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Illustration eines Satelliten, der beim Wiedereintritt verglüht.(Bildnachweis: ESA)Sprung zu:

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Wissenschaftler schlagen Alarm wegen der wachsenden Zahl von Satelliten, die in der oberen Atmosphäre der Erde verglühen.

Die Materialien, aus denen Satelliten bestehen, setzen bei ihrer Verbrennung Chemikalien frei, die bekanntermaßen die Ozonschicht schädigen und das Klima der Erde beeinflussen. Heißt das, dass wir aufhören sollten, Raumfahrzeuge ins All zu schießen?

Nicht unbedingt. Hier sind vier Lösungen, die dazu beitragen könnten, die Menge der potenziell schädlichen Satellitenasche in der Atmosphäre zu verringern.

Wiederherstellbare Satelliten

Die Raumfahrtindustrie boomt. In den letzten 15 Jahren hat sich die Zahl der Satelliten in der Umlaufbahn verzehnfacht, und das Wachstum wird voraussichtlich anhalten. Innerhalb von 10 Jahren könnten 100.000 Satelliten die Erde umkreisen, 100-mal mehr als im Jahr 2010. Die meisten dieser Satelliten werden zu Megakonstellationen gehören, riesigen Flotten von Zehntausenden von Satelliten, wie z. B. Starlink von SpaceX.

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Die Betreiber der Megakonstellation wollen ihre Satelliten alle fünf Jahre durch neuere, leistungsfähigere ersetzen. Um die Anhäufung von Weltraummüll zu verhindern, planen sie, alte Satelliten in die Atmosphäre zu schicken, wo sie verglühen.

Das britische Start-up-Unternehmen Space Forge schlägt jedoch eine andere Lösung vor. Die Satelliten sollten so konstruiert sein, dass sie den feurigen Wiedereintritt überleben, damit sie am Boden geborgen, überholt und erneut gestartet werden können.

Space Forge ist ein Startup-Unternehmen, das große faltbare Hitzeschilde entwickelt, die den Durchflug durch die Atmosphäre unbeschadet überstehen und die wertvollen im Weltraum hergestellten Materialien an Bord des Raumfahrzeugs bei der Rückkehr zur Erde schützen.

Wenn die Idee aufgeht, könnte diese Technologie die Art und Weise, wie im Weltraum gearbeitet wird, völlig verändern.

„Wir sind der Meinung, dass die Strategie, Satelliten intakt zurückzubringen, sie zu überholen und wieder in Betrieb zu nehmen, ein Teil der Lösung des Problems [der Luftverschmutzung durch Satelliten] sein könnte“, sagte Andrew Bacon, Chief Technology Officer und Mitbegründer von Space Forge, auf einem Workshop im September 2024 über den Schutz der Erde und des Weltraums vor der Entsorgung von Raumfahrzeugen und Trümmern an der Universität Southampton in Großbritannien.

„Es gibt viele wirtschaftliche Gründe dafür. Wir müssen nur die technologischen Hürden überwinden“, fügte er hinzu.

Bislang sind nur wenige Raumfahrzeuge so konstruiert, dass sie ihren Sturz vom Himmel überleben – zum Beispiel bemannte Raumschiffe, Kapseln mit Proben von Asteroiden und anderen Himmelskörpern sowie der Cargo Dragon von SpaceX. Andere Raumfahrzeuge gehen beim Aufprall auf die Erde zugrunde, indem sie sich entweder vollständig auflösen oder in einigen Fällen verkohlte Metallreste zurücklassen, die (in der Regel) in abgelegenen Gebieten abstürzen, wo sie keinen Schaden für Menschen und Eigentum verursachen.

Weltraumschrott-Recycling

Anstatt zurückkehrende Satelliten von der Erdoberfläche zu bergen, halten es einige Technologen für besser, Raumfahrzeuge in der Umlaufbahn zu recyceln und wiederaufzubereiten. Auf dem Workshop in Southampton stellte Patrick Neumann, leitender Wissenschaftler und Mitbegründer des australischen Start-ups Neumann Space, die Idee eines neuartigen elektrischen Antriebssystems vor, das Aluminium aus alten Satelliten als Treibstoff verwenden könnte. Das Verfahren ist etwas komplizierter als das einfache Einsammeln von Weltraumschrott und dessen Einspeisung in ein Triebwerk. Es erfordert eine Gießerei in der Umlaufbahn, die den gesammelten Schrott verarbeitet.

