Stuttgarter Luft- und Raumfahrtforscher haben ein Konzept entwickelt, um der vielen Trümmer im Orbit Herr zu werden.

Stuttgart - Die unendlichen Weiten des Alls mögen im Großen und Ganzen leer sein. Die erdnahen Umlaufbahnen, in denen Menschen arbeiten, sind es nicht. Hier wimmelt es von Resten verbrauchter Raketenteile, in denen manchmal sogar noch Treibstoff steckt, Kollisionstrümmern oder gar entschwebtem Werkzeug. Auf den Arbeitshöhen von 800 bis 1000 Kilometer gibt es täglich Kollisionswarnungen. Die Schrottteile sind hier so zahlreich, dass manche Experten schätzen, sie könnten in wenigen Jahrzehnten eine weitere Erforschung des Weltraums unmöglich machen. Denn schon wenige Millimeter große Teile besitzen aufgrund ihrer Geschwindigkeit die Durchschlagskraft einer Granate. Weltweit wird deshalb nach Möglichkeiten gesucht, die Umlaufbahnen zu säubern.

 

In den vergangenen Monaten wurde das Problem auch der Öffentlichkeit vor Augen geführt: als die Satelliten Rosat und UARS im Herbst unkontrolliert und unvorhersagbar abstürzten und als an Heiligabend eine Raketenoberstufe spektakulär in der Atmosphäre verglühte. Für Sonntag wird der Absturz der gescheiterten russischen Marssonde Phobos-Grunt erwartet. Die russische Raumfahrtagentur Roskosmos rechnet damit, dass Fragmente mit einem Gesamtgewicht von 200 Kilogramm über dem Indischen Ozean niedergehen.

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Kleinteile sollen künftig erfasst werden können

Ein Stuttgarter Forscherteam hat ein Konzept für das Problem entwickelt: Mit gepulsten Laserstrahlen wollen Adolf Giesen und seine Mitarbeiter zunächst die etwa 700.000 Schrottteile von einem Zentimeter Größe aufwärts systematisch katalogisieren - bislang sind lediglich 20.000 Teile von zehn Zentimeter Größe an in einem amerikanischen Katalog erfasst. Giesen leitet seit 2007 das Institut für Technische Physik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart.

In einem ersten Testlauf Anfang Dezember wiesen Giesens Mitarbeiter nach, dass sie Objekte aus diesem Katalog mit einem energiereichen Laser wesentlich genauer orten können. "Wir schaffen es, die Bahn bis auf zehn Meter genau in alle Richtungen zu erfassen", sagt Giesen. Er ist deshalb zuversichtlich, dass mit den Jahren selbst die zahllosen Kleinstteile von weniger als einem Zentimeter Durchmesser erfasst werden können. Doch dazu braucht es weit stärkere Laser als für die Ortung von Satelliten, denn diese sind mit Reflektoren ausgestattet und daher gut sichtbar.

Schrottteile abbremsen

In einem zweiten Schritt sieht das Konzept vor, die Schrottteile mit gepulsten Laserstrahlen von der Erde aus so weit abzubremsen, dass sie innerhalb eines Zeitraumes von wenigen Jahren an Höhe verlieren und verglühen, anstatt weitere hundert oder gar tausend Jahre um die Erde zu kreisen. Ein amerikanisches Forscherteam hat errechnet, dass es ausreichen würde, die rund 7,8 Kilometer pro Sekunde fliegenden Teile um 0,2 Kilometer pro Sekunde zu verlangsamen. Giesen und seine Mitarbeiter sind überzeugt, dass das angesichts des geringen Gewichts der kleineren Teile schon mit 100 Kilowatt mittlerer Laserleistung in wenigen Sekunden möglich wäre. Wenn sie recht haben, wären die Kosten günstig: "Das bewegt sich in der Größenordnung von einem Satelliten", versinnbildlicht Wolfgang Riede, Abteilungsleiter am DLR-Institut. Es würde sich somit bereits rechnen, wenn ein einziger Satellit vor einem Totalschaden bewahrt werden könnte.

Obendrein gibt es kaum Alternativen zu dem Stuttgarter Konzept: Bei Versuchen sowohl der Nasa als auch der Esa, Laser kleiner Leistung in den Orbit zu bringen, gab es große Probleme. "Viele Laser im Orbit sind bisher innerhalb von wenigen Wochen ausgefallen", sagt Giesen. Das Material reagierte mit dem aggressiven Restsauerstoff der äußeren Atmosphäre und Materialdämpfen, der Laser wurde blind. Und die Idee, Schrottteile mit einem großen Segel einzufangen, ist bisher nicht über das Stadium einer Theorie hinausgekommen.

In drei bis vier Jahren können Schrottteile ins Visier genommen werden

Seit zwei Vorfällen in den Jahren 2007 und 2009 ist eine Lösung gefragter denn je. Zunächst schossen die Chinesen bei einem Test einen ihrer Satelliten ab. Damit erhöhte sich die Zahl der Trümmerteile in der Umlaufbahnhöhe des wichtigen Esa-Umweltsatelliten Envisat um ein Viertel. Für den Träger von mehr als 2000 wissenschaftlichen Experimenten beträgt die Gefahr einer Kollision in den kommenden zehn Jahren nun drei Prozent. Und 2009 kollidierte ein amerikanischer Iridium-33-Satellit mit einem ausgedienten russischen Kosmos-2251. Bei den Berechnungen im Voraus waren die Bodenstationen zu dem Schluss gekommen, die beiden würden sich in 500 Meter Abstand begegnen - knapp, aber kalkulierbar. Tatsächlich kam es zur Kollision, weil die Flugdaten nicht genau genug waren. Inzwischen fliegt selbst die Raumstation ISS mehrmals monatlich Ausweichmanöver. Mindestens einmal pro Halbjahr muss die Besatzung in der Sojus-Kapsel Schutz suchen.

Laut Giesen könnte das erste von ihnen entwickelte Gerät für die Katalogisierung bereits in drei bis vier Jahren Schrottteile im Orbit ins Visier nehmen. Allerdings werde die Lasertechnik zur Müllreduzierung wohl frühestens in zehn Jahren breit einsatzfähig sein, schätzt er. Rund um den Globus wären dann mehrere Stationen notwendig, um kombiniert mit je einer hoch fliegenden Umlenkplattform den Himmel systematisch leer räumen zu können. Eine solche Plattform, die Laserstrahlen auf ihr Ziel lenkt, könnte ähnlich gebaut sein wie das fliegende Teleskop Sofia, bei beiden Systemen sind die Anforderungen an die Genauigkeit ähnlich hoch.

Stuttgarter Laserprojekt

Pionier: Der 65-jährige Physiker Adolf Giesen leitet das DLR-Institut für technische Physik, das sich mit Hochleistungslasern befasst. In den 90er Jahren hat er von der Uni Stuttgart aus mit Mitarbeitern des DLR den Scheibenlaser entwickelt und patentieren lassen. Uni und DLR erhalten Lizenzgebühren, unter anderem von der Firma Trumpf. Diese erhöhen das jährliche Forschungsbudget beträchtlich.

Publikum: Noch diesen Winter wollen die Stuttgarter Forscher auf der Schwäbischen Sternwarte auf der Uhlandshöhe ein ferngesteuertes 17-Zoll-Teleskop aufbauen, mit dem sie die Erfassung der kleinen Schrottteile üben. Dann werden Führungen für Besucher angeboten.