Satelliten – Außenposten unserer Welt

Ob Telefon, Radio, Fernsehen oder eine stabile Internetverbindung – das alles gehört mittlerweile zu unserem täglichen Leben dazu. Oft nehmen wir diese Dienste als selbstverständlich wahr und machen uns nur selten bewusst, wer oder was es uns in der uns bekannten Form ermöglicht: Satelliten. 

Nachdem 1957 der erste Satellit „Sputnik 1” ins All geschossen wurde, stieg die Anzahl der noch funktionsfähigen Satelliten in der Erdumlaufbahn in den vergangenen Jahren kontinuierlich auf bis zu etwa 2800 Satelliten (Stand Juli 2020) an. Einen kleinen Teil davon machen sogenannte „geostationäre Satelliten” aus. Diese umkreisen die Erde auf einer Höhe von etwa 36.000 Kilometern über der Erdoberfläche in der Äquatorebene. Von der Erde aus betrachtet befinden sich die Satelliten somit immer an derselben Stelle, was ihre jeweilige Funktion enorm erleichtert. „Wären gewisse Satelliten nicht geostationär, so müsste man beispielsweise seine Fernsehantenne ständig neu ausrichten bzw. zwischen verschiedenen Satelliten hin und her wechseln”, sagt Prof. Dr. Reinhold Bertrand vom Institut für Flugsysteme und Regelungstechnik an der TU Darmstadt. 

Neben einer stabilen Fernsehverbindung machen Satelliten viele weitere Dienste möglich. Dazu gehören insbesondere Telefon- und Radioempfang, Internetverbindung, Navigation und Standortbestimmung auf dem Handy, Wettervorhersagen bis hin zu Live-Übertragungen von großen Ereignissen, wie der Fußballweltmeisterschaft, auf der ganzen Welt. Satelliten sind somit elementarer Bestandteil unseres täglichen Lebens und unverzichtbar für Mensch und Gesellschaft. „Erst beim Ausfall von beispielsweise Fernsehen und Telefon würden wir bemerken, wie wichtig Satelliten für unser alltägliches Leben sind”, so Bertrand. Doch neben den alltagsrelevanten Funktionen sind Satelliten auch elementar für die Forschung. Langzeitbeobachtungen der Erde – zum Beispiel zu Klimaveränderungen – wären sonst gar nicht möglich. So erhoffen sich Wissenschaftler*innen, Raumfahrtorganisationen und private Akteure durch immer neue Satelliten-Missionen wesentliche Erkenntnisse für die Erforschung der Erde sowie die Erforschung des Weltraums gleichermaßen.

Doch der Platz für die Satelliten im geostationären Orbit ist begrenzt. „Über den Hotspots wie Nordamerika und Europa kann man bereits eine relativ hohe Dichte der geostationären Satelliten erkennen. Viele Slots sind dort sogar mehrfach belegt”, sagt Bertrand. Daher steht immer wieder die Frage nach einer gerechten Verteilung der Plätze im geostationären Orbit zwischen Entwicklungsländern und Industrienationen im Raum. Um ein Minimum an Verteilungsgerechtigkeit herzustellen, wurde beschlossen, dass jedem Staat zumindest eine Position im geostationären Orbit zusteht – unabhängig von ihrem jeweiligen Grad der Weltraumaktivität und ihrer wirtschaftlichen Entwicklung. 

Aktuell sorgt vor allem ein Satelliten-Projekt für viel Aufmerksamkeit: Das geplante Satellitennetzwerk „Starlink” von SpaceX. Bis spätestens 2030 soll das Projekt durch eine Kommunikation und Informationsübertragung in Lichtgeschwindigkeit für weltweiten und schnelleren Internetzugang sorgen. Dafür plant das Unternehmen in den kommenden Jahren 12.000 – 42.000 Satelliten im All  – Insgesamt 900 Satelliten sind dort bereits jetzt positioniert (Stand November 2020). Im Gegensatz zu geostationären Satelliten sollen diese allerdings in einer deutlich geringeren Höhe von nur 340 – 1300 Kilometern über der Erdoberfläche platziert werden. So wird es in Zukunft wenig bis keine Verzögerungen bei der Datenübertragung geben, was insgesamt für eine deutlich schnellere Internetverbindung sorgen wird. Doch das Projekt sorgt auch für Kritik. 

