Ein Stapel der Starlink-Breitbandsatelliten von SpaceX ist vor ihrem Einsatz in der Umlaufbahn zu sehen (Bildnachweis: SpaceX via X)
Satellitenbetreiber, die Megakonstellationen betreiben, werden in letzter Zeit von Atmosphärenwissenschaftlern heftig kritisiert, weil sie die obere Atmosphäre der Erde verschmutzen. Aber ist die Kritik gerechtfertigt? Wer ist der größte Verursacher des aufkommenden Umweltproblems?
Etwa 40 % der ausgedienten Satelliten, die derzeit in der Erdatmosphäre verglühen, gehören zur Starlink-Megakonstellation von SpaceX, so Andrew Bacon, Chief Technology Officer und Mitbegründer des britischen Unternehmens Space Forge, das sich mit der Herstellung von Satelliten in der Umlaufbahn befasst.
Bacon fügte hinzu, dass diese Zahlen auf dem Workshop zum Schutz der Erde und des Weltraums vor der Entsorgung von Raumfahrzeugen und Weltraummüll am 23. und 24. September an der University of Southampton in Großbritannien vorgestellt wurden.
Diese Satelliten bestehen größtenteils aus Aluminium, das sich in Aluminiumoxid verwandelt, wenn es bei hohen Temperaturen verbrennt, wie sie bei Satelliten herrschen, die mit orbitaler Geschwindigkeit durch die Erdatmosphäre rasen. Diese Aluminiumasche, die sich in großen Höhen ansammelt, beunruhigt die Wissenschaftler, weil sie die schützende Ozonschicht der Erde beschädigen und ihre Albedo – die Fähigkeit, Sonnenlicht zu reflektieren – verändern könnte, was wiederum zu Veränderungen der Temperatur in der oberen Atmosphäre führen könnte.
Jonathan McDowell, Astronom in Harvard und am Smithsonian Institute und ein führender Experte für Weltraummüll, stimmte zu, dass die Starlink-Satelliten unter den in der Erdatmosphäre verbrannten Trümmern „dominieren“.
„Es gibt jetzt fast jeden Tag einen Wiedereintritt von Starlink“, sagte McDowell gegenüber kosmischeweiten.de. „Manchmal sogar mehrfach.“
SpaceX hat 2019 mit dem Start seiner Starlink-Konstellation begonnen und fliegt inzwischen rund 6.500 dieser Satelliten. Das Unternehmen von Elon Musk möchte die Flotte auf mehr als 40.000 Satelliten ausbauen.
Mehr Satelliten bedeuten auch mehr Raketenstarts. Auch in diesem Bereich ist SpaceX führend. Von den 211 erfolgreichen Orbitalstarts, die im Jahr 2023 weltweit durchgeführt wurden, stammen 98 von SpaceX. Im Jahr 2024 hat SpaceX diesen Rekord bereits eingestellt und bis Mitte Oktober 98 Orbitalstarts durchgeführt (sowie drei Testflüge seines Starship Megarocket).
Die ersten Stufen der Falcon 9 und Falcon Heavy von SpaceX kehren zwar bekanntlich zur Erde zurück, um wiederverwendet zu werden, aber die 4 Tonnen schweren Oberstufen schließen sich den Schwärmen von Weltraummüll an und fallen schließlich zur Erde zurück, wobei sie in der Atmosphäre verglühen. Da auch die Oberstufen größtenteils aus Aluminium bestehen, entsteht bei ihrem Untergang wahrscheinlich auch das schädliche Aluminiumoxid.
McDowell sagte, dass in den letzten fünf Jahren die Zahl der wieder eintretenden Raketenstufen von 50 bis 100 pro Jahr auf etwa 300 pro Jahr gestiegen ist.
„Wir sehen einen ähnlichen Anstieg der Zahl der Satelliten, da nun Hunderte von Starlink-Satelliten ausfallen“, sagte McDowell.
