Weltraumschrott und wie man ihn bekämpft - Interview mit Prof. Thomas Schildknecht (Teil 1)

Prof. Schildknecht, bereits der Titel Ihrer Doktorarbeit lautete: «The search for space debris in high altitude orbits». Hätten Sie damals, vor 30 Jahren, gedacht, dass Weltraumschrott einmal so stark zunehmen und ein derart grosses Problem werden würde? Haben Sie das vorausgeahnt?

Ja, ich habe durchaus vorausgesehen, dass Weltraumschrott ein Thema werden würde. Was allerdings niemand voraussehen konnte, ist die rasante Entwicklung hin zu kleinen, günstigen Satelliten, und dass Einzelne plötzlich tausende Satelliten ins All schicken. Das war damals nicht absehbar.

Klar war jedoch, dass das Problem des Weltraumschrotts mit Nachhaltigkeit zusammenhängt und, ähnlich wie CO₂, nicht von selbst verschwindet. Insofern war mir schon bewusst, dass dieses Thema langfristig relevant bleiben würde.

Inzwischen beeinflusst das Wissen über die Verteilung und die Beschaffenheit von Weltraumschrott tatsächlich den Bau neuer Satelliten. Das wirkt auf den ersten Blick paradox:

Wäre es nicht besser gewesen, von Anfang an darauf zu achten, dass gar nicht erst so viel Schrott entsteht, anstatt Satelliten so zu bauen, dass sie mit der Belastung durch Trümmer umgehen können? Oder ist diese Anpassung einfach unausweichlich geworden, weil inzwischen so viele verschiedene Akteure im Erdorbit tätig sind?

Das ist eine etwas längere Geschichte. Heute gibt es natürlich eine erhebliche Menge an Weltraumschrott im Erdorbit, der aus über 65 Jahren Raumfahrt stammt. Dabei muss man bedenken, dass es keineswegs einfach ist, in den Weltraum zu gelangen.

In den ersten Jahrzehnten der Raumfahrt lag der Fokus einzig darauf, überhaupt dorthin zu kommen, dort oben überleben zu können, einen Satelliten erfolgreich in die Umlaufbahn zu bringen und ihn einige Jahre oder auch kürzer oder länger funktionsfähig zu halten. Daher wurde diese Problematik in den Anfangsjahren schlicht vernachlässigt, da es so viele andere Herausforderungen zu bewältigen gab.

In den 1970er- und 1980er-Jahren tauchten jedoch die ersten warnenden Stimmen auf. Persönlichkeiten wie Don Kessler [NASA] oder bei der ESA Walter Flury haben schon damals darauf hingewiesen, dass die Situation problematisch werden könnte. Insbesondere gab es dann zwei Ereignisse, die die Aufmerksamkeit auf dieses Thema lenkten.

Das erste Ereignis war ein Experiment der Amerikaner mit kleinen Nadeln, die eigentlich schnell in die Erdatmosphäre zurückfallen und dort verglühen sollten. Stattdessen verklumpten sie jedoch und blieben in der Umlaufbahn - ein deutlicher Warnschuss.

Das zweite Problem, das damals auftrat, betraf vor allem, aber nicht auschliesslich, die europäischen Ariane-4-Oberstufen, die berüchtigt dafür waren, nach ihrer Mission zu explodieren. Die ESA reagierte darauf relativ schnell und beschloss, das Design der Ariane-Oberstufen sowie später auch von Satelliten zu ändern, sodass am Ende der Mission der verbleibende Treibstoff abgelasssen wurde.

Das war jedoch kein einfacher Schritt, da dafür zusätzliche Ventile und Elektronik nötig waren, was 2-4 Kilogramm Nutzlast kostete. Ein Kilogramm Nutzlast hatte damals einen Wert von mehreren Zehntausend Franken, sodass diese Änderung mit erheblichen Mehrkosten von mehreren Hunderttausend Franken verbunden war.

Dennoch setzte man diese Massnahmen durch - mit Erfolg: Seitdem ist keine Oberstufe mehr explodiert.

