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Sternstunde

Unser Weltall wird zur Müllhalde

Meike Lorenzen
Meike Lorenzen Ehem. Redakteurin Technologie WirtschaftsWoche Online

In den unmittelbaren Erdumlaufbahnen fliegt so viel Müll, dass nun mit großem und vor allem teurem Aufwand aufgeräumt werden muss. Welche Auswirkungen der Weltraumschrott auf unser Leben hat.

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Die Computersimulation der Europäischen Weltraumorganisation ESA nach Daten vom Februar 2009 zeigt auffindbare Objekte in der Erdumlaufbahn. Die Anzahl der Objekte im Orbit steigt jährlich im Schnitt um 200 an. Quelle: dpa

Wir Menschen haben es mal wieder geschafft. Neben gigantischen Müllbergen vor großen Metropolen und tonnenweise Plastik im Meer haben wir nicht nur unseren Planeten vermüllt, sondern auch die näheren Umlaufbahnen um die Erde herum. Seit dem Start der russischen Raumfähre Sputnik am 4. Oktober 1957 haben Weltraumforscher tausende Satelliten und Raumsonden sowie Unmengen von Abfall im All hinterlassen. Jedes Mal, wenn eine Rakete in den Weltraum geschossen wird, gelangen auch abgebrannte Raketenstufen, Bolzen und andere Kleinteile in die Umlaufbahn. Auch wenn ein Satellit ausgedient hat, fliegt er weiter durch den Orbit. Die erdnahe Umgebung ist inzwischen voller High-Tech-Schrott.

Schrottplatz Weltraum
Die Computersimulation der Europäischen Weltraumorganisation ESA zeigt auffindbare Objekte in der Erdumlaufbahn. Rund 6000 Tonnen Weltraummüll kreisen schon heute auf erdnahen Bahnen um unseren Planeten - und jedes Jahr kommen einige Dutzend Tonnen dazu. Quelle: dpa
Spektakuläre Trümmerteile wie dieser Tank einer amerikanischen Delta 2-Rakete, der 1987 in Texas niederging ... Quelle: NASA
... oder dieses Bruchstück eines Raketenstufe, das 2001 in Saudi Arabien einschlug, verdeutlichen einen Aspekt des Problems: Pro Jahr stürzen mehrere zehn Tonnen Weltraumschrott zur Erde zurück. Zwar verglüht das meiste davon in der Atmosphäre, besonders große Trümmerstücke können jedoch bis zur Erdoberfläche durchkommen. Quelle: NASA
Die US-Amerikanerin Lottie Williams ist der bislang einzige Mensch, der von einem Stück Weltraumschrott getroffen wurde. Bei dem Zwischenfall im Jahr 1997 hatte sie großes Glück: Das Bruchstück einer Delta 2-Rakete der US Air Force traf ihre Schulter, verletzte sie aber nicht. Quelle: NASA
Ungleich größer sind die Gefahren, die von Weltraumschrott für Objekte im erdnahen Orbit ausgehen. Dieses bei Reparaturarbeiten ausgetauschte Teil des Hubble-Weltraumteleskops weist zahlreiche Einschlagspuren auf. Quelle: NASA
Auch die Antennenschüssel des Weltraumteleskops wurde durch Weltraumschrott in Mitleidenschaft gezogen. Quelle: NASA
Solche Trümmerteile aus Aluminiumoxid entstehen beim Einsatz von Feststoffraketen, wie sie etwa beim Start eines Spaceshuttles zum Einsatz kamen. Im All entwickeln sie sich zu Geschossen mit enormer Durchschlagskraft. Quelle: NASA

Wie bei der Umweltbelastung auf der Erde haben die Menschen auch das Problem im All erst wirklich ernst genommen, als es eigentlich schon zu spät war. Inzwischen ist es dort oben so voll, dass Funk- und Fernsehsatelliten sowie die Raumfahrt insgesamt in Gefahr geraten. „Wir können uns nicht mehr zurücklehnen. Wir müssen nun aktiv eingreifen und aufräumen“, sagt Professor Heiner Klinkrad von der European Space Agency (ESA) in Darmstadt. Um das Problem der sogenannten Space Debris in den Griff zu bekommen, ist internationaler Austausch gefragt. Daher treffen sich vom 17. bis 19. April die zwölf führenden, raumfahrttreibenden Nationen zu internen Abstimmungsgesprächen, mit einer anschließenden viertägigen internationalen Fachtagung in Darmstadt.

