Kessler-Syndrom: Wir fangen uns langsam unter einem Schirm aus Weltraumschrott ein

Im September 2019 befanden sich zwei Satelliten etwa 200 Meilen über der Planetenoberfläche aufeinander zuzoomen mit einer halsbrecherischen Geschwindigkeit von 32.000 Meilen pro Stunde. Einer war der Erdbeobachtungssatellit Aeolus der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der andere einer davon Die Starlink-Satelliten von SpaceXDa beide auf die gleiche Region des Weltraums zurasten, schätzten Wissenschaftler die Wahrscheinlichkeit, dass sie zusammenstoßen, bei 1 zu 1.000.

Die US-Luftwaffe sah, wie die beiden Satelliten aufeinander zusteuerten, und warnte beide Organisationen. Aufgrund eines „Fehlers“ in ihren Kommunikationssystemen lehnte sie es jedoch ab, Maßnahmen zu ergreifen, wie SpaceX es nannte. Wären die Satelliten abgestürzt, wären beide völlig zerstört worden – und der Aufprall hätte Millionen kleiner und großer Trümmerteile in den Weltraum geschleudert. Stellen Sie sich die Eröffnungsszene von vor der Film Schwere, und verstärken Sie das nun um eine Größenordnung.

Zum Glück für uns alle konnte die ESA ihren Satelliten manövrieren, um die Kollision zu vermeiden, und beide Satelliten bewegen sich nun sicher weiter in ihren Umlaufbahnen. Diese knappe Entscheidung zeigt jedoch, was passieren kann, wenn der Platz zu voll wird. Wenn Tausende oder sogar Millionen von Objekten mit enormer Geschwindigkeit um unseren Planeten fliegen, ist die Gefahr von Kollisionen hoch.

Wir haben untersucht, welche Konsequenzen all dieser im Weltraum schwebende Weltraumschrott hat, und haben von Donald Insider-Informationen erhalten Kessler, ehemals leitender Wissenschaftler der NASA für Orbitaltrümmerforschung und einer der weltweit führenden Weltraumexperten Trümmer.

Die Müllfalle

Wenn ein Satellit kaputt geht, fliegt im Allgemeinen niemand in den Weltraum, um ihn zu reparieren. Wenn eine Rakete eine ihrer Stufen abwirft, bleibt die Stufe dort schweben, wo sie ausgeworfen wird. Und wenn zwei Objekte im Orbit aufeinander treffen, können sie buchstäblich Millionen kleiner Partikel erzeugen, die in den Weltraum fliegen und schließlich die Erde umkreisen.

All dieses weggeworfene Material wird zusammenfassend als Weltraummüll bezeichnet. Es ist der Müll, den wir im Weltraum rund um unseren Planeten zurückgelassen haben, und er wächst jedes Jahr.

In den späten 1970er Jahren, als die Erforschung von Weltraummüll gerade erst begann, schlug Kessler eine beängstigende Möglichkeit vor: dass es eines Tages so viel geben könnte Es kam zu einer Kaskade von Kollisionen, bis es schwierig oder unmöglich war, Satelliten zu starten, ohne von ihnen getroffen zu werden Trümmer. Wir würden im Wesentlichen zu Gefangenen auf unserem eigenen Planeten werden und hätten niemandem außer uns selbst die Schuld zu geben.

Kollisionen sind schon einmal passiert und werden wahrscheinlich noch einmal passieren

Wenn die Sorge vor Trümmern oder vor einer möglichen Kollision der SpaceX- und ESA-Satelliten laut wurde Übertrieben für Sie, es ist erwähnenswert, dass Satelliten in der Vergangenheit schrecklich kollidiert sind Folgen.

In 2009, Zwei Satelliten kollidierten mit einer erstaunlichen Geschwindigkeit von 11.700 Metern pro Sekunde (26.000 Meilen pro Stunde) und zerstörte nicht nur beide Objekte, sondern verschmierte auch ein riesiges Trümmerfeld über ihre beiden Umlaufbahnen und darüber hinaus. Einer der Satelliten war Teil der Iridium-Konstellation von Kommunikationssatelliten, und einer war der Kosmos-Satellit der deaktivierten russischen Raumstreitkräfte. Der Kosmos-Satellit war entsorgt und im Orbit zurückgelassen worden, als nur wenige Menschen die Bedrohung durch Trümmer ernst nahmen.