Das klingt für mich aber doch sehr «unvorausschauend». Hätte man solche Probleme nicht vorhersehen können? Ich habe gelesen, dass sogar Satelliten, die nicht direkt kaputt sind, durch den allgemeinen Alterungsprozess igendwann Teile verlieren, die dann ebenfalls zu Weltraumschrott werden.

Wie müste man einen Satelliten bauen, damit das nicht passiert? Was wäre der ideale Satellit, der keine Weltraumschrottteile produzieren würde? Wäre dieser aus Holz?

Ja, vielleicht nicht zwingend aus Holz, aber Holz wird oft in Erwägung gezogen, weil es biologisch abbaubar ist. Hmm, ich weiss nicht...

In Holzsatelliten steckt dann dafür so viel Klebstoff. Es handelt sich ja nicht wirklich um Massivholz, eher Pressspanplatten oder Ähnliches. Ob es kluger wäre, organische Materialien zu verwenden, die beim Eintritt in die Erdatmosphäre besser verglühen, lässt sich schwer sagen.

Aber das eigentliche Problem ist: Wenn ein Satellit zu lange im All bleibt - sagen wir, 10, 15, 20 Jahre - dann ist die Herausforderung, dass die Oberflächenmaterialien der Satelliten nicht resistent genug sind gegen die aggressive Umgebung im Weltraum. Strahlung, Röntgenstrahlung, Restsauerstoff und so weiter. Diese Materialien fangen dann an, zu zerbröseln. Das passiert auch bei organischen Materialien.

Wie beim ATV! Ich erinnere mich, dass Sie mir bei diesem Raumfrachter auch erklärt haben, dass die auf der Oberfläche exponierten Klettverschlüsse im Weltraum mit der Zeit zerbröseln würden. Zum Glück hat man die ATVs aber nach Verwendung stets kontrolliert zum Absturz gebracht.

Ja, diese Klettverschlüsse sind zudem einfach aufgeklebt. Das ist ein grundlegendes Problem: Sobald etwas aufgeklebt ist - wie zum Beispiel Solarzellen, die in der Regel mit einem organischen Klebstoff befestigt werden - kann sich der Klebstoff im Laufe der Zeit zersetzen. Das stellt eine Herausforderung dar.

Ich bin zwar kein Ingenieur, der konkrete Lösungen anbieten kann, aber ich denke, man muss gezielt daran arbeiten, dass während der Lebensdauer eines Satelliten keine Teile abfallen. Zudem sollte man vermeiden, Satelliten unnötigerweise auf sogenannten Friedhofsorbits zurückzulassen, da sie dort langfristig zerfallen und zusätzliche Trümmer entstehen können.

Wäre es denn nicht möglich, ein Schutzgebiet im Orbit einzurichten, in welchem nur dann Satelliten platziert werden dürfen, wenn die Betreiber sich verpflichten, diese nach Ende der Mission wieder zu entfernen?

Ja, in den 1990er-Jahren hat man begonnen, Regeln aufzustellen und sogenannte geschützte Zonen einzuführen. In den niedrigen Erdumlaufbahnen bis zu einer Höhe von 2'000 Kilometern sowie im geostationären Orbit wurde festgelegt, dass dort keine Objekte zurückgelassen werden dürfen - sie müssen nach Missionsende entfernt werden.

Existieren diese Zonen heute denn noch?

Ja, diese Zonen gibt es immer noch. Die entsprechenden Richtlinien wurden ursprünglich von einem Gremium festgelegt, das nicht direkt der UNO angehörte. Später hat die UNO diese Richtlinien übernommen, sie allerdings etwas allgemeiner und weniger konkret formuliert. Heute sind sie als die sogenannten «Space Debris Mitigation Guidelines» bekannt - also Richtlinien zur Vermeidung von Weltraumschrott.

Das waren die ersten Richtlinien, die vor etwa 20 Jahren eingeführt wurden. Das Problem dabei ist jedoch, dass diese Richtlinien zwar existieren, aber wenn sie von Anfang an konsequent befolgt worden wären, wären wir heute in einer viel besseren Situation.