SpaceX entwirft Starlink-Satelliten so, dass sie etwa alle fünf Jahre durch neuere, leistungsfähigere Modelle ersetzt werden. Wenn die alten Satelliten das Ende ihrer Lebensdauer erreichen, werden sie von den Betreibern zum Wiedereintritt geleitet. Die Megakonstellation wird also weiterhin einen stetigen Strom von Trümmern erzeugen, die in der Atmosphäre verdampfen. Aber ist SpaceX damit der schlimmste Verschmutzer der oberen Atmosphäre? Die Antwort ist nicht so einfach.
Connor Barker, ein Forscher im Bereich Atmosphärenmodellierung am University College London, erklärte gegenüber kosmischeweiten.de, dass die Starts und Wiedereintritte von Satelliten der Megakonstellation derzeit nur für etwa 12 % des gesamten Ozonabbaus verantwortlich sind, der durch den globalen Raumfahrtsektor verursacht wird. Starlink, als die bei weitem größte Megakonstellation, dürfte für den Großteil dieser 12 % verantwortlich sein.
Einer der Satelliten der Cluster-Konstellation der Europäischen Weltraumorganisation, dargestellt von einem Künstler beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre. (Bildnachweis: ESA)
Um seine Satelliten zu starten, verwendet SpaceX die Falcon 9-Rakete, die eine Art von Treibstoff verbrennt, der dem Kerosin aus der Luftfahrt ähnelt und Ruß erzeugt. Obwohl Ruß in der Atmosphäre zum Klimawandel und zum weiteren Abbau der Ozonschicht beitragen könnte, ist er bei weitem nicht so schädlich wie die Nebenprodukte von Feststoffraketenmotoren, so Barker. Diese werden zum Beispiel in Chinas Langer Marsch 11, Indiens Polar Satellite Launch Vehicle und in den Strap-on-Boostern der Atlas V der United Launch Alliance oder der neuen Ariane 6 der EU verwendet.
„Der Grund, warum [Feststoffraketenmotoren] so schlecht sind, ist, dass sie Tonerdepartikel und Chlor ausstoßen, was bei keinem anderen Treibstoff der Fall ist“, sagte Barker. „Diese Booster verbrauchen manchmal noch in der Stratosphäre Treibstoff, so dass sie Chlor und Aluminiumoxid genau dort ausstoßen, wo sich das Ozon befindet, und das führt zu einem sehr schnellen Abbau des Ozons. Fester Raketentreibstoff ist am schlimmsten für den Ozonabbau.“
Barker ist jedoch der Meinung, dass der Beitrag von 12 % der Starts und Wiedereintritte von Megastellungen zu den Auswirkungen der Raumfahrtindustrie auf die Ozonschicht nicht nur eine gute Nachricht ist.
Megakonstellationen, sagte er, haben gerade erst begonnen, eingesetzt zu werden. Es wird erwartet, dass die Gesamtzahl der Satelliten in der Umlaufbahn im Laufe des nächsten Jahrzehnts in die Zehntausende – und vielleicht sogar in die 100.000 – steigen wird.
„Wenn wir in die Ära der Megakonstellationen eintreten, werden wir viel mehr Raketenstarts und viel mehr Wiedereintritte erleben“, so Barker. „Und dann wird die Zahl wachsen.“
Gegenwärtig trägt die Raumfahrtindustrie nur zu etwa 0,1 % zur Gesamtschädigung der Ozonschicht durch den Menschen bei. Das scheint vernachlässigbar zu sein, aber die Forscher geben zu bedenken, dass die Luftverschmutzung, die bei der Verbrennung von Satelliten in Höhen zwischen 60 und 80 Kilometern entsteht, jahrzehntelang, vielleicht jahrhundertelang, in der Luft bleibt. Das Gleiche gilt für den Ruß und die Gase aus den Raketenabgasen.
„Wir bringen einen neuen Eintrag in die Atmosphäre ein, den es vorher nicht gab“, so McDowell. „Wir befinden uns in einem unbekannten Gebiet.“
Barker und McDowell sind Mitautoren eines Artikels, der die Emissionen von Starts und Wiedereintritten von Megakonstellationen bewertet und am 3. Oktober in der Zeitschrift Scientific Data veröffentlicht wurde.
