Warum Mega-Satellitenkonstellationen ein Problem werden könnten

Wir sind die Schöpfer unserer Zukunft – mit dieser Aussage schlossen wir den ersten Teil unserer Artikelserie. So kraftvoll diese Aussage auch ist, hat sie doch auch etwas Wahres an sich: Wenn es von uns abhängt, wie unsere Welt aussehen wird, bedeutet dies, dass die Verantwortung, sie zu einer besseren, funktionalen Welt zu machen, auch bei uns liegt.

Anbieter von Startdiensten, Satellitenhersteller und -betreiber sowie Bodenstationen sind alle von einem Grundgut abhängig: dem Weltraum. Dies klingt vielleicht wie eine triviale Bemerkung, aber der IPCC-Bericht vom Juli macht deutlich, dass es sich um eine notwendige Feststellung handelt[1]. Denn wenn wir schon mit dem Schutz unseres Planeten zu kämpfen haben, ist es dann nicht zumindest fair anzunehmen, dass wir die gleichen Probleme auch haben könnten, wenn wir uns über ihn hinauswagen?

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Weltraummüll & Satelliten umkreisen die Erde. Quelle: https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2019/12/

Der überfüllte Himmel

Einige denken bereits (zu) weit  voraus mit Hypothesen über den Bau einer Dyson-Sphäre um unsere Sonne, um Unsterblichkeit zu erlangen[2]. Beeindruckend, aber trotz der vielen theoretischen Vorteile von Dyson-Sphären könnte unser heutiges Verhalten auf der Erde alle Spekulationen beenden und uns an der Oberfläche gefangen halten.

Wenn Sie sich fragen, warum, ist die Antwort einfach: Megakonstellationen von Satelliten.

Der Begriff Megakonstellation beschreibt eine Konstellation, die aus mehreren Hunderten oder Tausenden von Satelliten besteht, die die Erde umkreisen[3]. Der bemerkenswerteste Plan ist der von Starlink, der die schwindelerregende Zahl von 42.000 Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn (Low Earth Orbit = LEO) aufstellen will[4]. Amazons Kuiper will mit über 3000[5] Satelliten starten, und OneWeb plant 648[6]. Nicht zu vergessen China mit seinen Plänen, eine Megakonstellation von 13.000 Einheiten für Internetdienste zu etablieren[7].

All dies ist jedoch nur der Anfang. Schätzungen zeigen, dass im Jahr 2030 rund 100.000 Satelliten im LEO unterwegs sein könnten[8]. Damit wird der LEO nicht nur noch stärker bevölkert, sondern es wird zweifellos auch die Zahl der inaktiven Satelliten und das Risiko von Kollisionen steigen. Hier kommt der Weltraummüll ins Spiel, aber bevor wir uns diesem speziellen Thema zuwenden, gibt es noch einige andere Fragen zu klären.

Trails made by Starlink satellites
Quelle: https://iau.org/public/images/detail/ann19035a/

Ein astronomisches Sehproblem

Seit Jahrtausenden blicken wir in den Himmel. Das Firmament hat die Menschen vor uns so sehr zum Träumen gebracht, dass sie Bauwerke errichteten, die auf die Sterne über uns ausgerichtet waren. Galileo Galilei war davon so fasziniert, dass er fast sein Leben gab, um die verborgenen Wahrheiten des Sonnensystems aufzudecken.

Jetzt, in einer Zeit, in der unsere Beobachtungsinstrumente so genau sind, dass sie uns erlauben, potenzielle „zweite Erden“ zu identifizieren, riskieren wir, die Astronomie zu einem blinden Märtyrer menschlicher Fehler zu machen – eine moderne Sankt Lucia. Das Hauptproblem in diesem Zusammenhang ist, dass Satellitenkonstellationen vom Boden aus gut sichtbar sind, insbesondere in der Morgen- und Abenddämmerung. Das ist die gleiche Zeit, in der viele Observatorien ihre Projekte durchführen. Die Bedrohung ist so real, dass die American Astronomical Society einen Bericht veröffentlicht hat, in dem es zu der Feststellung kommt, dass „nächtliche Bilder ohne den Vorbeiflug eines von der Sonne beleuchteten Satelliten nicht mehr die Norm sein werden.“[9]

Die Satellitenspuren von Starlink und das von ihnen reflektierte Sonnenlicht verursachen beispielsweise schon jetzt Störungen bei einigen Teleskopen. Sollte die Zahl der Geräte, die unseren Planeten umkreisen, dramatisch ansteigen, würde das Problem der Megakonstellationen weitreichende Auswirkungen auf die astronomische Forschung haben.

Eine düstere Ironie, wenn man bedenkt, dass gerade die Erkenntnisse, die die Entwicklung der Satellitentechnologie ermöglichten, ihre Grundlagen in der Astronomie haben.

