R2.6 Weltraummüll - Erfassung und Analyse
Der Fachausschuss
Mit dem Start von Sputnik 1 begann 1957 die praktische Raumfahrt – und damit auch die Vermüllung der Erdumlaufbahnen. Grund dafür ist der starke Anstieg der Trümmerteile durch die größer werdende Anzahl an Starts und Explosionen von alten Satelliten und Oberstufen im All. Allein die Teile über zehn Zentimeter Größe umfassen circa 18.800 Objekte.
Das Risiko durch den Weltraummüll wird durch die hohen Kollisionsgeschwindigkeiten auf niedrigen Erdumlaufbahnen verursacht. Diese liegen in einer Größenordnung von zehn Kilometern pro Sekunde. Bei so hohen Geschwindigkeiten kann ein wenige Zentimeter großes Objekt einen Satelliten vollständig außer Funktion setzen. Ab einer Größe von etwa zehn Zentimetern setzt das Objekt bei einem Einschlag so viel kinetische Energie frei, dass es ein Raumfahrzeug vollkommen zertrümmern kann. In diesem Fall spricht man von einer „katastrophalen Kollision“. Die dabei freigesetzten Trümmerstücke können weitere Kollisionen verursachen und stellen dadurch ein besonderes Risiko dar (Kessler-Syndrom). Im geostationären Orbi ist vor allem der Verbleib der immer mehr werdenden Teile ein Problem. Sie werden nicht durch natürliche Kräfte wie die Luftreibung beeinflusst, die in niedrigeren Orbits zum Absinken der Teile führt.
Der Fachausschusses R2.6 beschäftigt sich mit diesem Weltraummüll – auch als Weltraumschrott, Raumfahrtrückstände oder im englischen Sprachgebrauch als Space Debris oder Orbital Debris bezeichnet – und dessen Erfassung und Analyse.
Aktuelle Themen
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).
Literatur und Links
Literatur:
- Heiner Klinkrad (2006): Space Debris – Models and Risk Analysis. Springer Praxis Books, Astronautical Engineering, Springer-Verlag, Berlin. ISBN: 354025448X.
Links:
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) | 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.esa.int/SPECIALS/ESOC/SEMU2CW4QWD_0.html |
Kontakt
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
Dr.-Ing. Carsten Wiedemann ist Akademischer Oberrat am Institut für Raumfahrtsysteme der Technischen Universität Braunschweig. Sein Forschungsgebiet ist die Modellierung der Weltraummüllumgebung.
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
Dipl.-Ing. Tobias Lips ist Geschäftsführer der Firma HTG Hyperschall Technologie Göttingen. Sein Arbeitsschwerpunkt ist die Wiedereintrittsanalyse.