Weltraumschrott gefährdet unsere Zukunft. So können wir ihn reinigen

Jeder weiß, dass der Weltraum groß ist. Aber entgegen der Intuition ist er auch überfüllt.

Deshalb NASA eine Vereinbarung mit SpaceX unterzeichnet Anfang 2021, um eine engere Beziehung einzugehen, um „weiterhin einen sicheren Betrieb im Orbit und die Vermeidung von Konjunktionen zwischen“ Starlink-Satelliten und bemannten Missionen zu gewährleisten. In der erdnahen Umlaufbahn LEO sind Konjunktionen eine angenehme Art, a zu beschreibenkatastrophale Kollision von zwei oder mehr Objekten im Weltraum.

Dies ist notwendig, weil wir ein großes Problem haben, das sich im erdnahen Orbit LEO entfaltet, eines, das einen Weg von der Spitzentechnik zum Space Race 2.0 verfolgt. Und aufkommende geopolitische Kämpfe drohen, sich inmitten des Konflikts zwischen ihnen in die Mischung zu vermischenRussland und der Ukraine – die jederzeit weitere Parteien einbeziehen könnten.

Also, apropos alles, wie räumen wir Weltraumschrott auf?

Neue Satelliten-Megakonstellationen entstehen, und das bedeutet mehr Weltraumschrott

Das Problem des Weltraumschrotts reicht bis in die Anfänge des Weltraumzeitalters zurück. In Kraft treten 1967 die UN Weltraumvertrag legt fest, dass der Weltraum keiner einzelnen Nation gehört, sondern die „Provinz der gesamten Menschheit“ ist. Dies gilt für alle Unterzeichner, einschließlich der Vereinigten Staaten, des Vereinigten Königreichs und der Russischen Föderation, die sich darauf geeinigt haben, dass „der Weltraum nicht unterworfen istzu nationaler Aneignung durch Anspruch auf Souveränität, durch Nutzung oder Besetzung oder auf andere Weise."

Was dies heute bedeutet, ist, „dass Sie die nationale Gerichtsbarkeit nirgendwo im Weltraum ausdehnen können – wir behalten die Gerichtsbarkeit für Objekte, die wir dort aufstellen, aber Sie können nicht zulassen, dass die Vereinigten Staaten Rechte über LEO oder den Mond beanspruchen“, erklärtAlexander Salter des American Institute for Economic Research, bis IE.

Für Salter schafft dieser Vertrag ein inhärentes Problem: Da niemand das Recht hat, Nationen oder Unternehmen daran zu hindern, Satelliten in den Orbit zu installieren, entsteht ein versteckter Anreiz, „etwas in den Orbit zu bringen, ohne die Kosten für alle anderen durch die Verstopfung des Weltraums zu berücksichtigen“, sagt er. Und in den Jahrzehnten seit der Unterzeichnung scheint genau das passiert zu sein.

Seit dem Start von der erste Satellit, Sputnik, in den Weltraum in den Jahren 1957 bis 2019 hatte die Menschheit „insgesamt rund 9.000 Objekte in die Umlaufbahn geschossen“, sagt Siamak Hesar, Gründer und CEO von Kayhan Space, zu IE. Aber „nur in den letzten zwei Jahren ist diese Zahl wegen SpaceX und Starlink auf etwa 11.000 gestiegen. Im nächsten Jahrzehnt sprechen wir über mehrere Mega-Konstellationen, die in den Orbit gehen; das sind HunderttausendeSatelliten."

Satelliten in LEO müssen sich selbst deorbitieren

Dies ist nur die Spitze des LEO-Eisbergs, wenn es um die Fülle an Weltraumschrott geht. Aber wie kam es dazu? Anfang des 21. Jahrhunderts begann die Häufigkeit von Satellitenstarts zuzunehmen, aber nur wenige, wenn überhaupt, haben damit gerechnetdas Niveau von Tausenden – oder Zehntausenden – erreicht, die jährlich gestartet werden.