Verwüstung durch Meteoriten auf der Erde

Das Problem, über das die Wissenschaftler diskutieren, wird in der Forschung als Kessler-Effekt bezeichnet – und dieser steht für eine gefährliche Kettenreaktion. Der Weltraumschrott rast mit unfassbaren Geschwindigkeiten durch das All. Stoßen die Teile zusammen, ist der Aufprall so gigantisch, dass die beiden Elemente wieder zersplittern und somit zu neuen Gefahrenquellen werden. Erstmals entdeckte der amerikanische NASA-Wissenschaftler Donald J. Kessler 1978 diese Dynamik im Asteroidengürtel mit kleinen Himmelskörpern, die immer wieder aufeinanderprallten. Er übertrug das Phänomen auf Weltraumschrott. In einem Aufsatz formulierte er seine Bedenken, dass der Effekt bereits in 30 Jahren eintreten könne. Und tatsächlich schauen die Forscher heute immer besorgter gen Himmel.

Kommunikationssatelliten in Gefahr

Auf dem Mars wiegen wir nur die Hälfte
Viele Menschen werden sich freuen: Auf dem Mars reduziert sich das Gewicht - wiegt also jemand 75 Kilo auf der Erde, so ist er auf dem Mars mit 28 Kilo ein Fliegengewicht. Quelle: Reuters
Aufgrund seiner Beschaffenheit würde der Saturn auf dem Wasser schwimmen. Er ist ein Gasplanet und besteht zu 96 Prozent aus Wasserstoff, deshalb weist er auch die geringste mittlere Dichte auf. Der Saturn war schon vor der Erfindung des Fernrohrs bekannt, weil er als äußerster Planet mit dem Auge problemlos zu erkennen ist. Quelle:
Die Mondlandung war ein kleiner Schritt für einen Menschen, aber ein großer für die Menschheit: Insgesamt waren Astronauten bislang 300 Stunden auf dem Mond. Quelle: dpa
Der höchste Berg auf der Erde ist zweifelsohne der Mount Everest mit 8848 Metern. Er wird allerdings vom Olympus Mons auf dem Mars überragt, der 26 Kilometer zählt. Quelle: dapd
Angeblich soll es mehr Sterne geben als Sandkörner auf der Erde: Ein australischer Astronom geht davon aus, dass es etwa 70 Tausend Millionen Millionen Millionen Sterne gibt - und da sind nur die "gezählt", die mit modernen Teleskopen erkennbar sind. Quelle: dpa/dpaweb
Bis auf Merkur und Mars haben alle Planeten in unserem Sonnensystem Monde: Mit 67 Monden hat der Jupiter die meisten. Es folgt der Saturn mit 62 Monden. Quelle: REUTERS
Die Entfernung zwischen Mond und Erde beträgt 384.400 km: Das wird allerdings jedes Jahr ein bisschen mehr. Durchschnittlich in 27 Tagen und sieben Stunden umkreist der Mond die Erde. Quelle: dpa

„Aktuell befinden sich etwa 30.000 Objekte in den Erdumlaufbahnen, die zehn Zentimeter oder größer sind – und davon denen sind nur 22.000 vom Boden aus zu sehen und 16.000 von den USA katalogisiert“, sagt Heiner Klinkrad. Etwa 740.000 Objekte sind größer als ein Zentimeter. Dabei umkreisen die meisten Bruchstücke die Erde in einem Abstand von 800 bis 1000 Kilometern und 1400 Kilometern. Dann sind nach einigem Abstand wieder etliche Teile in einem Abstand von 20.000 Kilometern zur Erde vorhanden. Auch in der Höhe von 36.000 Kilometern gibt es zahlreiche Trümmer, die vor allem für die Satelliten in der geostationären Umlaufbahn zum Problem werden.

