Zwei nicht mehr existierende Satelliten kollidierten am 29. Januar beinahe, und ihr enger Ruf (die Objekte verfehlten sich um geschätzte 47 Meter) erneuerte die Aufmerksamkeit auf ein wachsendes Problem weit über der Erde: eine Wolke aus Weltraummüll.
Millionen von Objekten bilden diesen umlaufenden Schrottplatz, auf dem Fragmente laut NASA Geschwindigkeiten von fast 19.000 km / h erreichen können, was etwa siebenmal schneller ist als die Geschwindigkeit einer Kugel. Ungefähr 500.000 Trümmerstücke haben mindestens eine Marmorgröße, und ungefähr 20.000 Objekte haben die Größe eines Softballs oder größer, berichtete die NASA im Jahr 2013.
Zu der Unordnung kommt die Verbreitung von Miniatursatelliten hinzu, die als Cubesats bezeichnet werden. Diese 4 Zentimeter langen (10 Zentimeter) Würfel wiegen nur 3 Pfund. (1,4 kg) und Startkosten beginnen bei 40.000 USD; Laut dem Los Alamos National Laboratory beauftragen private Unternehmen sie zu Tausenden, Daten zu sammeln und Internet- und Radiodienste bereitzustellen.
Angesichts dieser zunehmenden Überlastung des Weltraums bemühen sich Luft- und Raumfahrtingenieure um die Entwicklung von Technologien und Systemen, die Abstürze verhindern können, um funktionierende Satelliten, zukünftige Weltraummissionen sowie Menschen und Eigentum am Boden zu schützen, so die Experten von Los Alamos gegenüber Live Science.
Ungefähr 5.000 Satelliten transportieren Nutzlasten in die Umlaufbahn um unseren Planeten, aber nur ungefähr 2.000 sind aktiv und kommunizieren mit der Erde, sagte David Palmer, ein Weltraum- und Fernerkundungswissenschaftler aus Los Alamos.
"Derzeit müssen die Betreiber und die Weltraumüberwacher jedes von der Rakete freigesetzte Stück Weltraumhardware verfolgen und individuell bestimmen, welches Stück welches ist, wenn etwas gestartet wird - und ein Start kann 100 oder mehr Satelliten freisetzen", sagte er Live Science
Palmer ist der Hauptforscher für ein Projekt zur Entwicklung einer Art elektronischem Nummernschild für Satelliten. Auf diese Weise können Orbiter ihre Besitzer und Positionen so lange übertragen, wie sie sich im Weltraum befinden, auch wenn der Satellit nicht mehr funktioniert.
Autark und Laserpuls
Das sogenannte Nummernschild hat etwa die Größe einer Scrabble-Kachel und ist klein genug, um auch von winzigen Würfeln getragen zu werden. Der so genannte ELROI (Extrem Low Resource Optical Identifier) erzeugt einen eindeutigen Identifikationscode - eine Satellitenlizenznummer - mit einem Laser, der 1.000 Mal pro Sekunde blinkt. Durch das Blinken erzeugte Muster werden in Seriencodes umgewandelt, die von Teleskopen am Boden gelesen werden können und den Besitzer und die Koordinaten eines Satelliten identifizieren.
Da ELROI von einer eigenen Solarzelle angetrieben wird, kann es nach dem Ende der Lebensdauer des Satelliten weiter mit der Erde "sprechen". Und da ELROI klein und leicht ist und keine externe Stromversorgung benötigt, kann es problemlos an Weltraumhardware ohne Funksender angebracht werden, z. B. an Raketen, die Satelliten in den Weltraum starten und als frei schwebender Müll landen.
Durch die Bereitstellung verfolgbarer Daten für einzelne Objekte in der ständig wachsenden Wolke von Weltraummüll könnte ELROI eine entscheidende Rolle bei der Abwehr von Kollisionen spielen. Es könnte sogar Funkübertragungen in funktionierenden Satelliten überwachen und Betreiber alarmieren, wenn die Kommunikation unterbrochen wird, sagte Palmer.
"Über seine Identifikationsfunktion hinaus kann es auch als Diagnosefunktion mit geringer Bandbreite verwendet werden. Dies wird auch dazu beitragen, die Anzahl defekter Satelliten im Weltraum zu verringern", fügte er hinzu. "Die Kennzeichentechnologie ist nur ein Teil der Lösung - aber ein wichtiger Teil."
Raketenwissenschaft
Wenn Raketen Satelliten in die Umlaufbahn bringen, verbrennen sie normalerweise ihren gesamten Treibstoff auf einmal. Das Befüllen von Raketen mit einer Art Treibstoff, der wiederholt wieder entzündet werden kann, könnte den Bodenbetreibern eine weitere Möglichkeit bieten, Satelliten vor Weltraumabstürzen zu schützen, sagte Nick Dallmann, Forschungsingenieur von Los Alamos, gegenüber Live Science.
"Wir haben hier in Los Alamos daran gearbeitet, eine solide Rakete herzustellen, mit der Sie sie starten, stoppen und dann erneut starten können", sagte Dallmann, Projektleiter für die Entwicklung dieser neuartigen Methode. Die Möglichkeit, den Treibstoff einer Rakete auch nach Erreichen der Umlaufbahn eines Satelliten wieder zu entzünden, könnte es der Weltraumhardware ermöglichen, ihren Kurs zu ändern, um eine mögliche Kollision zu vermeiden, erklärte er.
"Wir haben das Konzept weiterentwickelt, bei dem unsere Rakete eine in einen Satelliten integrierte Nutzlast ist", sagte Dallmann. "Möglicherweise kann unsere Nutzlast viele Jahre nach der Trennung des Satelliten von der oberen Stufe der Trägerrakete aufgefordert werden, ein Notfallmanöver zur Vermeidung von Trümmern in der Umlaufbahn durchzuführen."
Seit den 1960er Jahren wissen Wissenschaftler, dass ein schnelles Dekomprimieren der Brennkammer in einer Feststoffrakete die Verbrennung nach dem Zünden löschen kann. Für Dallmann und seine Kollegen bestand die Herausforderung darin, ein wiederverwendbares Zündsystem in Kombination mit einem Mechanismus zur schnellen Dekomprimierung der Kraftstoffkammer zu schaffen.
Eine weitere Herausforderung bestand darin, den Kraftstoff wieder zu entzünden, da Zünder normalerweise bei der ersten Verbrennung zerstört werden. Um dies zu lösen, entschieden sich die Wissenschaftler, den herkömmlichen pyrotechnischen Zünder nicht zu verwenden. Stattdessen experimentierten sie mit der Trennung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff in der Brennkammer und zündeten sie dann mit einer Elektrode, um einen Funken zu erzeugen. Dann löschten die Forscher die Verbrennung durch Dekompression.
"Wir konnten dies so weit entwickeln, dass wir in einer kleinen Rakete mehrere Verbrennungen nacheinander ausführen können", sagte Dallmann. Die nächsten Schritte werden Tests im Orbit beinhalten, "bei denen wir mehrere Verbrennungen an Bord eines Cubesat durchführen würden", sagte Dallmann.