Dies vor allem aufgrund der hohen Anzahl an Satelliten, die sich zusätzlich im Weltraum befinden und die geringe Höhe über der Erdoberfläche. Eine „Vermüllung des Nachthimmels” wird gar befürchtet. „Je tiefer die Satelliten, desto häufiger können unerwünscht Starlink-Satelliten bei großflächigen astronomischen Beobachtung mit im Bild auftauchen”, so Dr. Holger Krag, Leiter des ESA-Programms für Weltraumsicherheit bei der ESA und Dozent am Institut für Flugsysteme und Regelungstechnik an der TU Darmstadt. Auch ein erhöhtes Risiko von Kollisionen der Satelliten mit Weltraumschrotteilchen wird kritisiert. Zwar sind die Satelliten mit einem Anti-Kollisions-System ausgestattet, jedoch ist das noch lückenhaft. Auch Krag äußert Bedenken: „Etwa zwei Drittel aller Raumfahrt findet auf dieser Höhe zwischen 400 – 500 Kilometern statt. Die Internationale Raumstation ISS und viele ESA Satelliten befinden sich dort, wodurch die Absprache und Koordination der Satelliten komplexer werden. Außerdem werden dann Kollisionen wahrscheinlicher und die Masse an Weltraumschrott nimmt weiter zu.” 

Nicht nur durch Starlink, sondern insgesamt stellt die hohe Dichte an Satelliten ein Problem dar, wenn diese kollidieren oder nicht mehr funktionstüchtig sind. Trotz der hohen Anzahl im geostationären Orbit gab es bisher noch keine Kollisionen unter Satelliten. Dennoch sorgen vor allem alte und nicht mehr funktionstüchtige Satelliten für Probleme: „Nach Abstellung eines Satelliten bleibt dieser nicht in seiner Position, sondern driftet ab und würde damit andere, noch funktionsfähige, Satelliten stören. Daher werden geostationäre Satelliten etwa 200 Kilometer über ihrer eigentlichen Umlaufbahn, auf sogenannte Friedhofsbahnen, von der Erde weg geleitet”, so Krag. 

Schätzungsweise 20.000 Objekte an sogenanntem „Weltraumschrott” mit einer Größe von mehr als zehn Zentimetern und einer Gesamtmasse von etwa 8500 Tonnen befinden sich im Satellitenorbit. Durch Kollisionen dieser Teilchen untereinander wird die Anzahl der kleinere Bruchstücke im All gar in Zukunft weiter steigen. „Das kann bis zu einem exponentiellen Wachstum führen und aufgrund der hohen Verschmutzung gewisse Bereiche des Weltraums für die Raumfahrt sogar vollständig unbrauchbar machen”, sagt Prof. Dr. Thomas Schildknecht, Vizedirektor des Astronomischen Institutes an der Universität Bern. Damit der Weltraumschrott nicht zur Gefahr weiterer Missionen wird, hat die European Space Agency (ESA) gemeinsam mit der Schweizer Firma ClearSpace SA geplant, im Rahmen des Projekts „ClearSpace-1” erstmals 2025 Weltraumschrott einzusammeln. 

Gleichzeitig setzt die Raumfahrt auf moderne Techniken, um in Zukunft die Entstehung von weiterem Weltraumschrott vorzubeugen. So soll in Zukunft der Kollision von Satelliten durch eine präzisere Steuerung, eine frühzeitige Erkennung von Kollissionskursen und eine rechtzeitige Routenänderungen vorgebeugt werden. Und ausgediente Satelliten sollen, so der Experte, am Ende der Mission aus dem erdnahen Weltraum entfernt werden, zum Beispiel, indem man sie in der Erdatmosphäre verglühen lässt.  

„Das Wichtigste ist aber, in Zukunft vor allem weiteren Weltraummüll zu vermeiden”, sagt Schildknecht. Denn eine Patentlösung für die Weltraumschrottproblematik habe die Raumfahrt bisher noch nicht.