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Thursday, April 9, 2020

Kessler und Vorhersagen zu Satellitenkollisionen

Kessler und der Weltraumschrott: Wir Menschen hinterlassen überall unseren Müll, mittlerweile auch im Weltraum. Zwar ist dort sehr viel Platz, doch wir sind in den letzten Jahren recht fahrlässig mit dem Erdorbit umgegangen, jeder hat seinen Müll einfach dort gelassen. Das wird uns nun langsam zum Verhängnis. Dabei vergessen wir jedoch, dass auch dieses Problem nicht neu ist, unter dem Namen Kessler-Syndrom warnt ein Wissenschaftler schon seit vielen Jahrzehnten davor.

Wer ist Donald Kessler?

Donald J. Kessler ist ein US-amerikanischer Astronom, der sich mit der Wahrscheinlichkeit von Satellitenkollisionen im erdnahen Raum beschäftigt. Er warnt bereits seit Jahrzehnten davor, dass wir den erdnahen Orbit derzeit für alle zukünftigen Generationen unbenutzbar machen. Er sollte Recht behalten, denn Raumstationen oder andere Satelliten müssen sehr oft vor größeren inaktiven Satelliten oder anderem Weltraummüll ausweichen. Doch in Zukunft wird es noch sehr viel Schlimmer werden.

Was ist das Kessler-Syndrom?

Wir schreiben den 10. Februar 2009: Die Satelliten Iridium 33 und Kosmos 2251 sollten in einem Abstand von ca. 600 Metern über Sibirien aneinander vorbeifliegen. 600 Meter sind zwar für astronomische Dimensionen wenig, aber soweit nicht gefährlich. Deswegen wurde der Vorbeiflug zwar beobachtet, bekam aber kaum Aufmerksamkeit. Kosmos 2251 war schon außer Betrieb, Irdium 33 war allerdings einer der wichtigsten Kommunikationssatelliten der USA. Zur vorhergesagten Zeit des Vorbeifluges brachen die Kommunikationssignale von Iridium 33 ab.

Die beiden Satelliten kollidierten mit einer relativen Geschwindigkeit von über 11,5 Kilometern pro Sekunde und zertrümmerten sich gegenseitig. Die Auswirkungen waren dramatisch. Weit über 100.000 Bruchstücke wurden in den Raum abgegeben, deren Durchmesser genügt, um Jahrzehnte im Erdorbit zu verweilen und im Falle einer Kollision großen Schaden anrichten zu können. Einige verglühten zwar in der Atmosphäre, doch der Großteil breitete sich in einer riesigen Trümmerwolke aus. Nicht nur die ISS musste Ausweichmanöver fliegen, sondern auch die Wartungsmission STS-125 des Hubble-Weltraumteleskops war in Gefahr.

Eine unaufhaltbare Kettenreaktion

Das Kessler-Syndrom ist eine positive Rückkopplung: Jeder Zusammenstoß lässt neue Trümmer entstehen und die Wahrscheinlichkeit einer Kollision steigt. Noch gibt es diese Kettenreaktion nicht. Aber selbst wenn wir keinen neuen Müll ins All schicken würden, gäbe es immer noch den vorhandenen Müll. Der Gefährlichste, der in Zukunft Ärger machen könnte ist der Satellit Envisat. Der Umweltsatellit ist so groß wie ein Bus und beobachtete den Klimawandel und die Ozeane, er ist der größte Erdbeobachtungssatellit der ESA. 2012 fiel er aus und umkreist bis heute inaktiv die Erde.

In seiner Orbitregion befindet sich jedoch noch sehr viel anderer Müll. Envisat ist mit über 8 Tonnen so schwer und massiv, dass falls er mit anderem Müll kollidieren würde, was in seinem Orbit nicht unwahrscheinlich ist, er die unaufhaltbare Kettenreaktion in Gang setzen könnte, die den erdnahen Raum für immer mit Weltraummüll verseuchen würde und ihn für die Raumfahrt unbenutzbar machen würde.

Verschärfung in Zukunft

Das Problem ist, dass der Weltraum derzeit eine Art wilder Westen ist, jeder kann im wesentlichen tun und lassen, was er möchte. Im sogenannten Weltraumvertrag konnten sich die Raumfahrtnationen zwar auf einige Grundsätze einigen, etwa das Verbot von militärischen Aktivitäten im All und der Aneignung von Himmelskörpern, doch vieles bleibt ungeklärt. So ist zwar festgehalten, dass für Schäden im Falle eines Absturzes das Herkunftsland des Satelliten haftet, doch niemand ist für die Situation innerhalb des Orbits verantwortlich. Das gibt nicht gerade Hoffnung für die Zukunft.

Zudem wird die Anzahl an Satelliten in den nächsten Jahren exponentiell wachsen. Derzeit sind über 2.200 Satelliten im Orbit. Doch die Starlink-Megakonstellation von SpaceX soll schon bald flächendeckendes Highspeed-Internet auf der ganzen Welt ermöglichen. Dafür hat SpaceX bereits feste Genehmigungen für den Start von 11.927 Satelliten, insgesamt sind 30.000 in Planung. Das ist das fünffache aller bisher gestarteten Satelliten! Bereits jetzt sind 60 Starlink-Satelliten im Orbit, dabei sind sie als helle Lichtpunkte mit bloßem Auge sichtbar.

Und das sind erst 60 von 30.000 geplanten Satelliten. Ich denke, man kann sich vorstellen, was für eine radikale Veränderung des erdnahen Weltraums das werden wird. Zudem haben bereits von 60 Satelliten drei nicht funktioniert. Bleibt es bei diesem Schnitt, sind von 30.000 Satelliten, 1.500 defekt – gigantische Mengen an Weltraumschrott. Und das ist nur die Anzahl der bereits beim Start defekten Satelliten, wer weiß, wie viele Satelliten noch nach einigen Tagen und Wochen kaputtgehen? Mit den inaktiven Satelliten, umkreisen zudem zahlreiche ausgebrannte Raketenstufen die Erde.

Müllabfuhr im All

Doch einen Hoffnungsschimmer gibt es noch – wir können aufräumen im All. Auf der ESA-Ministerratskonferenz in Sevilla 2019 beschloss die ESA die Investition von 65 Millionen Euro in Clear-Space-1, das ist eine Art Müllabfuhr fürs Weltall. 2025 soll sie starten und zu einer ausgebrannten Vega-Raketenstufe fliegen. Diese soll die mit einem Roboterarm greifen und in die Erdatmosphäre zerren, wo sie verglüht – eine Weltneuheit. Doch das soll nur der Anfang sein, weitere Sonden sollen mehrere Objekte auf einmal und auch größere Objekte greifen können. Die Entfernung von Körpern aus dem Erdorbit in Kombination mit der Vermeidung neuen Mülls kann den erdnahen Weltraum retten.

Derzeit sind durch den Weltraumschrott zahlreiche Projekte im erdnahen Orbit eingefroren. Ein Weltraumlift etwa wäre im Durchschnitt innerhalb eines Monats durch ein Trümmerstück zerschlagen, die ISS muss ständig Ausweichmanöver fliegen und private Raumstationen sind bis heute eine Vision – auch wegen des hohen Aufwands, einen Trümmerschutz zu installieren. Doch langsam findet ein Umdenken statt. Und leider dauert es bei uns Menschen ja öfter etwas länger, bis wir etwas verstehen – so ist es wohl auch bei den Warnungen von Kessler.

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