„Wir haben große Teile unserer Infrastruktur ins All ausgelagert“, sagt der ESA-Forscher. Kommunikationssatelliten versorgen uns mit dem Rundfunk, Fernsehen und das Internet. Navigationssatelliten verbessern den Verkehr, die Logistik und die Meteorologen greifen für ihre Wettervorhersagen auf Satellitenbilder zurück. Und gerade diese Satelliten befinden sich in der geosynchronen Umlaufbahn. Die umläuft die Erde genauso schnell, wie sich der Planet dreht. Ein geosynchroner Satellit befindet sich bei jedem Umlauf der Erde immer über dem gleichen Punkt auf der Oberfläche. Weil auf diese Weise eine konstante Erreichbarkeit garantiert wird, ist es auf dieser Bahn besonders voll, was das Risiko erhöht von einem Trümmerteil getroffen zu werden. Und wird ein Satellit zerstört, betrifft dies sofort einen großen Teil der Menschheit. Von den entstehenden Kosten, die bis in die Billiarden gehen können, ganz zu schweigen.

Mit den Augen eines Astronauten
Seit Dezember schickt der kanadische Astronaut Chris Hadfield regelmäßig Bilder aus dem All. Hier geht der Mond über der Erde auf. Quelle: Chris Hadfield/NASA
Über Belfast - die nordirische Küste zeichnet sich ab. Quelle: Chris Hadfield/NASA
Das schottische Glasgow liegt vor den verschneiten Bergen des Loch Lomond. Quelle: Chris Hadfield/NASA
Eine spektakuläre Aufnahme der Stadt St. John im kanadischen Neufundland. Der Astronaut Hadfield ist gebürtiger Kanadier. Quelle: Chris Hadfield/NASA
Der kanadische Astronaut Chris Hadfield wurde in Sarnia in der Ontario geboren. Diese Stadt sieht man hier im Bild. Seit Ende Dezember ist er erst im All - im März wird er als erster Kanadier das Kommando an Bord der ISS übernehmen. Quelle: Chris Hadfield/NASA
1978 trat Hadfield der kanadischen Luftwaffe bei, die er 2003 wieder verließ. Derzeit ist er als "ziviler" Astronaut bei der kanadischen Luftwaffe. Quelle: Chris Hadfield/NASA
Die chinesische Stadt Hangzhou liegt im Osten der Volksrepublik und hat über sieben Millionen Einwohner. Doch aus dem All sieht auch die Millionen-Metropole winzig aus. Via Twitter grüßte Hadfield die chinesischen Astronauten und würdigte ihre Leistungen. Quelle: Chris Hadfield/NASA

Ein Teil der Schrottteile entstand bei militärischen Tests sogenannter Antisatellitenwaffen. Diese sind darauf ausgerichtet gegnerische Satelliten oder andere Raumflugkörper durch Rammen, Beschuss oder Explosionen zu zerstören. In der Folge entstanden Zehntausende Einzelteile, die nur langsam verschwinden. Den letzten Test dieser Art führten die Chinesen am 11. Januar 2007 etwa 850 Kilometer über der Erdoberfläche durch. Allein an diesem Tag entstanden 2944 erfasste Trümmerteile, die die Erde noch Jahrzehnte umkreisen werden.

