Über die Schwierigkeit, den Absturz eines Satelliten vorherzusagen

Erst wenige Stunden bevor am Sonntag dem 23. Oktober der deutsche Satellit ROSAT auf die Erde stürzte, konnte man halbwegs genau sagen, wo der Absturz stattfinden wird. Und erst zwei Tage später, am 25. Oktober war endgültig klar, dass ROSAT im Golf von Bengalen niedergegangen war. Es ist schon erstaunlich, dass es einerseits möglich ist, Satelliten und Raumsonden punktgenau durch das Weltall und zu fremden Planeten zu steuern, es aber andererseits so enorm schwer ist, vorherzusagen, wann und wo eines dieser Objekte auf die Erde stürzen wird.

ROSAT

Der Röntgensatellit ROSAT (Bild: Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik)

Aber im ersten Fall sind wir es, die die Bewegung des Satelliten kontrollieren und daher es ist nicht schwer, seine Position genau zu kennen. Irgendwann aber hat der Satellit keinen Treibstoff mehr oder es gehen relevanten Komponenten kaputt. Dann ist er nicht mehr steuerbar und seine Bewegung wird nur noch durch die Gesetze der Physik bestimmt. Heutzutage probiert man solche Situationen zu vermeiden. Im erdnahen Weltraum schwirrt schon viel zu viel Weltraummüll herum. Kurz vor Ende seines Lebens wird ein Satellit daher heute entweder kontrolliert zum Absturz gebracht und zwar auf eine Art und Weise die sicher stellt, dass er im Meer versinkt oder in der Atmosphäre verglüht. Oder man nutzt die letzten Reste des Treibstoffs, um ihn in eine weit entfernte und hohe “Parkbahn” zu schicken, in der er den noch aktiven Satelliten nicht zu nahe kommt. Manchmal aber klappt das nicht. Vielleicht hat man sich damals beim Bau des Satelliten noch keine Gedanken über etwaigen Weltraummüll gemacht, vielleicht ist aber auch einfach nur etwas Unvorhergesehenes passiert. Beim deutschen Röntgensatellit ROSAT traf beides zu. Eigentlich sollte ROSAT Ende der 1980er Jahre mit einem Space Shuttle ins All gebracht werden. Mit einem Shuttle hätte er nach Ende seiner Mission auch wieder eingefangen und zur Erde transportiert werden können. Dann aber explodierte 1986 die Raumfähre Challenger und die restlichen Space Shuttles blieben erstmal am Boden. ROSAT wurde schließlich 1990 mit einer Delta-II-Rakete ins All gebracht. Bis 1999 arbeitete er wunderbar und hat Daten gesammelt, die es den Astronomen ermöglichten, tausende wissenschaftliche Arbeiten zu verfassen. Als der Satellit dann aber seine Arbeit einstellte, gab es keine Möglichkeit, ihn kontrolliert abstürzen zu lassen oder auf eine sichere Bahn zu verlegen. Ein dafür nötiges Triebwerk wurde gar nicht erst eingebaut.

ROSAT kreiste seitdem also unkontrolliert um die Erde und auch wenn er anfangs noch fast 600 Kilometer hoch seine Runden zog, kam er der Erde doch langsam aber sicher näher. Der Grund ist die Erdatmosphäre. Sie ist in diesen Höhen zwar so dünn, dass sie aus unserer Sicht einem perfekten Vakuum recht nahe kommt. Aber sie ist immer noch vorhanden und durch den Widerstand der Atmosphäre verliert der Satellit immer mehr an Höhe. Zuerst nur wenig, aber je tiefer er kommt, desto dichter ist die Atmosphäre und desto schneller verläuft die Annäherung. Irgendwann schließlich ist er nur noch ein paar Dutzend Kilometer vom Boden entfernt. Hier ist die Atmosphäre schon so dicht, dass der Satellit in seine Einzelteile zerbricht und verglüht. Es sei denn, er ist sehr groß oder enthält spezielle Teile, die nicht so einfach verglühen. Das ist zum Beispiel beim Teleskopspiegel von ROSAT der Fall, der extra hitzebeständig gebaut wurde. Solche Teile können dann auf dem Erdboden aufschlagen. Leider lässt sich der Prozess des Absturzes nicht exakt vorhersagen. Die Thermosphäre, eine der äußersten Schichten der Erdatmosphäre verändert sich, je nachdem wie viel Röntgen- bzw. UV-Strahlung von der Sonne auf sie trifft. Je mehr Strahlung, desto mehr dehnt sie sich aus. Die Aktivität der Sonne beeinflusst also die Dichte der äußeren Bereiche der Atmosphäre und damit den Wiedereintritt des Satelliten. Auch die Form des Satelliten selbst und die Art und Weise wie er sich um seine Achse dreht, beeinflusst, wie die Atmosphäre ihn bremst. All das lässt sich nur schwer bzw. gar nicht in Modellrechnungen berücksichtigen und macht exakte Vorhersagen unmöglich. Erschwerend kommt dazu, dass ein Satellit wie ROSAT die Erde enorm schnell umkreist. In den Tagen vor dem Absturz brauchte ROSAT nur knapp 90 Minuten für eine Umrundung. Während eines Tages überflog er dabei jeden Kontinent der Erde mehrmals (ausgenommen die Antarktis). Eine Vorhersage des genauen Absturzortes ist also nur möglich, wenn man auch die Absturzzeit auf wenige Minuten genau kennt.

