1957 begann das Weltraumzeitalter offiziell mit dem Start des ersten künstlichen Satelliten der Menschheit - bekannt als Sputnik 1. Dieser Satellit wurde von der Sowjetunion gebaut und umkreist und war ein einfacher Technologiedemonstrator, der Funkimpulse aussenden sollte.
Die Auswirkungen des Einsatzes waren jedoch weitaus weitreichender. Dies war nicht nur ein entscheidender Moment in der Geschichte der menschlichen Raumfahrt und ein großer Schrecken für den Westen, sondern auch der erste von Tausenden von Satellitenvon der Erde aus gestartet werden.
Heute, ungefähr sechzig Jahre später, einige 8.950 Satelliten wurden von mehr als gestartet 40 Nationen in die Umlaufbahn. Basierend auf den neuesten Schätzungen, ungefähr 5.000 von diesen Satelliten bleiben in der Umlaufbahn, obwohl die meisten das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben.
nur um 1.950 von diesen Satelliten bleiben betriebsbereit, während der Rest zu Weltraummüll geworden ist. Zu diesen heute nicht mehr existierenden Satelliten kommen Tausende von Trümmerteilen, die zusammen als "Weltraummüll" bezeichnet werden.
Was ist Weltraummüll?
Weltraummüll ist ein allgemeiner Begriff, der sich auf jedes Stück nicht funktionierender Hardware und Trümmer bezieht, das derzeit in der Erdumlaufbahn herumschwebt. Er umfasst funktionsunfähige Satelliten, aber auch die verbrauchte erste und zweite Stufe von Raketen sowie Fragmentevon Raumfahrzeugen, Satelliten und anderen Missionen.
Dies stellt ein Problem für die Weltraumforschung dar. Grundsätzlich besteht bei jeder operativen Mission im Orbit - von funktionierenden Satelliten und Raumstationen bis hin zu Weltraumteleskopen und Raumfahrzeugen - die Gefahr, mit diesen Trümmern zusammenzustoßen.
Und da viele Missionen in den Low Earth Orbit LEO und darüber hinaus für die kommenden Jahre geplant sind, gibt es Bedenken, dass sich das Problem der Weltraummüll nur verschlimmern und eine ernsthafte Gefahr für jede Mission darstellen wird, die wir in den Weltraum schicken.
Dies wirft einige Fragen auf. Wie groß ist das Problem für den Anfang? Es wird auch viel schlimmer erwartet? Und schließlich, wie gehen wir damit um?
Überall Trümmer!
Nach den neuesten Zahlen der Space Debris Office an der Europäisches Zentrum für Weltraumoperationen ESOC, ungefähr 5450 Starts haben seitdem stattgefunden Sputnik 1 wurde ins All gestartet - ohne fehlgeschlagene Starts.
Darüber hinaus wird geschätzt, dass mehr als 500 Trennungen, Explosionen oder Kollisionen haben in den letzten 60 Jahren stattgefunden. Im Laufe der Zeit hat dies zu der aktuellen Situation im Low Earth Orbit LEO geführt, der mit Weltraummüll übersät ist.
Diese Objekte stellen eine erhebliche Bedrohung für operationelle Satelliten, Raumfahrzeuge und Raumstationen dar. Derzeit ungefähr 22.300 Diese Objekte werden regelmäßig vom Space Surveillance Network SSN des US-Verteidigungsministeriums verfolgt und katalogisiert.
Dies sind jedoch nur die Objekte, die groß genug sind, um von einem Bodenradar verfolgt zu werden. Insgesamt gibt es eine Schätzung. 34.000 Objekte in der Umlaufbahn, die ungefähr messen 10 cm im Durchmesser ein anderer 900.000 Objekte, die zwischen messen 1 cm und 10 cm und eine ganze Reihe 128 Millionen Objekte, die zwischen messen 1 mm und 1 cm .
Während diese letzten Objekte möglicherweise nicht besonders gut klingen, können selbst kleinste Objekte eine ernsthafte Kollisionsgefahr darstellen. Dies liegt an der Geschwindigkeit der Objekte in der Umlaufbahn, die bis zu hoch werden kann. 7 oder 8 km pro Sekunde 4,3 bis 5 mps was ungefähr funktioniert 12875 km / h .