Dieser Vorfall machte den Menschen bewusst, wie ernst die Bedrohung ist, die von Trümmern ausgeht. Es könnte nicht nur teure Satelliten zerstören, sondern die Kollision machte das Problem noch viel schlimmer: Die NASA schätzte das Ereignis 1.000 Trümmerstücke entstanden Größe von mehr als 10 Zentimetern, die noch Jahrtausende lang eine Bedrohung für andere Satelliten darstellen könnte.

Trümmer bedrohen sowohl die Internationale Raumstation als auch das Hubble-Weltraumteleskop

Wenn es um die Überfüllung des Weltraums geht, sind zwei Hauptprobleme zu berücksichtigen. Die erste Frage ist, wie sich Weltraumschrott auf Raumfahrzeuge auswirken kann, die sich bereits im Orbit um die Erde befinden, beispielsweise die Internationale Raumstation (ISS). Die ISS befindet sich in einer sehr niedrigen Erdumlaufbahn, in einer mittleren Höhe von 330 Kilometern (205 Meilen), und liegt damit mitten in einer Menge Weltraumschrott. Da die ISS aufgrund ihrer Größe besonders anfällig für Einschläge von Trümmern ist, musste sie so konstruiert werden, dass sie Einschlägen von bis zu 1 cm großen Trümmern standhält.

Um der Bedrohung durch andere Trümmer entgegenzuwirken, achtet die ISS auf mögliche Einschläge und weicht aus. „Die Raumstation war die erste, die mit Manövern begann, um allem auszuweichen, was ihr zu nahe kam“, Kessler erklärte: „Aber das Problem bei diesen Manövern besteht darin, dass man nicht vorhersagen kann, dass es eine geben wird.“ Kollision. Die Tracking-Genauigkeit ist nur genau genug, um zu sagen, dass etwas unangenehm nahe an Ihnen vorbeifliegen wird und dass die Wahrscheinlichkeit einer Kollision besteht. Daher werden sie unter diesen Umständen Manöver durchführen.“

Im Fall der ISS ist besondere Vorsicht geboten, da sie so groß ist und Menschenleben auf dem Spiel stehen. Es sind auch alle anderen Objekte in niedriger Erdumlaufbahn zu berücksichtigen, wie das Hubble-Teleskop, das sich in einer Umlaufbahn von etwa 545 Kilometern (340 Meilen) befindet, und andere bemannte und unbemannte Missionen. Und dabei sind noch nicht einmal alle Satelliten erwähnt, die sich auf einer höheren geosynchronen Umlaufbahn befinden, wo es ebenfalls ein Trümmerproblem gibt.

Könnten die Trümmer so schlimm werden, dass Satellitenstarts überhaupt nicht mehr möglich sind?

Die zweite zu berücksichtigende Frage ist, wie sich Trümmer auf zukünftige Starts auswirken werden. Was Reisen zu entfernten Planeten angeht: Wenn man die Erde hinter sich lässt, reist man für so kurze Zeit durch das Trümmerfeld, dass es weniger wahrscheinlich ist, dass es zu Problemen kommt. Das Problem entsteht, wenn man Objekte betrachtet, die dauerhaft in den Trümmerfeldern bleiben, wie Satelliten und bemannte oder unbemannte Weltraummissionen.

„Man kann die Straße viel sicherer überqueren, als mittendrin zu leben“, erklärt Kessler.

Derzeit wird die Frage vor allem unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten betrachtet. Im Wesentlichen wird es mit zunehmender Trümmerbelastung immer teurer, Satelliten zu starten. Aber was darüber hinaus passieren wird, ist aufgrund mangelnder Forschung zu diesem Thema noch ungewiss.

„Niemand hat jemals eine Antwort auf die Frage gefunden: ‚Wie schlecht ist die Umgebung, um Satellitenstarts zu ermöglichen?‘“, sagte Kessler. Diese Frage muss unbedingt beantwortet werden, bevor wir sicher sein können, ab wann Weltraumschrott uns daran hindern wird, Objekte vollständig in die Umlaufbahn zu bringen.

Um das Problem zu beheben, brauchen wir jetzt aggressive Maßnahmen

Wenn wir dieses Problem beheben wollen, können wir nicht einfach die Daumen drücken und auf das Beste hoffen. Um das Problem der Trümmer wirklich anzugehen, „muss es aggressivere Maßnahmen geben“, sagt Kessler.

Das dringendste Problem ist die Gesetzgebung. Es gibt vereinbarte Richtlinien zur Eindämmung von Trümmern, beispielsweise die Richtlinie, dass alles in eine Umlaufbahn gebracht werden darf Eine Sonde mit einer Größe von weniger als 2000 Kilometern (1240 Meilen) muss innerhalb von 25 Jahren nach ihrer Mission wieder in die Atmosphäre eintreten, um zu verglühen Fertigstellung. Dies überträgt die Verantwortung für die Entfernung von Objekten auf das Unternehmen oder die Agentur, die sie in Betrieb nimmt.