Doch, naja... das Einhalten dieser Richtlinien kostet natürlich Geld, wie bereits erwähnt. Und das hat dazu geführt, dass zum Beispiel in den tieferen Umlaufbahnen bis vor Kurzem vielleicht 20% der Satelliten diese Richtlinien eingehalten haben - und die restlichen 80% sind einfach oben geblieben.

Ein anderes Beispiel ist der Fall von China, als sie ihren eigenen Satelliten abgeschossen haben...

Das war 2007, nicht wahr?

Genau.

Und dann gab es 2009 diese Kollision zwischen dem Kosmos 2251 und einem Iridium-Satelliten. Ich habe gelesen, dass allein diese beiden Ereignisse - also der chinesische Anti-Satelliten-Test 2007 und diese Kollision 2009 - die Anzahl der trackbaren Objekte im Orbit verdoppelt hat. Das ist ja enorm!

Genau, das stimmt. Die Kollision zwischen dem Iridium-Satelliten und Kosmos 2251 war ein Fall, bei dem man sagen kann: Das eine war ein aktiver Satellit, das ander ein alter, defekter Satellit, der eigentlich nicht mehr hätte im Orbit bleiben sollen.

Allerdings muss man auch bedenken, dass das zu einer Zeit geschah, in der es diese Regeln noch gar nicht gab. Man könnte im Nachhinein argumentieren, dass man vielleicht besser auf potenzielle Kollisionen hätte achten können. Aber damals war das schlichtweg kein Thema - niemand hat Kollisionen systematisch überwacht oder auch nur darüber nachgedacht, Ausweichmanöver durchzuführen.

Der Abschuss des chinesischen Satelliten hingegen, das war eine militärische Demonstration. Und das ist keine neue Praxis - auch die USA, die Sowjetunion und später Russland haben ähnliche Tests durchgeführt. Was diesen Vorfall so problematisch macht, ist, dass diejenigen, die ihn durchgeführt haben, wirklich null Ahnung hatten, welche Probleme sie damit schaffen würden.

Das Besondere daran: Im selben Jahr sollte in Beijing ein Treffen des «Inter-Agency Space Debris Coordination Committee» stattfinden, einer Organisation, in der alle grossen Weltraumagenturen zusammenarbeiten. Die chinesischen Vertreter dort wussten genau, wie man mit Weltraumschrott umgehen sollte und welche Massnahmen notwendig sind.

Aber das ist ein typischer Fall, bei dem das Militär nicht mit den zivilen Stellen kommuniziert hat. Es war offensichtlich, dass die zivilen Verantwortlichen von der Aktion des Militärs gar nichts wussten. Im Nachhinein ist klar, dass sie sich der Konsequenzen ihres Handelns nicht bewusst waren.

Das erstaunt einen wirklich, oder? Denn diese Vorfälle waren ja schon in den frühen 2000er Jahren. Und trotzdem hat es 2021 noch diesen russischen Abschuss gegeben, was dazu führte, dass die Astronauten auf der ISS sich in die Sojuz-Kapsel evakuieren und ernsthaft um ihre Sicherheit bangen mussten.

Was denken Sie, wenn Sie von solchen vorsätzlichen Tests hören? Gerade wenn man bedenkt, dass in diesem Fall sogar die Russen ihre eigenen Leute auf der ISS gefährdet haben - was geht Ihnen dabei durch den Kopf?

Ja, das ist bis zu einem gewissen Grad richtig. Und es ist ganz klar ein völliger Unsinn, so etwas zu machen. Das ist schlicht und einfach nicht tolerierbar - von niemandem.

Könnte das vielleicht auch eine Fehlkommunikation gewesen sein?

Ich bin mir nicht sicher, ob man das als Fehlkommunikation bezeichnen kann - schwer zu sagen, oder? Russland wollte hier sicherlich ein klares Statement abgeben. Sie haben es zwar nicht an einem völlig unsinnigen Ort gemacht, aber es war natürlich dumm, dass dabei die Raumstation betroffen war.

Die Anzahl Objekte, die dadurch entstanden sind, wurde von der einen Seite vielleicht etwas aufgebauscht. Dennoch, dass so etwas nicht tolerierbar ist, ist völlig klar. Ich will das auch nicht schönreden. Aber ja, wenn zwei das Gleiche tun, ist es eben doch nicht dasselbe.