Bei diesen Geschwindigkeiten können selbst kleine Materieflecken Satelliten, Raumfahrzeuge oder Raumstationen ernsthaft beschädigen. Die größte Gefahr, wenn sich so viel Schmutz im Orbit befindet, besteht jedoch darin, dass er sich mit der Zeit von selbst zunehmend verschlechtern kann.Dies ist, was als ... bekannt ist
Kessler-Syndrom
Auch als Kessler-Effekt oder Kollisionskaskadierung bekannt, wurde dieses Phänomen ursprünglich 1978 vom NASA-Wissenschaftler Donald J. Kessler vorgeschlagen. In diesem Szenario wird die Dichte von Objekten im Low Earth Orbit LEO so hoch, dass Kollisionen zwischen Objekten auftretenwürde einen Kaskadeneffekt verursachen.
Wenn Objekte kollidieren, entstehen kleinere Objekte, die mit anderen kollidieren, und so weiter. Mit jeder Kollision werden mehr Weltraummüll erzeugt und die Wahrscheinlichkeit weiterer Kollisionen steigt exponentiell an.
Die Gefahr in diesem Szenario besteht darin, dass sich selbst fortsetzende Trümmerfelder im Orbit die Erforschung des Weltraums behindern. Selbst winzige Kollisionen, die katastrophale Schäden verursachen können, sind das Abfeuern von Nutzlasten und Besatzungen in den Weltraum einfach zu gefährlich und teuer.
Während verschiedene Strategien zur Schadensbegrenzung entwickelt werden, um Weltraummüll zu entfernen oder zu deorbieren, bleibt das Verfolgen und Überwachen der Teile, die das größte Kollisionsrisiko darstellen, der effektivste Weg, um Missionen im Orbit zu schützen.
Aus diesem Grund legen Raumfahrtagenturen und andere Organisationen Wert darauf, Objekte im Orbit zu verfolgen und im Voraus vor möglichen Kollisionen zu warnen. Auf diese Weise können Einsatzmissionen ihren Orbit anpassen, um den Pfad eines Objekts zu verlassen.
Überwachung des gesamten Mülls
Heutzutage gibt es mehrere Einheiten, die sich der Verfolgung der gefährlichsten Trümmer im Orbit widmen. In den USA und Russland werden bodengestützte Radar- und optische Messungen von Weltraumüberwachungssystemen durchgeführt.
Dies ermöglicht die Echtzeitverfolgung von Objekten, die größer sind als 5–10 cm 2 bis 3,9 Zoll in Höhen von 2.000 km oder weniger - oder Low Earth Orbit LEO - und Objekte größer als 0,3 - 1,0 m 1 bis 3,3 ft in einer Höhe von 36.000 km über dem Äquator - Geostationäre Umlaufbahn GSO.
1982 organisierte die NASA die erste spezielle Konferenz über Weltraummüll, gefolgt von der Europäischen Weltraumorganisation ESA, die 1982 den ersten Workshop zum Wiedereintritt von Weltraummüll abhielt.
Diese wurden motiviert von Skylab Wiedereintritt 1979, was dazu führte, dass Trümmer auf die Erde fielen. Es gab auch das Auseinanderbrechen des sowjetischen Spionagesatelliten Kosmos-1402 1982, was fast dazu führte, dass radioaktive Trümmer auf die Erde fielen.
1993 führten wachsende Bedenken hinsichtlich Weltraummüll zur Bildung von Inter-Agency Space Debris Coordi Nationalkomitee IADC, dem Vertreter der NASA, der Europäischen Weltraumorganisation ESA, der Japan Aerospace Exploration Agency JAXA und die Russische Weltraumorganisation Roscomos.
Die IADC wurde als Forum für den multilateralen Austausch von technischem Wissen geschaffen und ermöglicht es den Mitgliedern, sich in Fragen des Weltraummülls zu koordinieren. Heute gilt sie als das führende internationale Gremium auf dem Gebiet der Überwachung und Minderung von Weltraummüll.
