Es schien unmöglich und passierte doch: Trotz der endlosen Weiten des Universums kollidierten am 10. Februar 2009 das erste Mal in der Geschichte der Raumfahrt zwei Satelliten. Es handelte sich um Iridium 33 und Kosmos 2251, zwei Kommunikationssatelliten, die beide in knapp 800 Kilometern Höhe operierten. Durch den Zusammenstoß entstand eine Schrottwolke aus mehr als 100.000 Bruchstücken, die seitdem um die Erde rasen und groß genug sind, um über Jahrzehnte im Orbit zu bleiben.

„Zusammenstöße von Satelliten sind recht unwahrscheinlich. Aber wenn sie passieren, ist es wie eine Kettenreaktion – die entstehenden Trümmer erhöhen das Risiko für weitere Zusammenstöße“, erklärt Marc Lehmann vom Institut für Luft- und Raumfahrttechnik der Technischen Universität (TU) Berlin. Dies nennt man in der Wissenschaft auch den Kessler-Effekt, benannt nach dem ehemaligen Nasa-Mitarbeiter Donald Kessler, der schon 1978 vor diesem Teufelskreis gewarnt hat. Durch Kollisionen der Trümmer miteinander werden die Schrottwolken immer weiter wachsen.

Millionen kleinste Trümmer

Marc Lehmann befindet sich gerade in der letzten Bauphase eines neuen Satelliten, der in zwei Monaten in den Orbit starten soll. Der 20 Kilogramm schwere „Technosat“ ist mit einem Gitter aus elektrischen Bahnen, einem sogenannten Kollisionsdetektor, ausgestattet. Fällt der Strom auf einer der Bahnen aus, bedeutet es für das Forscherteam, dass der Satellit vermutlich von einem fremden Objekt getroffen wurde.

Solche Mechanismen sollen Raumfahrtexperten Informationen darüber liefern, wie verschmutzt der Orbit mittlerweile ist. Ausrangierte Satelliten, ausgebrannte Raketenstufen, abgebrochene Lackstücke oder einfach verlorengegangene Teile – ein Müllberg aus Blech und Schrott trudelt um unseren blauen Planeten und könnte die zukünftige Raumfahrt zum Erliegen bringen.

„Sehr viele Partikel entstehen vor allem dann, wenn der Satellit von der Rakete abgetrennt wird. Das geschieht meist mit kleinen Mengen von Sprengstoff und hinterlässt natürlich Bruchstücke“, erklärt Lehmann. Seit dem Start des sowjetischen Sputnik I im Jahr 1957 wird der um die Erde kreisende Müllberg immer größer – nach Angaben der Europäischen Weltraumorganisation Esa wächst er jedes Jahr um fünf Prozent. Derzeit befinden sich mindetens 7500 Objekte, die größer sind als zehn Zentimeter, in der Umlaufbahn der Erde. Sie werden von der Esa pausenlos verfolgt. Lediglich sechs Prozent von ihnen sind jedoch funktionsfähige Raumfahrzeuge, der Großteil ist ausrangierte Technik und allerlei Schrott. Hinzu kommen rund 100.000 kleine Trümmer in ein bis zehn Zentimetern Größe. Andedere Modelle gehen von wesentlich mehr Objekten aus. Die Zahl der millimetergroßen Splitter ist kaum zu erfassen. Sie wird wohl einige Millionen betragen.

Die Expansion ins Weltall hat gerade erst begonnen

„Wir brauchen Verbesserungen vor allem im Feld der Überwachung dieser Teile. Sie muss präziser werden“, sagte Cosimo Marzo von der Italienischen Raumfahrtagentur auf der siebten Europäischen Konferenz über Weltraumrückstände am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Darmstadt. Dort trafen sich in der vergangenen Woche 350 Wissenschaftler, Ingenieure, Entrepreneure und Entscheidungsträger führender Raumfahrtnationen, um Lösungen für das Weltraumschrottproblem zu finden.

