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Wie die größte Kanone der Welt dazu beigetragen hat, ein langjähriges Weltraumrätsel zu lösen
Große Metallfragmente könnten andere Satelliten oder Raumfahrzeuge im Orbit zerstören und die Angst vor einer außer Kontrolle geratenen Kettenreaktion, dem so genannten Kessler-Syndrom, wecken Agnes López
An einem schwülheißen Tag im August trugen Rafael Carrasquilla und ein Dutzend andere Studenten in einem fensterlosen Büro in einem Einkaufszentrum in Nord-Zentral-Florida OP-Handschuhe, während sie mit einer Pinzette durch Staubhaufen stocherten. Sie suchten nach winzigen Kohlefasersplittern, die nur Millimeter lang und mit bloßem Auge fast unsichtbar sind. Es gab keine Ventilatoren, kein Niesen oder plötzliche Bewegungen am Labortisch.
Wenn sie einen fanden, protokollierten sie sein Aussehen in einer Datenbank, verpackten ihn, markierten ihn und platzierten ihn unter Zehntausenden anderen, die sorgfältig in Reihen von Plastikbehältern organisiert waren.
Fenster und Türen sind abgedeckt, um natürliches Licht auszuschließen, wodurch die Fragmentfotografie konsistent bleibt | Das Einkaufszentrum in Gainesville, Florida, beherbergt die DebriSat-Charakterisierungsbemühungen
Jahrelang legten Arbeiter, die nach solchen Fragmenten suchten, jedes einzelne vorsichtig auf eine Mikrowaage, die durch eine dicke Granitarbeitsplatte vom Rumpeln vorbeifahrender Lastwagen isoliert war. Das durchschnittliche Gewicht betrug etwa 0,5 Mikrogramm – etwa ein Hundertstel einer menschlichen Wimper. Diese Fragmente sind so unbedeutend, dass selbst geringfügige Temperaturänderungen die Ergebnisse verfälschen könnten. Daher lernten die Arbeiter, nach dem Betreten des Raums einige Minuten zu warten, bevor sie mit ihrer Aufgabe fortfahren, um dem klimatisierten Klima eine Chance zu geben, sich zu stabilisieren. Es gibt Bediener, die mit der Mikrowaage den Atem anhalten, damit sie keine schlechten Messwerte verursachen, sagt Carrasquilla. Schließlich gingen sie davon aus, diese kleinsten Fragmente zu wiegen, nachdem sie genug von ihnen katalogisiert hatten, um ihre Bedeutung zu verstehen. Jetzt zählen sie akribisch alle, wiegen aber nur die größeren.
Carrasquilla leitet die Bemühungen zur Charakterisierung von Fragmenten für die University of Florida, die Teil eines von der NASA geleiteten Experiments namens DebriSat, das 2011 begann . DebriSat wurde geschaffen, um eine Frage zu beantworten: Was passiert, wenn ein Stück orbitaler Trümmer mit Tausenden von Meilen pro Stunde auf einen Satelliten prallt? Kommt es im Orbit zu einer solchen Kollision, ist das entstehende Chaos nicht mehr zu überblicken. Die einzige Möglichkeit, diese Frage zuverlässig zu beantworten, besteht darin, einen katastrophalen Einschlag in einem Labor hier unten auf der Erde zu verursachen, wo die Bedingungen sorgfältig kontrolliert und die Ergebnisse akribisch katalogisiert werden können.
Trümmer im Orbit gibt es in vielen Formen und Größen, von Fragmenten, die denen ähneln, die Carrasquillas Gruppe analysierte, bis hin zu Raketenantriebsraketen in Originalgröße, die im Weltraum zurückgelassen wurden. Im Orbit können sogar winzige Fragmente Satelliten beschädigen oder Raumanzüge durchdringen. Die kinetische Energie nimmt mit dem Quadrat der Geschwindigkeit eines Objekts zu – und Einschläge im Orbit erfolgen typischerweise mit über 20.000 Meilen pro Stunde, sodass selbst winzige Kohlefasernadeln Schaden anrichten können. Das größte Missionsbeendigungsrisiko für einsatzbereite Raumfahrzeuge geht von kleinen, millimetergroßen Trümmern aus der Umlaufbahn aus, nicht von großen, fetten Objekten, sagt Jer Chyi JC Liou, Chefwissenschaftler der NASA für Trümmer aus der Umlaufbahn am Johnson Space Center in Texas.