Wegen der hohen Fluggeschwindigkeit stellen nicht nur große, sondern auch kleine Partikel eine Gefahr für die Raumfahrt und Satelliten dar. „Zehn Zentimeter große Objekte im Orbit werden etwa 26.000 Kilometer pro Stunde schnell und haben Relativgeschwindigkeiten von bis zu 50.000 Kilometern pro Stunde und mehr. Da werden bei Kollisionen sehr große Energien frei, die katastrophale Zerlegungen herbeiführen können“, sagt Esa-Experte Klinkrad. Ein-Zentimeter-Objekte haben die Energie einer explodierenden Handgranate, und selbst millimetergroße Teile können einen Raumanzug durchschlagen.

Wie wahrscheinlich ist ein Zusammenprall?

Was hilft gegen Killer aus dem All?
Meteoritenhagel auf Russland und ein Asteroid, der unsere Erde gefährlich nahe passiert - der vergangene Freitag hat uns gleich mit zwei dramatischen Ereignissen vor Augen geführt, wie verletzlich unser Planet für Geschosse aus dem All ist. Weltweit suchen Forscher nach Wegen, potenzielle Killer aus dem Weltraum zu entschärfen. Ein Überblick über einige der vorgeschlagenen Methoden. Quelle: dpa
Hinfliegen und kaputtmachen - der Klassiker unter den Abwehr-Szenarien: Eine Kernwaffenexplosion auf oder nahe bei einem Astroiden soll diesen auf eine ungefährliche Bahn schubsen. Befürworter dieser Methode ist unter anderem die US-Weltraumbehörde Nasa. Problem dabei: Eine solche Explosion könnte den großen Brocken in mehrere Teile zerlegen, die dann ihrerseits die Erde bedrohen. Quelle: dpa
Deutlich sanfter ginge es bei einem von den Nasa-Astronauten Ed Lu und Stanley Love vorgeschlagenen Verfahren zu: Sie wollen ein schweres Raumschiff in der Nähe eines potenziell gefährlichen Asteroiden "parken". Durch die Anziehungskraft des Schiffes würde der Brocken allmählich aus seiner verhängnisvollen Bahn gelenkt werden, so die Überlegung. Quelle: Dan Durda - FIAAA / B612 Foundation
Auch unsere Sonne könnte helfen, einen gefährlichen Asteroiden abzulenken: Auf Raumschiffen montierte Spiegel sollen Sonnenlicht gebündelt auf den Astroiden richten und einen Teil seines Gesteins verdampfen. Über Monate hinweg ließe sich der Brocken so allmählich umlenken. Quelle: rtr
Einen ähnlichen Effekt könnten Laserstrahlen erzielen: Gepulste Laserstrahlung würde einen Teil des Asteroiden verdampfen und so einen Schub erzeugen, der die Flugbahn des Himmelskörper verändert. Quelle: rtr
Die US-Forscher Clark Chapman, Daniel Durda und Robert Gold haben die Möglichkeit untersucht, einen konventionellen Raketenmotor auf einem Asteroiden zu montieren und diesen so aus der Gefahrenzone zu bugsieren. Angesichts der exorbitanten Treibstoffmenge, die dafür benötigt würden, ein eher unrealistisches Szenario. Quelle: Curventa/Siemens
Auch die "Paintball"-Methode des MIT-Forschers Sung Wook Paek gehört zu den eher exotischeren Vorschlägen: Er möchte potenzielle Killer-Brocken mit gigantischen Kugeln voll heller Farbe beschießen und so die Fähigkeit der Asteroiden-Oberfläche, Sonnenlicht zu reflektieren, erhöhen. Wenn mehr von der Sonne einfallende Lichtteilchen von der Oberfläche „abprallen“, würde dies die Flugbahn des Asteroiden über Jahre hinweg messbar beeinflussen, so der Forscher, der mit seiner Idee im vergangenen Jahr den von der UNO ausgelobten Wettbewerb "Move an Asteroid" gewann. Quelle: dpa

