Im Orbit gibts ein Müllproblem

Dass man den Müll nicht einfach so in die Gegend schmeißt, sondern schön ordentlich trennt, recycelt oder am besten gleich ganz vermeidet, haben wir alle mittlerweile gelernt. Aber ist das beim Weltraummüll auch so wichtig? Immerhin ist im All jede Menge Platz. Im eisigen Vakuum des Universums leben auch keine bedrohten Tiere oder Pflanzen, die man schützen müsste und überhaupt: was kann es im Weltraum schon groß für Müll geben? Die paar Astronauten werden ihren Mist ja nicht einfach aus der Raumstation schmeißen…

Leider ist die Sache nicht ganz so einfach. Raumfahrt erzeugt immer Müll, obwohl man dafür vielleicht besser das Wort “Trümmer” verwenden sollte (der englische Begriff lautet auch “space debris”). Raketen benutzen mehrere Stufen, um ins All zu gelangen und nicht alle davon stürzen sofort wieder zurück auf die Erde, fallen ins Meer oder verglühen in der Atmosphäre. Manchmal explodieren sie einfach – absichtlich oder aus Versehen und erzeugen jede Menge kleine Trümmer. So wie die Autos auf der Erde Abgase erzeugen auch Feststofftriebwerke im All kleine Aluminiumoxidpartikel, die dann durch die Gegend fliegen.

Satelliten haben eine begrenzte Lebensdauer und wenn kein Treibstoff mehr übrig ist, mit dem man sie navigieren kann, dann verwandeln sie sich von einem hochwertigen, teuren Stück Technik in einen hochwertigen, teuren Klumpen Weltraummüll. Die intensive Strahlung im All kann das Material von Satelliten angreifen und kleine Stücke davon ablösen. Kleine Mikrometeorite schlagen auf Satelliten ein und erzeugen Bruchstücke die als Weltraummüll durchs All fliegen. Und all diese Trümmer können wieder miteinander kollidieren und neue Trümmer erzeugen. Am 10. Februar 2009 stieß zum Beispiel ein noch funktionstüchtiger Iridium-Satellit mit einem alten, nicht mehr verwendeten russischen Kommunikationssatelliten (Kosmos 2251) zusammen. Diese Kollision erzeugte zwei Trümmerwolken mit 194 bzw. 505 größeren Bruchstücken und unzähligen kleineren. Während des kalten Krieges (und wohl auch heute noch) gab es spezielle “Killersatelliten”, die nichts anderes tun sollten, als feindliche Spionagesatelliten zu zerstören (und dabei Weltraummüll erzeugen).

Weltraummüll im erdnahen Bereich

Weltraummüll im erdnahen Bereich. Die Größe der Trümmer ist nicht maßstabsgetreu (Bild: ESA)

Es gibt also jede Menge Möglichkeiten, im All Trümmer und Müll zu erzeugen. Aber dort ist doch genug Platz, oder? Das bisschen Müll stört doch sicher nicht? Leider doch. Erstmal ist es nicht nur ein “bisschen Müll”. Man schätzt, dass sich über 600.000 Trümmerteile, die größer als ein Zentimeter sind, in einem Orbit um die Erde befinden. 20.000 sind größer als 10 Zentimeter. Die befinden sich nun genau dort, wo wir unsere Satelliten hingeschickt haben und wo wir auch weiterhin Satelliten hinschicken wollen. Denn nicht jede Gegend in der Nähe der Erde ist gleich gut für den Einsatz von Satelliten geeignet.

Erdbeobachtungssatelliten (zivile wie militärische) dürfen nicht zu weit von der Erde entfernt sein, um gute Aufnahmen machen zu können. Deswegen befinden sie sich hauptsächlich in erdnahen Orbits zwischen 200 und 1.200 Kilometer Höhe. Diese Gegend nennt man auch “Low Earth Orbit” bzw. LEO. Daneben ist noch der MEO-Bereich (“Medium Earth Orbit”) von Bedeutung, in dem sich zum Beispiel die Navigationssatelliten des GPS-Systems befinden. In geostationären Orbits (GEO) schließlich finden sich die Satelliten, die immer denselben Punkt auf der Erde im Blickfeld haben. Das sind beispielsweise Satelliten der Astra oder Eutelsat-Gruppe, die uns die vielen verschiedenen Fernsehkanäle bringen.