Marzo bezieht sich bei seiner Forderung nach besserer Überwachung auf den Schutz von Flugobjekten durch pausenlose Beobachtung. Bisher können die fliegenden Bruchstücke nur ab einem Durchmesser von fünf bis zehn Zentimetern durch bodengebundene Teleskope erkannt werden. Kleinere Objekte werden nur noch statistisch erfasst. Deswegen arbeitet das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik im Auftrag des DLR-Raumfahrtmanagements an der Entwicklung eines leistungsfähigen Radars zur Überwachung und Verfolgung von Objekten im erdnahen Weltraum. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert das Projekt namens Gestra – kurz für: German Experimental Space Surveillance and Tracking Radar – über eine Laufzeit von vier Jahren mit 25 Millionen Euro. Noch Ende dieses Jahres soll der Radar die ersten Messungen vornehmen.

Die menschliche Expansion ins All hat nämlich gerade erst begonnen. Man darf noch mehr kosmischen Schutt erwarten. Ganze Satellitenflotten werden jedes Jahr in den Weltraum gebracht – um Internetversorgung, GPS-Navigation, Rundfunk, Telekommunikation, militärische Aufklärung und Wettervorhersagen in jedem Winkel der Erde möglich zu machen.

Winziges Trümmerteil traf ISS

„Da Satelliten immer kleiner und günstiger werden, kann man es sich leisten, eine hohe Anzahl in Betrieb zu halten“, sagt der TU-Forscher Marc Lehmann. Die durchschnittliche Lebensdauer dieser kleinen Satelliten beträgt ungefähr ein Jahr. Nach dem Abschalten nähern sie sich durch die Bremswirkung des unteren Orbits langsam der Erdatmosphäre – und verglühen beim Eintritt. Passives Aufräumen nennt Lehmann diesen Vorgang. Rund 10 bis 40 Prozent der Masse bleiben übrig und stürzen auf die Erde.

Nach Angaben des DLR treten auf diese Weise 60 bis 80 Tonnen Weltraummüll pro Jahr in die Atmosphäre ein. Manch umherirrender Müll verbleibt jedoch über Jahrzehnte im All – abhängig davon, wie weit das Bruchstück oder der Satellit von der Erdatmosphäre entfernt sind. Je geringer die Bremswirkung der oberen Orbitschichten ist, desto länger kann das Objekt im ewigen Umlauf verbleiben.

„Stoppt die Verschmutzung“, forderte auch Luisa Innocenti von der Esa auf der Darmstädter Konferenz. Sie leitet die Initiative Clean Space der Agentur und macht vor allem die altmodische Mechanik der Treibstofftanks an den Flugobjekten für den Müll verantwortlich. Diese lösen sich nach einiger Zeit, oder es entsteht sogar eine Explosion, die viele Bruchstücke nach sich zieht.

Sogar diese kleinen Objekte können erheblichen Schaden verursachen, wenn sie die Erde mit einem Tempo von durchschnittlich 35.000 Kilometern pro Stunde umkreisen. 2014 schlug ein winziger Splitter ein 13 Zentimeter großes Loch in ein Sonnensegel der Internationalen Raumstation (ISS). Um ein Haar wäre eine wichtige Leitung getroffen worden.

Aufräumaktion startet 2023

Der untere Orbit, in dem sich in etwa 400 bis 500 Kilometern Höhe die ISS aufhält, ist noch nicht ganz so voll. Der meiste Trubel herrscht in 600 Kilometern Höhe. Nichtsdestotrotz musste die ISS rasendem Weltraumschrott schon mehrfach ausweichen. Eine mögliche Lösung für dieses Problem könnten Schutzschilde sein.

So ist die Raumstation bisher vor Schrotteinschlägen durch sogenannte Whipple-Schilde – benannt nach dem Kometenforscher Fred Whipple – geschützt. Beim Aufprall zerfallen die Fragmente in eine Wolke dünnerer Partikel, die durch weitere Schutzschichten aufgefangen werden.

Eine andere Möglichkeit ist die aktive Entfernung von Weltraummüll, so Innocenti. Unter dem Titel „e.Deorbit“ plant die Esa aktuell die erste aktive Aufräumaktion im Weltall, die voraussichtlich 2023 stattfinden soll. Ein Flugkörper der Esa soll in einer Höhe von 800 Kilometern entweder mit Netz oder Roboterarm gefangen, in Richtung Erdatmosphäre navigiert und dort verbrannt werden. „Das Problem bei dieser Mission ist, dass man nicht scheitern darf“, erklärt Innocenti von Clean Space. „Denn wenn man scheitert und eine Kollision auslöst, kreiert man die berühmte Wolke aus Weltraumschrott – und hat die Situation noch schlimmer gemacht.“