Ein Filter für Weltraummüll

Das Problem „Weltraummüll“ wird nicht so schnell verschwinden. Mit jedem Jahr finden mehr Satellitenstarts statt. Das bedeutet, dass sich noch mehr Raketen- und Raumschiffteile lösen und mit mehr als 22.000 Meilen pro Stunde um die Erde düsen. Bei diesen Geschwindigkeiten könnte sogar ein nur wenige Zentimeter langes Objekt einen Satelliten sofort zerstören und noch mehr Trümmer durch den Weltraum schleudern.

Wie geht man damit um? Oft wird mit leistungsstarken Lasern wie Radar oder Sonar vermessen, wo sich diese Objekte befinden. Dabei trifft der Laserstrahl auf die Trümmer in der Umlaufbahn und wird zur Erde zurückgeworfen. Bodenteams können messen, wie lange das dauert und damit auf die Position und die Bewegungsrichtung zu schließen. Das ermöglicht Warnungen etwa vor möglichen Kollisionen mit anderen Objekten.

Diese Laserentfernungstechnik ist keine neue Praxis bei der Satellitenverfolgung. „Bei Weltraummüll ist die Situation jedoch anders“, sagt Carolin Frueh, eine Astrodynamik-Expertin an der Purdue University. Weltraummüll bleibt nicht in einer stabilen Umlaufbahn. Es wird „anfangen zu taumeln und potenziell schnelle Bewegungen ausführen, daher ist es nicht sehr gerichtet", sagt sie. Lasererkennungen erscheinen zufälliger als bei Satelliten. Daher sind kontinuierlichere Beobachtungen erforderlich, um wirklich vorherzusagen, wohin die Trümmer unterwegs sind.

Tracking von Objekten

Die Lasermessung liefert allerdings ein Standortfenster mit einer Entfernung von bis zu mehreren tausend Kilometern. Deshalb messen Trümmer-Tracker für bessere Vorhersagen auch die Reflexion des Sonnenlichts von diesen Objekten, was diese Fenster auf wenige Meter verkleinert. Diese Reflexionen können jedoch nur im Morgengrauen oder in der Dämmerung beobachtet werden, wenn die Bodenstationen noch dunkel sind, die Satelliten selbst jedoch beleuchtet sind.

Wie ein Team europäischer Forscher im Fachjournal „Nature Communications“ schreibt, hat es dieses Problem endlich gelöst. Dem Team von Michael Steindorfer, einem Weltraummüllforscher der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, ist es gelungen, Weltraummüll am helllichten Tag vor einem Hintergrund mit blauem Himmel zu visualisieren. Sie erweiterten die Sonnenlichtreflexionsmethode um einen speziellen Filter, ein Teleskop und ein Kamerasystem. Sie erhielten einen Hintergrund, vor dem sich der Weltraummüll abhebt, weil die Trümmer näher an der Erde sind und das Licht heller reflektieren. Damit müssen Forscher nicht mehr bis zur Dämmerung oder auf den Sonnenaufgang warten, um Messungen der Sonnenlichtreflexion durchzuführen. Darüber hinaus entwickelte das Team eine neue Software, die Objektstandortvorhersagen automatisch in Echtzeit und genauer als frühere Systeme korrigiert.

Das Team testete dieses neue Tageslichtsystem tagsüber an vier verschiedenen Raketenkörpern, die sich knapp 1.000 Kilometer über der Erdoberfläche bewegten, und lokalisierte ihre Standorte bis zu einer Reichweite von etwa einem Meter. Sie validierten das System später durch Beobachtungen von 40 anderen Objekten. Insgesamt glauben die Forscher, dass das neue Tageslichtsystem ein Laser-Entfernungssystem je nach Jahreszeit für 6 bis 22 Stunden pro Tag genauer machen kann.

Daten werden genauer

Das Durchführen von Beobachtungen bei Tageslicht hat jedoch seine Nachteile, und Steindorfer gibt zu, dass Reflexionen von anderen Objekten die Trümmerverfolgung leicht beeinträchtigen können. Sowohl die Hardware als auch die Software müssen im Laufe der Zeit verbessert werden, um ungenaue Vorhersagen zu reduzieren. Frueh, der nicht an der neuen Studie gearbeitet hat, fügt hinzu, dass Tageslichtverfolgung mit Radar bereits möglich ist und optische Tageslichtbeobachtungen auch verwendet wurden, um die Bewegung besonders heller Trümmer zu erfassen.

Die Kombination dieser Teleskopbeobachtungen mit Laserentfernungsmessungen bietet jedoch „eine signifikante Verbesserung der aktuellen Genauigkeit katalogisierter Objekte, insbesondere in Umlaufbahnen in großer Höhe, die nicht radarverfolgt werden“, sagt Frueh. Sie warnt davor, dass dies nicht als Komplettlösung für das Scannen von Trümmern aller Größen und Höhen dienen kann. Es sollte jedoch ein weiteres nützliches Werkzeug im Werkzeuggürtel für die Trümmerverfolgung sein.

Steindorfer ist natürlich optimistischer in Bezug auf die Auswirkungen des neuen Tageslichtsystems. Er glaubt, dass es dazu beitragen könnte, ein besser organisiertes Netzwerk von Trümmerverfolgungsstationen auf der ganzen Welt aufzubauen, das auf eine Weise zusammenarbeitet, die „die Orbitalvorhersagen erheblich verbessert und bessere Warnungen vor möglichen Kollisionen liefert oder sogar zukünftige Missionen zur Entfernung von Weltraummüll informiert“.

(vsz)