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22 Februar 2021 / Lesezeit: 6 minuten

Weltraumschrott

Sonne, Mond und Müll – Aufräumen im All

Seit Beginn der Raumfahrt im Jahr 1957 haben mehr als 10.000 künstliche Satelliten die Reise ins All aufgenommen. Viele von ihnen enden irgendwann als Weltraumschrott.

Illustration: Nico H. Brausch

Illustration: Nico H. Brausch

Defekte Satelliten und anderer Schrott rasen durch den Weltraum. Jetzt wollen Organisationen und Unternehmen anfangen, aufzuräumen.

Selbst eine verlorene Schraube wird im Weltraum zur Gefahr. Denn sie gleicht einer explodierenden Handgranate, wenn sie mit einer Geschwindigkeit von 40.000 Kilometern pro Stunde auf einen Satelliten oder eine Raumstation prallt. „Weltraumschrott ist keine theoretische Bedrohung, sondern eine bedrohliche Realität“, sagte die Weltraumexpertin Ekaterini Kavvada während der European Space Conference im Januar 2021.

Es lässt sich nicht anders beschreiben: Die Umlaufbahnen der Erde sind zur Müllhalde geworden. Auf Sputnik 1 im Jahr 1957 folgten mehr als 10.600 künstliche Satelliten. Gut 6.000 davon rasen noch immer durchs All, knapp die Hälfte kaputt und unbrauchbar. Zusätzlich vermüllen ausgediente Teile von Raketen und versehentlich von Astronaut*innen verlorene Gegenstände unseren Orbit. Wie der Ersatzhandschuh von Ed White, der beim ersten US-amerikanischen Spacewalk 1965 aus dem Raumschiff schwebte. Schätzungen kommen auf rund 129 Millionen Trümmerobjekte, die größer als ein Millimeter sind. Und es werden immer mehr, vor allem seit nicht mehr nur Staaten, sondern auch Unternehmen ins All fliegen. Allein um das Internet auf Hochgeschwindigkeit zu bringen, planen etwa SpaceX oder Amazon Flotten mit Tausenden Satelliten.

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Schon jetzt kommt es immer wieder zu Kollisionen, die das Problem verschärfen. So etwa im Februar 2009: Damals prallten der US-Satellit Iridium und der ausgemusterte russische Satellit Kosmos 2251 aufeinander. Der Unfall steuerte rund 2.000 Schrottteile, die größer als zehn Zentimeter waren, zum Weltraummüllplatz bei. Besonders verheerend war auch Chinas Test einer Anti-Satelliten-Waffe im Jahr 2007, bei dem der chinesische Wettersatellit FengYun-1C absichtlich abgeschossen wurde. Allein diese Kollision erhöhte den Weltraummüll im gesamten Orbit um 30 Prozent.

Die zunehmend verstopften Umlaufbahnen machen Missionen teurer, Ausweichmanöver gehören zum Alltag. Letztlich könnte uns der Müll den Weg in den Weltraum komplett verschließen. Denn wenn Weltraumtrümmer aufeinanderprallen, kann das eine Kettenreaktion mit immer weiteren Kollisionen auslösen. Ab einem gewissen Kipppunkt wären Umlaufbahnen dann schlicht nicht mehr zugänglich – sondern mit Müll verstopft. Dieses Szenario nennt sich Kessler Effekt und wäre das Ende der Raumfahrt und damit jeglicher Forschung im All, aber auch der Satellitentechnik, die wir nutzen, um zu kommunizieren, zu navigieren oder Stürme vorherzusagen. Warum also räumt niemand auf?

Weltraumschrott: ESA plant erste Weltraum Müll-Mission

Weltraummüll zu entfernen ist kompliziert. Verschiedene Techniken wurden – mehr oder weniger erfolgreich – erprobt: Harpunen etwa, die Trümmer aufspießen. Oder Netze, die Objekte einfangen und sie dann in die Atmosphäre schleppen, wo sie aufgrund der hohen Reibungshitze verglühen. In Japan setzt das Unternehmen Astroscale auf Magneten und plant den ersten Probelauf dieser Technologie für April 2023.

Auch die Europäische Weltraumorganisation (ESA) möchte Schrott beseitigen. Im Jahr 2025 soll die erste Weltraummüll-Mission starten. Der amtierende ESA-Generaldirektor Jan Wörner sagte über die Mission namens ClearSpace-1: „Stellen Sie sich vor, wie gefährlich das Segeln auf hoher See wäre, wenn alle Schiffe, die in der Geschichte jemals verloren gegangen sind, immer noch auf dem Wasser treiben würden. Das ist die aktuelle Situation im Orbit, und es darf so nicht weitergehen.“

Eine Sonde soll mit vier robotischen Tentakeln defekte Satelliten und große Trümmer in die Erdatmosphäre manövrieren. Dort sollen die kosmischen Abschleppwagen schließlich gemeinsam mit dem Müll verglühen. Ziel der ersten Sonde ist ein 112 Kilogramm schweres Modul, das 2013 von einer Vega-Rakete der ESA abgestoßen wurde.