„Könnte man im Orbit die Stopp-Taste drücken, sehe es gar nicht so dramatisch aus“, sagt Klinkrad. Dann wären die einzelnen Objekte vermutlich hunderte Kilometer im sicheren Abstand voneinander entfernt. „Doch die Elemente bewegen sich, und dadurch wird es eng“, sagt Klinkrad. Bereits 1996 verloren die Franzosen ihren Cerise-Satelliten, der von einem Trümmerteil einer explodierten Ariane-Rakete (im Auftrag der ESA gebaut) getroffen wurde. Auch am Weltraumteleskop Hubble entdeckten die Forscher bereits ein Durchschlagsloch und im Februar 2002 wurde ein Fenster der Internationalen Weltraumstation getroffen. Die letzte spektakuläre Kollision ereignete sich im Februar 2009, als in einer Höhe von knapp 800 Kilometern der amerikanische Kommunikationssatellit Iridium 33 und der russische Aufklärungssatellit Kosmos 2251 zusammenprallten.

„Wir möchten vor allem verhindern, dass die Situation im erdnahen Weltraum noch schlimmer wird, damit Kesslers Prophezeiungen nicht eintreten“, sagt Klinkrad. Ein weiteres Problem: Ist der Schrott erst einmal im Orbit unterwegs, ist die Lebensdauer der Objekte aufgrund der geringen Luftdichte länger als 100 Jahre. „Es herrscht kaum Luftwiderstand, und nur der kann auf natürlichem Wege zum Absturz, und damit zum Verlassen des Weltraums führen“, erklärt Heiner Klinkrad. „Um die Situation in den Griff zu bekommen, müssen wir Masse im erdnahen Raum aktiv entfernen.“

Katastrophen in der bemannten Raumfahrt

Die, die den Schrott verursacht haben, werden nun also aktiv. Für die Aufräum-Aktion im All schlagen die Forscher zwei Methoden vor: Zum einen lassen sich ausgediente Satelliten und andere Objekte mit einem kleinen Eigenantrieb versehen, womit sich der Edelschrott auf eine mehr als 35.000 Kilometer entfernte Bahn schießen lässt. Friedhofsbahnen nennen die Satellitenbetreiber diese, da die Objekte hier weiter kreisen können, ohne dass die Gefahr einer Rückkehr in viel genutzte Bahnen besteht.

Zum anderen besteht die Möglichkeit den Schrott bewusst und kontrolliert in Richtung Erde abstürzen zu lassen. Ab einer Höhe von 600 bis 800 Kilometern über der Erdoberfläche nimmt der Luftwiderstand so zu, dass der die Verweildauer im Orbit begrenzt ist. Daraus resultierende Abstürze passieren täglich. Denn die meisten kleineren Fragmente würden spätestens nach einigen Monaten in der Erdatmosphäre verglühen. „Pro Tag fallen etwa ein bis zwei Objekte aus dem All zurück auf die Erde ohne die Oberfläche je zu erreichen“, sagt Klinkrad. Beim Eintreten in die Erdatmosphäre werden sie langsam abgebremst, bis sie dann verglühen.

