Noch zwei Iridium-Satelliten von Weltraumschrott getroffen?

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Raumfahrt aus der Froschperspektive
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Es gibt Anzeichen dafür, dass zwei Kommunikationssatelliten des Iridium-Systems im Laufe des letzten Jahres von Weltraumschrott getroffen worden sind. Allerdings führten diese Treffer, wenn es sich darum handelte, nicht zur Zerstörung der Satelliten, anders als bei der Kollision von Iridium 33 mit Kosmos 2251 vor fast sechs Jahren. Siehe dazu die Orbital Debris Quartely News der NASA, Vol.19/1 Seite 2.

Am 7.6.2014 erzeugte Iridium 47 mindestens 10 Bruchstücke, die mit Geschwindigkeiten von bis zu 80 m/s ausgestoßen wurden. Nach Angaben des Betreibers veränderte sich die Bahn des Satelliten jedoch nicht – der übertragene Impuls muss also gering gewesen sein.

Iridium 91 produzierte am 30.11.2014 vier detektierte Trümmerstücke, die sich im Gegensatz zum Fall im Juni mit sehr geringer Differenzgeschwindigkeit fortbewegten.

Beide Satelliten funktionierten danach jedoch weiter. Eine Kollision mit sehr kleinen Weltraumschrott-Objekten wäre eine plausible Erklärung für das Ereignis mit Iridium 47. Im Fall von Iridium 91 könnten einfach auch Teile von thermischen Isolationsfolien verloren worden sein.

Es ist schon häufig beobachtet worden, dass aktive oder inaktive orbitale Objekte kleinere Mengen Schrott generieren. Die neuen Iridium-Vorfälle sind also keineswegs Einzelfälle.

Außerdem kommt es vor, dass alte Satelliten und Oberstufen, bei denen Batterien nicht gesichert und Tanks nicht geleert wurden, im Orbit explodieren und dabei große Trümmerwolken freisetzen. Dies geschieht allerdings wahrscheinlich vollkommen ohne Fremdeinwirkung.

Im derselben Ausgabe des Orbital Debris Quarterly stehen auch noch andere interessante Dinge.

Beispielsweise, dass die ISS seit 1999 bereits 19 Manöver absolvieren musste, um das Risiko einer bevorstehenden Kollision mit einem Stück Weltraumschrott zu verringern. Davon 5 Manöver allein im Jahr 2014. (Seite 1)

Oder auch, dass die erste absichtlich herbei geführte Explosion eines Objekts im Orbit bereits 50 Jahre zurückliegt. Es handelte sich den sowjetischen Spionagesatelliten Zenit 2, der nicht, wie geplant, seine Nutzlastkapsel zum kontrollierten Wiedereintritt in die Erdatmosphäre abtrennen konnte. Deswegen wurde ein zur Sicherheit vorgesehener Sprengsatz an Bord zur Explosion gebracht. Diese Satelliten sahen dem Wostok-Raumschiff ziemlich ähnlich. Die Kapsel für den Kosmonauten war hier aber das Behältnis für die Nutzlast. Sie war praktischerweise ja bereits dafür konstruiert, den Wiedereintritt zu überstehen und zu landen. Die Sorge der Satellitenbetreiber galt nicht primär den Bewohnern der Gegend, in der der Satellit unkontrolliert herunter gekommen wäre. Sie wollten nicht, dass die Amerikaner diese Hardware in die Finger bekamen. (Seite 5)

Oder auch, dass von den 171 bis Ende 2014 Fragmetationsereignissen, deren Ursache bekannt ist, nur 10 auf absichtliche oder unabsichtliche Kollisionen zurückzuführen sind. Fast ebenso viele (8) wurden durch explodierende Batterien verursacht. 54 waren absichtlich ausgelöste Explosionen und der Rest lag am Abtriebssystem, davon ein erklecklicher Anteil an “SOZ”, kleinen Motoren auf manchen russischen Oberstufen, die vor einer Wiederzündung des Haupttriebwerks gezündet werden, um sicherzustellen, dass der Treibstoff in den halbvollen Tanks in eine Richtung gedrückt wird, damit er durch die Rohrleitungen von der Turbopumpe angesaugt werden kann. Bei druckbeaufschlagten Tanks braucht man diese “ullage motors” nicht. (Seite 5)

Oder auch, dass die geschätzte Gesamtmasse aller Objekte, die noch in einem Erdorbit egal, ob hoch oder niedrig) sind, sich rapide dem Wert von 7 Millionen Kilogramm nähert. Das sind 7000 Tonnen – etwa 18 Mal die Gesamtmasse der Internationalen Raumstation. Wohlgemerkt – die ins Orbit gestartete Masse liegt noch deutlich höher. Alles, was inzwischen wieder unten ist, ist in dieser Zahl nicht enthalten. (Seite 9)

 

Michael Khan

Ich bin Luft- und Raumfahrtingenieur und arbeite bei einer Raumfahrtagentur als Missionsanalytiker. Alle in meinen Artikeln geäußerten sind aber meine eigenen und geben nicht notwendigerweise die Sichtweise meines Arbeitgebers wieder.