Nach dem chinesischen Abschuss haben die Amerikaner ebenfalls einen Satelliten zerstört - allerdings in einer viel tieferen Umlaufbahn, wo die Trümmer schneller verglühten. Sie begründeten das mit der Gefahr eines dort zurückgelassenen, vollen Hydrazin-Tanks, der hochgiftig sei und eine Bedrohung für die Erde darstellen könnte.

Das ist natürlich eine schöne, gute Story, aber Hydrazin-Tanks sind schon vorher heruntergekommen, ohne Probleme zu verursachen. Aber, ich wiederhole mich gerne, das ist etwas, das man absolut nicht akzeptieren darf. Es ist völliger Unsinn - «Chabis», ehrlich gesagt. Aber jetzt haben es eben alle einmal gemacht. Selbst die Inder haben ja gezeigt, dass sie es können.

Jetzt ist hoffentlich endlich Schluss damit, oder?

Ja, das stimmt. Das Gute an der ganzen Sache, zumindest bis zu einem gewissen Grad, ist, dass das amerikanische Militär nach der Iridium-Kosmos-Kollision erkannt hat, dass solche Kollisionen und der darauf resultierende Weltraumschrott auch für sie selbst ein Problem darstellen.

Das ging so weit, dass sie - zwar nur bilateral - begonnen haben, Bahndaten aller Satelliten auszutauschen, um Kollisionen zu vermeiden. Vor allem haben sie sich darauf konzentriert, Kollisionen zwischen aktiven Satelliten zu verhindern, und sie haben sogar angefangen, andere Satellitenbetreiber zu informieren, wenn eine mögliche Kollision drohte.

Das war absolut erstaunlich, weil solche Daten vorher streng geheim waren. Aber sie haben erkannt, dass es ein Win-Win ist, wenn man zusammenarbeitet.

Eine hochinteressante Entwicklung! Gab es nicht auch europäische Modellprojekte wie das EU-SST, die gezeigt haben, dass eine solche Kooperation möglich ist? Das war doch ein Zusammenschluss - ein ganzes Netzwerk aus verschiedenen europäischen Staaten, die ihre Daten zu Weltraumschrott und Beobachtungen miteinander geteilt haben. Und das soll ja offenbar sehr gut funktionert haben, oder?

Ja, das stimmt, aber man muss sagen, dass das Ganze sehr stark vom Militär geprägt ist. Das ist eines der Hauptprobleme, die ich angesprochen habe. Gerade beim EU-SST sieht man das deutlich - dahinter stehen vor allem militärische Institutionen, die darauf achten, dass die Daten nicht öffentlich zugänglich sind.

Sie möchten auch vermeiden, dass private Institutionen oder sogar wissenschaftliche Einrichtungen wie wir zu viele Informationen über militärische Satelliten erhalten. Wenn wir wollten, könnten wir beispielsweise die Bahnen dieser Satelliten veröffentlichen, aber das ist natürlich ein heikles Thema.

Dieses Misstrauen führt dazu, dass Daten nicht mit anderen geteilt werden, selbst wenn sie ebenfalls davon profitieren könnten - zum Beispiel China oder Russland, die genauso daran interessiert sind, Kollisionen zu vermeiden.

Aber man möchte Daten nicht einfach so mit anderen Nationen tauschen, und das funktioniert umgekehrt genauso wenig. Das ist der militärische Aspekt der Thematik.

Im kommerziellen Bereich scheint die Lage etwas anders zu sein. Ich habe das Gefühl, dass kommerzielle Akteure wie Elon Musk offener sind. Zum Beispiel werden die Bahndaten der Starlink-Satelliten anderen zur Verfügung gestellt, weil er selbst ein grosses Interesse daran hat, Kollisionen zu vermeiden.

Wäre es ein möglicher Ansatz, das Interesse der Betreiber an ihren eigenen Satelliten weiter zu steigern, sodass diese für sie noch wichtiger werden und sie sich stärker um deren Schutz und den Schutz des Erdorbits kümmern?