Die „Aufräum-Sonden“ der Mission ClearSpace-1 sollen mit ihren vier robotischen Tentakeln defekte Satelliten und große Trümmer in die Erdatmosphäre manövrieren, wo sie schließlich gemeinsam mit dem gesammelten Müll verglühen.
Bild: ClearSpace

Für die Mission kooperiert die ESA mit dem Schweizer Start-up ClearSpace, das einem europaweiten Zusammenschluss von Unternehmen vorsteht. 86 Millionen des rund 110 Millionen Euro teuren Projekts finanziert die ESA, für den Rest sollen Investor*innen aufkommen. Holger Krag, Leiter des ESA-Programms für Weltraumsicherheit, betont: „Diese erste Mission ist naturgemäß teuer, da die neue Technologie erstmalig entwickelt und getestet werden muss. Nachfolgemissionen werden bedeutend günstiger sein.“ Wenn alles gut läuft, sollen künftig weitere Mülljäger durch den Kosmos ziehen und im besten Fall mehr als ein Objekt abschleppen.

Neuen Schrott von vornherein vermeiden

Krag hofft auf eine Initialzündung „für eine nachhaltige Raumfahrt“. Es gehe nicht darum, den Orbit komplett von Trümmern zu säubern, sondern zunächst die besonders großen und kritischen Schrottteile zu beseitigen. „Das ist für die Umwelt relevant, denn ein großes Objekt, das in eine Kollision verwickelt wird, kann mehrere 100.000 neue Fragmente ab einem Zentimeter Größe erzeugen.“

Zu einer tatsächlich nachhaltigen Raumfahrt gehören aber nicht nur eine Müllabfuhr, sondern auch Lösungen, um neuen Schrott von vornherein zu vermeiden. Das geht nur, wenn Satelliten nicht vollständig defekt sind und am Ende ihres Lebenszyklus noch genug Treibstoff übrigbleibt, damit sie wieder in die Erdatmosphäre eintreten und dort verglühen können. Doch oft werden Satelliten so lange ausgereizt, bis sie jeglicher Kontrolle entgleiten und als Weltraumschrott ihrer eigenen Wege ziehen. „Nur rund 50 Prozent der Raumfahrtsysteme schaffen es, sich aktiv selbst zu entsorgen“, sagt Krag. Sollte sich das nicht ändern, während die Raumfahrt weiter zunimmt, „steuern wir auf eine Katastrophe zu, die in einigen Jahrzehnten die Raumfahrt in einigen Bereichen für zukünftige Generation unmöglich machen könnte“.

Neben Müllentsorgung und Satelliten, die sich am Ende ihrer Nutzungsdauer gezielt selbst entsorgen, wären Wartungsarbeiten im Weltall ein weiterer wichtiger Baustein. So soll die Mission ClearSpace-1 auch dafür Grundlagen schaffen, Satelliten wieder zu betanken oder zu reparieren. Letztlich geht es der ESA und ClearSpace-1 darum, sich einen Markt zu erschließen, bei dem immer mehr private Firmen mitziehen. Das könnte, so Krags Hoffnung, auch die gesetzlichen Bestimmungen beeinflussen. Es müsse konsequent Müll entweder vermieden oder entsorgt werden. Für Krag sind nationale Gesetze der glaubhafteste und schnellste Weg, um Fortschritte zu erzielen. Doch noch geht es schleppend voran. In Deutschland wurde ein Weltraumgesetz im Koalitionsvertrag zwar versprochen, auf den Weg gebracht ist es bis heute nicht.

Schneller als Gesetzgeber*innen und Weltraumorganisationen geht es bei manchen Unternehmen voran. Ein Schritt, um die Vermüllung des Weltalls zu stoppen, könnten Mehrweg-Raketen sein. Führend in dem Bereich ist das US-amerikanische Unternehmen SpaceX. Bei den zweistufigen Raketen Falcon 9 werden die Transportteile der Rakete nach dem Flug in den Orbit nicht einfach abgetrennt, um zu verglühen – wie bei den klassischen Einweg-Raketen –, sondern landen auf einer Ozean-Plattform und werden erneut verwendet. Die nächste Generation soll sogar komplett wiederverwendbar sein. Mittlerweile betreten immer mehr Akteur*innen den Zukunftsmarkt, darunter auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und fünf europäische Raumfahrtunternehmen mit einem eigenen Forschungsprojekt.