Seit 1993 sind mehrere weitere Agenturen beigetreten, darunter weitere europäische nationale Weltraumagenturen. China National Space Agency CNSA, die Kanadische Weltraumbehörde CSA, die Korea Aerospace Research Institute KARI, der India Space Research Organization ISRO und die Staatliche Weltraumorganisation der Ukraine NSAU.
Weltraummüll war auch ein Hauptaugenmerk für th e Ausschuss für die friedliche Verwendung von Weltraum COPUOS, der von der Büro der Vereinten Nationen für Weltraumangelegenheiten 'UNOOSA.
Jedes Jahr treffen sich Vertreter der UN-Mitgliedstaaten und verschiedener Organisationen mit COPUOS. Wissenschaftlicher und technischer Unterausschuss um Informationen über ihre Forschungsaktivitäten im Bereich Weltraummüll auszutauschen.
1995 gab die NASA den ersten umfassenden Satz von Richtlinien zur Minderung von Trümmern in der Umlaufbahn heraus. Zwei Jahre später verwendete die US-Regierung diese Richtlinien, um die Richtlinien zu entwickeln. Standardpraktiken zur Minderung von Orbitalabfällen .
Im Jahr 2002 veröffentlichte die IADC die IADC-Richtlinien zur Minderung von Weltraummüll und präsentierte sie dem wissenschaftlichen und technischen Unterausschuss von UNCOPUOS, der seitdem als Grundlage für nationale Gesetze und Normen und als Ausgangspunkt für technische Normen dient.
2007 billigte die Generalversammlung der Vereinten Nationen die Richtlinien zur Minderung von Weltraummüll fordert die Mitgliedstaaten auf, freiwillig Standards und Maßnahmen zu verabschieden, um die Trümmer zu beseitigen, die sich aus ihren Weltraummissionen ergeben.
Seit 1962 unterhält UNOOSA auch die Objektregister der Vereinten Nationen im Weltraum eine Datenbank, aus der hervorgeht, welche Mitgliedstaaten die internationale Verantwortung und Haftung für Weltraumobjekte tragen.
1976 erließen die Vereinten Nationen die Übereinkommen über die Registrierung von Gegenständen, die in den Weltraum gebracht wurden . Alle Mitgliedstaaten und internationalen Organisationen, die sich zur Einhaltung des Übereinkommens bereit erklären, müssen Informationen im UN-Register bereitstellen und auch ihre eigenen nationalen Register einrichten.
Die Zukunft des Weltraummülls
Heute senden mehrere nationale Weltraumagenturen Satelliten, Nutzlasten und sogar Missionen mit Besatzung in den Orbit. Während die Weltraumforschung einst nur zwei Supermächte USA und Sowjetunion / Russland, China, Indien und Europa warenUnion beteiligen sich jetzt aktiv.
Gleichzeitig gab es eine Explosion in der Luft- und Raumfahrtindustrie auch bekannt als NewSpace, in der immer mehr Unternehmen kommerzielle Startdienste und Dinge wie satellitengestütztes Breitband-Internet anbieten. Die aktuelle Situation im Orbit wird wahrscheinlich nur eintretenschlechter.
Dieses Wachstum ist teilweise darauf zurückzuführen, dass die Kosten für den Start von Nutzlasten in den Weltraum in den letzten Jahrzehnten erheblich gesunken sind. Zwischen wiederverwendbaren Raketen der ersten Stufe wie der Falcon 9 und Falcon Heavy , einstufig bis zur Umlaufbahn Raketen, maßgeschneiderte Trägerraketen und Mitfahrgelegenheiten.
Aus diesem Grund senden private Unternehmen, Forschungsinstitute und andere Organisationen mehr Satelliten in den Weltraum und bieten mehr satellitengestützte Dienste an. Ein gutes Beispiel ist der aufkeimende Satelliten-Internet-Markt.