14 Kommentare

  1. Scheinbar wirds bereits eng im erdnahen Orbit. Dabei geht’s erst so richtig los. SpaceX will zusammen mit Google und Fidelity ein auf 1200 km Höhe kreisendes Netzwerk von 700 Satelliten aufbauen. Die Anzahl der Starts könnte sich zudem massiv erhöhen, wenn SpaceX die Wiederverwendung von Raketen gelingt.
    Früher oder später muss es möglich werden, alte Satelliten und Trümmer runterzuholen. Dafür gibt es mehrere Optionen, darunter erdbasierte Laser und entfaltbare Segel.

    • Oh, krasse Information… Das sehe ich auch so, dass man das alte Zeug wieder runter holen können sollte…. Ansonsten wird das dort der nächste große Müllhaufen der Spezies Mensch….

  2. DRAGONS wird ab 2016/17 als 1 Quadratmeter grosser Impaktsensor montiert bei der ISS alle Mikroimpakte bis zu einer Grösse von 50 Mikrometer vermessen (Grösse, Energie, Richtung, Geschwindigkeit und Dichte des Impaktors). Objekte dieser Grösse beschädigen beispielsweise Solarpanel und zwar so, dass ihre Lebensdauer sinkt, womit auch grosse Arrays von Solarpaneln, die die gewonnen Energie in Form von Mikrowellen zur Erde senden eine beschränkte Lebensdauer hätten (Japan plant eine 1 GW-Installation für 2040). Allerdings gibt es im geosynchronen Orbit wohl (noch) nicht so viel Mikroschrott.

    Weltraummüll, der Satelliten so stark beschädigt, dass sie versagen, ist wohl meist grösser als 1 cm. Solcher Müll könnte eventuell durch ein verbessertes Tracking-Programm erfasst werden ( heute werden alle Objekte grösser 5 cm verfolgt (19’000 Objekte)). Wenn jeder Satellit einen kleinen Ionenantrieb hätte, wären Ausweichmanöver möglich, was nicht nur den Satellit vor Beschädigung bewahren , sondern auch Sekunädmüll vermeiden würde.

    Einige Wetlraummüll-Experten sagen ja, ein Kessler-Syndrom (Ketternreaktion von schrottproduzierenden Kollisionen) für bestimmte Orbitbereiche lasse sich gar nicht mehr vermeiden. Doch vielleicht lässt sich ein solches Syndrom hinauszögern. Dazu dürfte kein unnötiger Müll durch explodierende Batterien und Motoren mehr entstehen und Kollisionen von Satelliten mit Müll müssten mittels Ausweichmanöver vermieden werden.

    Die Alternative, das Einsammeln von kleinen Müllteilen, also beispielsweise der 19’000 getrackten Objekte, dürfte wohl kaum je möglich werden, denn diese Teile haben ganz unterschiedliche Orbits und Geschwindigkeiten.

  3. Im Orbit könnte das Gedränge recht hoch werden, wenn Elon Musk seinen Plan realisiert, 4000 toastergrosse Telekomm-Satelliten in den Orbit zu schiessen um damit allen Erdlingen eine Breitbandinternetanbindung zu bieten.

    In meinem ersten Post zur SpaceX/Google/Fidelity-Ankündigung des Plans einen Gürtel von Telekommsatelliten anzulegen erwähnte ich ja nur 700 Satelliten. Doch in einer neueren Berichterstattung durch Technology Review wird sogar von 4000 Satelliten gesprochen. Falls diese 4000 Satelliten auf sehr tiefen Orbits kreisen würden wäre die Gefahr eines Kessler-Syndroms nicht so gross. Es hätte nämlich zur Folge, dass sie nur 1 bis 2 Jahre oben bleiben würden. Das würde viele Starts und billige Satellitene voraussetzen damit es sich finanziell lohnt.

    • Würden Elon Musks Toaster grosse Satelliten (0.05m^2, 30 kg schwer) initial auf 350 km Höhe kreisen , dann würde es 3 Jahre bis zum Reentry der Satelliten dauern, wie das Programm SATELLITE ORBITAL DECAY berechnet. Auf dieser Höhe wären die Satelliten unterhalb der Internationalen Raumstation ISS (400 km) und würden kaum ein anderes Objekt stören, auch nicht wenn sie schliesslich aufgrund des orbitalen Decays in tiefere Regionen kommen.

      Das Kessler-Syndrom (Kettenreaktion von Trümmerereignissen im Orbit) ist ja nicht auf jeder Orbithöhe gleich schlimm. Je höher der Orbit liegt, wo das Kessler-Syndrom beginnt, desto schlimmer, denn alle niedrigeren Orbits werden auch davon betroffen, sinken die Trümmer doch in tiefere Orbits und zwar umso schneller je kleiner sie sind.

      Ab einer gewissen Höhe zieht sich der Prozess aber endlos hin. Wenn ein Kessler-Syndrom in grosser Orbirtal-Höhe beginnen würde wären die Bedingungen für die weitere Raumfahrt deutlich verschlechtert.

