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Darstelluing eines explodierenden Satelliten

Trümmerwolke im Orbit: Darstellung eines explodierenden Satelliten.  Bild: ESA

Das Kessler-Syndrom oder wie eine Kettenreaktion im All unser Leben verändern könnte



Am 10. Februar 2009 war es soweit: Knapp 800 Kilometer über den eisigen Weiten Sibiriens stiessen erstmals zwei Satelliten im Orbit zusammen. Als der amerikanische Satellit Iridium-33 mit einer relativen Geschwindigkeit von fast 40'000 Kilometern pro Stunde in den seit 1995 ausgedienten russischen Kosmos-2251 knallte – natürlich vollkommen lautlos, schliesslich gibt es im All keinen Träger für Schallwellen –, zerbarsten beide in über hunderttausend Trümmerstücke. Der Satellitenschrott taumelt seither durch den Orbit und gefährdet jedes Raumfahrzeug, das seinen Weg kreuzt. 

Die Satellitentrümmer – nur die 2201 grössten Teile sind katalogisiert – zischten mehrmals nahe an der Internationalen Weltraumstation (ISS) vorbei und zwangen sie zu Ausweichmanövern. Wer sich davon an den Weltraum-Streifen «Gravity» (2013) erinnert fühlt, liegt nicht falsch – ein Zusammenstoss mit dem Weltraumschrott könnte für Astronauten fatale Folgen haben. 

In der Tat beruht die Grundidee des Films auf einer Theorie, die der amerikanische Astronom und damalige NASA-Mitarbeiter Donald J. Kessler 1978 vorbrachte und die seither als Kessler-Syndrom bekannt ist. Das Kessler-Syndrom beschreibt die Gefahr, dass sich die Zahl der Trümmerstücke im erdnahen Orbit in einer Kettenreaktion vervielfältigt – jede Kollision erzeugt neue Trümmer, und je grösser die Anzahl der Trümmerstücke ist, desto wahrscheinlicher werden Kollisionen. 

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Trailer von «Gravity»: Fatale Folgen des Weltraumschrotts.  Video: YouTube/KinoCheck

Zwar sind Zusammenstösse zwischen kleinen Objekten eher unwahrscheinlich, weil sich diese meistens verfehlen, und auch Kollisionen zwischen grossen Objekten sind wenig wahrscheinlich. Die meisten Kollisionen finden statt, wenn kleine Objekte auf grosse treffen. Kessler warnte vor einem sich selbst verstärkenden Kaskadeneffekt, der die Zahl der Schrottteilchen exponentiell anwachsen lässt. In einer Studie aus dem Jahr 1991 schätzte er, die Kollisionsrate könne sich alle fünf Jahre verdoppeln. 

Künstlerische Darstellung von Weltraumschrott

Im Orbit kreist immer mehr Weltraumschrott.  Bild: Shutterstock

Von einem bestimmten Zeitpunkt an – Kessler spricht von rund hundert Jahren – würde dieser Effekt jede bemannte Raumfahrt für Jahrzehnte nahezu verunmöglichen, weil das Kollisionsrisiko zu hoch wäre. Und nicht nur für die bemannte Raumfahrt wäre diese Schrott-Kettenreaktion fatal. Derzeit kreisen etwa 900 bis 1000 aktive Satelliten um die Erde.

Sie haben mehr mit unserem Alltag zu tun, als man denken würde: Nicht nur Wettervorhersagen, Satellitenfernsehen und überhaupt die globale Telekommunikation hängen von den künstlichen Trabanten ab, sondern alles, was mit GPS zu tun hat; von der weltweiten Warenlogistik bis zur Navigation im Auto und Google Maps auf dem Smartphone. Unsere Welt sähe ohne Satelliten anders aus. 

Kessler, der sich eigentlich mit den Folgen von Kollisionen zwischen Asteroiden beschäftigte, formulierte seine Theorie, als rund 4000 künstliche Objekte – Satelliten und Schrott – unseren Planeten umkreisten, die gross genug waren, um von der Erde aus mittels Radartechnik erfasst zu werden.