Mit der Zukunft von LEO-Satelliten im internationalen blinden Fleck lautete die Faustregel für das Verbringen von Vermögenswerten in den Orbit, dass alle Weltraummächte ihre Satelliten innerhalb von 25 Jahren nach dem Start aus der Umlaufbahn bringen. Sie haben richtig gelesen, die Richtlinien für Satelliten in LEO, veröffentlicht 2007 vom Inter-Agency Space Debris Coordination Committee, schlagen vor, dass alle Satelliten nicht länger als 25 Jahre nach Abschluss des Betriebs im Weltraum bleiben – um das Risiko von Kollisionen und damit die Entstehung von Weltraumschrott zu verringern.

Dies ist jedoch eine Richtlinie, keine Regel. Und es war „ein früher Versuch, Standards oder Vorschriften für Weltraumanlagen festzulegen“, sagt Hesar. „Da steht: Wenn Sie einen Satelliten in die Umlaufbahn bringen, hat die Regierung gewonnen"Erteilen Sie keine Startlizenz, wenn Sie nicht nachweisen, dass Sie nach 25 Jahren aus dem Orbit aussteigen können. Das hätte damals vielleicht Sinn gemacht", argumentiert Hesar, "aber heute macht es keinen Sinn mehr."

Wenn die Satellitenpopulation auf dem Niveau der frühen 2000er Jahre geblieben wäre, hätte vielleicht eine 25-Jahres-Richtlinie funktioniert. Aber mit Starlink von SpaceX, das die Genehmigung für den Start von weitere 30.000 Satelliten, das ist nicht mehr der Fall. Und deshalb wenden sich immer mehr Unternehmen Satelliten zu, die sich selbst verlassen können – um sicherzustellen, dass ihre Missionsziele – öffentlich oder privat – nicht mit denen anderer Weltraummächte kollidieren.

Satelliten in GEO wurden in "Friedhofsbahnen" zurückgezogen

Für Anlagen in LEO, die sich ungefähr 1.200 Meilen oder weniger über der Erde befinden, gibt es zumindest einen gewissen Trost zu wissen, dass der atmosphärische Widerstand auf einer ausreichend langen Zeitachse schließlich alles in die deorbitale Zerstörung ziehen wird. Aber für geosynchrone SatellitenUmlaufbahn GEO – die mehr als 20.000 Meilen höher ist als LEO bei 22.236 Meilen – es gab praktisch keine Empfehlung zur Minderung der Ansammlung von Weltraumschrott.

„Bis vor ein paar Jahren, als Ihr Satellit in GEO starb, ließen Sie ihn einfach dort“, erklärt Joseph Latrell, der Gründer von quub – einem schnell wachsenden Satellitenentwicklungsunternehmen – zu IE. Geosynchrone Umlaufbahn GEO ist, wo Satelliten die Erde umkreisen, während sie denselben Standort beibehalten in Bezug auf Längengrad relativ zur darunter liegenden Oberfläche. "Fügen Sie 186 Meilen zu GEO hinzu und das ist, wo" viele orbitale Missionen tote Satelliten hinterlassen.

Es gibt Satelliten, deren Missionen GEO erfordern, wie das kürzlich von der NOAA eingeführte GOES-T, aber die meisten kommerziellen Interessen im Orbit werden fest in LEO verankert sein.

„Unser Satellit flog mit dem Transporter-3 von SpaceX – dem 12. Satz von Satelliten, der von Elon Musks Firma eingesetzt wurde“, sagt Latrell. Und die Satelliten seines Unternehmens sind viel kleiner als die meisten anderen und fliegen ausschließlich in LEO. „Der Satellit, den wir gesendet haben, ist das, was wirein ‚PocketQube‘ nennen“, fügt er hinzu und verweist auf den Fokus seiner Firma auf die Entwicklung winziger, würfelförmiger Satelliten.

