Achtung, Steinschlag!
Die Menschheit will einen Himmelskörper aus der Bahn stoßen
In einem gemeinsamen Projekt wollen NASA und ESA im September einen Asteroiden aus seiner Bahn kegeln. Ziel ist es, eine Waffe gegen Meteoriteneinschläge auf der Erde zu entwickeln.
Der 15. Februar 2013, kurz vor halb zehn in Tscheljabinsk, einer Millionenstadt nahe dem russischen Uralgebirge: Die Wintersonne ist noch nicht vollständig aufgegangen, als ein gleißendes Licht die Stadt erhellt. Plötzlich zerteilt ein Kondensstreifen den gerade noch wolkenlosen Himmel. Mit diesem Spektakel geht eine Druckwelle einher, die die Region mit der Wucht von über 400 Kilotonnen TNT erreicht. Sie beschädigt 7000 Gebäude und lässt Tausende von Fenstern zersplittern, mehr als 1200 Menschen werden verletzt.
Für die Zerstörung in Tscheljabinsk war weder eine feindliche Armee noch eine Industriekatastrophe verantwortlich, sondern ein Meteorit von rund 17 Meter Durchmesser. Der Gesteinsbrocken hatte sich infolge einer Kollision von einem weitaus größeren Asteroiden mit der Bezeichnung 2014 UR116 gelöst, um dann beim unsanften Eintauchen in die Atmosphäre über Russland in unzählige Teile zu zerplatzen. Die kleinsten Fragmente regneten als kosmischer Feinstaub auf die Erde herab; das größte Stück wog 570 Kilogramm und schlug etwa 80 Kilometer südwestlich von Tscheljabinsk im Tschebarkulsee ein.
Der Meteorit von Tscheljabinsk war weder das größte noch das destruktivste Objekt, das bis dato die Erde erreicht hat. Vor 66 Millionen Jahren schlug in der heutigen Karibik ein Asteroid von etwa 15 Kilometer Durchmessern ein. Dabei entlud sich eine Energie, die in etwa mit der Sprengkraft von 10 Billionen Tonnen TNT zu vergleichen ist. Es folgte das größte Artensterben der Weltgeschichte, drei Viertel der damals existierenden Lebewesen überlebten die Folgen dieser galaktischen Begegnung nicht.
26.000 potenzielle Gefährder
Das Minor Planet Center in den USA gilt als zentrale Schaltstelle für die Observation potenziell gefährlicher Asteroiden. Hierher melden nicht nur Forscherteams aus der ganzen Welt ihre Beobachtungen, sondern auch Hobbyastronomen, die mit ihren Teleskopen auf der Suche nach neuen Objekten am Nachthimmel sind. Ungefähr 26.000 sogenannte Near Earth Objects (NEOs) beschäftigen derzeit die Astronomie. Als NEO gelten alle Objekte im All, deren Bahnen sich potenziell mit der der Erde kreuzen. Jeder sichtbare Festkörper, der 45 Millionen Kilometer oder näher an die Erdumlaufbahn herankommt, wird in diese Kategorie aufgenommen und genauer beobachtet.
Die sogenannte Gefährderliste verzeichnet all solche NEOs, bei denen ein tatsächliches Einschlagsrisiko besteht. Derzeit sind es 1381, doch die Anzahl der NEOs sowie der Objekte auf der Gefährderliste verändert sich fast täglich. Während einerseits neu gesichtete Asteroiden dazu kommen, scheiden andere wieder aus, weil neuere Messungen ergeben haben, dass sie doch keine Gefahr darstellen.
Die schnellen Massen ohne eigene Lichtquellen sind schwer zu erkennen. Im Jahr 2026 wird die NASA deshalb mit NEO Surveyor das erste Weltraumteleskop starten, das auf die Beobachtung erdnaher Objekte spezialisiert ist. Das 50 Zentimeter lange Instrument kann infrarotes Licht in zweierlei Wellenlänge auffangen und eigenständig die Flugbahnen von Asteroiden berechnen, um diese später wiederzufinden. Mit Hilfe von NEO Surveyor und weiteren Weltraumteleskopen will die NASA bis zu 90 Prozent aller Objekte mit über 140 Meter Durchmesser identifizieren, die sich auf einer erdnahen Umlaufbahn bewegen. Damit folgt die Behörde einem Mandat des US-Kongresses, der sie 2005 per Gesetz dazu verpflichtete. Eine frühere Version dieses Auftrags, nach dem die NASA alle NEOs mit einer Größe von über einem Kilometer erkennen soll, erfüllt sie inzwischen.
