Diese Woche fand beim ESOC in Darmstadt eine internationale Konferenz zum Thema Weltraumschrott statt. Zwar ist diese Konferenz weitgehend an mir vorbei gerauscht. Ich hatte leider keine Zeit, mir so viele der Fachvorträge anzuhören, wie ich es gewollt hätte.

Von den wenigen Vorträge, die ich mir genehmigte, hat mich einer besonders beeindruckt – oder vielmehr beunruhigt. Die dort genannten Zahlen geben allemal Anlass zur Sorge.

Nun bin ich beileibe kein Experte für Weltraumschrott, aber glücklicherweise konnte ich einen solchen befragen – Benjamin Bastida Virgili, ein junger Katalane und Autor des beunruhigenden Vortrags.

Die per Radar vermessene Population an Objekten im Orbit ist in einer großen Datenbank katalogisiert, zumindest die Objekte einer Größe von mehr als 10 cm Durchmesser, denn diese werden vom Radar erfasst. Die kleineren Objekte sind viel zahlreicher und nicht unbedingt weniger gefährlich, können aber nicht direkt beobachtet und gezählt werden.

Aus den beobachteten Positionen der Objekte lassen sich deren Bahnelemente ermitteln und teilweise auch identifizieren – man weiß, dass dieses Objekt der aktive Satellit X ist, jenes der seit Y Jahren inaktive Satellit Z, dies hier die ausgebrannte Oberstufe A, jene 212 dagegen Überreste der Explosion von Oberstufe B, und so weiter, viele Objekte sind auch nicht eindeutig zuordenbar, es befinden sich darunter auch so unangenehme Dinge wie ausgetretenes metallisches Kühlmittel aus Kernreaktoren, mit denen noch vor wenigen Jahren sowjetische Radarsatelliten mit Strom versorgt wurden.

Die Sache mit der Explosion ist eine wenig bekannte aber dennoch sehr wesentliche Quelle neuer Trümmer – viele der verwendeten Treibstoffe sind hypergol, wenn Brennstoff und Oxidator zusammenfinden, entzünden sie sich spontan. Zwar sind sie genau aus diesem Grund in getrennten Tanks an Bord einer Raketen-Oberstufe oder eines Satelliten gelagert. Tanks und Rohre schlagen jedoch irgendwann einmal leck.

Wird ein ausgedientes Raumfahrzeug von der Sonne beschienen, erwärmt sich die sonnenzugewandte Seite und dehnt sich aus, im Erdschatten jedoch wird es schlagartig sehr kalt: alles zieht sich wieder zusammen, und so weiter im anderthalbstündigen Turnus – bis am Schluss unvermeidlich etwas reißt, eine Tankwand etwa, Rohre oder Batterien, oder vielleicht noch eine Kollision mit einem anderen Trümmerteilchen nachhilft und zusammenfindet, was zusammengehört – Ergebnis ist eine Fragmentation, eine Explosion mit Freisetzung vieler weiterer Trümmer, die insgesamt über 60% der bekannten Objekte über 10 cm Größe ausmachen.

Selbst in Hunderten von Kilometern Höhe haben wir kein komplettes Vakuum, sondern immer noch die dünne Hochatmosphäre, in der alle dort fliegenden Objekte durch Reibung Energie abgeben und schließlich so tief sind, dass sie verglühen oder abstürzen. Wie lange ein Objekt im Orbit verbleibt, hängt von verschiedenen Faktoren ab: dem Verhältnis von Masse zu Querschnittsfläche und vor allem der Bahnhöhe, denn die Luftdichte nimmt exponentiell mit der Höhe ab. Es kommen also neue Objekte hinzu, aber andere verschwinden auch wieder mit der Zeit. Nur – schon in den wissenschaftlich wichtigen Bahnhöhen von 700 – 900 km bemisst sich diese Zeit in Jahrhunderten.

Benjamin hat aus der beobachteten Entwicklung der Trümmerpopulation und Simulationen von Fragmentationsereignissen eine Extrapolation für das niedrige Erdorbit (bis ca. 2000 km Bahnhöhe) über die nächsten 200 Jahre vorgenommen, inverschiedenen Szenarien:

