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Was bringen Satelliten-Megakonstellationen im Orbit?

Ob Starlink, OneWeb oder Amazon: In Zukunft sollen tausende von Minisatelliten im Erdorbit kreisen und von dort aus flächendeckendes Breitband-Internet auf die Erde bringen. Doch diese Mega-Konstellationen wecken auch Kritik. Denn die unzähligen neuen Satelliten füllen die Erdumlaufbahn weiter auf und erhöhen das Risiko für Kollisionen. Astronomen befürchten zudem, dass ihre Sicht auf den Kosmos zunehmend gestört wird. Was aber ist dran an diesen Sorgen?

Zwei Stapel mit insgesamt 60 Starlink-Satelliten in einer Falcon‑9-Oberstufe
Zwei Stapel mit insgesamt 60 Starlink-Satelliten in einer Falcon‑9-Oberstufe.
Orbitale Mega-Konstellationen bestehen aus tausenden kleiner, einfacher Satelliten, die in einer festen Formation um die Erde kreisen. Von ihrer Position im niedrigen Erdorbit sollen diese Satelliten-Netzwerke Kommunikationsdaten übermitteln und ein flächendeckendes Satelliten-Internet ermöglichen. Mehrere Firmen haben bereits damit begonnen, entsprechende Minisatelliten zu produzieren und sie mit Trägerraketen ins All zu bringen.

Internet aus dem Orbit

Als erster am Start war das Unternehmen SpaceX, das bereits 2019 die ersten 60 Satelliten der Starlink-Konstellation in den Orbit brachte. Seither ist das Satellitennetz stetig weiter angewachsen. Bis 2027, so die Planung, sollen knapp 12.000 dieser untereinander vernetzten Kommunikationssatelliten die gesamte Erde in 550 Kilometern Höhe überziehen.

Ebenfalls schon 2019 begann die Firma OneWeb mit den ersten Komponenten ihres Netzwerks mit dem Ziel, zunächst eine Konstellation aus knapp 600 Minisatelliten im Orbit zu installieren. 2020 allerdings ging die Firma Pleite, jetzt hat ein Nachfolge-Unternehmen die Satellitenstarts übernommen. Der Online-Konzern Amazon will ebenfalls in den Orbit. Im "Project Kuiper" ist eine Konstellation aus Satelliten in drei verschiedenen Höhen geplant. Noch sind aber keine Starts erfolgt.

Starlink-Formation über dem Rathaus in Tübingen
Auch über Deutschland sichtbar: Starlink-Formation über dem Rathaus in Tübingen.

Helle Lichtpunkte am Nachthimmel

Schon die ersten Satellitenstarts sorgten für Aufsehen. Denn in den Tagen nach dem Orbittransport der ersten Starlink-Satelliten waren sie Band aus hellen Lichtpunkten am Himmel sichtbar. Ihre flachen, glänzenden Metalloberfläche reflektierten das Sonnenlicht und dies war wegen ihrer geringen Flughöhe deutlich zu erkennen. Entgegen den von SpaceX-Gründer Elon Musk im Vorfeld geäußerten Versicherungen überstrahlten die Lichtpunkte sogar helle Sterne.

Dies sorgte auch bei Astronomen für Besorgnis. Denn Satellitenschwärme wie Starlink könnten durch diese hellen Reflexionen künftig die Erforschung des Sternenhimmels empfindlich behindern. Schon jetzt sind einige Aufnahmen von Teleskopen unbrauchbar, weil Satelliten im falschen Moment durch das Bild geflogen sind. „Ich finde es löblich und eine eindrucksvolle Ingenieursleistung, auf diese Weise die Möglichkeiten des Internetzugangs zu erweitern“, sagte Megan Donahue, Präsidentin der American Astronomical Society (AAS). „Aber ich bin, wie viele Astronomen, besorgt über die Zukunft dieser hellen neuen Satelliten.“ Die Astronomen befürchten, dass bald schon mehr Satelliten als Sterne am Himmel zu sehen sein könnten.

Lichtverschmutzung aus dem All

Hinzu kommt, dass alle glänzenden Objekte im Orbit, egal on Satelliten oder Schrotteile, durch ihre Reflexion des Sonnenlichts ein diffuses Streulicht erzeugen, das auch die Nachtseite der Erde aufhellen kann. Allein die schon existierenden Satelliten und orbitalen Schrottteile hellen die Nacht im Schnitt um rund 16 bis 20 Mikrocandela pro Quadratmeter auf. „Diese Lichtmenge entspricht rund zehn Prozent der natürlichen Helligkeit der Nacht", erklärt John Barentine von der International Dark-Sky Association.