Eine stratosphärische Katastrophe

Objekte, die in unserer Atmosphäre verbrennen, sind nichts Neues – Meteoroiden tun dies ständig – und nicht einmal die Entstehung von Megakonstellationen wird ihre Zahl übertreffen. Um es zu quantifizieren: Täglich treffen etwa 60 Tonnen Meteoritenmaterial unsere Atmosphäre, während bei der ersten Generation von Starlink (12.000 Satelliten) nur etwa 2,2 Tonnen toter Satelliten in die Erdatmosphäre zurückkehren würden[8]. Das Problem liegt jedoch in dem chemischen Unterschied zwischen einem Meteoriten und einem Satelliten: Ersterer besteht aus Sauerstoff, Magnesium und Silizium, während letzterer hauptsächlich aus Aluminium besteht, einem Metall, das nur 1 % eines Meteoriten ausmacht.

Und genau hier liegt das Problem: Wenn Aluminium verbrennt, entsteht Aluminiumoxid, was zu einer Veränderung der chemischen Zusammensetzung der oberen Atmosphäre führen kann. So neigt Aluminiumoxid beispielsweise dazu, Licht bei bestimmten Wellenlängen zu reflektieren. Wenn wir also erlauben, dass sich  Aluminiumoxid vermehrt in der Atmosphäre ansammelt, könnte es die Albedo des Planeten erhöhen (d. h. die Menge an Licht, die er reflektiert).

Chemikalien in die Atmosphäre zu pumpen ist nichts Neues. Wissenschaftler haben dies getan, um das größte Ozonloch der Geschichte am Nordpol zu schließen[10]. In größerem Maßstab wurde dies als mögliche Methode zur Bekämpfung der globalen Erwärmung vorgeschlagen[11]. Dies wird als Geoengineering bezeichnet und die lichtreflektierende Wirkung von Aluminiumoxid könnte die Ursache dafür sein – aber es gibt noch mehr. Aluminiumoxid ist auch ein Bestandteil von Festbrennstoffraketen und hat bereits den Abbau von Ozon und die Entstehung kleiner, temporärer Löcher in der stratosphärischen Ozonschicht nachgewiesen.

In Anbetracht der Zahlen, die wir zu Beginn dieses Artikels genannt haben, sind die Sorgen über die Mega-Satellitenkonstellationen und die Bedrohung, die sie für die Umwelt darstellen, alles andere als unberechtigt. Wenn das freiwillige Geo-Engineering des Planeten etwas ist, das die Wissenschaftler wegen seiner unbekannten Auswirkungen fürchten, so ist es ebenso alarmierend, wenn es als Folge unseres eigenen Verhaltens geschieht.

Ein Käfig, den wir uns selbst bauen

Wir sind die erste Generation, die in der Lage ist, die Träume unserer Spezies von den Sternen in die Tat umzusetzen, aber wir könnten auch die einzige und die letzte sein, die das schafft – zumindest für eine lange Zeit. Der Schuldige? Weltraummüll.

Der Begriff Weltraummüll bezieht sich auf die Abfälle aus der Masse der nicht mehr existierenden, künstlich geschaffenen Objekte im Weltraum, insbesondere in der Erdumlaufbahn. Dazu gehören alte Satelliten und verbrauchte Raketenstufen sowie die Fragmente, die bei deren Zerfall und Kollisionen entstehen[12]. Diese Objekte stammen aus den Tausenden von Starts, die seit Beginn des Raumfahrtzeitalters durchgeführt wurden. Sie sind jedoch meist das Ergebnis von Abbrüchen in der Umlaufbahn und einigen Kollisionen. Um es in Zahlen auszudrücken[12]: Das United States Space Surveillance Network unterhält und verfolgt etwa 22.300 dieser Objekte. Darüber hinaus gibt es Schätzungen zufolge 34.000 Objekte über 1 cm, 900.000 Objekte zwischen 9 und 10 cm und schockierende 128.000.000 (ja, das sind Millionen) Objekte zwischen 1 mm und 1 cm, die die Erde umkreisen.

Wenn man diese Daten liest, versteht man sehr schnell, warum dies ein Problem ist: Im Weltraum bewegt sich 1 mm Aluminium mit der Energie einer Bowlingkugel, die mit 100 km/h geworfen wird[13]. Jede Kollision zwischen Weltraummüll und bemannten Raumfahrzeugen oder Satelliten ist daher eine Katastrophe und das Risiko eines solchen Ereignisses steigt, je mehr Instrumente wir in den LEO bringen.

