Feel the Burn – Satellitendesign zum Entwirren

Die Clean Space Initiative der European Space Agency (ESA) hat einen simulierten Wiedereintrittstest in einem Plasmawindkanal auf dem Gelände des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt DLR in Köln durchgeführt. Bildnachweis: ESA

Es mag kontraintuitiv sein, aber ein besseres Satellitendesign ist eine der Schlüsselstrategien zur Bekämpfung von Weltraummüll. Entwickelt von ESAs sauberer raum Initiative heißt der Ansatz „Design for Demise“ und beinhaltet, dass verfallene Satelliten beim Wiedereintritt in die Atmosphäre zerfallen und vollständig verglühen.

Geräte für den Wiedereintritt in den Weltraum müssen vollständig ausbrennen, wenn sie in die Atmosphäre sinken, um sicher zu sein. In der Praxis können einige Teile den Boden berühren – einige sind groß genug, um ernsthafte Schäden zu verursachen.

1997 zum Beispiel wurden die Texaner Steve und Verona Gutowski vom Aufprall eines scheinbar „toten Nashorns“ nur 50 Meter von ihrer Farm entfernt geweckt. Es stellte sich heraus, dass es sich um einen 250 kg schweren Treibstofftank aus der Raketenstufe handelte.

Der Hauptkraftstofftank der zweiten Stufe einer Delta-2-Rakete fiel am 22. Januar 1997 in der Nähe von Georgetown, Texas, USA. Dieser ca. 250 kg schwere Tank ist hauptsächlich ein Edelstahlrumpf und hat den Wiedereintritt relativ unversehrt überstanden. Kredit: NASA

Moderne Weltraummüll-Vorschriften verlangen, dass solche Vorfälle nicht auftreten. Die Wahrscheinlichkeit eines unbeaufsichtigten Wiedereintritts muss weniger als 1 zu 10.000 betragen, um jemanden auf der Erde zu infizieren.

Als Teil einer größeren Anstrengung namens ReinigerDie Europäische Weltraumorganisation entwickelt Technologien und Techniken, um sicherzustellen, dass zukünftige Satelliten mit niedriger Umlaufbahn nach dem „D4D“-Konzept – Design for Demise – konstruiert werden.

Einige der schwereren Satellitenkomponenten überleben eher den Wiedereintrittsprozess. Dazu gehören Magnetflugzeuge, die Magnete verwenden, um ein Raumfahrzeug gegen das Erdmagnetfeld zu drehen, optische Instrumente, Treibstoffe, Drucktanks, Antriebsmechanismen, die Solarzellen und Reaktionsräder antreiben – rotierende Gyroskope, die verwendet werden, um die Ausrichtung eines Satelliten zu ändern.

Geben Sie den Satelliten erneut ein. Bildnachweis: ESA/Sacha Berna

Einer der D4D-Questgegenstände beinhaltet das Auflösen so riesiger Gegenstände im Inneren Plasma Windkanäle sind in der Lage, die dabei auftretenden pyrotechnischen Zustände nachzubilden. Eine andere besteht darin, Wege zu planen, um die frühzeitige Auflösung von wieder eingedrungenem Schutt sicherzustellen.

Beim Wiedereintritt knacken in der Regel extreme Wärmeströme und mechanische Belastungen einen Satelliten in einer Höhe von ca. 75 km. Erst nach diesem Anstieg werden auch die meisten Innengeräte, die dem Wärmestrom ausgesetzt sind, „abnutzen“.

Trennen Sie sich beim Wiedereintritt. Bildnachweis: ESA/Sacha Berna

Die Konstruktion einer höheren Zerfallshöhe bedeutet jedoch, dass die Innengeräte länger dem Wärmefluss ausgesetzt sind, was ihre Gesamtzersetzungsfähigkeit erheblich verbessert. Mögliche Wege, dies zu gewährleisten, sind löslichere Verbindungen, die die Satellitenplatten zusammenhalten, oder die Verwendung von „Formgedächtnislegierungen“, die ihre Form mit der Temperatur ändern.

Clean Space verwendet auch die Software DRAMA (Debris Risk Assessment and Mitigation Analysis), um die Konformität eines bestimmten Satellitendesigns mit den Standards zur Minderung von Weltraummüll zu berechnen und sicherzustellen, dass die neuesten Forschungsergebnisse berücksichtigt werden, mit dem Ziel, das Infektionsrisiko immer zu reduzieren unter diesem kritischen Wert von 1 von 10.000.