      • Wie kommen Sie auf diese orbitale Lebensdauer? Wenn man dort 30 kg und 0.05 Quadratmeter eingibt, zusätzlich den F10.7-Fluss auf 150 setzt (mittlere Sonnenaktivität), kommen 1.5 Jahre Lebensdauer heraus. Orbitale Lebensdauern bei mittlerer Sonnenaktivität als Funktion des Quotienten Masse durch Querschnitt sieht man hier.

        Woher kommen den ndie Zahlen für Masse und aerodynamische Querschnittsfläche der Satelliten? Ich hatte immer von Massen von “under 250 pounds” gelesen. 0.05 Quadratmeter Querschnittsfläche würde bedeuten, dass nur etwa 10 Watt elektrischer Leistung zur Verfügung stehen. Damit müsste der Satellit und sein Sender betrieben werden und gleichzeitig auch die Batterie geladen werden, sonst funktioniert der Satellit nur tagsüber.

        • Danke für die Korrektur: Zur Erklärung: habe die Defaults des online-Kalkulators übernommen, aber bei Mass, Area, Initial Altitude 30, 0.05 und 350 eingesetzt.
          Das war alles geraten zudem habe ich nicht bedacht, dass die Solarpanel ja nicht so klein sein dürfen, besser gesagt ich hab die Solarpanel vergessen. Auf die Masse von 30 kg bin ich gekommen, weil ich mir nicht vorstellen kann, dass ein Kommunikationssatellit, der direkt mit einem Handy kommunziert kleiner sein kann.

        • Das Projekt OneWeb, bei dem Elon Musk mal als Teilhaber gehandelt wurde, geht von Satellitenmassen von 125 kg aus, allerdings in viel höheren Bahnen von bis zu 1200 km. Ich hoffe, es kommt nie dazu, denn wenn nur ein kleiner Prozentsatz der Satelliten ausfällt – und es ist wahrscheinlich, dass es dazu kommt, denn die Redundanz liegt bei so einem System in der großen Stückzahl, wäre ein Haufen sehr langlebigen Weltraumschrotts produziert.

          Für die jetzt angekündigte SpaceX-Konstellation werden Satelliten in derselben Größenklasse anvisiert, und auch ähnliche Bahnhöhen, um 1100 km.

          Oje. Das klingt nicht gut. Da kann man nur hoffen, dass Vernunft einkehrt, bevor die wichtige Menschheits-Ressource “niedriges Erdorbit” ganz unbrauchbar geworden ist.

          • Wenns dann Probleme gibt mit dem Müll (den Musk selbst verschuldet) bittet Musk sicher einen globalen Weltraum-Mülldienst unter der Federführung von SpaceX an – und verlangt die bescheidene Summe von ein paar Milliarden Dollar dafür.

          • Tja, wer weiß. Vielleicht wird der ganze Klumpatsch gestartet, wird aber nicht zum Erfolg, der Laden geht pleite und den Ärger mit der Beseitigung darf sich dann gern die Allgemeinheit aufhalsen.

          • Erst mal abwarten und sehen, ob aus den Ankündigungen noch mehr wird, oder ob es nur bei Ankündigungen bleibt. Das soll ja bei Herrn Musk und seiner Firma schon häufiger vorgekommen sein.

          • Es müsste einen Mechanismus geben, dass es sich für eine Firma lohnt, die Satelliten mit einem autonomen deorbit Mechanismus auszustatten.

          • Sich hier auf Marktkräfte zu verlassen, halte ich für wenig Erfolg versprechend. Es sollten da schon gesetzliche Vorgaben gemacht werden.

            Bei diesen autonomen Mechanismen zum Deorbit bin ich auch etwas skeptisch, gerade, wenn es um große Bahnhöhen geht. Wenn das ganze sich noch bei bis zu 800 km abspielt, kann man sich auf passive Effekte verlassen – beispielsweise indem man beim Bau des Satelliten eine genügend große aerodynamische Querschnittsfläche vorsieht. Das bewirkt keinen großen Massenzuwachs. Idealerweise sind die Querschnittsvergrößerungen fest installiert, brauchen also keinen Auslöser. Wenn einfach nur dafür gesorgt wird, dass ein Satellit, selbst wenn er von vorneherein kaputt ist, also nie in Betrieb genommen werden konnte, nicht länger als 25 Jahre oder besser noch deutlich weniger im Orbit bleibt, ist schon viel gewonnen.

            Bei 1000 km Höhe oder darüber geht das nicht mehr. So groß kann man die Querschnittsfläceh gar nicht machen. Also muss der Mechanismus aktiv sein, und das ist problematisch. Wie soll beispielsweise ein Kabel, das ausgefahren werden muss, um durch die Bewegung im Erdmagnetfeld eine Kraft zu induzieren, auch zuverlässig die Bahn absenken, wenn die Lage nicht gesteuert werden kann? Wie soll dann ein Schubsystem funktionieren? Das sehe ich erst einmal nicht.

            Das Beste ist, man geht von vorneherein auf maximal 600 km.

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