R2.6 Weltraummüll - Erfassung und Analyse

Leitung

Dr.-Ing. Carsten Wiedemann
Leitung

TU Braunschweig
Institut für Luft- u. Raumfahrtsysteme
Hermann-Blenk-Str. 23
38108 Braunschweig

Tel.: 0531 / 3919970
Fax: 0531 / 3919966
E-Mail: c.wiedemann(at)tu-bs.de

Dipl.-Ing. Tobias Lips
Stellvertr. Leitung

HTG Hyperschall Technologie Göttingen
Max-Planck-Str. 19
37191 Katlenburg - Lindau

Tel.: 05556 / 5025
Fax: 05556 / 1885
E-Mail: t.lips(at)htg-hst.de

Definition, Abgrenzung, Ziele

Der Hauptthemenbereich des Fachausschusses R2.6 ist der Weltraummüll. Weltraummüll bezeichnet man auch als Weltraumschrott, Raumfahrtrückstände oder im englischen Sprachgebrauch als Space Debris oder Orbital Debris. Dieser Bereich beinhaltet die Erzeugung und Vermeidung von Weltraummüll sowie die resultierenden Risiken. Die Risiken umfassen die Kollisionswahrscheinlichkeit von orbitalen Partikeln mit Satelliten (Risiko im Orbit) und den Wiedereintritt von eventuell nicht vollständig verglühenden Objekten (Risiko am Boden).

Orbitaler Weltraummüll stellt ein nicht mehr zu vernachlässigendes Risiko für alle Arten von Raumfahrtaktivitäten dar. Seit dem Beginn der Raumfahrt ist die Anzahl der künstlichen Objekte im Erdorbit stetig gestiegen. Momentan befinden sich ca. 150 Millionen Objekte mit einem Durchmesser größer als einen Millimeter in Umlaufbahnen um die Erde. Aufgrund der hohen Relativgeschwindigkeiten zwischen Raumfahrzeugen und Weltraummüll von durchschnittlich zehn Kilometer pro Sekunde auf niedrigen Erdumlaufbahnen können bereits Millimeterobjekte ein Risiko für Raumfahrzeuge darstellen.

Beim Wiedereintritt von Satelliten und Raketenstufen muss der Nachweis erbracht werden, dass die Bevölkerung nicht zu Schaden kommt. Gegenwärtig treten pro Jahr etwa 70 vom Menschen geschaffene Raumfahrtobjekte in die Erdatmosphäre ein, deren jeweilige Masse oberhalb von 500 kg liegt. Typischerweise überleben zwischen 10 und 40 Prozent der ursprüglichen Masse dieser Objekte den Wiedereintritt. Viele überlebende Bruchstücke konnten in der Vergangenheit in allen Teilen der Erde geborgen werden. Dabei handelt es sich in der Regel um Tanks aus hochschmelzenden Legierungen. Einschläge erfolgten auch in der Nähe von bewohnten Gebieten. Glücklicherweise kam bisher kein Mensch zu Schaden.

Bei zukünftigen Missionen wird das Problem des Weltraummülls und seiner Vermeidung Teil der Risiko- und Kostenanalyse werden. Das von den verschiedenen deutschen Forschergruppen erarbeitete Faktenwissen wird weltweit akzeptiert und findet hohe Anerkennung. Die Bundesrepublik ist heute führend auf dem Gebiet der Debris-Forschung. Diese Expertise gilt es zu nutzen, auszubauen und zur Anwendung zu führen.

Technische Unterteilung

Die wissenschaftliche Behandlung des Themas Weltraummüll umfasst folgende Punkte:

Modellierung der Weltraummüllumgebung: Die Aufgabe besteht in der Simulation der Entstehung und Ausbreitung von Weltraummüll auf Erdumlaufbahnen. Die Arbeit basiert auf der höheren Bahnmechanik (gestörte Umlaufbahnen). Ferner ist die Modellierung der verschiedenen Entstehungsmechanismen bis hin zur Freisetzung von Kleinstpartikeln, beispielsweise aus degradierter Thermalisolation, von Bedeutung.

Langzeitsimulation der Weltraummüllumgebung: Propagation der Debris-Verteilung in den nächsten Jahrzehnten. Im Vordergrund steht die Entwicklung von Kostenmodellen für Vermeidungsmaßnahmen und finanzielle Verluste durch Schäden an Satelliten. Ferner sind Modelle für das zu erwartende Verkehrsaufkommen von Bedeutung.

Hochgeschwindigkeitseinschläge auf Satelliten: Dazu gehören die Bestimmung des Risikos von Einschlägen, die Entwicklung von Schadensgleichungen, der Entwurf und Test von Schutzsystemen, die Untersuchung der Verwundbarkeit von Satellitensubsystemen und die Schätzung der damit verbundenen Kosten.

Wiedereintritt von Risikoobjekten: Dies umfasst die Vorhersage des Eintrittszeitpunktes und die Bestimmung der Überlebenswahrscheinlichkeit von Trümmern sowie deren Verteilung am Boden. Von besonderer Bedeutung ist die Modellierung von aerothermodynamischen Fragmentationen.

Beobachtung von Weltraummüll (Space Surveillance): Die Beobachtung von Weltraummüll mit boden- und satellitengestützten Instrumenten ist notwendig, da die Daten zur Validierung von Debris-Modellen benötigt werden. Der Einsatz vorhandener Radaranlagen sowie der Aufbau optischer Instrumente wären sinnvoll. Die gewonnenen Beobachtungsdaten fließen auch in den Aufbau und Unterhalt von Bahnkatalogen ein (Space Surveillance).

Literaturempfehlungen, weiterführende Internetadressen

Zum Thema Space Debris wird folgende weiterführende Literatur empfohlen:

Heiner Klinkrad, Space Debris - Models and Risk Analysis, Springer Praxis Books, Astronautical Engineering, Springer-Verlag, Berlin, 2006, ISBN: 354025448X.

Links:

Institutionen

Hyperschall Technologie Göttingen

Institut für Luft- und Raumfahrtsysteme, TU Braunschweig

Inter-Agency Space Debris Coordination Committee

Forschungsgesellschaft für Angewandte Naturwissenschaften e.V. (FGAN)

Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut (EMI)

Institut für Raumfahrtsysteme,Universität Stuttgart

Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK)

Astronomisches Institut Universität Bern (AIUB)

ESA Space Debris Office (ESOC/Darmstadt)

Institutio de Astrofísica de Canarias (IAC)

OGS Telescope Tenerife, Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC)

www.htg-hst.de

www.space-debris.de

www.iadc-online.org

http://www.fhr.fgan.de/fhr/fhr_c127_f8_de.html

http://www.emi.fraunhofer.de/Arbeitsgebiete/Projektbeispiele/index.asp

http://www.irs.uni-stuttgart.de/

http://www.mpi-hd.mpg.de/dustgroup/

http://www.aiub.unibe.ch/

http://www.esa.int/SPECIALS/ESOC/SEMU2CW4QWD_0.html

http://www.iac.es/telescopes/ogs/notiE.html

http://www.iac.es/telescopes/ogs/OGSE.html

Lehrveranstaltung

Raumfahrttechnik 4 (Raumfahrtrückstände)

www.raumfahrtrueckstaende.de