Ausrangierte Materialien

Weltraumschrott: Alte Satelliten, neue Probleme

12. Jänner 2024 von Hanna Möller
Millionen von Trümmerteilen umkreisen die Erde und könnten in Zukunft die Weltrauminfrastruktur ernsthaft gefährden. Mit Technikforscher*innen Nina Klimburg-Witjes und Kai Strycker sprechen wir über das "Weltraumschrott-Dilemma" – auch im Universum mag sich scheinbar niemand an den Putzplan halten.
Weltraumschrott wird immer mehr zum Problem: "Viele Bereiche unserer hochtechnisierten Gesellschaft sind direkt oder indirekt von einer zuverlässigen Raumfahrtinfrastruktur abhängig", erklären Nina Klimburg-Witjes und Kai Strycker gegenüber der Rudolphina. © Andreia Rocha

Technikforscherin Nina Klimburg-Witjes betrachtet in ihrem aktuellen ERC-Projekt FUTURESPACE den Wettlauf ums All aus sozialwissenschaftlicher Perspektive. Gemeinsam mit ihrem Projektmitarbeiter Kai Strycker spricht sie in der Rudolphina über Weltraumschrott – ein Phänomen, dass nicht nur die Raumfahrtinfrastruktur beeinträchtigt, sondern auch irdische Systeme wie Wirtschaft, Verkehr oder Landwirtschaft.

Rudolphina: Sie beschäftigen sich u.a. mit ausgedientem Material im Weltraum. Was ist Weltraumschrott eigentlich?

Nina Klimburg-Witjes/Kai Strycker: Weltraumschrott setzt sich aus nicht mehr funktionsfähigen Satelliten, abgefallenen Raketenstufen und Fragmenten von Kollisionen zusammen. Diese Überreste schweben als stumme Zeugen vergangener Raumfahrtmissionen in der Umlaufbahn und stellen eine potenzielle Bedrohung für aktive Satelliten und Raumsonden dar. Denn obwohl uns der Weltraum unfassbar groß erscheinen mag, ist der Raum, in dem sich die Mehreit unserer Satelliten befindet, ziemlich überschaubar. 

Insbesondere der Low-Earth-Orbit (LEO), der sich von einigen hundert bis etwa 2.000 Kilometern über der Erdoberfläche erstreckt, ist zunehmend angefüllt mit aktiven Satelliten, aber eben auch mit zahlreichen Weltraumschrottteilchen. Diese Trümmer, von winzigen Schrauben, vergessenen Werkzeugen bis hin zu ausgedienten Satelliten, umkreisen die Erde in einem Netz, das immer dichter wird. 

Rudolphina: Aus welchen Materialien ist der Schrott im Weltall gemacht?

Nina Klimburg-Witjes/Kai Strycker: Es gibt in der Raumfahrt einen zentralen Imperativ: Gewicht reduzieren! Denn jedes zusätzliche Gramm bedeutet weniger Payload, also weniger nutzbare Ladekapazität. Jedes Kilo, das in die Umlaufbahn gebracht wird, kostet mehrere tausend Euro – je nach Zielorbit auch deutlich mehr. Aus diesem Grund sind viele Raumfahrtteile aus typischen Leichtbaumaterialien wie Aluminium und Titan, aber auch Stahl mit seinen Legierungselementen Chrom, Molybdän und Nickel. Natürlich wird auch Kupfer für die Elektronik verwendet. In jüngster Vergangenheit werden auch vermehrt verstärkte Verbundstoffe eingesetzt. Besonders problematisch ist die Nutzung von kleinen Nuklearenergiereaktoren für den elektrischen Betrieb von Satelliten, da sie auf radioaktive Materialien zurückgreifen. Der Wiedereintritt in die Atmosphäre kann daher ein konkretes Strahlenrisiko bedeuten; das deutsche Bundesamts für Strahlenschutz hat aus diesem Grund bereits ein Notfallszenario für einen möglichen Satellitenabsturz vorbereitet (nähere Infos dazu).

Rudolphina: Welche weiteren Gefahren kommen mit dem Weltraumschrott?