Heute zählt man laut Schätzungen der Nasa etwa 21'000 Objekte von mindestens zehn Zentimeter Grösse und rund 500'000 Objekte von einem Zentimeter Mindestgrösse. Die Zahl der Schrotteile, die kleiner als ein Zentimeter sind, beträgt sogar 100 Millionen. Insgesamt kreisen rund 700'000 Tonnen Schrott um die Erde; der grösste Teil davon in einer Höhe von 750 bis 800 Kilometern. 

The GEO images are images generated from a distant oblique vantage point to provide a good view of the object population in the geosynchronous region (around 35,785 km altitude). Note the larger population of objects over the northern hemisphere is due mostly to Russian objects in high-inclination, high-eccentricity orbits.

Virtueller Blick von einem entfernten Punkt im All auf die Erde und die sie umkreisenden Objekte.   Bild: NASA

Die hohe Geschwindigkeit von mehr als sieben bis acht Kilometern pro Sekunde macht auch aus den kleinen Trümmerstücken gefährliche Geschosse. Die durchschnittliche relative Geschwindigkeit beim Zusammenprall mit anderen Objekten liegt bei zehn Kilometern pro Sekunde. Treffen ein nur ein Zentimeter grosses Schrottteilchen aus Aluminium und ein Satellit mit dieser Geschwindigkeit aufeinander, hat das Teilchen dieselbe Energie wie ein Mittelklassewagen mit 50 Kilometern pro Stunde.

Ein zehn Zentimeter grosses Objekt besitzt genug kinetische Energie, um einen Satelliten auseinanderzureissen – so viel wie 7 Kilogramm TNT. So erstaunt es nicht, dass laut NASA-Angaben schon viele Fenster von Raumschiffen ausgetauscht werden mussten, weil winzige, millimetergrosse Teilchen sie beschädigt hatten. 

Orbiting debris hit Space Shuttle Endeavour’s radiator during one of its missions. The entry hole is about 6 millimeters (0.25 inches) across, and the exit hole is twice as large.

Dieses Loch im Radiator des Space Shuttles «Endeavour» wurde von einem Stück Weltraumschrott verursacht. Das Eintrittsloch weist einen Durchmesser von rund 6 mm auf, das Austrittsloch ist doppelt so gross. Bild: NASA

Die Trümmer stammen zum Teil aus früheren Missionen; beispielsweise ausgebrannte Raketenstufen, die nicht zurück zur Erde fallen, Sprengbolzen oder abgesprengte Abdeckungen. Dazu kommen noch absichtlich herbeigeführte Kollisionen: Sogenannte Killersatelliten sollen Spionagesatelliten des Gegners ausschalten. Wie oft solche Manöver tatsächlich im All erprobt wurden, ist nicht bekannt.

Sicher ist, dass China im Januar 2007 bei einem Test einen ausgedienten Fengyun-1C-Wettersatelliten in 850 Kilometer Höhe mit einer Rakete zerstört hat. Dabei wurden etwa 150'000 Trümmerstücke erzeugt, darunter 3000 grössere. Sie machen heute zusammen mit dem Schrott der Satellitenkollision von 2009 etwa einen Drittel des gesamten katalogisierten Weltraummülls aus. 

Grafik: Zunahme der Anzahl Objekte im Orbit seit 1960

Die Anzahl der Objekte im Orbit nimmt laufend zu. Die verschiedenen Farben bezeichnen unterschiedliche Höhen; weitaus am wichtigsten ist der LEO (Low Earth Orbit, 160–2000 km). Deutlich sichtbar sind die Auswirkungen des chinesischen Tests 2007 und der Satellitenkollision 2009.   Grafik: ESA

Angesichts der Gefahren, die vom Weltraumschrott ausgehen, ist es nicht erstaunlich, dass die führenden Weltraumnationen spezielle Richtlinien erlassen haben. Ausgediente Satelliten sollen entweder gezielt zum Absturz gebracht oder in weit entfernte Umlaufbahnen transferiert werden. Zudem gibt es Pläne, den Schrott wenigstens zum Teil wieder einzusammeln und zu entsorgen. 

Seit Juni dieses Jahres befindet sich die experimentelle Satellitenplattform Remove Debris im Orbit. Der erste europäische Satellit, der Weltraumschrott beseitigen soll, wird verschiedene Technologien erproben. Er ist mit einem Lasersystem ausgerüstet, das am CSEM in Neuenburg entwickelt wurde. 