Luftwiderstand eliminiert alle LEO-Satelliten, aber nicht schnell genug

„Im Wesentlichen haben PocketQubes ein Achtel des Volumens eines CubeSats, und es ist schwierig, alles dort unterzubringen“, erklärt Latrell. CubeSats gibt es seit 2003, als einer auf einem russischen Eurockot in die Umlaufbahn gelangte.im Juni 2003. Die Attraktivität von CubeSats ist vielfältig: Aufgrund ihrer geringen Masse und kleinen Statur verbrauchen sie nicht viel Treibstoff, um in die Umlaufbahn zu heben, und können mit anderen, größeren Satelliten „huckepack“ fahren. Das senkt die Startkostenbedeutend.

Latrell und seine Firma quub haben dies auf die nächste Ebene gebracht – indem sie noch kleinere Satelliten mit einer Seitenlänge von 5 cm 1,96 Zoll hergestellt haben. Unnötig zu erwähnen, dass dies die Kosten auf beispiellose Tiefststände senkt – ohne die Missionsparameter zu opfern. „Unseresatellite war ein Cybersicherheitstest“, sagt er. „Wir haben eine Software für einen Kunden entwickelt, um die Möglichkeit des Fernaustauschs von Daten über Satellit zu testen. Es ist ein IoT-Kommunikationssystem.“

Jeder Satellit in LEO wird irgendwann in die Atmosphäre fallen. Aber damit dies schnell genug geschieht, um eine sinnvolle Nachhaltigkeit zu erreichen mit anderen Worten, den Weltraum aufgeräumt zu lassen, gibt es viele Schritte, die Satellitenentwickler unternehmen können. Zum Beispiel können Triebwerke an Bord angetrieben werdenden Satelliten in eine Endflugbahn.

Geplante Obsoleszenz in LEO-Satelliten einbauen

„Unser [erster] Satellit ist der letzte, den wir ohne Triebwerke starten“, sagt Latrell. „Alle nächsten werden Triebwerke mit separaten Computersystemen haben.“ Dank jahrzehntelanger Fortschritte können wir winzige Computer in Trinkgläser einbauen-große Container, die Ingenieuren den Einbau ermöglichengeplante Obsoleszenz.

„Alle unsere Satelliten sind als LEO konzipiert, nie höher als 310 Meilen“, sagt Latrell. Wenn Satelliten viel höher steigen, laufen sie „ Gefahr, länger dort oben zu bleiben. Wir haben geplant, dass unsere Satelliten veraltet sind. Sie sind so konstruiert, dass sie versagen, wenn wir anfangen.“ Aber neben dem Hinzufügen kleiner Triebwerke zu winzigen Satelliten kann die Zusammensetzung von Satelliten auch Weltraumschrott reduzieren.

„Wir vermeiden viel Metall und züchten die Rahmen für unsere Satelliten aus einem Kohlefaser-Nylon-Verbundstoff“, sagt Latrell. Dieses Material verdampft, wenn es auf die Atmosphäre trifft. „Es gibt auch Aluminium und Edelstahl für die Schrauben,dann Kohlefaserverbundwerkstoff für die Rahmen und Leiterplatten – die aus Glasfaser und Kupfer bestehen."

„Diese schneiden nicht gut ab, wenn sie atmosphärische Wiedereintrittstemperaturen von 3.000 Grad Fahrenheit erreichen“, sagt Latrell. Satellitenentwickler auch benutzen oft Solaranlagen für Strom. Und da Sonnenkollektoren eine große Oberfläche haben, erhöhen sie den atmosphärischen Luftwiderstand. Dies zwingt sie „immer tiefer in die Atmosphäre. In ungefähr 74 Meilen Höhe [treffen sie] auf dickere Schichten der Atmosphäre undan diesem Punkt gibt es keine Möglichkeit für irgendetwas zu überleben."

