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Abschleppdienst im All

Die Planetenringe des Saturns können wir auf vielen eindrucksvollen Weltallfotos bestaunen. Doch den Titel für den Planeten mit den schönsten Ringen könnte die Erde dem Saturn schon bald streitig machen – mit verheerenden Folgen für uns Erdlinge.

 

Seit 1957 schickt die Menschheit regelmäßig Raketen, Raumstationen und Satelliten ins All. Besonders die Satelliten haben einen riesigen Einfluss auf unser Leben auf der Erde. Sie sorgen z.B. dafür, dass wir mit dem Navigationsgerät den Weg in eine andere Stadt finden. Mittlerweile aber haben viele ältere Satelliten das Ende ihrer Lebenszeit erreicht. Zusammen mit Raketenteilen schwirren sie als Weltraumschrott weiter im Orbit herum, wir können nichts tun, um einen zufälligen Zusammenstoß zwischen Schrottteilen zu verhindern. Eine solche Karambolage kann schnell sehr gefährlich werden: Die Objekte zersplittern in viele kleine, unkontrollierbare Bruchstücke, die andere Teile rammen können – auch aktive Satelliten oder die Raumstation ISS. Auf die Gefahr von Weltraumschrott-Kollisionen machte Donald Kessler bereits 1978 aufmerksam. Mithilfe von statistischen Berechnungen zeigte er, dass ein zufälliger Zusammenstoß wie ein Dominostein eine ganze Reihe von weiteren Zusammenstößen lostreten könnte. Am Ende dieser Kettenreaktion stünde eine Erde, die wie der Saturn von Ringen umgeben wäre – Ringen aus unberechenbaren Schrottteilen –, die die Raumfahrt unmöglich machen würden. Also brauchen wir ein paar wirklich gute Ideen, um den Weltraumschrott wieder loszuwerden!

Dragsail – Bremsschirm für Satelliten

Die Herausforderung dabei lässt sich auf ein Energieproblem zurückführen: Jedes Objekt, das heute als Weltraumschrott gilt, wurde früher durch einen Launcher ins All befördert. Dabei wurde ihm eine große Menge potenzielle und kinetische Energie übertragen, die ihm nun für den Deorbit wieder genommen werden muss. Die naheliegendste Methode wäre, einen Satelliten zu schicken, der das Objekt einfängt und durch die Verbrennung von Treibstoff abbremst. Allerdings sind dazu sehr große Mengen Treibstoff notwendig, was eine Aufräumsonde groß und teuer
macht. Alternativ existieren aber auch sehr viel günstigere passive Methoden, die eine Bremskraft durch physikalische Effekte im Orbit erzeugen. Zwei Ansätze dazu basieren auf der Ausnutzung von atmosphärischem Widerstand und elektromagnetischen Wechselwirkungen. 

Tether im Einsatz

Die Atmosphäre besitzt keine harte Grenze, auch in niedrigen Orbits sind noch Reste davon zu finden. Weil der Luftwiderstand nicht nur von der Dichte abhängt, sondern auch quadratisch mit der Geschwindigkeit V2 steigt, lässt sich auch bei geringen Dichten noch eine Bremswirkung erzeugen, denn Satelliten bewegen sich im Orbit mit über 7,7 km/s! Um also diese Bremswirkung optimal zu nutzen, kann man die Querschnittsfläche der Satelliten zum Beispiel durch ein Dragsail – eine Art Bremsschirm – vergrößern.

Elektrodynamisches Tether

Der zweite Effekt kann mithilfe eines sogenannten elektrodynamischen Tethers genutzt werden. Das ist ein langes Kabel, das aus dem Satelliten heraushängt und Richtung Erde zeigt. Mit diesem langen Leiter, der die oberen, elektrisch geladenen Atmosphärenschichten (Ionosphäre) durchstreift, kann der Satellit Ladung einsammeln und einen Stromfluss durch das Tether erzeugen. Da die Erde ein natürliches Magnetfeld besitzt, haben wir jetzt einen bewegten Leiter in einem Magnetfeld, also genau die Voraussetzungen, unter denen die Lorentzkraft auftritt. Diese können wir nutzen, um den Satelliten zu bremsen. Hat unser Aufräumsatellit genügend Bremswirkung erfahren, sinkt er irgendwann so stark ab, dass er gemeinsam mit dem Schrottobjekt komplett in die Atmosphäre eintritt und dort verglüht. Eine Sternschnuppe am Horizont ist auf jeden Fall schöner als ein Ring voller Müll, oder?

 

Louisa Gerhard
Niklas Wendel
juFORUM e.V.

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