Sobald jedes Fragment gewogen, gemessen, beschrieben und fotografiert wurde, wird es eingetütet und abgelegt Agnes Lopez
Aber Lious Computermodelle hatten einen blinden Fleck, wenn es um Trümmer ging. Die Simulationen stimmten nicht mit Beweisen überein, die vom Space Shuttle aus dem Orbit zurückgebracht wurden, oder mit dem, was die NASA bei echten Kollisionen sah.
Im Januar 2007 zerstörte China vorsätzlich einen seiner eigenen Fengyun-Wettersatelliten mit einer Anti-Satelliten-Rakete. Dann, im Februar 2009, kollidierte hoch über Sibirien versehentlich ein nicht mehr funktionierender russischer Kosmos-Militärsatellit mit einem Iridium-Kommunikationssatelliten. Die beiden Ereignisse erzeugten riesige Fragmentwolken, die Satelliten und die Internationale Raumstation dazu zwangen, Kollisionsvermeidungsmanöver durchzuführen.
Fragmente von Kosmos stimmten mit unseren Vorhersagen überein, aber die Trennungen von Iridium und Chinese sahen deutlich anders aus als unsere Modelle, sagt Liou. Die Anzahl der Fragmente war viel höher als wir vorhergesagt hatten.
Einige der Trümmerfragmente von Satelliten, die vom Team der University of Florida, Agnes Lopez, extrahiert wurden
Wenn die Software der NASA die Folgen von Bahnunterbrechungen und -kollisionen unterschätzt, könnte dies das Raumschiff der Agentur – und alle Astronauten an Bord – in echte Gefahr bringen.
Die NASA hat das DebriSat-Programm ins Leben gerufen, um dieser Diskrepanz auf den Grund zu gehen, und Norman Fitz-Coy, den Leiter der Space Systems Research Group der University of Florida, gebeten, einen Modellsatelliten, auch DebriSat genannt, zu entwerfen. Am 15. April 2014 schoss er mit der größten Waffe der Welt darauf. Range G, wie die Waffe genannt wird, ist in einem Tunnel unter einem Wald auf der Arnold Air Force Base in Tennessee vergraben. Es wurde 1963 gebaut und bei Waffentests tausendfach beschossen. Sein Lauf wurde 2004 auf 192 Fuß (58,5 Meter) verlängert.
Das Fass ähnelt einer harmlosen Pfeife: Es sieht weniger bemerkenswert aus, als es ist. Die Waffe hat zwei Stufen. Die erste Stufe verwendet mehrere hundert Pfund herkömmliches Schießpulver. Nachdem es elektronisch gezündet wurde, explodiert das Schießpulver und beschleunigt einen Kolben im Inneren des Rohrs. Die Vorderseite des Kolbens bildet eine Dichtung mit den Wänden des Rohrs: Wenn es auf fast 2.000 Meilen pro Stunde beschleunigt, komprimiert es Wasserstoffgas vor sich.
Schließlich zerreißt das hochkomprimierte Gas eine Haltescheibe (konstruktionsbedingt). Dadurch wird die aufgestaute Energie des Gases freigesetzt, um ein Projektil mit über 15.000 Meilen pro Stunde ins Ziel zu schießen. Das Projektil im DebriSat-Test war ein speziell konstruierter hohler Aluminiumzylinder, der mit Nylon verschlossen war und etwa die Größe einer Getränkedose hatte. Als es den Satelliten traf, erzeugte die Kollision eine schnell aufblühende Feuerkugel, die eine Wolke aus winzigen Fragmenten in die umliegenden Schaumstoffblöcke schleuderte, wo sie sanft eingefangen wurden. Fitz-Coy erinnert sich, dass er im Moment des Aufpralls den fernen Kontrollraum geschüttelt hatte.
Die Schaumstoffblöcke wurden dann sorgfältig verpackt und zum Einkaufszentrum in Gainesville geschickt, wo sich das Team von Fitz-Coy niedergelassen hatte. Ihre Aufgabe war es, jedes Fragment des Satelliten, das größer als zwei Millimeter war, aus den Blöcken zu extrahieren. Fitz-Coy erwartete, innerhalb eines Jahres rund 85.000 Metall-, Kunststoff- und Glasstücke zu sammeln und zu analysieren und darüber Bericht zu erstatten.
