscheint mir ein hochgradig unwahrscheinliches Szenario zu sein.

Erstens sind Oberstufen und andere große Objekte im Orbit nicht von einer Wolke kleiner Trümmer umgeben. Das ist mit den Gesetzen der Physik nicht vereinbar. Sollten Stückchen Farbe abplatzen, begleiten diese ihr Ursprungsobjekt nicht wie ein Pilotfisch einen Hai. Sie werden sehr bald aufgrund der unterschiedlich wirkenden Bahnstörungen auf ganz anderen Bahnen sein.

Zweitens sind alle Begegnungsprognosen, die allein auf Two Line Elements (TLEs) berufen, mit erheblichen Unsicherheiten behaftet. Wenn auf Basis von TLEs eine nahe Begegnung prognostiziert wird - das sind die Daten, auf die EXA Bezug nimmt - wird der tatsächliche Begegnungsabstand zweier Objekte ein ganz anderer sein. Aber das ist ohnehin nebensächlich, denn die Annahme, Pegaso sei durch eine Wolke von Kleintrümmern geflogen, die die ausgebrannte russische Stufe begleiten, ist einfach nicht zu halten.

Drittens ist die Aussage zweifelhaft, nach der der Satellit weitgehend intakt ist, aber durch die Kollision, wahrscheinlich auf einem Solargenerator, in eine Taumelbewegung geraten sein soll, und war eine "um zwei Achsen". Woher wollen die das denn bei der EXA wissen? Sie haben keine Telemetrie mehr, und diesen kleinen Spielzeugsatelliten können sie in 650 km Höhe auch nicht auf anderem Wege beobachten. Wie die Erfahrung mit dem immerhin 32 Meter großen Umweltsatelliten Envisat im letzten Jahr gezeigt hat, ist die Rekonstruktion der Taumelbewegung eines ausgefallenen Satelliten hochgradig komplex und aufwändig, selbst wenn man Radarmessungen hat, was bei Pegaso nicht der Fall ist.

Viertens ist die Theorie nicht plausibel, nach der eine Kollision mit einem Trümmerteilchen den Satellit weitgehend intakt gekassen haben soll. Wie klein soll denn das Teilchen gewesen sein? Bei einer durchschnittlichen Kollisionsgeschwindigkeit von 10 km/s bringt ein Teilchen von nur einem Gramm Masse eine kinetische Energie von 50 kJ mit. Da bliebe von Pegaso nicht viel übrig. Selbst wenn es ein kleineres Teilchen wäre.

Ich vermute, Pegaso ist ganz einfach ausgefallen. Vielleicht ist er ja wirklich mit einem kleinen Farbsplitter kollidiert. Der wird aber keinem anderen Objekt mehr zuordenbar sein. Aber einer solchen Kollision bedarf es gar nicht. Ein Satellit von 1.25 kg ist ein besseres Spielzeug und lebt nun einmal nicht ewig, vor allem in einer so harschen Umgebung wie dem erdnahen Weltraum. Wenn eine elektronische Komponente oder schlechte Lötverbindung den Geist aufgibt, ist schlagartig Schluss.

Mitte des Monats kam es zu erhöhter Sonnenaktivität, in deren Folge einige Tage später die Erde von ausgeworfener Korpuskularstrahlung erreicht wurde. Diese wird großenteils im Magnetfeld gefangen und sorgt dort für stark ansteigende Flussdichten geladener Teilchen und erhöhte Strahlenbelastung für Satelliten. Gerade bei einem kleinen Satelliten ohne viel Abschirmung (bei nur 1.25 kg Masse kann man halt nicht viel machen), ist schnell die Grenze der Belastbarkeit erreicht. Da bedarf es keiner Kollision.

Ein kaputter Satellit kann in der Tat eine komplexe Drehbewegung vollführen. Das kann man sogar ohne Daten und ohne Hinsehen sagen. Dafür sorgt schon die Überlagerung aus einer Restdrehbewegung, magnetische und Solardruckdrehmomente und der Effekt des Gravitationsgradienten. Vor allem aber die wohl in Relation zur Masse und Drehträgheit erheblichen Kräfte und Momente durch den Luftwiderstand.

Weitere Information

NEE-01 Pegaso hat die Cospar-ID 2013-018-B und die Spacetrack Catalog Number 39151. Hier auf heavens-above.com

Die Oberstufe der Tsiklon-3 Rakete, die den Cosmos-1666 ins Orbit brachte, deren unter Missachtung der physikalischen Gesetze begleitende, ominöse Müllwolke angeblich Pegaso ins Trudeln brachte, hat die Cospar-ID 1985-058-B und die Spacetrack Catalog Number 15890. Hier auf heavens-above.com


2 Kommentare zu “Ein Märchen aus Ecuador”

  1. Martin Holzherr Antworten | Permalink

    Was einem doch alles zustossen kann!

    Interessant, welche Parameter alle eine Rolle spielen für die Bahn eines erdnahen Satelliten. Am meisten überrascht hat mich der Gravitationsgradient. Das interpretiere ich so, dass an verschiedenen Stellen des Satelliten die Schwerkraft unterschiedlich gross ist, was dann eine Drehkraft auf den Satelliten ausübt. Das ist plausibel, aber für einen solchen Minisatelliten doch äusserst verwunderlich. Das käme mir vor, wie wenn die unterschiedliche Anziehungskraft im Erdgeschoss eines Gebäudes verglichen mit dem Obergeschoss einen messbaren Effekt hätte.
    Nun ja, im freien Fall, den ein Satellit erlebt, spielen natürlich auch sehr kleine Kräfte schon eine Rolle, aber der Gravitationsgradient zwischen erdnächstem und erdfernsten Punkt des Satelliten muss schon allerwinzigst sein.

  2. Michael Khan Antworten | Permalink

    @Martin Holzherr: Störungen relativ

    Alle Störkräfte und -momente sind relativ zur Masse bzw. zur Drehträgheit zu sehen. Klar ist das Gravitationsgradientenmoment bei einem Objekt geringer Ausdehnung nur winzig klein. Aber die Drehträgheit ist dann auch entsprechend kleiner. Wenn man davon ausgeht, dass die Drehträgkeit der Relation Masse * Radius^2 folgt und die Masse, grob gerechnet, mit der dritten Potenz der Abmessungen eines Objektes steigt (für eine erste Abschätzung kann man das so sagen), dann nimmt ja die Drehträgheit (als Integral über die gesamte Masse mit dem Quadrat der Entfernung vom Massenmittelpunkt) als Funktion r^5 der Dimension des Objekts zu. So ein kleiner Satellit hat wirklich kaum eine Drehträgheit, sodass eben auch schon kleinste Momente sich spürbar auswirken.

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