Weltraumüberwachung: Crashwarnung bei 27.000 Stundenkilometern
Die neue Radarstation von LeoLabs auf den Azoren.
Foto: UnternehmenFür Daniel Ceperley wird es ein aufregender Tag auf der Azoreninsel Santa Maria. Touristen reisen auf das Eiland mitten im Atlantik, um durch traumhafte Landschaften zu wandern und nach Walen Ausschau zu halten. Ceperley will von hier aus etwas ganz anderes erspähen: Satelliten.
Der Gründer und Chef des kalifornischen Raumfahrtunternehmens LeoLabs weiht an diesem Mittwoch Anfang Juni ein neues Weltraumradar auf den Azoren ein. Die Anlage, die auf den ersten Blick ein wenig wie ein kleines Solarkraftwerk aussieht, soll den Himmel über dem Atlantik und Europa überwachen und die Position zehntausender Objekte im All bestimmen.
„Wir sind eine Art Luftverkehrsmanagement für den erdnahen Weltraum“, sagt Ceperley. Gemeint ist der so genannte Low Earth Orbit, der Bereich bis in 2000 Kilometer Höhe. Dort ist immer mehr los: Unternehmen wie Starlink von Elon Musk schicken tausende Satelliten für schnelles Internet ins All. Andere bauen Konstellationen auf, die auf der Erde Waldbrände erkennen oder Schiffsbewegungen verfolgen. „Waren 2019 noch 800 Satelliten im Low Earth Orbit, sind es heute schon mehr als 7000“, sagt Ceperley.
Daniel Ceperley ist Gründer und Chef des kalifornischen Raumfahrtunternehmens LeoLabs.
Foto: PRViele Milliarden an Investitionen kreisen also um die Erde – von denen wiederum Milliardenumsätze abhängen. Doch anders als im Luftraum, wo Flugzeuge strenge Verkehrsregeln beachten müssen, gibt es für die erdnahen Umlaufbahnen keine nationale Flugüberwachung, keine Lotsen, keine Vorfahrtsregeln. Dafür aber eine wachsende Crash-Gefahr, denn immer öfter kommen sich Satelliten unerwünscht nahe.
13.000 Schrotteile verfolgt die Software
Ausweichmanöver sind kompliziert: „Die Satelliten gleiten durchs All“, sagt Ceperley, „sie können nicht wie Flugzeuge nach links oder rechts ausweichen, wenn ihnen etwas in den Weg kommt.“ Droht ein Zusammenstoß, muss mindestens ein Satellit per Antriebsdüse beschleunigen und so seine Bahn anheben. „Es ist wie mit zwei Autos, die sich auf einer Kreuzung in die Quere kommen“, sagt Ceperley, „einer muss Gas geben oder einer bremsen.“ Wobei das Ganze bei mehr als 27.000 Kilometer pro Stunde stattfindet.
Und um notfalls ausweichen zu können, müssen die Satellitenbetreiber erst einmal wissen, was da oben los ist. Genau diesen Überblick soll LeoLabs ihnen verschaffen. Rund um die Uhr scannt das Unternehmen den Weltraum und bestimmt die Postion von gut 20.000 Objekten – neben aktiven Satelliten auch 13.000 Schrottteile. Die weltweit größten Satellitenbetreiber Starlink und OneWeb zählt LeoLabs unter anderem zu seinen Kunden, insgesamt setzen die Betreiber von 60 Prozent aller Satelliten im LEO auf die Dienste des kalifornischen Start-ups.
Zwar gibt es auch staatliche Weltraumradare, etwa das United States Space Surveillance Network. Doch LeoLabs will seinen Kunden die Überwachung ihrer Konstellationen so leicht wie möglich machen. „Die Satellitenbetreiber wollen wissen, was in der Nähe ihrer Konstellationen herumfliegt“, sagt Ceperley. Seine Software soll sie automatisch vor möglichen Crashs mit anderen Objekten im All warnen.
Messstationen nach dem Vorbild von Fledermäusen
Auf seinem Bildschirm zeigt der Gründer, wie das mit der Software von Leolabs aussieht: Da ist die Erde zu sehen, und drumherum tausende grüne Punkte – die Echtzeitpositionen aller aktiven Satelliten. „Wir kennen ihre Positionen bis auf 30 Meter genau“, sagt Ceperley. Das erfordert komplizierte Berechnungen. „Die Erde ist keine perfekte Sphäre und ihre Anziehung schwankt“, sagt der Gründer. „Man muss auch berücksichtigen, wo der Mond ist und wo die Sonne – und was das Weltraumwetter macht.“ Gemeint sind mögliche Strahlenausbrüche im All, die Satelliten leicht von ihrer Bahn schieben können.
Die Software von LeoLabs zeigt Satelliten und Trümmer im All in Echtzeit.
Foto: UnternehmenDie Bahnen der 20.000 Objekte, die LeoLabs überwacht, verändern sich also ständig. Darum scannt das Start-up den niedrigen Erdorbit stetig ab, um neue Positionsdaten zu sammeln. Möglich machen das die hauseigenen Radarstationen – das neue Radar auf den Azoren ist bereits das zwölfte. Andere stehen etwa in Westaustralien, Costa Rica oder in Alaska.