Ab 2015 kündigte Elon Musk Gründer von SpaceX ein neues Unternehmen mit dem Namen an. Starlink . Der Zweck dieses neuen Unternehmens ist es, eine Konstellation von Satelliten im Orbit zu schaffen, die einen Breitband-Internetzugang für die ganze Welt ermöglichen würde.
In Mai 2019 , die erste Charge von 60 Satelliten wurden in eine sehr niedrige Umlaufbahn über der Erde geschickt - in Höhen von 328 km zu 580 km . Diese Entscheidung war teilweise motiviert, das Risiko von „Weltraummüll“ zu minimieren, aber auch, weil SpaceX dadurch früher mehr Satelliten in den Weltraum senden und Internetdienste bereitstellen kann.
SpaceX hat bereits die FCC-Zulassung für eine Konstellation von erhalten. 12.000 Satelliten. Das Unternehmen hat jedoch kürzlich Anmeldungen bei der Internationale Fernmeldeunion ITU für eine zusätzliche 30.000 Satelliten.
Die Anfrage bestand aus 20 Anmeldungen insgesamt, jeweils eine weitere 1.500 Satelliten. Dieser Plan allein würde, wenn er vollständig umgesetzt würde, die Anzahl der Satelliten im Orbit um den Faktor fünf erhöhen.
SpaceX ist jedoch nicht der Einzige, der versucht, in den Satelliten-Internetmarkt einzudringen. Zum Beispiel möchte Amazon-Gründer Jeff Bezos auch eine Konstellation von Internet-Satelliten in den sogenannten Internet-Satelliten bereitstellen. Projekt Kuiper .
Laut dem von Amazon bei der FCC eingereichten Antrag hoffen sie zu senden 3.236 Breitband-Satelliten in den kommenden Jahren in die Umlaufbahn. Und dann gibt es OneWeb ein globales Internetunternehmen, das auch plant, mehr als 1000 Satelliten zur Bereitstellung von Diensten für die ganze Welt.
Mark Zuckerberg Gründer von Facebook hat ebenfalls Absichten angekündigt Internetkonstellation erstellen In den letzten Jahren hoffen Fluggesellschaften wie Delta und American auch, eigene Internetkonstellationen für das Internet während des Flugs zu erstellen.
Ein weiterer Faktor ist die Entwicklung kleiner Satelliten, die abwechselnd als bezeichnet werden. CubeSats oder Nanosatelliten. Dies ist eine spezielle Klasse von Satelliten, die für die Durchführung von Forschung, wissenschaftlichen Untersuchungen, Technologiedemonstrationen oder kommerziellen Dienstleistungen verantwortlich sind.
Ein einzelner Satellit misst normalerweise nur 100 cm² 15 Zoll² wodurch sie gestapelt werden können, um größere wissenschaftliche Pakete zu bilden - maximal 24 Einheiten, angeordnet in Messkonfigurationen 40 cm von 30 cm .
Kurz gesagt, diese Nanosatelliten ermöglichen es mehr Einheiten wie Forschungsinstituten und Universitäten, Satelliten in den Weltraum zu senden. Mit anderen Worten, nicht nur von der Bundesregierung finanzierte Weltraumagenturen können es sich leisten, satellitengestützte Forschung mehr durchzuführen.
Dies stellt zwar eine große Chance für die wissenschaftliche Forschung dar, bedeutet aber auch, dass in den kommenden Jahren und Jahrzehnten Tausende zusätzlicher Satelliten in die Umlaufbahn geschickt werden. Auch dies kann ein schlimmes Problem verschlimmern.
Insgesamt schätzt UNOOSA, dass Raumfahrzeuge mit einer Geschwindigkeit von in den Orbit geschickt werden. 70 zu 90 Starts pro Jahr. Gleichzeitig werden immer mehr dieser Starts bereitgestellt. 30 oder mehrere kleine Satelliten, die gleichzeitig in die Umlaufbahn gebracht werden sollen.
Angesichts der Häufigkeit, mit der Kollisionen und Auseinanderbrechen auftreten - was im Durchschnitt von vier bis fünf pro Jahr - Die Menge an Trümmern im Weltraum wird in den nächsten Jahren voraussichtlich dramatisch zunehmen.