Fünf Jahre und 195.000 Extraktionen später müssen noch schätzungsweise 100.000 Fragmente gesammelt werden. Einige Fragmente sind klein und andere groß, aber die schiere Anzahl legt nahe, dass jede Kollision, Explosion und jedes Aufbrechen im Orbit weitaus mehr Trümmer erzeugt, als irgendjemand zuvor angenommen hatte.
Vor DebriSat dachte die NASA, dass es über 100 Millionen millimetergroße Trümmerobjekte gibt, die die Erde umkreisen, alle praktisch nicht nachweisbar, aber jedes davon könnte einen Satelliten zerstören oder einen Raumanzug durchbohren. Die Ergebnisse von DebriSat legen zusammen mit anderen NASA-Forschungsergebnissen nahe, dass diese Schätzung die kleinsten Fragmente im Weltraum drastisch unterschätzt – und das übergroße Risiko, das sie darstellen.
Während sich die Menschheit darauf vorbereitet, in den kommenden Jahren Tausende weitere Satelliten und Dutzende neuer bemannter Missionen zu starten, müssen wir uns der Tatsache stellen, dass der Mikroschutt, den wir dort oben nicht sehen können, wohl noch gefährlicher ist als der Weltraumschrott, den wir sehen können.
1978 veröffentlichten die NASA-Wissenschaftler Donald Kessler und Burton Cour-Palais eine Warnung, dass eine Kaskade von Satellitenkollisionen einen künstlichen Asteroidengürtel aus Trümmern um die Erde schaffen könnte, der zukünftige Starts behindern würde, ein Phänomen, das als Kessler-Syndrom bezeichnet wurde.
Die NASA schätzt, dass es seit 1961 über 250 bedeutende Ereignisse im Orbit gab, die Trümmer verursachten, hauptsächlich durch das explosive Aufbrechen von Raumfahrzeugen und Raketenkörpern. Trümmer der Iridium-Kosmos-Kollision und des chinesischen Antisatellitentests vor über einem Jahrzehnt machen immer noch etwa ein Drittel aller im Orbit katalogisierten Objekte aus.
Aber warum haben die Modelle der NASA die Anzahl der Kosmos-Fragmente richtig und die anderen so falsch berechnet?
Ein offensichtlicher Unterschied war, dass der russische Kosmos erheblich älter war als die anderen Raumschiffe. Liou vermutete, dass die Satelliten Iridium und Chinese Fengyun unerwartet viele Fragmente produzierten, weil sie Kohlefaserverbundwerkstoffe und mehrschichtige Wärmedämmung verwendeten. Fragmente dieser leichten modernen Materialien könnten schneller in die Atmosphäre zerfallen als Metalle (Fragmente vergleichbarer Größe haben weniger Trägheit und sind daher anfälliger für atmosphärischen Luftwiderstand), aber es schien, dass es viel, viel mehr davon gab.
Das bestehende Modell der NASA basierte auf einem Test von 1992, bei dem ein Satellit aus den 1960er Jahren namens Transit von derselben riesigen Kanone in Tennessee gesprengt wurde. Aber Transit war alt, wie der Kosmos, mit mehr Metall und weniger Plastik als die heutigen Satelliten. Die Version der Waffe von 1992 war auch weniger stark als die von 2014, und die Analyse der resultierenden Fragmente erfolgte auf willkürliche Weise. Obwohl zuvor und seitdem andere Hypervelocity-Tests durchgeführt wurden, war der Transit-Test das einzige Mal, dass ein flugbereiter Satellit auf der Erde gesprengt wurde. Die besten Orbitalkollisionsmodelle von heute basieren immer noch weitgehend auf alternden, unvollständigen Daten.
Die Risiken, sich auf ungenaue Modelle zu verlassen, wurden 2014 deutlich, als die National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) ihrem neuesten Wettersatelliten den letzten Schliff gab. Das Joint Polar Satellite System, oder JPSS-1, ist einer der ersten Satelliten in einem 40-jährigen 19-Milliarden-Dollar-Projekt, um Unmengen von Daten über Wolken, Oberflächentemperaturen, atmosphärische Gase und Waldbrände zu sammeln, um die Aktualität und Genauigkeit von Vorhersagen zu verbessern im Vorfeld von Unwetterereignissen. Es würde auch Vulkanausbrüche verfolgen, Waldbrände erkennen und die ersten Anzeichen einer Dürre erkennen.