Nina Klimburg-Witjes/Kai Strycker: Teile, die erst einmal in den Orbit gebracht worden sind, verweilen dort sehr lange. Erst wenn der minimale Luftwiderstand in der dünnen Weltraumatmosphäre die Schrottteile ausreichend abgebremst hat, fallen sie zurück Richtung Erde und verbrennen in der Atmosphäre. Die hohen Geschwindigkeiten, mit denen Satelliten und andere Weltraumobjekte ihre Bahnen um die Erde ziehen und die nötig sind, um der Schwerkraft der Erde entgegenzuwirken, machen sie zu gefährlichen Geschossen. Schon ein winziges Fragment kann daher einen großen Schaden anrichten. 

In den späten 1970er Jahren veröffentlichte der NASA-Wissenschafter Donald J. Kessler ein Paper, in dem er aufzeigte, dass es zu einer Kettenreaktion von Kollisionen und Fragmentationen von Weltraumobjekten kommen könnte. Dieser exponentielle Prozess ist auch als Kessler-Syndrom (mehr dazu) bekannt und führt dazu, dass sich immer mehr Trümmerteile ansammeln und damit die Wahrscheinlichkeit weiterer Kollisionen dramatisch steigt, da jedes neue Fragment eine potenzielle Bedrohung für andere Objekte darstellt. Im Extremfall könnte sich dadurch eine Barriere aus sich selbst multiplizierendem, zerstörerisch-schnellem Müll im Weltraum bilden, die eine akute Gefahr für aktive Satelliten und Raumfahrtmissionen darstellt oder es sogar komplett unmöglich macht, den Weltraum zu nutzen.

Die ESA geht davon aus, dass sich etwa 9.300 Tonnen Weltraumschrott in den verschiedenen Orbits befinden. Die Masse allein ist aber nicht ausschlaggebend, da das Kollisionsrisiko mit der Anzahl der Teile steigt.
Kai Strycker

Kollisionen könnten nicht nur zu Funktionsausfällen führen, sondern auch zu erheblichen Kostensteigerungen für Raumfahrtunternehmen und einem substanziellen Risiko für bemannte Raumfahrtmissionen. Ein gutes Beispiel für diese sehr reelle Gefahr ist die ISS (International Space Station), auf der sich ständig Menschen aufhalten, und es daher unumgänglich ist, sie vor möglichen Kollisionen zu schützen. Mehrmals im Jahr führt die ISS Ausweichmanöver aus, um Weltraumschrott oder anderen Objekten zu entgehen. In Extremfällen, wenn das auf die ISS zurasende Schrott-Teil zu spät erkannt wurde, muss sich die Crew in eine Raumkapsel zurückziehen, um im Notfall die Station verlassen zu können.  Das Problem wird noch dadurch verstärkt, dass manche Staaten –  in jüngster Vergangenheit Russland, aber auch China, Indien und die USA – Anti-Satelliten-Waffen an ausgedienten Satelliten erprobt haben, die zu einer erheblichen Erhöhung der Objekte im LEO geführt haben.

Rudolphina: Warum hat der Mist im Weltraum auch Konsequenzen für das Leben auf der Erde, warum betrifft Weltraumschrott unseren Alltag?

Nina Klimburg-Witjes/Kai Strycker: Kollisionen mit selbst kleinen Trümmerteilen können erhebliche Schäden verursachen und sogar zur Zerstörung von Satelliten oder Raumstationen führen. Dies führt nicht nur zu finanziellen Verlusten, sondern beeinträchtigt auch die Funktionsfähigkeit von Systemen, die von großer sozialer und politischer Bedeutung sind, darunter Kommunikation, Wettervorhersage und Navigation. Störungen oder Ausfälle dieser Systeme aufgrund von Weltraumschrott könnten katastrophale Folgen für uns hier auf Erden haben. Die Wirtschaft, der Verkehr, die Landwirtschaft, sowie die meisten Navigations- und Erdbeoachtungssysteme und viele andere Bereiche unserer hochtechnisierten Gesellschaft sind direkt oder indirekt von einer zuverlässigen Raumfahrtinfrastruktur abhängig.

Rudolphina: Wie können wir den Weltraum "aufräumen"? 