Angesichts der Situation gibt es diejenigen, die sich für eine Richtlinie "Keine Neueinführungen" ausgesprochen haben. A Studie 2005 durchgeführt von der NASA Orbital Debris Program Office ODPO stellte fest, dass Kollisionen zwischen vorhandenen Objekten die Trümmerpopulation schneller erhöhen würden, als wenn der Luftwiderstand Objekte entfernen würde, selbst wenn keine zukünftigen Starts stattfinden würden.
In diesem Szenario wird die Notwendigkeit eines Programms zur aktiven Beseitigung von Trümmern ADR hervorgehoben. Dies müsste aus Minderungsstrategien bestehen, die in den frühesten Phasen der Missionsplanung verabschiedet werden, und Sanierungsstrategien, die die Desorbierung von Trümmern erfordern.
Strategien zur Reduzierung von Weltraummüll
Es wurden verschiedene Strategien vorgeschlagen, um das Problem der Weltraummüll zu mindern und zu beheben. Dazu gehören die Eindämmung der Entstehung neuer Trümmer, die Entwicklung von Satelliten, die Stößen standhalten, die Einführung von Verfahren zur Verringerung des Risikos von Kollisionen und Auseinanderbrechen.
Eine Methode, die manchmal angewendet wird, ist die Passivierung der oberen Stufe, bei der Delta-Booster Resttreibmittel freisetzen, um das Risiko von Explosionen durch Kollisionen zu verringern. Diese Vorgehensweise ist noch nicht allgemein angewendet.
Eine andere Methode besteht darin, Satelliten in Umlaufbahnen einzusetzen, in denen sie in die Erdatmosphäre gelangen und früher verbrennen. Sowohl OneWeb als auch SpaceX haben diese Richtlinie 2017 übernommen, als sie bei der FCC Unterlagen zur Erstellung der Satellitenkonstellationen einreichten.
Aufgrund der eingereichten Unterlagen beabsichtigen beide Unternehmen, ihre Breitband-Internet-Satelliten in einer sehr niedrigen Erdumlaufbahn zu platzieren, wodurch sie ein Jahr nach ihrer Inbetriebnahme wieder in die Erdatmosphäre eintreten.
Es gibt auch eine Richtlinie namens "One-Up, One-Down", bei der Raumfahrtagenturen und Unternehmen, die Raketen in den Weltraum schicken, auch dafür verantwortlich sind, sich mit Objekten im Orbit zu treffen und diese gewaltsam zu desorbieren.
Eine andere Methode zur Minderung von Trümmern betrifft die Missionsarchitektur selbst. Beispielsweise können Booster der zweiten Stufe gestartet werden, um sicherzustellen, dass sie eine elliptische geozentrische Umlaufbahn erreichen, die einen schnellen Zerfall der Umlaufbahn ermöglicht.
Derzeit gibt es jedoch keinen internationalen Vertrag, in dem die Unterzeichner verpflichtet sind, diese Maßnahmen zu ergreifen. Die 2007 von COPOU.S veröffentlichten Richtlinien sind freiwillig und die Regeln für den Start und die Verantwortung für Umlaufmissionen sind Sache des nationalen Rechts.
Darüber hinaus könnten Regierungen Anreize für die Beseitigung von Weltraummüll schaffen, indem sie gewerbliche Umweltverschmutzer bestrafen. Im Wesentlichen müssten Unternehmen wie SpaceX, Blue Origin, Arianespace und andere eine Geldstrafe zahlen, wenn sich aus ihren Missionen Schmutz ergibt.
Aufräumen in der Erdumlaufbahn!
Es wurden auch zahlreiche Technologien vorgeschlagen, um Weltraummüll zu entfernen oder zu zerstören. Leider befinden sich die meisten noch in der Forschungs- und Entwicklungsphase, während andere theoretisch bleiben.