Das ist bei einem unkontrollierten Wiedereintritt aber erst eine knappe Stunde vor dem Absturz möglich und geht nur, wenn man den Satellit genau beobachtet. Dazu haben die Raumfahrtorganisationen natürlich überall entsprechende Radaranlagen. In Deutschland steht TIRA (“Tracking and Imaging Radar”), eine Großradaranlage die vom Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik in Wachtberg betrieben wird. Dort hat man am 22. Oktober auch dieses Radarbild von ROSAT aufgenommen – da war der Satellit gerade noch 140 Kilometer hoch:

ROSAT

Radarbild von ROSAT. Unten links erkennt man die große Hauptantenne (Bild: FHR)

Am 23. Oktober ist ROSAT dann schließlich um 3:50 MESZ über dem Golf von Bengalen abgestürzt. Das wusste man aber erst später genau, denn wenn der Satellit nicht zufällig über bewohntem Gebiet niedergeht und daher direkt beobachtet werden kann, ist es schwer an entsprechende Informationen zu kommen. Natürlich gibt es militärische Satelliten, die die Spur aus Wärme sehen können, die der Satellit beim Wiedereintritt hinterlässt. Mit dieser Technik probiert man normalerweise, startende Raketen zu identifizieren. Aber verständlicherweise sind die Verteidigungsministerien sehr wortkarg, wenn es darum geht, öffentlich bekannt zu geben, zu was ihre Satelliten fähig sind. Die Generäle dieser Welt wussten also mit ziemlicher Sicherheit schon kurz nach dem Absturz exakt darüber Bescheid, wo genau ROSAT niedergegangen ist. Die zivilen Raumfahrtorganisationen wie das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mussten aber erst mal eine Weile rechnen, bis sie einen ungefähren Absturzort angeben konnten. Ob die Trümmer von ROSAT wirklich alle im Meer versunken sind oder doch ein paar im Dschungel von Myanmar oder anderen unbewohnten Gegenden Südostasiens gelandet sind, weiß man immer noch nicht. Was wir aber definitiv wissen und was der Absturz von ROSAT wieder einmal gezeigt hat ist etwas anderes: Dort draußen fliegt viel zu viel Weltraumschrott herum! Das ist nicht so sehr ein Problem für unsere körperliche Unversehrtheit – bei ROSAT (und auch bei früheren Abstürzen) bestand nicht wirklich Gefahr, dass Menschen zu Schaden kommen, dafür ist auf der Erde einfach zu viel unbewohnte Gegend. Es ist vielmehr ein großes Problem für zukünftige Missionen im All. Die Chancen, dass noch intakte Satelliten durch Kollisionen mit Weltraummüll zerstört werden, steigen mit jedem weiteren Trümmerteil, dass unsere Erde umkreist. Und leider entsteht der Müll viel schneller, als er bei Abstürzen wie dem von ROSAT entsorgt werden kann…

Weltraummüll

Weltraummüll! Nur etwa 900 Satelliten sind momentan aktiv. Trümmer gibt es leider wesentlich mehr (Bild: FHR)

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.

3 Antworten

  1. Die Angabe 3:50 MESZ für den Absturzzeitpunkt (ohne Fehlergrenzen), die das DLR über 50 Stunden nach dem Ereignis lieferte, ist auf die Minute genau mit derjenigen identisch, die die amerikanische Weltraumüberwachung (mit Fehlergrenzen: +/-7 Minuten) zusammen mit konkreten Koordinaten bereits nach wenigen Stunden veröffentlicht hatte: In der Satellitenbeobachter-Szene kann man hier unabhängige deutsche Berechnungen in den 48 Stunden dazwischen nicht recht erkennen.

  2. andreas

    Ich kann mich erinnern letztens über einen “Putzsatelliten” gelesen zu haben, der in genau solchen Fällen zum Einsatz kommt (oder kommen soll), indem der die Satelliten aufsammelt und gezielt(er) zum Absturz bringen soll. Sollte ich mich geirrt haben und es existiert kein derartiges Projekt, wirds langsam Zeit. Ich versprech auch, keine Regressansprüche zu stellen ;)