Die unvermeidliche Vermehrung des Weltraummülls, die Megakonstellationen mit sich bringen, könnte langfristig einen Dominoeffekt auslösen, der zum so genannten Kessler-Syndrom führen würde. Diese Theorie wurde 1978 von dem NASA-Wissenschaftler Donald J. Kessler aufgestellt und beschreibt ein Szenario, bei dem die Dichte von Objekten im LEO so hoch ist, dass Kollisionen zwischen Objekten eine Kaskade auslösen könnten. Jede Kollision erzeugt Weltraummüll, der die Wahrscheinlichkeit weiterer Kollisionen erhöht.

Der Weltraum ist riesig. Die Erdumlaufbahnen hingegen sind sehr begrenzt. Im schlimmsten Fall könnte das Kessler-Syndrom dazu führen, dass einige, wenn nicht sogar die meisten Umlaufbahnen so stark vermüllt werden, dass es unmöglich wird, neue Satelliten einzusetzen. Es wäre sogar nicht mehr möglich, Raumfahrzeuge in den Weltraum zu schicken: Wir hätten unseren eigenen Käfig geschaffen und uns selbst außerhalb des Universums eingesperrt.

Wenn man bedenkt, dass die Menge des Weltraummülls selbst dann noch zunehmen würde, wenn wir alle weltraumbezogenen Aktivitäten stoppen würden, ist es eine Untertreibung zu sagen, dass es dringend notwendig ist, dieses Problem zu lösen.

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Sicht auf den LEO von der ISS aus. Quelle: NASA (CCL)

Wie oben, so auch unten

Als Menschen waren wir uns nie der Folgen bewusst, die unser Verhalten auf unserem Planeten hat. Wir hätten nie gedacht, dass die Menge an Plastik, die wir in die Ozeane werfen, Auswirkungen auf das Ökosystem haben könnte. Ebenso weigern sich einige immer noch, die Tatsache zu akzeptieren, dass unsere Kohlenstoffemissionen das Klima stark beeinflussen.

Auf der Erde weint unser Planet Tränen schmelzenden Eises und bittet um Hilfe mit Schreien in Form von Waldbränden. Über dem Himmel türmen sich Müll und Trümmer und sollten wir die Fehler wiederholen, die wir auf der Oberfläche gemacht haben, könnten wir uns bald in unserem brennenden Haus eingesperrt finden, ohne uns ein neues suchen zu können.

In der Mitte sind wir – eine bemerkenswerte Spezies, die die Fähigkeit besitzt, sich anzupassen. Allein diese Fähigkeit hat uns einen langen Weg beschert und sie könnte wieder einmal unsere Rettung sein.

Obwohl die Situation kritisch ist, haben wir noch lange nicht alle Möglichkeiten verspielt. Die Zukunft liegt in unseren Händen und unser nächster Artikel wird sich mit den Instrumenten befassen, die wir nutzen und entwickeln können, um die Zukunft unseres vielversprechendsten Gutes zu retten: des Weltraums.

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Sources:

[1] IPCC Report – https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/ 

[2] A Dyson Sphere Could Bring Humans Back From the Dead, Researchers Say – https://www.popularmechanics.com/science/a35788050/dyson-sphere-digital-resurrection-immortality/ 

[3] IGI Global, Definition of “mega constellation” – https://www.igi-global.com/dictionary/mega-constellations/71927 

[4] Space.com, Starlink: SpaceX’s satellite internet project –  https://www.space.com/spacex-starlink-satellites.html 

[5] Forbes, Amazon Is Going To Add 3,000 More Satellites Into Earth’s Orbit – https://www.forbes.com/sites/jonathanocallaghan/2020/07/31/amazon-is-going-to-add-3000-more-satellites-into-earths-orbit–and-people-are-not-happy/?sh=72ea60fc7628  

[6] OneWeb surpasses 200 satellites with Soyuz launch – https://spaceflightnow.com/2021/05/28/oneweb-surpasses-200-satellite-mark-with-soyuz-launch/ 

[7] China’s Plans For A 13,000 Satellite Megaconstellation  – https://industryeurope.com/sectors/aerospace-defence/china-s-plans-for-a-13-000-satellite-megaconstellation/ 

[8] Satellite mega-constellations create risks in Low Earth Orbit, the atmosphere and on Earth  – https://www.nature.com/articles/s41598-021-89909-7#Sec1 

[9] American Astronomical Society 2020 report – https://aas.org/sites/default/files/2020-08/SATCON1-Report.pdf 

[10] North Pole’s largest-ever ozone hole finally closes –  https://www.space.com/arctic-ozone-hole-closes.html 

[11] Harvard Researchers Are Preparing to Geoengineer the Atmosphere – https://www.space.com/36431-harvard-researchers-geoengineer-earth-atmosphere.html 

[12] THE LEGAL STATUS OF SPACE DEBRIS  –https://www.spacelegalissues.com/the-legal-status-of-space-debris/ 

[13] WILL OUTER SPACE SOON BECOME INACCESSIBLE?  https://www.spacelegalissues.com/will-outer-space-soon-become-inaccessible/ 

 

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