Ein beliebtes Konzept besteht darin, ferngesteuerte oder autonome Raumschiffe in die Umlaufbahn zu schicken, die sich mit Trümmern treffen und sie dazu zwingen könnten, in unserer Atmosphäre zu desorbieren und zu verbrennen. Bisher wurden mehrere Konzepte von der NASA untersuchtESA und andere Raumfahrtagenturen.
Vor kurzem hat die NASA eine Partnerschaft mit Vestigo Aerospace Durchführung einer sechsmonatigen Studie zur Beurteilung der Durchführbarkeit eines Angriffs Segel zu Weltraummüll ziehen . Sobald diese Segel angebracht sind, erhöhen sie den Luftwiderstand und zwingen das Objekt, früher als erwartet wieder in die Erdatmosphäre einzutreten.
Es gibt auch die Horizont 2020 Zukunft und aufstrebende Technologie FET -Programm unter der Leitung der Europäischen Kommission, das Ideen für den Umgang mit Weltraummüll gefördert hat. Im Rahmen dieses Programms hat ein Team von Wissenschaftlern der Universidad Carlos III de Madrid UC3M hat ein Haltesystem entwickelt, mit dem sich Satelliten selbst desorbieren können.
Dies ist bekannt als Elektrodynamische Tether-Technologie für passives Deorbit-Kit ohne Verbrauchsmaterial ETPACK -System. Es besteht aus einem Aluminiumbandstreifen, der mit einem speziellen Material beschichtet ist, das bewirkt, dass der Haltegurt vom Erdmagnetfeld angezogen wird, wodurch seine Höhe verringert wird, bis er in der Erdatmosphäre verbrennt, sobald er nicht mehr funktioniert.
In Europa die Surrey Satellite Technology Ltd , die Surrey Space Center und Airbus Verteidigung und Weltraum kam zusammen, um die zu erstellen RemoveDebris Raumschiff. Dieser kleine Satellit ist auf eine Harpune, einen Haltegurt und ein Schleppsegel angewiesen, um Weltraummüll einzufangen und gewaltsam zu desorbieren.
Ehrgeizigere Konzepte beinhalten die Verwendung von magnetische Raumschlepper eine Idee der ESA auf der Grundlage einer Studie der Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace in Frankreich. Dieser Weltraumschlepper würde Magnetfelder erzeugen, um Satelliten anzuziehen oder abzuwehren und sie in zerfallende Umlaufbahnen zu zwingen.
Es gibt auch den ehrgeizigen Plan, Satelliten zu starten, die umlaufende Trümmer mit gerichteter Energie Laser zerstören oder in die Atmosphäre drücken. In den letzten Jahren China hat gemeinsam mit Agenturen wie der NASA Machbarkeitsstudien zu dieser Idee durchgeführt.
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Segel, Netze, Harpunen, Laser und ein internationaler Rechtsrahmen. Es scheint, dass dies die am weitesten erforschten Mittel zur Bekämpfung dessen sind, was in den kommenden Jahren mit Sicherheit zu einem sehr ernsten Problem werden wird.
Mit Ausnahme von administrativen oder gesetzgeberischen Lösungen sind die Methoden zur Reinigung der Erdumlaufbahn noch recht theoretisch und in der Realisierung sehr teuer.
Angesichts der wachsenden Präsenz der Menschheit im Weltraum und aller Pläne, LEO in naher Zukunft zu kommerzialisieren, werden die Kosten für Untätigkeit mit Sicherheit viel höher sein!
Weiterführende Literatur :
- UNOOSA - Weltraummüll
- CSA - Was ist ein Cubesat?
- NASA - Was ist Orbital Debris?
- USCUSA - UCS-Satellitendatenbank
- ESA - Weltraummüll nach Zahlen
- NASA - ARES Orbital Debris Program Office
- NASA - Weltraummüll und menschliches Raumschiff
- NASA Orbital Debris Program Office ODPO - FAQ
- USSTRATCOM - Weltraumkontrolle und Weltraumüberwachung
- UNOOSA - Register der in den Weltraum gestarteten Objekte der Vereinten Nationen
- UNOOSA - Richtlinien des Ausschusses zur Minderung von Weltraummüll über die friedliche Nutzung des Weltraums