Diese beliebten und belebten Plätze im All leiden also unter einem Müllproblem. Mittlerweile müssen viele Satelliten immer wieder kleine Ausweichmanöver fliegen, um eine Kollision zu vermeiden. Sogar die Raumstation ISS muss vier bis fünfmal im Jahr einem Trümmerteil ausweichen. Aber damit das klappt, muss man natürlich wissen, wo genau sich der Müll überhaupt befindet. Dazu verwendet man hauptsächlich leistungsstarke Radaranlangen. Gegenüber normalen optischen Teleskopen haben sie den Vorteil, auch noch winzige Stücke nachweisen zu können. Man muss die Teile aber nicht nur finden, sondern dann auch ihre Bahn ständig verfolgen. Das klappt momentan nur bei Trümmerstücken, die mindestens 5 Zentimeter groß sind und sich in einem nahen Erdorbit befinden, bzw. 50 cm, wenn sie im geostationären Bereich sind. Das amerikanische Space Surveillance System umfasst 17 Radaranlagen und 8 Teleskope und kann 13.000 Weltraumtrümmer verfolgen. Europa allerdings besitzt kein eigenes System, mit dem der Müll im Weltraum überwacht werden kann. Man ist hier von den USA abhängig, und diese unbefriedigende Situation soll sich demnächst ändern. Die Europäische Weltraumagentur ESA baut derzeit ein eigenes Weltraumlagesystem auf. Bis zum Jahr 2019 soll Europa im Rahmen des Space Situational Awareness Programms selbst in der Lage sein, den Weltraummüll zu überwachen.

Aluminiumoxid aus Feststoffraketen

Solche Teilchen aus Aluminiumoxid werden von Feststoffraketen ins All gepustet (Bild: NASA)

Dazu braucht es natürlich die nötigen Radaranlagen. Gemeinsam mit der spanischen Firma Indra Espacio ist das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik (FHR) in Wachtberg gerade dabei, eine entsprechende Demonstrationsanlage zu entwickeln und zu bauen. Mit Radar kennt man sich beim FHR aus, immerhin wird dort TIRA betrieben. Das steht für “Tracking and Imaging Radar”, und diese Großradaranlange in der Nähe von Bonn kann jetzt schon den Weltraummüll beobachten. Allerdings ist die Anlage darauf ausgelegt, die Trümmer in hoher Auflösung zu analysieren und ihre Eigenschaften zu bestimmen. Als Gerät zur kontinuierlichen Beobachtung des Mülls eignet sie sich nicht so gut. Die große Antenne kann nur mechanisch geschwenkt werden; für das neue System braucht man aber Antennen, die schnell und vor allem automatisch/elektronisch bewegt werden können. Außerdem muss man damit sehr viele Objekte gleichzeitig beobachten können, wozu TIRA nicht fähig ist. Das Ziel, das man sich gesetzt hat, sieht vor, jeden Tag 15.000 bis 20.000 Trümmerteile mindestens 10 Sekunden lang mit dem Radar zu verfolgen.

Aber zu wissen, was dort im All alles rumschwirrt und stört, löst das Problem des Weltraummülls leider noch nicht. Eine Überwachung und Katalogisierung der Trümmer ist erst der Anfang und noch relativ leicht zu realisieren. Über Strategien zur Müllentfernung wird zwar momentan von den Experten nachgedacht (der “Raumzeit”-Podcast hat das Thema auch ausführlich behandelt) – es ist aber noch völlig unklar, wie und ob man dieses Problem lösen kann.

Extra Satelliten ins All zu schicken, deren einzige Aufgabe es ist, Müll einzusammeln, ist enorm aufwendig und ineffektiv (man muss ja trotzdem noch einen gewaltig großen Bereich säubern). Und vor allem ist es enorm teuer. Die Kosten wären vergleichbar mit anderen teuren Weltraummissionen – nur würde man hier kaum wissenschaftliche Erkenntnisse sammeln, sondern hätte das ganze Geld nur für die Beseitigung von ein wenig Müll ausgegeben. Es ist daher verständlich, dass die privaten und staatlichen Raumfahrtbehörden von Missionen dieser Art nicht wirklich begeistert sind. Andere Strategien (wie Laser-Beschuss) stehen noch ganz am Anfang und man weiß noch nicht, ob sie realisiert werden können.

Erst kürzlich haben Wissenschaftler des US Naval Research Laboratory vorgeschlagen, eine Wolke aus winzigen Metallteilchen im All freizusetzen. Das klingt erstmal nach einer enorm schlechten Idee. Immerhin hat man ja dann noch mehr Zeug, das stören kann. Aber die kleinen Metallpartikel sollen sich im Orbit dann an die durch die Wolke durch fliegenden Trümmerteile heften. Durch diese Interaktion werden sie langsamer, verlieren an Höhe und verglühen in der Atmosphäre. Aktiven Satelliten soll die Metallwolke nicht schaden, allerdings ist noch unklar, wie sie die Beobachtungsbedingungen für die Astronomen beeinflusst. Daher probiert man zurzeit, den Müll erst gar nicht zu produzieren. Beim Bau von Satelliten soll darauf geachtet werden, dass sie ausreichend Treibstoff haben, damit sie am Ende ihrer Lebenszeit kontrolliert zum Absturz gebracht werden können, so dass sie in der Atmosphäre verglühen, anstatt neuen Müll zu erzeugen.

