Ende 2004 umkreisten bereits über 9000 von Menschen hergestellte Objekte unseren Planeten. Davon waren etwa

6% funktionierende Satelliten,
25% Satelliten außer Betrieb,
17% Raketenoberstufen,
39% Satellitentrümmer und ungeplanten Bruchstücke (Trümmer entstehen geplant und ungeplant z. B. durch Materialermüdung, Explosionen und Kollisionen),
13% Objekte, die während einer Weltraummission geplant entsorgt, abgetrennt oder verteilt wurden.

In den obigen Prozentzahlen sind die meisten Objekte nicht enthalten, da sie zu klein und zu zahlreich sind, als dass sie einzeln per Radar oder Teleskop beobachtet und registriert werden könnten. Viele Trümmer verglühen beim Eintritt in die Atmosphäre, aber ständig kommen neue hinzu.

Kleine Teilchen entstehen nicht nur bei Explosionen und Kollisionen, sondern auch durch Schmelzprodukte der Feststoffantriebe. Teilchen in Staubkorngröße sind relativ ungefährlich, und Bruchstücke mit Durchmessern bis etwa 1 cm können durch robuste Wandkonstruktionen abgewehrt werden. Die größte Gefahr geht von Teilchen und Trümmern mit Durchmessern zwischen 1 und 10 cm aus, denn sie sind groß genug um gefährlich zu sein und schwer zu beobachten.

[vergrößern (92 kB)] Weltraumtrümmer im Erdorbit, die offiziell vom US Space Surveillance Network katalogisiert wurden. Grafik: Nasa/The Orbital Debris Quarterly News

Das statistische Risiko

Das Risiko eines Raumflugkörpers von einem Trümmerteil getroffen zu werden, hängt ab von seiner Bahn, seiner Querschnittsfläche und seiner Aufenthaltsdauer im Erdorbit. Dieses Risiko wird von den Raumfahrtorganisationen mit statistischen Modellen abgeschätzt.

Beispiel: Ein Satelliten mit Querschnittsfläche 100 m² (einschließlich Solarpanele) und Umlaufbahn in 400 km Höhe wird durchschnittlich alle 15.000 Jahre von einem 10cm-Trümmerstück getroffen. Da allerdings viele Satelliten die Erde umkreisen, kann man durchschnittlich etwa alle 10 Jahre mit einer zerstörenden Kollision rechnen.

Beobachtungsmethoden

Mit optischen Teleskopen und Radar wird versucht, die Verteilung des Raumfahrtschrotts im Erdorbit zu vermessen; gut reflektierende Objekte werden einzeln verfolgt. Einige Objekte reflektieren Radarstrahlung gut und Sonnenlicht schlecht, bei anderen ist es umgekehrt. Mit optischen Teleskopen können Objekte in größeren Höhen leichter entdeckt werden, beispielsweise auf der geosynchronen Umlaufbahn in 35785 km Höhe. Zusätzliche Daten zu Weltraumtrümmern liefern auf die Erde zurückgebrachte Oberflächen von Satelliten oder Experimentalvorrichtungen.

Das European Space Operations Centre (ESOC) in Darmstadt überwacht und steuert Satelliten im Orbit. Das ESOC bereitet zudem die optische Überwachung von Weltraumtrümmern in hohen Umlaufbahnen vor. Dazu wird das 1m-Teleskop des Teide-Observatoriums auf den Kanarischen Inseln verwendet. Radarmesstechniken, mit denen Objekte kleiner als 10 cm in niedrigen Umlaufbahnen entdeckt werden können werden angewendet und weiterentwickelt von der deutschen Forschungsgesellschaft für Angewandte Naturwissenschaften e.V. Die Gesellschaft betreibt die Großradaranlage TIRA (Tracking and Imaging Radar) in Wachtberg mit Verfolgungs- und Abbildungsradar. Mittels TIRA werden auch die möglichen Gefahren durch abstürzende Raumflugkörper untersucht.

Bei der Nasa beschäftigt sich hauptsächlich das Orbital Debris Program Office am Johnson Space Center mit der Weltraumtrümmerforschung. Wichtige Datenquellen sind dort das U.S. Space Surveillance Network, das Haystack X-Band Radar am MIT Lincoln Laboratory und mehrere optische Teleskope.

Innerhalb Europas wird die Weltraumtrümmer-Forschung koordiniert durch die Space Debris Advisory Group (SDAG) und weltweit durch das Inter-Agency Space Debris Coordination Committee (IADC).

Vorsorge & Schutz

Unmittelbaren Schutz gegen Einschläge von Weltraumtrümmern bieten robuste Verkleidungen der Raumfahrzeuge, eventuell doppelwandig wie zur Abwehr von Meteoroiden. Solche Schutzmaßnahmen sind allerdings nur gegen kleinere oder langsame Trümmer wirksam. An Verbesserungen wird daher geforscht. Umlaufbahnen mit viel Weltraummüll werden gemieden, in niedrigen Umlaufbahnen frühzeitig erkannten Trümmern wird ausgewichen. Satelliten besitzen für solche Ausweichmanöver häufig Treibstoffreserven.

Durch mathematische Modelle, die ständig aktualisiert und weiterentwickelt werden, wird der heutige Zustand und die zukünftige Entwicklung des Weltraummülls beschrieben. Mit ihnen können Risiken für Satelliten und Raumfahrzeuge abgeschätzt werden. Außerdem kann mit ihnen untersucht werden, wie sich unterschiedliche Methoden und Strategien der Trümmervermeidung auswirken würden.

Durch entsprechende Konstruktion der Raumfahrzeuge sollen Trümmer so gut es geht in gewissen Grenzen gehalten werden. Ausgediente Satelliten können zudem durch den kontrollierten Eintritt in die Atmosphäre verglüht werden. Größere Satelliten, die nicht vollständig verglühen, werden durch stärkere Bremsmanöver auf einen steilen Eintrittswinkel gebracht, damit das unbewohnte Aufschlaggebiet, meistens im Ozean, optimal angesteuert werden kann.

Weltraumschrott hüllt die Erde ein. Die folgenden Grafiken des Nasa Orbital Debris Program Office zeigen seine Verteilung um unseren Planeten.

Sicht aus dem LEO (Low Earth Orbit, Bahnen bis 2000 km Höhe):

Sicht aus dem GEO, Äquatorebene (geosynchrone Bahnen um 35785 km Höhe):

Sicht von oberhalb des Nordpols:

Resultat eines Labortests. Eine kleine Aluminiumkugel wurde mit der Geschwindigkeit von etwa 6,8 km/s in einen 18 cm dicken Aluminiumblock geschossen. Die Kugel hat einen Durchmesser von 1,2 cm und eine Masse von 1,7 g. Der Krater hat einen Durchmesser von 9 cm und ist 5,3 cm tief. Der Test simuliert, was passiert, wenn kleine Weltraumtrümmer ein Raumfahrzeug treffen. Bei solch einem Einschlag können Druck und Temperatur mit z. B. über 365 GPa und 6000 K die Werte im Erdmittelpunkt überschreiten. Foto: Esa