Netzwerktool als Aufräumhilfe für Weltraummüll

Wissenschaftler im Vereinigten Königreich haben mit Hilfe der Netzwerktheorie ermittelt, welche Objekte aus der Erdumlaufbahn am dringendsten entfernt werden müssen. Ihr mathematisches Hilfsmittel macht die Verbindungselemente zwischen bekannten Teilen sichtbar und lokalisiert...

Wissenschaftler im Vereinigten Königreich haben mit Hilfe der Netzwerktheorie ermittelt, welche Objekte aus der Erdumlaufbahn am dringendsten entfernt werden müssen. Ihr mathematisches Hilfsmittel macht die Verbindungselemente zwischen bekannten Teilen sichtbar und lokalisiert diejenigen Teile mit den meisten Verbindungselementen zu anderen Objekten. Durch Ermittlung dieser stark verketteten Objekte wird die Planung der Entsorgung von Weltraummüll vereinfacht.

Als Weltraummüll, auch "Weltraumschrott" genannt, werden Objekte in der Umlaufbahn bezeichnet, die vom Menschen stammen und keinen Zweck erfüllen. Zu den etwas interessanteren Objekten gehören eine Kamera, ein Schraubenschlüssel, eine Zahnbürste und von Kosmonauten abgeworfene Abfälle. Aufgrund ihrer Abwurfstelle treten diese Objekte jedoch meist innerhalb kurzer Zeit wieder in die Erdatmosphäre ein und tragen nicht maßgeblich zum Problem des Weltraummülls bei. Hingegen haben Explosionen von Raketen-Oberstufen schon ernsthafte Probleme verursacht, indem schätzungsweise 100 Tonnen an Fragmenten freigesetzt wurden, die dann in erdnaher Umlaufbahn verblieben sind.

Neben diesen Explosionssplittern verbleiben außerdem redundante Satelliten, zu Satelliten gehörende Objekte (wie Schrauben) und benutzte Raketenkörper in der Umlaufbahn und stellen so für funktionsfähige Satelliten und Raumfahrzeuge eine echte Gefahr dar. Viele der kleineren Teile sind mit Geschwindigkeiten von bis zu 10 Kilometern pro Sekunde unterwegs und können richtigen Schaden anrichten, wodurch noch mehr Bruchstücke entstehen (dieses Szenario wird auch als Kessler-Syndrom bezeichnet).

Weltraummüll ist eines der größten Gefahren für Weltraummissionen, beispielsweise für die für heute geplante (und verschobene) Mission zum Hubble-Weltraumteleskop. Die Umgebung, in der sich das Teleskop in einer Höhe von knapp 600 Kilometern befindet, ist recht überladen, weswegen für die Wartungsmission die Gefahr eines folgenschweren Einschlags besteht und daher entsprechende Maßnahmen zur Risikominderung geplant sind. Die Internationale Raumstation, für die von diesen Hochgeschwindigkeitsgeschossen eine extrem große Gefahr ausgeht, wurde zum eigenen Schutz vor Zusammenstößen gepanzert.

Pläne zur "Entsorgung" des Mülls werden durch die Tatsache erschwert, dass die Anzahl der Objekte einerseits aufgrund neuer Satelliten und andererseits wegen der Zusammenstöße zwischen vorhandenen Objekten immer weiter zunimmt. Eine erfolgreiche Planung liegt in den Händen von Wissenschaftlern, die diejenigen Objekte aufspüren können, von denen die größte Gefahr eines Zusammenstoßes ausgeht.

Rebecca Newland von der Universität Southampton im Vereinigten Königreich entwarf gemeinsam mit einem von Dr. Hugh Lewis geleiteten Team ein mathematisches Netzwerkmodell, mit dem Objekte nach dem von ihnen ausgehenden Risiko klassifiziert und ausgewählt werden, um sie anschließend aus der Umlaufbahn entfernen zu können. Die Forscher versuchten zu ermitteln, wie viele potenzielle Verbindungselemente jedes bekannte Objekt mit anderen Objekten hat.

"Die Umgebung des Weltraummülls kann man sich als Netzwerk vorstellen, in dem die Trümmerteile im Falle eines Zusammenstoßes miteinander verbunden sind", erklärt Newland. "Sobald sich ein Netzwerk gebildet hat, kann es analysiert werden, um Objekte zu ermitteln, die für die Gesamtstruktur des Netzwerkes entscheidend sind." "Um ein Netzwerk zu zerstören", so Newland weiter, "wäre die Beseitigung eben dieser Schlüsselobjekte erforderlich. Genauso würde die Beseitigung komplex vernetzter Router das Internet lahmlegen können."

Newland erläutert, dass mit dem Netzwerkmodell Simulationen durchgeführt werden, um künftige Weltraumumgebungen zu berechnen. Dabei stütze man sich auf die statistischen Angaben in Datenbanken zu derzeit in der Umlaufbahn befindlichen Objekten, wie sie die NASA und die Europäische Weltraumorganisation haben. "Wir haben vor, das Tool weiterzuentwickeln, indem wir mehr Einzelheiten über die Objekte, also z.B. ihre Masse, hinzufügen. Das ist ein wichtiger Schritt in diesem Prozess", meint sie. "Mit Hilfe des Modells werden nun statistisch basierte Prognosen für die Weltraumumgebung in 200 Jahren erzeugt. Wenn wir noch mehr Daten zur Verfügung haben, insbesondere zur Masse der Abfälle und zur aktuellen Position, kann das Modell noch bessere Prognosen liefern."

Das neue Tool, das in der vergangenen Woche auf dem 59. Internationalen Astronautischen Kongress in Glasgow von Dr. Lewis vorgestellt wurde, hat das Potenzial, die Erzeugung von Weltraummüll zu bremsen, wodurch die von diesen Objekten ausgehende Gefahr für Raumfahrzeuge und Astronauten in wirksamer Weise gesenkt würde.

Länder

Vereinigtes Königreich