Ja, genau. Und in diesem Zusammenhang geht es auch um die Verantwortung. Die einzelnen Staaten haben ja, je nach Land, unterschiedlich strenge Gesetze, wenn es darum geht, Lizenzen für Satellitenstarts zu vergeben.

Die Schweiz plant sogar, Lizenzen unter einem bestimmten, strengen Label zu vergeben, nicht wahr?

Genau, die Schweiz arbeitet aktuell an so etwas, oder möchte es zumindest umsetzen. Aber das Problem - und das zeigt sich gerade auch in der Schweiz sehr deutlich - ist, dass es immer zwei Fraktionen gibt. Die eine Seite möchte möglichst keine neuen Regeln, nach dem Motto: «Wir haben schon genug, das behindert nur unsere Industrie.» Und die andere Seite sagt: «Nein, alles muss bis ins kleinste Detail geregelt sein.»

Das ist eine Herausforderung. Und wenn man dann zusätzlich weder Anreize für die Industrie schafft, sich an diese Regeln zu halten, noch Strafen einführt, falls sie das nicht tun, wird es natürlich schwierig. Am besten wäre es, der Industrie Anreize zu bieten: Wenn sie sich an die Vorgaben hält und gut arbeitet, könnte sie davon profitieren.

Das ist natürlich keine einfache Aufgabe, die der Staat hier regeln muss. Aber es gibt Ansätze. In den Nationalstaaten sehen wir das zum Beispiel bei Recyclinggebühren. Jeder zahlt einen kleinen Betrag, um sicherzustellen, dass Abfall ordnungsgemäss entsorgt wird, statt im Wald zu landen.

Es ist klar, dass das etwas kostet - das Produkt wird dadurch teurer. Aber es ist ein funktionierendes System, das langfristig hilft. Natürlich gibt es auch Konkurrenz durch Produkte, die diese Gebühren nicht haben, wie etwa günstigere Importe aus Ländern wir China. Aber letztlich zeigt das Beisiel, dass Anreize und klare Regelungen notwendig sind, um Probleme nachhaltig anzugehen.

Und als Konsument*in ist man letztlich erleichtert, wenn alles bereits geregelt ist und man sich selbst keine Gedanken mehr machen muss...

Dies ist die erste Hälfte eines Interviews, welches wir am 26.11.2024 mit Prof. Thomas Schildknecht führen durften. In Teil 2 werden wir mehr dazu erfahren, welche Pionierarbeiten der weltweit führende Experte für Weltraumschrott, Weltraumsicherheit und nachhaltige Nutzung des Weltraums in Zimmerwald geleistet hat, und welche Rolle dabei einem ESA-Teleskop auf Teneriffa zufällt.

Bilder
 

1. Weltraumschrott im Verlauf der Zeit. Aus: E. Christiansen, D. Lear und J. Hyde, "Micro-Meteoroid and Orbital Debris (MMOD) Protection Overview - NASA Hypervelocity Impact Technology (HVIT) Group." (ntrs.nasa.gov/api/citations/20190001193/downloads/20190001193.pdf)

2. Takao Doi mit Holz-Satellit. Aus: Agence France-Presse in Tokyo, "World's first wooden satellite launched into space," 05.11.2024. (theguardian.com/science/2024/nov/05/worlds-first-wooden-satellite-launched-into-space)

3. Zerfallsrate Iridium-Cosmos Kollision. Aus: NASA, "The Collision of Iridium 33 and Cosmos 2251: The Shape of Things to Come," 16.10.2009. (ntrs.nasa.gov/api/citations/20100002023/downloads/20100002023.pdf)

4. ISS Schutzschild Typen. Aus: E. Christiansen, D. Lear und J. Hyde, "Micro-Meteoroid and Orbital Debris (MMOD) Protection Overview - NASA Hypervelocity Impact Technology (HVIT) Group." (ntrs.nasa.gov/api/citations/20190001193/downloads/20190001193.pdf)

5. Einschlaglöcher auf der ISS. Aus: E. Christiansen, D. Lear und J. Hyde, "Micro-Meteoroid and Orbital Debris (MMOD) Protection Overview - NASA Hypervelocity Impact Technology (HVIT) Group." (ntrs.nasa.gov/api/citations/20190001193/downloads/20190001193.pdf)