Aber selbst wenn jede private Luft- und Raumfahrt- und Satellitenfirma eine fünfjährige Veralterung ihrer Satelliten geplant hat, gibt es immer noch eine Menge Müll zu beseitigen.

Wie man Weltraumschrott holt und deorbitiert

Glücklicherweise gibt es mehrere Möglichkeiten, Weltraumschrott zu bergen. „Statische Grappler sind von besonderem Interesse für orbitale Luft- und Raumfahrtfirmen“, sagt Latrell. „Bei den Geschwindigkeiten, die man braucht, um einen Orbitflug zu erreichen, ist es schwierig, nur vor den Müll zu kommen. Und wenn du die Winkel vermasselst, wird es dich durchbohren."

„Bei voller Orbitalgeschwindigkeit hinterlässt selbst ein winziges Stück Weltraumschrott ein riesiges Loch“, sagt Latrell. „Statische Befestigung wäre ein leichter Befestigungspunkt, den Sie dann mit etwas anderem packen. Aber es gibt eine Grenze dessen, was Sie könnendeorbit" auf diese Weise. Eine andere Methode, wie ein Maschennetz, kann sich um Objekte im Weltraum wickeln. Man könnte auch "vor" Weltraumschrottobjekte "kommen, und genau wie ein Baseballhandschuh fangen Sie es ein."

„Sie können auch Aerogel verwenden und das Material einfach einbetten, und wenn das Gel die maximale Kapazität erreicht, verlassen Sie den Satelliten“, erklärt Latrell. Seine Firma quub könnte wahrscheinlich Weltraumschrott-Objekte zwischen 4,4 und 6,6 Pfund jagen. „Ich würde eigentlich nur einen Satelliten nehmen und ihn zu einer Miniaturfabrik machen. Wenn er den Weltraumschrott einfängt, befestige ein kleines Triebwerk daran und lass es los. Das Triebwerk zündet und das Objekt deorbitiert."

Latrell sagt, dass „Quub solche Satelliten sehr billig bauen kann.“ Tatsächlich baut seine Firma bereits einen Miniatur-Roboterarm, der genau das tun könnte. „Man muss allerdings geduldig sein, denn Orbitalmechanik erfordert viel Energie."

Aber um Weltraummüll-Objekte von LEO zu befreien, müssen wir sie zuerst finden.

Ausweitung der Erkennung von Weltraumschrott ist entscheidend

Es gibt ungefähr „9.000 Objekte“, die Menschen ins All geschickt haben, laut Hesar. Und das ist erst der Anfang. „Alle Hilfsraketenkörper als Ergebnis dieser Starts“, von denen einige unbeschreiblich klein sind, haben „hat zu 1 Million kleinen und großen Weltraumobjekten beigetragen" in LEO.

Und das sind nur die, die wir verfolgen können. „Im Moment ermöglicht uns das Weltraumüberwachungsnetzwerk – ein großes Netzwerk von Radarteleskopen – die Verfolgung von Objekten in der Größenordnung von 30.000“, sagt Hesar. Und viele dieser Objekte sind kleiner als 4 Zoll . „Später in diesem Jahr wird Space Fence“, ein viel leistungsstärkeres, bodengestütztes Radar, „in Betrieb gehen und Satelliten verfolgen“ mit einem Durchmesser von weniger als einem Zoll.

„Dadurch können wir bis zu 100.000 Objekte sehen“, erklärt Hesar. Wenn Ihnen das ausreicht, irren Sie sich leider. „Das sind nur 10 Prozent der Objekte, die Hochrisikoereignisse verursachen“, wie die Beschädigung eines kritischen Satelliten, oder sogar die ISS durchbohren und Astronauten im Weltraum gefährden.