Eine internationale Verantwortung

Starke Sprüche aus dem All
Die erste Mondlandung war auch ein Ereignis der großen Gesten und pathetischen Worte. Neil Armstrongs erster Satz beim Verlassen der Landefähre ist längst Legende. Dass es auch ein paar Nummern kleiner geht, belegt die folgende Auswahl von Sprüchen aus dem All. Quelle: AP
"Hat man eine Erde gesehen, hat man alle gesehen."Harrison Schmitt (Apollo 17) über den Anblick der Erde aus dem All. Quelle: NASA
"Oh Gott, was ist das für ein Ding!" Vorschlag von Michael Collins, Apollo 11, für die ersten Worte eines Menschen auf dem Mond. Quelle: NASA
"Ein kleiner Schritt für einen Menschen, aber ein großer Schritt für die Menschheit."Neil Armstrongs (Apollo 11) Worte beim Verlassen der Mondlandefähre belegen, dass Collins' Vorschlag letztlich nicht angenommen wurde. Quelle: NASA
"Für Neil mag es ein kleiner Schritt gewesen sein, für mich ist es ein großer."Charles Conrad (Apollo 12), dritter Mensch auf dem Mond, beim Verlassen der Landefähre. Conrad war der kleinste aller Apollo-Astronauten, die den Mond betraten. Quelle: NASA
"Wir sind hier die Nummer 1 auf der Rollbahn."Edwin Aldrin (Apollo 11), nachdem er vom Kontrollzentrum der Nasa die Freigabe für den Start von der Mondoberfläche erhalten hatte. Quelle: NASA
"Houston, den Weihnachtsmann gibt es wirklich."James Lovell (Apollo 8) nach einer Mondumrundung, bei der die Apollo-8-Astronauten als erste Menschen die Rückseite des Mondes gesehen hatten. Quelle: NASA

Große Teile werden jedoch nicht immer vollständig zum Verglühen gebracht und können durchaus auf die Erdoberfläche prallen. Im Jahr 1978 etwa ist der russische Meeresbeobachtungssatellit Kosmos 984 mit einem Kernreaktor an Bord in Kanada aufgeschlagen. Beim dem unkontrollierten Absturz landete das kontaminierte Material auf einem 1000 Kilometer langen Streifen zwischen dem Baker Lake und dem Great Slave Lake. Am Ende musste ein 124.000 Quadratkilometer großes Gelände nach den Trümmern abgesucht werden. Die Rechnung über 6.041.000 kanadische Dollar schickten die Kanadier nach Russland. „Im Fall von Kosmos 954 war klar, wer die Verantwortung übernehmen muss“, sagt Heiner Klinkrad. Meist gehen die Anstürze aber glimpflich ab, wie zuletzt bei dem amerikanischen Satelliten UARS (Upper Atmosphere Research Satellite) Ende September 2011, als Fragmente des omnibusgroßen Satelliten über dem Pazifik niedergingen.

Podcast der Esa zum Thema:

Aktuell bleibt der Internationalen Raumstation (ISS) oder den Satelliten zum Schutz vor Schrott nur der Einsatz von Schilden gegen die rasend schnellen kleinen Teile – oder Ausweichmanöver, sofern der Schrott so groß ist, dass er sich rechtzeitig erkennen lässt. Erst im vergangenen November musste die ISS außerplanmäßig ausweichen. Die Triebwerke wurden für etwas über 6,5 Minuten gezündet, womit sich die Flugbahn um etwa 500 Meter erhöhen ließ. So wich die Station Trümmern aus, die von dem amerikanischen Satelliten Iridium 33 stammen. Insgesamt musste die ISS bisher sechs Mals ausweichen, um eine Kollision zu verhindern.

Forschung



Die Friedhofsbahn, das kontrollierte Abstürzen und das Ausweichen sind jedoch nur Lösungen für relativ große Schrotteile. Um künftig auch einen besseren Schutz gegen die kleinen, schwer zu beobachtenden Teile zu haben, arbeiten Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Laserstation Graz an einem Laser, dessen Pulse auch Teilchen mit einem Durchmesser von nur wenigen Zentimetern erfassen und ihre Umlaufbahnen vermessen können. Das Gerät wurde bereits erfolgreich getestet. Mehr als 20 verschiedene Raketenteile in einer Entfernung von 500 bis 1800 Kilometern spürte der Laserstrahl auf.

„Die Bemühungen etwas zu verändern sind entscheidend“, sagt Heiner Klinkrad. „Denn selbst wenn wir die Raumfahrtaktivitäten komplett einstellen würden, würde der sich bereits im Orbit befindliche Müll von etwa 6800 Tonnen ausreichen um langfristig eine lawinenartige Vermehrung von Trümmern herbeizuführen. Und das würde die zukünftige Raumfahrt sehr erschweren.“

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