Aber auch hier wiegt das finanzielle Argument schwer: mehr Treibstoff bedeutet mehr Gewicht und das macht den Start teurer. Andererseits könnte man den zusätzlichen Treibstoff auch benutzen, um die Mission zu verlängern und so mit dem Satelliten mehr Geld zu verdienen. Man kann nicht davon ausgehen, dass alle Satellitenbetreiber sich freiwillig daran halten, und allgemein verbindliche Gesetze für das Weltall durchzusetzen, ist schwierig. Klar ist nur, dass sich das Problem nicht von selbst lösen wird. Im Gegenteil, es wird nur immer schlimmer werden. Selbst wenn wir jetzt sofort aufhören würden, Raumfahrt zu betreiben, würde sich die Zahl der Trümmer im Erdorbit durch die gegenseitigen Kollisionen immer weiter vergrößern. Der Weltraummüll wird uns noch für lange Zeiten begleiten…

Florian Freistetter

Florian Freistetter ist Astronom. Er promovierte am Institut für Astronomie der Universität Wien und hat danach an der Sternwarte der Universität Jena und dem Astronomischen Rechen-Institut in Heidelberg gearbeitet. Zur Zeit lebt er in Jena, arbeitet dort an der Dynamik der extrasolaren Planeten, ärgert sich mit den Details der DFG-Antragstellung herum und bloggt über Wissenschaft.

16 Antworten

  1. “Aber die kleinen Metallpartikel sollen sich im Orbit dann an die durch die Wolke durch fliegenden Trümmerteile heften, wodurch sie schwerer werden. Dadurch verlieren sie auch schneller an Höhe und verglühen schneller in der Atmosphäre.”

    Das ist ja der gleiche Unsinn, den schon der Autor in spiegel online verbrochen hat, als über dieses Paper berichtet wurde. Das Gewicht eines Satelliten ändert seine Bahn nicht im geringsten, es wird den Orbit sogar stabiler machen weil es dann weniger an der restathmosphäre abgebremst würde. Die Idee mit der Metallwolke basiert auf Abbremsung, die Wolke sollte nämlich retrograd auf Kollisionskurs mit dem Müll laufen. Deswegen ja auch ein dichtes Metall wie Wolfram, wo pro Teilchen ein größerer Impuls übertragen würde.

  2. Also den Spiegel-Artikel kenne ich nicht. Und die Masse hat natürlich einen Einfluss auf die Bahn eines Himmelskörpers. Aber ich habe das vielleicht etwas zu knapp bzw. mißverständlich formuliert. Ich werde das mal ändern, Danke für den Hinweis.

  3. WaldiWaldemar

    erinnert an die Müllbeseitungsproblematik bei Atomenergie, schuld ist immer nur der Mann am Pult! Die Weltraumputze aus Spaceballs wäre jetzt hilfreich ;P

  4. Blair

    Interessanter Artikel, gut geschrieben.

  5. Hast du noch weitere Informationen darueber ?

  6. Pingback: Internationale Raumstation ISS evakuiert? Nicht wirklich. | It's rocket science, Baby!

  7. Das Problem ist wirklich nicht zu unterschätzen. Erst kürzlich mußte die ISS-Mannschaft sehr schnell in die Sojus-Kapsel gehen, da so ein Teil sehr nah vorbeiflog. Hat sich das ganze Thema Weltraumschrott nicht noch verschlimmert nachdem die Chinesen einen Wettersatellitten mit einer Rakete sprengten ?

  8. Bernhard: Klar, Satelliten die in die Luft gesprengt werden sind so in etwas das Beste was man tun kann, wenn man die Sache verschlimmern will. Man müsste die Betreiber von Satelliten verpflichten, bei einer Mission immer auch genügend Treibstoffreserven einzuplanen um den Satellit am Ende kontrolliert abstürzen zu lassen oder aber auf eine hohe Parkbahn zu schicken wo er keinen stört. Aber bis sich sowas durchsetzt… Und selbst wenn von heute an kein einziger Raketenstart mehr durchgeführt wird, wird der Schrott trotzdem immer mehr und mehr werden (weil die Dinger die oben sind ja weiterhin kaputt gehen bzw, miteiandern zusammen stossen)

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  10. Wirklich beeindruckend, 600.000 Trümmerteile die jeder Weltraum-Mission im Weg stehen. Gibt es Projekte die sich mit dieser Verschmutzung beschäftigen?

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