Es ist kein sehr realistischer Vorschlag, 100.000 Objekte im Weltraum zu säubern. Aber glücklicherweise stellen die größten Objekte das größte allgemeine Risiko für die Lebensfähigkeit von LEO für zukünftige Vermögenswerte dar. „Indem wir eine Handvoll dieser Objekte entfernen, können wir sie zerstörendas Gesamtrisiko erheblich." Da große Objekte wie Popcorntüten mit winzigem Weltraumschrott sind, ist jeder inaktive Satellit nur einen Unfall davon entfernt, Tausende von winzigen Trümmerstücken auf LEO zu schießen.

Bei so viel potenziellem Weltraumschrott, der im Weltraum herumschwirrt, stellt sich die Frage: Wer hat hier das Sagen?

Kooperation zwischen privaten Luft- und Raumfahrtunternehmen

„Wir befinden uns in einer internationalen Rechtslage, in der kein einzelner Nationalstaat diese Streitigkeiten entscheiden und lösen kann“, erklärt Salter. „Wenn es zwischen einem US-Unternehmen und der US-Regierung zu einer Spaltung kommt, ist das einfach. Nicht so zwischen US-Unternehmen und ausländischenRegierungen oder ausländische Wirtschaftsunternehmen."

Die meisten Präzedenzfälle für die Anklage gegen Weltraumschrott und die Schaffung von Richtlinien dafür werden „wahrscheinlich aus zufälligen Entscheidungen im weiteren Verlauf der Dinge resultieren“, sagt Salter. Streitigkeiten hingegen werden von der Ware abhängen. „Wenn die Ware wertvoll istBetriebsbereich in LEO werden Sie immer mehr Branchengruppen bekommen, die sich hauptsächlich aus Betreibern zusammensetzen, die Best Practices für das Sammeln von Daten über die vorhandene Hardware übernehmen."

Aber bis es zu diesen Streitigkeiten kommt, „gibt es kein wirkliches rechtliches Problem“, erklärt Salter. „Es muss eine Vereinbarung oder einen Anspruch darauf geben, wem diese Ressource zuerst gehört.“ Aber irgendwann wird es passieren. „Früher oder später kommerzielle Ansprüchewerden sich gegenseitig stören – an diesem Punkt, sobald Sie konkrete Pläne haben, die in Konflikt geraten, werden Sie diese Schlichtung sehen."

Unternehmen sind einzigartig positioniert, um Weltraumressourcen zu nutzen

Für Salter eignen sich große Unternehmen am besten für die Hebelwirkung das enorme Potenzial des Weltraums. Dies liegt daran, dass trotz Rivalitäten zwischen konkurrierenden Luft- und Raumfahrtunternehmen alle einen finanziellen Anreiz haben, nachhaltige Wirtschaftspraktiken zu schaffen, die für langfristige Investitionen geeignet sind. „Unternehmensbürger in der Raumfahrt müssen Verantwortung übernehmen, weil sie es getan habenum es auf der Langstrecke zu schaffen, sonst verdienen sie kein Geld", sagt er.

„Was mir Sorgen macht, sind keine Konflikte in weit entfernten Kolonien“, sagt Salter. „Ich mache mir Sorgen über eine schnelle Kette von LEO-Ereignissen, die geopolitische Konflikte über die Verwirrung darüber verursachen, wer das Recht hat, was im Weltraum zu tun."

Die ISS war einer solchen Kette von Ereignissen sehr nahe, als im November 2021 Russland führte einen Waffentest durch, der mehr als 1.500 Brocken Überschall-Weltraumschrott erzeugte – in einem Anti-Satelliten-Raketentest ASAT, der nicht nur die Hardware der NASA, der ESA und anderer nationaler Weltraumbehörden in Gefahr brachte, sondern auch menschliche Astronauten. Die Gefahr war greifbar: Sogar ein russischer Kosmonaut an Bord der ISS musste damals vorsichtshalber Schutz vor ankommendem Weltraumschrott suchen.

