„Unsichtbarer“ Weltraumschrott gefährdet Satelliten

Vermüllter Orbit: In rund 36.000 Kilometer Höhe kreisen mehr Schrottteile als bislang bekannt – sie sind eine „unsichtbare“ Gefahr für geostationäre Satelliten. Denn mehr als 75 Prozent dieser unter einen Meter großen Trümmerteile sind nicht in Überwachungskatalogen erfasst, wie Astronomen bei einer Stichprobenbeobachtung ermittelten. Hier müsse dringend nachgebessert werden, fordern die Forscher.

Unser Planet hat ein Müllproblem – auch im Orbit. Denn inzwischen kreisen Millionen größere und kleinere Weltraumschrott-Teile in der Erdumlaufbahn – von defekten Satelliten über ausgebrannte Raketen-Oberstufen bis zu winzigen Trümmerteilchen, wie sie bei Satellitenkollisionen oder Explosionen im Orbit entstehen. Ganze Netzwerke von Minisatelliten wie Starlink könnten das orbitale Müllproblem künftig noch verschärfen.

…Und ewig kreist der Schrott

Das Problem: Während Schrottteile im erdnahen Orbit mit der Zeit absinken und in der Atmosphäre verglühen, bleiben Trümmer im rund 36.000 Kilometer hohen geostationären Orbit fast ewig dort. Denn in diesen Höhen gibt es keine Atmosphärenreste mehr, die die Teile abbremsen und zum Sinken bringen könnten. Doch gerade dort kreisen die für irdischen Technologien so wichtigen Telekommunikations- und GPS-Satelliten.

Um Kollisionen zu verhindern, überwacht ein globales Netz aus 30 erdbasierten Radarantennen und optischen Teleskopen und sechs Satelliten den Weltraumschrott im geosynchronen Orbit. Der bisher umfassendste Katalog, unterhalten vom US Strategic Command, erfasst allerdings nur Trümmerteile bis hinunter auf knapp einen Meter Durchmesser – der Rest ist für die Überwachungsanlagen zu lichtschwach. Allerdings können schon weit kleinere Objekte den Satelliten schwere Schäden zufügen.

Fahndung im geostationären Orbit

Um herauszufinden, wie viele kleinere, noch „unsichtbare“ Trümmerteile im geostationären Orbit umherfliegen, haben nun Astronomen um James Blake von der University of Warwick mit einem leistungsfähigeren Teleskop in den Orbit geblickt. Mit der 2,50 Meter Optik des Isaac-Newton-Teleskops auf der Kanareninsel La Palma durchmusterten sie acht Nächte lang Teile des äquatorialen geostationären Orbits.

Dabei konnten die Forscher dank einer speziellen Bildverarbeitung noch Objekte einer Helligkeit von 21 Magnituden aufspüren – das entspricht einer Größe von rund zehn Zentimetern. „Zwar hat es auch vorher schon einzelne Stichproben gegeben, die den Größenbereich von zehn bis 20 Zentimetern abgedeckt haben, aber weil die regelmäßige Überwachung solcher Objekte im geostationären Orbit schwierig ist, bleibt unser Wissen über sie spärlich“, sagt Blake.

75 Prozent waren vorher unbekannt

Das Ergebnis: Blake und sein Team identifizierten 129 Trümmerteile, die in 36.000 Kilometer Höhe über dem Äquator um die Erde rasen. Ein Großteil dieser Objekte hatte einen Durchmesser von einem Meter oder weniger. „Die aus unseren Aufnahmen extrahierten Lichtkurven zeigen, wie variabel diese Objekte sein können, sowohl in ihrer Form wie auch in ihrem Verhalten im Orbit“, sagt Blake. „Viele der Trümmerteile scheinen unkontrolliert zu taumeln, denn sie zeigen deutliche zeitliche Veränderungen ihrer Helligkeit.“

Doch als die Astronomen ihre Funde mit dem Katalog des US-Strategic Command abglichen, tauchten 75 Prozent davon dort nicht auf. Selbst viele Trümmerteile von rund einem Meter Größe waren im Katalog nicht erfasst. Hinzu kommt: „Obwohl wir mit dieser Durchmusterung genauer hingeschaut haben als jemals zuvor, nimmt die Population der Objekte am unteren Rand unsere Auflösungsgrenze noch zu“, so Blake. Das bestätige, dass die Zahl der kleinen Trümmerteile weit höher sei als die der großen.

„Verstehen, was alles dort draußen ist“

Nach Ansicht der Forscher unterstreiche ihre Ergebnisse, wie unvollständig bisher die Überwachung von Weltraumschrott in größeren Höhen wie dem geostationären Orbit ist. „Wir müssen diese lichtschwache Population dort weiter erforschen und mehr Daten gewinnen, um besser zu verstehen, was dort draußen alles ist“, sagt Blake. Er und sein Team fordern daher eine regelmäßigere Fahndung nach Weltraumschrott in großen Höhen.

„Es ist wichtig, dass wir den geosynchronen Orbit weiterhin so oft wie möglich mit großen Teleskopen absuchen“, betont Blake. „Nur so können wir ein besseres Gefühl für den dort kreisenden Weltraumschrott bekommen.“ (Advances in Space Research, 2020; doi: 10.1016/j.asr.2020.08.008)

Quelle: University of Warwick