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Mehrweg-Raketen lohnen sich nicht nur finanziell, sie nützen auch der Umwelt. Denn die könnte für die bisherige Müllbeseitigung einen hohen Preis zahlen: Beim Verbrennen von Satelliten mit Hüllen aus Aluminium wird unter anderem Aluminiumoxid freigesetzt. Das Start-up ClearSpace sieht dadurch „keine Umweltgefahr“. Doch mit zunehmendem Verkehr im Weltraum werden Warnungen laut. So etwa von Wissenschaftler*innen der gemeinnützigen US-amerikanischen Aerospace Corporation, die ein staatlich finanziertes Forschungs- und Entwicklungszentrum betreibt. Ihre Kritik präsentierten sie auf einer Konferenz im Dezember 2020: Bisher seien Umweltauswirkungen der Emissionen von Raketen und des Wiedereintritts als vernachlässigbar abgetan worden, es gebe kaum Daten dazu. Die Situation ähnele der Zeit, als „die Emissionen von Flugzeugen als unbedeutend angesehen wurden, bevor die Luftfahrt alltäglich wurde“, sagte William Ailor von Aerospace Corporation gegenüber SpaceNews. Dabei könnten Satellitenpartikel die Atmosphäre erwärmen sowie die Ozonschicht abbauen.

Auch Ingenieurwissenschaftler Yosuke Alexandre Yamashiki von der Universität Kyoto sagt: „Aluminium-Aerosol könnte die Atmosphäre kontaminieren und die Albedo der Erde verändern, mit Auswirkungen auf unser Klimasystem.“ Eine veränderte Albedo, also das Rückstrahlvermögen, könnte zur Erderhitzung beitragen. Yamashiki setzt daher mit seiner Forschungsgruppe auf eine Alternative: Holz. In Zusammenarbeit mit dem Unternehmen Sumitomo Forestry möchten die Wissenschaftler*innen einen Satelliten aus dem nachwachsenden Rohstoff bauen, da das Material beim Verglühen weniger schädliche Mikropartikel verursachen soll als Aluminium. „Unser Satellit wird fast ausschließlich aus organischem Material bestehen“, sagt Yamashiki, „das hat insbesondere für die Atmosphäre weniger negative Umweltfolgen.“ Holz könnte außerdem beim Wiedereintritt schneller verbrennen und damit auch die inneren Bestandteile des Satelliten. Was wiederum die Gefahr verringert, dass Reste auf die Erde fallen.

Ingenieurwissenschaftler Yosuke Alexandre Yamashiki von der Universität Kyoto möchte gemeinsam mit seiner Forschungsgruppe einen Satelliten aus Holz entwickeln.
Bild: Sumitomo Forestry

Müllhalde für Raumschiffe im Südpazifik

Gerade bei großen Objekten verglühen hitzebeständige Teile wie Titan oder Edelstahl nicht vollständig in der Erdatmosphäre. Im Jahr 2001 stürzten Teile der russischen Raumstation Mir in den Südpazifik – und genau das war der Plan. Denn dort, mitten im Meer, so weit wie möglich von Landfläche entfernt, befindet sich ein „Raumschiff-Friedhof“. Mittlerweile liegen dort mehrere hundert Wracks verschiedener Nationen. Schon 2016 veröffentlichte die Wissenschaftszeitung Popular Science die Zahl 263. Unklar ist, welche Folgen das für die Umwelt hat, denn es wird bislang kaum dazu geforscht. Ein Zwischenbericht des Fischereiausschusses der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen macht jedoch klar: „Ausrangierte Raumfahrzeuge als Quelle für Plastikabfälle im Meer sind ein Problem, das sich abzeichnet.“

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Umso wichtiger sind Innovationen wie der japanische Holzsatellit, der im Jahr 2023 starten soll. Wird das Material den harschen Bedingungen im Weltall über längere Zeiträume standhalten? Es wäre nicht das erste Mal, dass Holz in der Raumfahrt zum Einsatz kommt: Die NASA schickte bereits im Jahr 1962 bei den Ranger-Missionen drei Raketen ins All, deren Landekapseln von Holz ummantelt waren. Das Material sollte dazu beitragen, den Aufprall auf dem Mond abzudämpfen. Dass die Landung missglückte, lag jedoch nicht am Holz. Einmal versagte die Navigation, ein anderes Mal der Bordcomputer und beim dritten Versuch die Stromversorgung.

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