Die Menschheit ist sich der Gefahr aus dem All nicht erst seit Tscheljabinsk bewusst – auch wenn dieser Einschlag dank vieler Handyaufnahmen und Überwachungskameras besonders gut aufgezeichnet wurde. Schon ein 100 Meter großer Asteroid würde ausreichen, um eine gesamte Großstadt zu zerstören.
Der Impaktor nimmt Fahrt auf
Mit der internationalen Mission AIDA (Asteroid Impact and Deflection Assessment) soll menschengemachte Technik erstmals einen Asteroiden von seinem Kurs abbringen. Dahinter verbirgt sich eine langjährige Kooperation zwischen der NASA, der europäischen Raumfahrtbehörde ESA, dem deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt und dem Applied Physics Laboratory der Johns-Hopkins-Universität. Das gemeinsame Projekt besteht aus zwei separaten Raumfahrtmissionen, deren Ziele einander ergänzen. Die amerikanische DART-Komponente (Double Asteroid Redirection Test) ist schon im November 2021 auf einer SpaceX-Rakete in Kalifornien gestartet, das europäische Gegenstück Hera soll im Oktober 2024 auf einer Ariane-6-Rakete vom Kourou Space Center in Französisch-Guayana abheben.
DART ist ein sogenannter kinetischer Impaktor, der derzeit vielversprechendste Ansatz, um einen Asteroiden von seiner Bahn abzubringen. Das grundsätzliche Prinzip dahinter erklärt sich schnell: „Mit Wucht reinknallen und durch massive kinetische Energie die Bahn beeinflussen“, beschreibt Richard Moissl die Aufgabe der NASA-Mission.
Moissl ist Leiter des Planetary Defense Office der ESA und somit einer der Hauptverantwortlichen für die europäische Asteroidenabwehr. Im Gespräch mit c’t beschreibt er DART als „fliegendes Teleskop mit einem schnellen Computer und einer Zielautomatik hinten dran“, die NASA selbst bezeichnet ihre Kreation als „kostengünstiges Raumfahrzeug“. Tatsächlich ist DART nicht für eine mehrjährige Mission konzipiert, sondern vor allem, um möglichst effektiv auf sein Ziel zu prallen.
Mithilfe einer Falcon-9-Rakete von SpaceX gestartet, hat DART nach der Ankunft im All zwei 8,5 Meter lange Solarpanels ausgerollt. Das interne Solarkraftwerk treibt NEXT-C an, dessen Name sich als „NASAs evolutionärer Xenon-Antrieb“ übersetzen lässt. Hinter dieser Beschreibung verbirgt sich ein Ionenantrieb, der aus 60 Kilogramm Xenongas geringste Mengen ionisiert und in einem elektrischen Feld beschleunigt. Der Rückstoß des daraus resultierenden Ionenstrahls ist direkt abhängig von der gelieferten Spannung aus den Solarpanels. Er erreicht bis zu 236 Millinewton, etwa das Dreifache des Vorgängermodells NSTAR.
Für feinere Manöver ist DART zudem mit einem Hydrazingas-Raketenantrieb ausgestattet. Mit diesen beiden Schub- und Steuersystemen soll der Einschlagkörper am 26. September 2022 mit einer Geschwindigkeit von sechs Kilometern pro Sekunde auf sein Ziel auftreffen.
Angriff auf Dimorphos
DART hat es bei seinem Selbstmordkommando auf Dimorphos abgesehen, einen Asteroiden mit einem mittleren Durchmesser von 160 Metern, der um seinen größeren Partner Didymos kreist. Das 1996 erstmals entdeckte Asteroidensystem liegt zu weit außerhalb der Erdumlaufbahn, um als Gefahr zu gelten. Trotzdem soll sich die DART-Sonde von etwa 550 Kilogramm mit voller Wucht auf Dimorphos werfen. Die NASA-Planer erwarten, dass dieser Impuls die Umlaufgeschwindigkeit des Asteroiden um den größeren Didymos um etwa einen halben Millimeter pro Sekunde ändern wird. Außerdem dürfte dabei ein etwa 20 Meter breiter Krater zurückbleiben.
Ein Asteroidenpaar eignet sich besonders gut als Übungsziel, da die relative Geschwindigkeit, mit der Dimorphos um Didymos kreist, so viel langsamer ist als das gemeinsame Tempo des Duos auf seinem Weg um die Sonne. Das vereinfacht es, Veränderungen in der Flugbahn des kleineren Asteroiden zu messen. Mit seinem Durchmesser und seiner steinigen Substanz fällt Dimorphos klar in die Kategorie von Asteroiden, die massiv Menschenleben bedrohen würden – wenn sie der Erde zu nahe kämen.