1. Wir machen weiter wie bisher: Satelliten und Oberstufen werden gestartet und einfach im Orbit belassen, weitgehend ohne Maßnahmen zum Deorbit, zur Passivierung und zum Entleeren der Tanks und ohne darauf zu achten, dass schon einmal so wenige Einzelteile wie nur irgend möglich freigesetzt werden. Das beschreibt recht genau das Verhalten eigentlich aller Raumfahrttreibenden bis noch vor sehr kurzem. In diesem Fall steigt die Zahl der Trümmer an, und zwar beschleunigt. Zu den Fragmentationen gesellen sich auch noch viele weitere Kollisionen wie die, die sich im März ereignete. Benjamins Berechnungen zeigen, dass sich die Zahl der messbaren Objekte über 10 cm Größe nach 200 Jahren schon der Million nähern würde! Mit verheerenden Folgen für die Raumfahrt, die wir dann aber mindestens so dringend brauchen werden wie heute, denn Probleme wie der Klimawandel, die wir ohne die Daten von Erdbeobachtungssatelliten nicht in den Griff bekommen werden.
2. Wir betreiben weiter Raumfahrt, achten aber genau darauf, Oberstufen möglichst sofort zurückzuholen und Satellitenbahnen nach deren Außerdienststellung abzusenken, sodass sie schneller eintreten, nach spätestens 25 Jahren, und zusätzlich auch deren Tanks zu leeren und gefährliche Komponenten wie Batterien zu passivieren, damit es nicht zu einer Fragmentation kommen kann. Problem gelöst? Nein – allerdings wird die Zunahme der Trümmer deutlich gebremst, auf etwa 60000 nach 200 Jahren. Denn die jetzt schon im Orbit befindlichen Trümmer treiben natürlich weiter ihr Unwesen, es wird weiter Fragmentationen geben und natürlich auch Kollisionen.
3. Jetzt kommt eine Zahl, die mich deprimierte. Wenn wir jegliche Raumfahrt einstellen und somit kein weiteres Objekt mehr ins Orbit gestartet wird, dann wird die Zahl der Objekte die nächsten 200 Jahre immer noch weiter zunehmen, wenn auch relativ langsam. Das muss man sich einmal vorstellen – wir verzichten auf die in der modernen Welt eigentlich unverzichtbare Ressource Raumfahrt und lösen damit das Müllproblem noch nicht einmal.
4. Das folgende Szenario wirkte der aufkeimenden Depression gleich wieder entgegen: Benjamin konnte zeigen, dass es mit Maßnahmen zur aktiven Beseitigung potenziell gefährlicher Objekte gelingt, der Trümmerpopulation Herr zu werden, allerdings nur dann, wenn man gleichzeitig auch wie in Szenario 2 Maßnahmen unternimmt, damit zumindest keine neuen langlebigen Objekte hinzukommen. Die Beseitigung bezieht sich nicht auf Bruchstücke: Wie man die wegbekommt, weiß – sollte das von Stephan Fichtner beschriebene Verfahren wider Erwarten nicht wirken – niemand. Aber noch intakte ausgediente Oberstufen und Satelliten kann man sehr wohl beseitigen, das ist nur ein technisches Problem und auch ein finanzielles: Man muss beispielsweise Satelliten entwickeln, die sich an ein Objekt heranpirschen, andocken (beispielsweise an der Triebwerksdüse), die Lage des Gespanns stabilisieren und dann ihr Triebwerk zünden und den kontrollierten Absturz einleiten.

Benjamins Berechnungen beruhten auf den Statistiken für die Trümmerpopulation bis 2006. Nun ist das mit Vorhersagen ja bekanntlich grundsätzlich schwierig, besonders mit solchen, die die Zukunft betreffen. Damals gab es etwa 12000 bekannte Trümmer über 10 cm. Der Effekt des mutwilligen Zerstörungsakts beim chinesischen ASAT-Test von 2007 und der Kollision dieses Jahres ist noch gar nicht eingerechnet: heute sind wir schon bei 18000 Objekten über 10 cm.

Die Maßnahmen zur Vermeidung neu hinzukommender Trümmer sind technisch einfach, sie kosten allenfalls ein wenig Geld, aber sicher weniger als eine exponentiell wachsende Zahl neuer Kollisionen.

Die Maßnahmen zur aktiven Entfernung ausgedienter Objekte sind weniger einfach und kosten auch mehr Geld, doch auch hier gilt immer noch, dass Nichtstun sicher teurer kommt.

Eine gewisse Anzahl von Kollisionen wird es auch in Zukunft geben, prognistiziert wird ein gutes Dutzend in den kommenden 200 Jahren. Dabei wird es auch wieder aktive Satelliten erwischen. Je effektiver die aktive Entfernung ist, desto weniger Kollisionen – wobei allerdings, wie gesagt, das Restrisiko durch die bereits vorhandenen Trümmer noch auf lange Zeit bestehen bleiben wird.

Nachtrag: Die Konsequenz dieses Vortrags ist auch als Hauptergebnis der Gesamtkonferenz präsentiert worden. Ich zitiere aus der Pressemitteilung zum Konferenzabschluss:

However, it is common understanding that mitigation alone cannot maintain a safe and stable debris environment in the long-term future. Active space debris remediation measures will need to be devised and implemented. This is the main message from this conference.

Sobald die Veröffentlichung von Benjamin Bastida Virgili und Holger Krag online verfügbar ist, werde ich von hier einen Link darauf  erstellen.

Ferner verweise ich auf die Artikel des Mitbloggers Florian Freistetter im Blog Astrodicticum Simplex, der sich die Herkulesarbeit aufgeladen hatte, quasi in Echtzeit vom Fortgang der Konferenz zu berichten:

Mysteriöser Müll

Wenn der Weltraumschrott an die Leine genommen wird …

Die schwierige Suche nach dem Weltraumschrott

Weltraumschrott in Darmstadt