Aber so wie es aussieht, handelt es sich hierbei um Richtlinien und nicht um Gesetze. Kessler schlägt vor, dass wir die Richtlinien zur Müllbeseitigung in Regeln umwandeln und Organisationen, die sich nicht daran halten, Strafen auferlegen. Dies würde die Menschen ermutigen, ihnen zum Wohle aller zu folgen.

Allerdings reicht es möglicherweise nicht aus, alle dazu zu bringen, die aktuellen Richtlinien zu befolgen. „Es gibt eine ganze Reihe von Studien, die zu dem gleichen Ergebnis kommen: Selbst wenn sich alle an die Regeln halten würden, würde das nicht ausreichen, um das Wachstum von Trümmern zu stoppen“, sagte Kessler. Das liegt daran, dass es immer noch zu Kollisionen kommt und immer mehr kleine Trümmerteile entstehen.

Aus diesem Grund brauchen wir Schritt zwei: Die größten 500 Trümmerteile aus der Umlaufbahn entfernen. Dies sind die großen Teile, die relativ leicht aufzuspüren sind und von denen wir wissen, dass sie die größte Gefahr darstellen. Und hier kommt die neue Technologie ins Spiel.

Neue Technologien könnten uns helfen, unsere Taten zu bereinigen

Kessler verwies auf ein Papier von NASA-Forschern J.C. Liou und N.L. Johnson aus dem Jahr 2006, in dem untersucht wurde, was nötig wäre, um Weltraumschrott zu beseitigen. „Wenn wir nächstes Jahr beginnen und in den nächsten 100 Jahren fünf Objekte pro Jahr entfernen würden“, sagte Kessler, „würde das die Umlaufbahn stabilisieren.“

Allerdings ist die Bergung großer Objekte aus der Umlaufbahn äußerst anspruchsvoll. „Diese Objekte sind nicht dazu gedacht, angefasst zu werden“, erklärte Kessler, „und viele von ihnen drehen sich.“ Bevor Sie den Gegenstand greifen können, müssen Sie die Drehung stoppen. Und einige davon sind so groß wie Schulbusse.“

Ein Vorschlag, wie mit diesem Problem umgegangen werden kann, ist die Schaffung einer Satellitenwartungsanlage mit Satelliten könnten gewartet und repariert werden, um ihre Lebensdauer zu verlängern, wodurch ein längerer Zeitraum entsteht, bevor sie es werden Müll. Die gleiche Anlage könnte sogar genutzt werden, um Objekte aus der Umlaufbahn zu holen, wenn sie nicht mehr benötigt werden.

Weitere Ideen zur Beseitigung von Trümmern sind ebenfalls in Arbeit, wie z RemoveDEBRIS-Satellitenprojekt Dabei werden Methoden zum Auffangen von Trümmern getestet, darunter Netze, Harpunen und visionsbasierte Navigation. Auch die Europäische Weltraumorganisation ist dabei Untersuchung der Trümmerbeseitigung zusammen mit der Firma Astroscale, indem sie damit experimentierten, Satelliten vor dem Start einen Andockmechanismus hinzuzufügen, um ihnen das Einfangen eines ausgemusterten Satelliten zu erleichtern.

Ein internationales Problem, das internationale Zusammenarbeit erfordert

Wie die Herausforderung des Klimawandels ist auch das Problem des Weltraummülls ein internationales Problem, dessen Lösung internationale Zusammenarbeit erfordert. Wenn wir den Weltraum weiterhin für wissenschaftliche Forschung sowie für grundlegende Technologien wie Kommunikation und GPS nutzen wollen, Wir müssen einen Weg finden, einen Teil des Schadens, den wir bereits angerichtet haben, wiedergutzumachen – und neue Lösungen dafür zu finden Zukunft.

Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass wir auf der Erde festsitzen und unsere Fähigkeit, zu anderen Planeten zu reisen, völlig verlieren In absehbarer Zeit könnte das bestehende Trümmerfeld rund um den Planeten unsere Lernfähigkeit direkt beeinträchtigen Raum. „Was am meisten schaden wird, ist nicht der Verlust des Zugangs zu anderen Planeten, sondern der Verlust des Hubble-Teleskops“, sagte Kessler. „Irgendwann könnte es nur noch ein Trümmerstück sein. Es ist unsere wissenschaftliche Neugier, die gefährdet ist.“

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