Noch nicht ins All gestartet ist das 2012 lancierte Schweizer Projekt Clean Space One der ETH Lausanne. Es soll erst 2021 in den Orbit geschossen werden. Noch etwas länger wird es bis zum Start von e.Deorbit dauern: Dieses Projekt der European Space Agency (ESA) sieht vor, dass ein 1600 Kilogramm schwerer Satellit 2023 ins All geschossen wird und dort einen ausgedienten Satelliten mithilfe von mechanischen Fangarmen oder Netzen einfängt. 

e.Deorbit will be the first-ever active debris removal mission

So etwa könnte  der e.Deorbit-Satellit einen ausgedienten Satelliten einfangen.  Bild: ESA

Wie dringend das Problem des Weltraummülls ist, hat sich gerade letzte Woche wieder gezeigt: Am Donnerstag teilte die NASA mit, dass die Messgeräte der ISS einen leichten Druckabfall festgestellt hätten. Die Crew fand schliesslich den Grund dafür: Ein zwei Millimeter grosses Loch im russischen Teil der Station – verursacht vermutlich durch ein winziges Stück Weltraumschrott.* 

*Mittlerweile geht man davon aus, dass es sich um ein gebohrtes Loch handelt. (Update 11.09.2018)

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«Kessler Syndrome | Space Junk.» Video: YouTube/R P

Weltraumschrott – Die Gefahr aus dem All

Infografik Weltraumschrott
https://de.rs-online.com/web/generalDisplay.html?id=i/weltraumschrottInfografik Weltraumschrott
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Diese Infografik stammt von RS Components. Infografik: RS Components

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    Alle Leser-Kommentare
  • what's on? 10.09.2018 01:00
    Highlight Highlight Wir schaffen uns einen sicheren Schutz gegen die Invasion von Aliens!
  • marcog 09.09.2018 21:32
    Highlight Highlight Mal schauen wie wir GPS und co. ersetzen werden, wenn wir keine Satelliten mehr ins All schiessen können...
  • Nominator 09.09.2018 19:28
    Highlight Highlight Wie ich schon einmal erwähnt habe beim Thema «Erde Nummer 2», ging man bisher davon aus, dass die prophezeite Verunmöglichung der Raumfahrt im erdnahen Weltraum durch eine kosmische Katastrophe geschieht, bei der sich um Gestein handelt. Jetzt kann man auch das Kessler-Syndrom in Betracht ziehen, wobei der Zeitraum wahrscheinlich weit über 100 Jahre hinausgeht. Ich rechne mit den Jahren 3500-3700. Eine Grössenordnung mit der die meisten Leser leider nichts anfangen können. Aber um den Überblick zu bewahren sollte man sich nicht zu sehr auf die letzten 2000 Jahre fokussieren die man nachvollziehen kann. Die Menscheit war schon einmal viel weiter als heute.
    • Toerpe Zwerg 10.09.2018 10:13
      Highlight Highlight "Die Menscheit war schon einmal viel weiter als heute."

      Soso.
    • Ökonometriker 10.09.2018 13:40
      Highlight Highlight @Toerpe: na klar war sie das - vor 1000 Jahren hatten die das mit dem Umweltschutz hart im Griff, 99% Energie aus erneuerbaren Quellen, darunter nicht einmal Atomkraft. Es gab auch fast keine Verkehrstote und die Krankenkasse ruinierte niemandem das Monatsbudget.
    • Toerpe Zwerg 10.09.2018 14:05
      Highlight Highlight Aight. Und Rente war auch überflüssig.
  • undduso 09.09.2018 19:00
    Highlight Highlight Die Nasa misst mit Messmitteln Made in Japan. Wenn das Trump wüsste 😁
  • giandalf the grey 09.09.2018 18:56
    Highlight Highlight Etwas verstehe ich nicht ganz. Dinge die im gleichen Orbit sind, müssten doch eigentlich gleich schnell sein? Trümmerteile die durch eine Kollision beschleunigt werden, müssten doch eigentlich einen höheren Orbit geschleudert werden? Klar ein Space Shuttle oder sonst eine Rakete die noch nicht in einem Orbit ist, ist da natürlich gefährdet. Aber ein Satelit müsste doch in seinem Orbit relativ sicher sein?
    • Alnothur 10.09.2018 14:39
      Highlight Highlight Orbits können sich ja auch kreuzen. Die sind nicht alle kreisrund :)
  • joshy 09.09.2018 17:47
    Highlight Highlight Egal wo der Mensch auftaucht, bringt er es fertig das die Umwelt katastrophal Verschmutzt wird. Einfach erschreckend.
  • Bynaus @final-frontier.ch 09.09.2018 16:56
    Highlight Highlight In den nächsten 10 Jahren werden etliche neue Satellitenkonstellationen gestartet, für einige davon sind 1000e von Einzelsatelliten geplant. Diese sollen sich aber zumindest selbst entsorgen können - doch vor Kollisionen schützt sie das nicht...