„Das System kann alles, was fest und leitfähig ist, als Treibstoff verwenden, also auch Aluminiumlegierungen“, sagte Neumann in seiner Präsentation.

Das Antriebssystem, so Neumann, basiert auf der kathodischen Lichtbogentechnik, die üblicherweise für die Abscheidung dünner Schichten und Beschichtungen verwendet wird.

„Es funktioniert ähnlich wie ein Elektroschweißgerät“, sagte Neumann. „Ein Lichtbogen wird zwischen der Kathode und der Anode gezündet. Er verdampft Material von der Kathodenoberfläche, ionisiert es und beschleunigt es nach unten. Das Plasma, das von der Kathode ausgeht, ist nun der Auspuff und treibt das Raumfahrzeug an.“

Neumann Space ist Teil eines Konsortiums von Unternehmen, die im Rahmen eines

Small Business Innovation Research Program“, das von der NASA finanziert wird. Die Firmen, darunter der Pionier für aktive Trümmerbeseitigung Astroscale, Nanoracks und Cislunar Industries, wollen eine Demonstrationsmission starten, die beweisen soll, dass die neuartigen Triebwerke mit Treibstoff betrieben werden können, der direkt im Weltraum aus Satellitenschrott hergestellt wird.

Engineered Reentries

Wiederherstellbare Satelliten und das Recycling von Trümmern in der Umlaufbahn sind beides völlig neue technologische Konzepte, die noch Jahre davon entfernt sind, sinnvoll umgesetzt zu werden. Aber es gibt Möglichkeiten, die Menge der gefährlichen Satellitenasche in der Erdatmosphäre fast sofort zu reduzieren, so Minkwan Kim, außerordentlicher Professor für Raumfahrttechnik an der Universität Southampton, gegenüber kosmischeweiten.de.

Wissenschaftler wissen, dass Satelliten in einer Höhe von 60 bis 80 Kilometern verglühen. Die dabei entstehenden chemischen Verbindungen verbleiben jahrzehntelang, vielleicht sogar jahrhundertelang, in der Atmosphäre, sinken allmählich in niedrigere Höhen ab und verursachen dabei Schäden. Die Satellitenbetreiber können die Satelliten jedoch so steuern, dass sie in geringerer Höhe, d. h. in 10 bis 20 Meilen (20 bis 30 km), zerfallen, so Kim, und so das Ausmaß der Schäden verringern.

„In diesen Höhen würden die Metalloxide viel kürzer vorhanden sein“, sagte Kim. „Sie würden viel schneller auf den Boden fallen, und ihre Auswirkungen wären nicht signifikant.

Die Betreiber können auch den Winkel ändern, in dem die Satelliten in die Atmosphäre eintreten. Dadurch ändert sich wiederum die Temperatur, der das Raumfahrzeug ausgesetzt ist, während es durch die sich verdichtende Luft rast.

„Wir haben wissenschaftlich herausgefunden, dass sich bei der Verbrennung von Metall ein Teil davon in Metallpartikel und ein anderer Teil in Metalloxid verwandelt“, sagt Kim. „Wir glauben, dass die Metallpartikel für die Umwelt weniger schädlich sind als die Metalloxide. Wenn wir die Temperatur ändern, bei der ein Satellit verbrennt, können wir dafür sorgen, dass sich mehr davon in Partikel statt in Oxide verwandelt.“

Neue Materialien

Wissenschaftler denken auch darüber nach, ob sie Aluminiumlegierungen, die derzeit bei der Herstellung von Satelliten und Raketen verwendet werden, durch umweltfreundlichere Materialien ersetzen können.

Diese Forschung befindet sich jedoch noch in einem sehr frühen Stadium. Kim warnt davor, dass neue Materialien neue Herausforderungen mit sich bringen könnten, die derzeit noch nicht bekannt sind.

„Das Problem ist, dass, sobald wir ein neues Material einführen, das neue Material etwas Ähnliches verursachen könnte“, so Kim.