Ein Raketenmotor, der Weltraumschrott frisst

Metallteile und anderer Abfall, den ausgediente Satelliten und Raumfahrzeuge im All hinterlassen, werden mehr und mehr zum Problem. Chinesische Forscher haben sich nun eine interessante neue Lösung ausgedacht.

Am 29. August 2009 um 16:56 UTC verstummte plötzlich einer der Satelliten des weltumspannenden Kommunikationsanbieters Iridium. In den folgenden Stunden registrierte das amerikanische Weltraumüberwachungsnetz Space Surveillance Network zwei große neue Schrottwolken, die durch den Orbit waberten – die eine stammte von einem ausgedienten russischen Militärsatelliten namens Cosmos 2251, die andere von dem Iridium-Raumobjekt.

Der Weltraummüll, so stellte sich bald heraus, war das Resultat eine Kollision mit hoher Geschwindigkeit. Bei Satelliten in Orbitalpositionen war dies in diesem Ausmaß zuvor noch nie passiert. Der Zusammenstoß erzeugte über 1000 Fragmente mit einer Größe von mehr als 10 Zentimetern und eine noch viel mächtigere Anzahl kleinerer Schrottteile. Sie verteilten sich um den Planeten wie eine tödliche Wolke.

Solcher Weltraumschrott wird mehr und mehr zum Problem für Raumfahrzeuge in Erdumlaufbahnen – und es könnte in Zukunft noch deutlich zunehmen. Wächst die Dichte des Orbitalmülls über ein gewisses Maß hinaus, dürfte es Experten zufolge durch neue Kollisionen eine Art Kettenreaktion mit neuem Schrott geben, die sich kaum mehr aufhalten lässt. Pessimisten sagen, der Prozess könnte im Kleinen sogar schon begonnen haben.

Eine naheliegende Option wäre, den Weltraumschrott einfach zu beseitigen. Eine Möglichkeit ist hier, größere Fragmente mittels Laser zu pulverisieren, was dann hoffentlich dafür sorgt, dass der Schrott, der dabei übrigbleibt, in der Erdatmosphäre verglüht. Kleinere Teile lassen sich so aber kaum neutralisieren, weil sie kaum trackbar sind.

Eine andere Lösung wäre ein Raumfahrzeug, das den Weltraumschrott mit einem Netz oder einem andersgearteten Auffangprozess einsammelt. Doch solche Missionen werden durch die relativ kleine Menge an mitführbarem Treibstoff eingeschränkt.

Lei Lan und weitere Forscher an der Tsinghua University im chinesischen Peking schlagen nun eine neue Lösung vor. Ihre Idee ist es, einen Raumantrieb zu bauen, der aus Weltraumschrott Treibstoff macht und sich so quasi unendlich lang seiner Putzmission widmen kann.

Die Idee dahinter klingt relativ einfach: Ist die Temperatur nur hoch genug, lässt sich jedes Element in ein Plasma aus positiven Ionen und Elektronen verwandeln. Diese lassen sich wiederum als Antrieb nutzen, indem sie durch ein elektrisches Feld beschleunigt werden.

Zur Umsetzung müssten allerdings einige Hürden genommen werden. So kann man Weltraumschrott nicht einfach in nutzbares Plasma umwandeln. Lei und Kollegen konzentrierten sich auf Fragmente in einer Größe unter zehn Zentimetern – jener Bereich, in dem ein Laser wenig ausrichten kann. Der Weltraumschrott soll dazu zunächst mit einem Netz aufgefangen und einer Ballmühle zugeführt werden. Dies ist rotierender Zylinder, der mit extrem harten Bällen gefüllt ist, die den Weltraumschrott in ein Pulver verwandeln.

Das Pulver wird anschließend stark erhitzt und in ein System eingefüttert, das positiv geladene Ionen von negativ geladenen Elektronen separiert. Die positiv geladenen Ionen wanden dann durch ein starkes elektrisches Feld, das sie hochenergetisch beschleunigt. Schub wird generiert, indem die Ionen nach außen abgegeben werden. Die Elektronen werden ebenfalls abgestoßen, damit das Weltraumfahrzeug elektrisch neutral bleibt.

Dabei ist allerdings zu beachten, dass der generierte Schub von der Dichte des Weltraumschrotts abhängt – und von der Art des Pulvers, das aus der Mühle kommt. Unklar ist auch noch die Größe der erzeugten positiven Ionen. Für all dies sollen erst genaue Messmodelle entstehen.

Und auch wenn ein solches Raumfahrzeug keinen Treibstoff bei sich tragen muss, wird doch eine Energiequelle benötigt, um den Plasmaprozess in Gang zu bringen. Lei und das Tsinghua-Forscherteam meinen, dass man entweder Sonnenenergie oder einen kompakten Kernreaktor verwenden könnte – doch Letzteres dürfte höchst umstritten sein.

Dennoch bleibt der schrottfressende Raketenmotor eine interessante Idee. Denn das Thema dürfte die Raumfahrtnationen in den kommenden Jahren zunehmen beschäftigen. Der nächste große Zusammenstoß im All kommt bestimmt. ()