Russlands Weckruf zu den Gefahren von Weltraumschrott

„Russlands ASAT-Test war ein Weckruf“, sagt Latrell von quub. „Glücklicherweise wurde niemand verletzt.“ Glücklicherweise wurde die ISS während der Tortur nicht ernsthaft beschädigt, aber es zeigte die Notwendigkeit einer größeren Sensibilisierung unter ihnen„Ein dramatischer Fall, in dem die ISS von einem Objekt getroffen wird, das wir nicht verfolgt haben, ist sehr wahrscheinlich“, sagt Hesar von Kayhan Space. „Letztes Jahr, Kanadas Roboterarm, der außerhalb der ISS steckt und sich bewegt— dessen Isoliermaterial durch einen nicht verfolgten Trümmergegenstand zerstört oder durchstochen wurde."

„Deshalb ist es sehr wichtig, dass die Menschen verstehen, dass die Weltraumumgebung und insbesondere LEO keine unbegrenzte Ressource ist“, betont Hesar. „Es ist eine Tragödie der Allgemeinheit – eine endliche Ressource. Und je mehr man sie unkontrolliert ausbeutet, desto mehr wirst du es beschädigen."

Für Hesar müssen Nationen und Unternehmen bei ihren Bemühungen zusammenarbeiten, die Bemühungen im Weltraum zu verfolgen, zu überwachen und zu kommunizieren. Es ist eine weitaus schwierigere Aufgabe als erdgebundene Luftfahrt da es im Weltraum keine klaren Grenzen gibt, aber der beste Weg, eine Kollision zu vermeiden, besteht darin, die Kommunikation offen zu haltender Eisberg“, sagt Hesar. „Die Weltraumverfolgung war unter der Zuständigkeit der Air Force, und jetzt kümmert sich die Space Force darum – es gibt keine wirklich offenen Kommunikationssysteme zwischen China, den USA und den Russen, weil es auf militärischer Ebene stattfindet.“

Während China eine ausgedrückt hatOffenheit für den Aufbau einer offiziellen Kommunikationslinie, es scheint, dass Unternehmen und zivile Institutionen zusammenarbeiten müssen, um einen rechtlichen Rahmen zu schaffen, der in der Lage ist, die Nutzung und Verwaltung von LEO und darüber hinaus zu regulieren. Das bedeutet ein integrales Tracking- und internationales Kommunikationsnetzwerk, wie wir es noch nie zuvor gesehen habenObjekte aus nächster Nähe zu verfolgen und Lösungen für schwer zu verfolgende Objekte zu verbessern" wird dazu beitragen, dieses Ziel zu erreichen.

Geplante Obsoleszenz und Recyclingmaterial sind der Schlüssel zur Minimierung von Weltraumschrott

Aber um das Tracking auf die nächste Stufe zu heben, die Implementierung von Algorithmen — KI-Software — „wird uns helfen, Weltraumwetter und [atmosphärische] Luftwiderstandsumgebungen besser vorherzusagen – dies ist entscheidend für den Schutz unserer Vermögenswerte“, sagt Hesar.

Reduzieren, wiederverwenden, recyceln - Was die Satelliten selbst anbelangt, so sind die beiden wichtigsten Mittel zur Unterstützung der Säuberung von LEO der In-situ-Satellitenantrieb damit sie sich selbst aus der Umlaufbahn entfernen können und die Schaffung neuer Wege zum Recycling des herumtreibenden Weltraumschrotts und der herumfliegenden Trümmer. „Wir müssenin unsere Systeme zu integrieren, wie Satelliten verantwortungsbewusst entsorgt werden können“, sagt Latrell. „‚Reduce, reuse, recycle‘ ist im Weltraum keine schlechte Idee. Der Tod des Satelliten sollte seinem Design innewohnen, sobald der Satellit noch eingeschaltet istdie trocken abwischbare Tafel."

„Wenn Sie es nicht deorbitieren können, müssen wir es recyceln“, erklärt Latrell. Es klingt, als hätten die großen Weltraummächte dieses Jahrhunderts es getan.viel zu tun. Aber es geht.