Nina Klimburg-Witjes/Kai Strycker: Die internationale Gemeinschaft arbeitet daran, Richtlinien und Standards für die Raumfahrt zu entwickeln, um die Menge an erzeugtem Weltraumschrott zu reduzieren. Dies umfasst die Implementierung von Best Practices bei der Entsorgung von Satelliten am Ende ihrer Lebensdauer und die Entwicklung von Technologien zur aktiven Entfernung von Schrott aus der Umlaufbahn. Es wird daher immer dringlicher, Lösungen zu finden, um die Nachhaltigkeit und Sicherheit im Weltraum zu gewährleisten. Die Bewältigung des Weltraumschrott-Problems erfordert eine koordinierte Anstrengung auf globaler Ebene. Internationale Zusammenarbeit ist entscheidend, um Standards für die Vermeidung von Weltraumschrott und die Bereinigung der Erdumlaufbahn festzulegen.

Rudolphina: Wie sieht die aktuelle Situation aus – wird der "Putzplan" für den Weltraum von der Staatengemeinschaft eingehalten?

Nina Klimburg-Witjes/Kai Strycker: In der gegenwärtigen geopolitischen Situation gibt es einige praktische Hindernisse, die eine multilaterale Lösung des Weltraumschrott-Dilemmas erschweren. Der Weltraum ist eine international geteilte Ressource und scheint daher die "Tragedy of the commons" zu erleiden, da sich keine Nation verantwortlich zeigt. Und obwohl der international ratifizierte "Outer Space Treaty" Staaten für Schäden, die durch ihre Weltraumobjekte verursacht werden, verantwortlich macht, ist es praktisch unmöglich eine gesicherte Zuweisung der Objektzugehörigkeit vorzunehmen. Eine effektive Anwendung des entsprechenden Treaty-Artikels ist daher kaum umsetzbar. Darüber hinaus sind alle Technologien, die eine gezielte Entfernung von Objekten aus dem Orbit als Ziel haben, auch immer Technologien, die feindliche Satelliten zielgenau beseitigen könnten. Die institutionelle Einhegung dieses Dual-Use-Problems in einer Zeit steigender geopolitischen Spannungen erscheint zunehmend unwahrscheinlich.

Rudolphina: Haben unsere Überreste im All auch etwas Positives?

Nina Klimburg-Witjes/Kai Strycker: Jeder defekte Satellit, jede verbrauchte Raketenstufe erzählt auch eine Geschichte. In der rasanten Entwicklung der Raumfahrt sind zahlreiche Objekte im All zurückgeblieben, die einen Einblick in die vergangenen Missionen der Menschheit bieten. Weltraumschrott ist also auch Archiv menschlicher Aktivitäten im Weltraum. Archäolog*innen des Weltraums betrachten diese Überreste daher als stille Zeugen vergangener technologischer Fortschritte, Raumfahrtmissionen und sogar politischer Spannungen. Weltraumschrott mag ein scheinbar unsichtbares Material sein, doch seine Bedeutung für unsere Zukunft mit und im Weltraum ist alles andere als trivial. Wie andere Formen von Umweltverschmutzung wirft auch der Weltraumschrott die Frage auf, wie wir mit den materiellen Überresten vergangener und künftiger technologischer Projekte und Innovation umgehen und leben können.

© privat
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Nina Klimburg-Witjes hat eine Tenure Track Professur am Institut für Wissenschafts- und Technikforschung inne.

Zu ihren Schwerpunkten zählen u.a. soziale Studien zum Weltraum und Zukunftsvisionen der Erde-Raum-Beziehungen, Wissenschaft, Technologie und internationale Beziehungen. 2022 hat sie für ihr Projekt "FUTURESPACE" einen ERC Starting Grant erhalten.

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Kai Strycker ist wissenschaftlicher Mitarbeiter im ERC Starting Grant Projekt FutureSpace und Masterstudent am Institut für Wissenschafts- und Technikforschung an der Universität Wien.

Er interessiert sich besonders für die komplexen Verstrickungen von zivilen und militärischen Interessen in der europäischen Raumfahrtindustrie und untersucht, wie sich diese Verflechtung von Interessen auf die Entwicklung und Herstellung der Ariane 6 auswirkt.