Die sogenannten phasengesteuerten Gruppenantennen, mehrere zehn Meter lange, gewölbte High-Tech-Geräte, schicken Signale ins All, lauschen nach dem Echo, das etwa von einem Satelliten abprallt, und berechnen aus der Flugdauer des Signals die Distanz. „Wie ein Delphin oder eine Fledermaus“, sagt Ceperley, „nur nicht mit Schall-, sondern mit Radiowellen.“ Die liefern auch dann Ergebnisse, wenn Wolken am Himmel sind. „Jedes Radar schickt zehntausende Mal pro Stunde Signale bis zu 2000 Kilometer tief in den Weltraum“, sagt Ceperley.
Auf dem Bildschirm des Gründers sind die Radarsignale als rote Säulen eingezeichnet, die sich von der Erde ins All erstrecken. Sie decken höchstens ein Grad des Himmelsgewölbes ab, können aber gezielt in verschiedene Richtungen blicken. „Aus unserem Datensatz wissen wir, welcher Satellit wann an welcher Stelle vorbeifliegen sollte“, sagt Ceperley, und die Geräte schauen dann genau auf diese Stelle im Himmel. Aus abertausenden Messungen pro Tag ergibt sich dann ein aktueller Katalog dessen, was da oben herumschießt.
Tickende Zeitbomben im Orbit
Eine eigens entwickelte Software berechnet, wo sich zwei Himmelskörper in den nächsten Tagen nahekommen – Konjunktion nennen die Weltraumexperten dass. 800 Millionen Warnungen solcher Begegnungen berechnet LeoLabs pro Monat. Wenn der Abstand etwa zwischen zwei Satelliten besonders eng wird, schlägt das System Alarm. Auf dem Globus erscheinen diese Fälle als dicke rote Kreise.
Satellitenbetreiber können die Warnungen nutzen, um mögliche Ausweichmanöver vorzubereiten. Haben sie sich für eine neue Umlaufbahn entschieden, können sie die auch gleich in der LeoLabs-Software auf mögliche neue Bahnkonflikte prüfen. „Früher war das eine aufwändige manuelle Rechenarbeit, die leicht einen ganzen Arbeitstag gedauert hat“, sagt Ceperley. „Unsere Software schafft das in zwei Sekunden.“ LeoLabs-Kunden nutzen den Datendienst auch, um nach einem Raketenstart rasch herauszufinden, ob ihr Satellit auf der richtigen Bahn unterwegs ist.
Sorgen bereitet vielen Satellitenbetreibern auch, was auf dem LeoLabs-Globus in Form zahlloser roter Punkte zu sehen ist: die wachsende Menge an Weltraumschrott. „Wir verfolgen ausgediente Satelliten, Fragmente von zerstörten Geräten ab zehn Zentimetern Größe, Raketenstufen, groß wie Schulbusse“, sagt Ceperley. Letztere sinken durch die Reibung mit der Restatmosphäre nach und nach ab, durchqueren die besonders dicht genutzte Sphäre zwischen 400 und 550 Kilometern. „Tickende Zeitbomben“, sagt Ceperley. „Bei einer Kollision können sie eine Menge neuer Schrottteile erzeugen.“
Vor zwei Jahren entdeckte die LeoLabs-Software einen ganz ähnlichen Crash im Orbit – der absichtlich erzeugt worden war: Russland schoss mit einer Rakete einen ausgedienten sowjetischen Aufklärungssatelliten ab, wohl um seine Fähigkeiten eines Satellitenabschusses zu testen. „30 Minuten später entdeckten wir sechs, wenig später 88 Trümmerstücke im Orbit und mehr im Verlauf des Tages“, sagt Ceperley. Russland behauptete, es gehe keinerlei Gefahr davon aus. „Unsere Daten zeigten, dass die Astronauten auf beiden Raumstationen bedroht waren und dass viele neue Satelliten durch die Trümmerwolke fliegen mussten.“
Künftig möchte der Gründer helfen, gefährliche Schrottteile aus dem Orbit zu entfernen. Start-ups wie ClearSpace und Astroscale arbeiten an Raumfahrzeugen, die wie Müllabfuhren die Trümmer greifen und in die Erdatmosphäre hinabziehen. Radarüberwachung von der Erde aus soll den Putzkolonnen helfen, ihre Ziele im Orbit anzusteuern.
In den nächsten zehn Jahren wird es im erdnahen Orbit noch viel lebhafter, erwartet Ceperley. Neue kommerzielle GPS-Ortungsdienste etwa sollen an den Start gehen, die auf den Zentimeter genau Positionen von Robotern oder Traktoren überwachen. Oder Punkt-zu-Punkt-Raketenflüge, wie das Unternehmen SpaceX sie plant, um Fracht oder gar Menschen in einer halben Stunde um die halbe Welt zu fliegen. „Das alles wird den Bedarf nach unseren Diensten weiter steigern“, hofft Ceperley. Weitere neue Radarstationen hat er auf jeden Fall schon in Planung.
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