Das aber bedeutet, dass der Nachthimmel selbst fernab von irdischen Lichtquellen inzwischen heller ist als er sein dürfte. „Anders als die bodenbasierte Lichtverschmutzung ist dieses diffuse Licht von einem Großteil der Erdoberfläche sichtbar“, so Barentine. Wenn in naher Zukunft zusätzlich noch zehntausende Minisatelliten im erdnahen Orbit kreisen, werden sie den Nachthimmel entsprechend stärker aufhellen.

Allerdings gibt es bereits Bemühungen, die Lichtverschmutzung durch die Satelliten-Konstellationen zu verringern. So hat SpaceX seinen Satelliten schon eine  spezielle Beschichtung verpasst, die die Oberfläche weniger glänzend machen soll.

Image from Blanco 4-meter telescope at the Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO)
Leuchtspuren auf einer Aufnahme mit 333 Sekunden Belichtungszeit, entstanden am 4-Meter-Teleskop des Cerro Tololo Inter-American Observatory.

Kollisionsgefahr in der Umlaufbahn wächst

Doch es gibt eine weiteres Problem: Je mehr Mini-Satelliten in den niedrigen Erdorbit gebracht werden, desto voller wird diese ohnehin schon von vielen Satelliten und Weltraumschrottteilen bevölkerte Region. Das macht es noch schwieriger als ohnehin schon, Kollisionen zu verhindern. Schon jetzt laufen allein für jeden Satelliten der europäischen Weltraumagentur ESA im niedrigen Erdorbit pro Woche zwei Kollisionswarnmeldungen ein – insgesamt werden jede Woche hunderte solcher Mitteilungen von den Orbit-Überwachungssystemen generiert.

Wenn jetzt die Konstellationen von Starlink und Co dazu kommen, wird sich die Gefahr von Kollisionen weiter erhöhen. Eine ersten Fast-Zusammenstoß gab es am 2. September 2019, als die ESA mit ihrem Erdbeobachtungssatelliten Aeolus ein Ausweichmanöver fliegen musste, weil eine Kollision mit einem Starlink-Minisatelliten drohte. Eigentlich sollen die Starlink-Satelliten automatisch anderen Flugobjekten ausweichen, doch dies passierte in diesem Falle nicht. Daher mussten Triebwerke des Aeolus-Satelliten gezündet werden, um ihn aus dem Weg zu schieben. Seine Flugbahn wurde gerade noch rechtzeitig um 350 Meter angehoben und so die Kollision knapp verhindert.

Das Problem wird dadurch verschärft, dass es bisher keine klaren Verkehrsregeln im Orbit gibt. Wer wem ausweichen muss, ist nicht von vornherein klar – und das erschwert das schnelle Reagieren. „Jetzt müssen sich die Raumfahrer zusammensetzen, um eine automatisierte Manöverkoordination zu definieren“, sagt Holger Krag, Leiter des Programms für Weltraumsicherheit bei der ESA. Denn wenn in Zukunft tausende weitere Satelliten im ohnehin schon dicht bevölkerten niedrigen Erdorbit kreisen, wird die Kollisionsgefahr exponentiell steigen – und die Zeit für rechtzeitiges Reagieren und die Absprache mit dem Gegenüber immer knapper.

Noch mehr Schrott im Orbit

Aber selbst wenn die Regeln klar sind, kann es immer passieren, dass ein Mini-Satellit nicht richtig funktioniert und zu einem weiteren Weltraum-Schrottteil wird. Die Flugbahn solcher "toter" Satelliten ist nicht mehr zu kontrollieren und oft unberechenbar. Das macht sie zu einem noch größeren Kollisionsrisiko. Schätzungen zufolge könnte die Ausfallrate bei den Mega-Konstellationen bei fünf bis sechs Prozent liegen. Einige Experten gehen sogar noch von höheren Ausfallraten und damit noch größeren Kollisionsrisiken aus.

So positiv sich die Satelliten-Netze demnach für die irdische Telekommunikation auswirken könnten, so riskant sind sie für die Raumfahrt. Ob die Probleme der Kollisionen und Lichtverschmutzung in naher Zukunft gelöst werden können, bleibt abzuwarten.

NPO, 18.10.2021
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