    PS: das Loch auf der ISS war nicht in der Station selbst, sondern in der angedockten Sojus-Raumkapsel. Und wurde offenbar nicht von Weltraumschrott ausgelöst, sondern durch ein irrtümlich angebrachtes (und darauf mit Leim vertuschtes) Bohrloch....
    • Alnothur 10.09.2018 14:41
      Highlight Highlight Diese Konstellationen fliegen alle viel zu tief, als dass sie ein Problem werden könnten. Sie sind schlicht nicht lange genug im Orbit.
    • Bynaus @final-frontier.ch 10.09.2018 15:11
      Highlight Highlight Diese Konstellationen fliegen wenn schon eher auf relativ hohen Bahnen: Starlink (SpaceX) ca. 1100 km, OneWeb ca. 1200 km. Dort oben ist die Kollisionswahrscheinlichkeit etwas geringer (ebenso die Geschwindigkeit), dafür bleiben die allfällig entstehenden Trümmer umso länger oben.
    • Daniel Huber 11.09.2018 09:39
      Highlight Highlight @Bynaus: Das stimmt, das Loch wurde nicht durch eine Kollision mit Schrott verursacht.
  • Toerpe Zwerg 09.09.2018 16:21
    Highlight Highlight Bravo China.
  • BreadlyBaker 09.09.2018 15:26
    Highlight Highlight Das Loch in der ISS ist gemäss russischen Aussagen gebohrt worden und nicht durch Schrott entstanden. Das soll aber nicht davon ablenken, das der Schrott tatsächlich ein Problem ist. ;)
    • Daniel Huber 11.09.2018 09:36
      Highlight Highlight Das stimmt.
  • Angelo C. 09.09.2018 15:20
    Highlight Highlight Einmal mehr ein ebenso informativer wie lehrreicher Huber-Artikel, Berichte die für mich zu den absoluten highlights bei WATSON zählen 🤔.

    Kompliment !
    • Daniel Huber 11.09.2018 09:36
      Highlight Highlight Vielen Dank!
    • Angelo C. 11.09.2018 11:59
      Highlight Highlight Daniel Huber :

      Gern geschehen - Ehre, wem Ehre gebührt 😇!
  • azoui 09.09.2018 15:18
    Highlight Highlight Wir verschmutzen unseren Orbit noch schneller, als Mutter Erde.
  • SilWayne 09.09.2018 14:58
    Highlight Highlight Beim letzten Satz handelt es sich mit grosser Wahrscheinlichkeit um einen Irrtum. Kratzspuren ums Loch herum weisen eher auf ein falsch gesetztes Bohrloch hin, welches danach für den Drucktest behelfsmässig abgedichtet wurde.
    • Daniel Huber 11.09.2018 09:37
      Highlight Highlight Stimmt, mittlerweile nimmt man nicht mehr an, dass das Loch durch Weltraumschrott verursacht wurde.
  • dinner for one MGTOW 09.09.2018 14:54
    Highlight Highlight Ein 2mm Loch dichte ich mit dem Finger ab bis der Kaugummi bereit ist...
    • Sergej Mütlich 09.09.2018 15:54
      Highlight Highlight Duckttape statt kaugummi und das ist genau was die astronauten getan haben ;)
    • giandalf the grey 09.09.2018 18:59
      Highlight Highlight "Yes, of course duct tape works in a near-vacuum. Duct tape works anywhere. Duct tape is magic and should be worshiped."
      - Mark Watney/Andy Weir, The Martian 😂
  • Kubod 09.09.2018 14:39
    Highlight Highlight Was wurde eigentlich aus Pac Man?
    Die ETH gab als Einsatztermin 2018 durch.
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    • weachauimmo 09.09.2018 15:47
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