Bei den Geschwindigkeiten, die DART erreicht, ist eine manuelle Steuerung des Raumgefährts von der Erde aus unmöglich. Da die Übertragungszeit von Steuerbefehlen zu lang wäre, um den Asteroidenschubser punktgenau ins Ziel zu steuern, wurde dieser mit SMARTNav ausgestattet, einem kleinen Bordcomputer. Dessen Rechenleistung ist zwar laut seinem Entwicklungsteam an der Johns-Hopkins-Universität mit der einer PlayStation 1 zu vergleichen, doch das robuste und strahlungsresistente System übernimmt etwa vier Stunden vor dem Einschlag auf Dimorphos die alleinige Steuerung.
DART erfasst mithilfe einer großen optischen Linse seine Umgebung und errechnet auf dieser Grundlage einmal pro Sekunde den Kurs. Bis heute weiß nämlich niemand genau, welche Form Dimorphos überhaupt hat. Erst eine Stunde vor dem Rendezvous mit dem Asteroiden wird dieser für DART sichtbar. Um trotzdem den Einschlag im Zentrum des unvorhersehbar geformten Objekts zu garantieren, ist SMARTNav mit einem Algorithmus ausgestattet, der an Tausenden verschiedenen Formen und bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen trainiert wurde. In Simulationen musste er nicht nur Umrisse bekannter Asteroiden anvisieren, sondern auch die von Hundeknochen und Badeenten.
Trio misst die Stoßwirkung
Die anschließende Hera-Mission unter Aufsicht der ESA bildet die Fortsetzung von DART. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, die Folgen des Einschlags aufzunehmen. „Uns interessiert, wie sich die Bewegungen und das gemeinsame Schwerpunktsystem verändern“, erklärt Moissl die Aufgabe der Mission, der er bis vor Kurzem selbst als technischer Leiter vorstand.
Hera wird momentan dafür ausgestattet, möglichst viele Daten über die Beschaffenheit von Dimorphos und die Auswirkungen des kinetischen Impaktors auf dessen Laufbahn aufzuzeichnen. Das etwa schreibtischgroße Gerät ist mit einer Kamera und einem LIDAR-System ausgestattet, um die Oberfläche des Asteroiden abzutasten. Ein Infrarotmessgerät soll zudem Auskunft über die Temperatur auf Dimorphos und dessen Porosität geben.
Außerdem wird Hera von zwei winzigen Cubesats begleitet, Milani und Juventus genannt, die ihre Messungen ergänzen sollen. Die Minisatelliten lösen sich kurz vor Ankunft im Einsatzgebiet von Hera und beginnen dann eine Reihe komplexer Manöver, um Dimorphos möglichst gründlich mit Radar, Spektrometer und optischer Sensorik abzutasten. Bis dahin wird aber noch einige Zeit vergehen, denn Hera wird die Asteroidengeschwister voraussichtlich erst Ende 2026 erreichen.
Schafft DART es, Dimorphos von seiner Bahn abzubringen, dann hat die Menschheit erstmals eine erprobte Waffe im Kampf gegen die Bedrohung aus dem All.
Eine weitere Chance für die Asteroidenabwehr findet sich womöglich auf dem Mond. Unter dem Namen Artemis plant die NASA derzeit die erste Langzeitmission auf dessen Oberfläche. Um diese zu unterstützen, soll zudem eine Raumstation im Orbit um den Himmelskörper kreisen. Laut einem 2020 mit Unterstützung der ESA erschienenen Forschungspapier könnte „Lunar Gateway“ nicht nur die Versorgung auf der Mondoberfläche einfacher machen, sondern zudem eine Startbasis für Anti-Asteroiden-Maßnahmen bilden. Derzeit gibt es aber weder konkrete Pläne für Anti-Asteroiden-Maßnahmen auf Lunar Gateway, noch ist sicher, ob die Raumstation überhaupt gebaut wird.
China greift 2026 an
Nicht nur der Westen beschäftigt sich mit unerwünschtem Besuch aus dem All. Die chinesische Raumfahrtbehörde CSNA plant für das Jahr 2026 einen Testlauf mit einem kinetischen Impaktor. Anders als das AIDA-Ziel Dimorphos steht der von China anvisierte Asteroid mit dem klangvollen Namen 2020 PN1 sogar auf der Gefährderliste. Zuletzt machte die CSNA mit ihren Anti-Asteroiden-Plänen im vergangenen Sommer Furore, als sie einen Plan ankündigte, ein erdnahes Objekt durch den konzentrierten Beschuss mit Langstreckenraketen zu zerstören. 20 Raketen vom Typ Langer Marsch 5 sollten auf Bennu geschossen werden, um diesen als Gefahr für die Erde auszuschließen. Derzeit wird auch dieser Asteroid von der Größe eines Wolkenkratzers als Gefahr eingestuft – einschlagen würde er aber erst im Jahr 2182. (agr@ct.de)
DART-Mission live: ct.de/y28g