Die NOAA wollte natürlich sicherstellen, dass JPSS-1, das selbst rund 2 Milliarden Dollar gekostet hat, seine gesamte Lebensdauer von sieben Jahren überlebt. Wie bei großen, teuren Satelliten üblich, führten seine Erbauer eine Risikobewertung mit Computermodellen von drei verschiedenen Agenturen durch – der NASA, der Europäischen Weltraumorganisation und einer unabhängigen Forschungsorganisation. Alle waren sich mehr oder weniger einig über die Bedrohung, die von Mikrometeoroiden und orbitalen Trümmern größer als drei Millimeter ausgeht.
Aber dann veröffentlichte Lious Team eine neue Version des technischen Modells der NASA für orbitale Trümmer. Die NOAA-Wissenschaftler ließen die Zahlen erneut laufen, erwarteten nur geringfügige Änderungen und erlebten eine böse Überraschung. Die neueste Software war weitaus pessimistischer als die Vorgängermodelle und sagte voraus, dass JPSS-1 bis zu 160-mal mehr Schaden durch Fragmente von einem Millimeter oder kleiner erleiden könnte. Während die vorherige Version dem Treibstofftank des JPSS-1 eine Chance von 1 % gegeben hat, einen missionsbeendenden Aufprall zu erleiden, bestand jetzt ein inakzeptables Risiko von 26 % für eine Katastrophe.
Das Risiko war sprunghaft gestiegen, weil die neue Software jetzt Daten von dem einzigen NASA-Instrument enthielt, das tatsächlich, wenn auch unfreiwillig, Mikrometeoroiden und Trümmer aus der Umlaufbahn in der niedrigen Erdumlaufbahn abgetastet hatte. Das Space Shuttle lief fast 30 Jahre lang durch den Spießrutenlauf aus orbitalen Trümmern und sammelte während seiner Zeit in der Luft alle Arten von Spänen, Beulen und kleinen Löchern von Hypervelocity-Einschlägen. Von 1992 bis zur Stilllegung des Shuttles im Jahr 2011 wurden seine Fenster und Kühler detailliert auf Schäden durch orbitale Trümmer untersucht. Die große Überraschung war, dass die Forscher allein auf diesen Oberflächen über 2.600 Einschlagskrater fanden, was über 10-mal mehr Fragmenten im Millimeterbereich entspricht als erwartet.
Die In-situ-Aufpralldaten der Shuttles sind immer noch die besten, die die NASA hat. (Das unbemannte Raumflugzeug X37B der US Air Force sammelte wahrscheinlich ähnliche Daten während seiner geheimen mehrjährigen Missionen, die geheim bleiben.) Aber die Quelle der kleinen Trümmer war ein Rätsel. Etwas erzeugte riesige Mengen davon im niedrigen Erdorbit, und niemand wusste, was es war oder wie es geschah.
Der DebriSat-Test der NASA, der versprach, einige der Geheimnisse rund um Trennungen und Kollisionen aufzudecken, schien plötzlich sogar noch wichtiger zu sein. Aber zuerst müsste Fitz-Coy mit einem winzigen Bruchteil des NOAA-Budgets einen so realistischen Satelliten wie den JPSS-1 entwerfen und bauen.
Wir haben im Grunde den gleichen Prozess durchlaufen wie beim Bau eines echten Satelliten, sagt er. Wir hatten die gesamte Hardware, die Verkabelung, die Elektronik und die Optik an Bord – alles außer der Software.
Einige der billigeren Komponenten, wie eine Trägheitsmesseinheit und ein Reaktionsrad, wurden von Herstellern gespendet. Für teurere Hardware, wie Präzisions-Sterntracker, lieh sich das Team von Fitz-Coy ein Muster aus und baute eine möglichst genaue Kopie. Nichts muss tatsächlich funktionieren; es mussten nur die richtigen Materialien an den richtigen Stellen sein.
Fitz-Coy wusste, dass DebriSat mit dem begrenzten Budget der NASA für teure Trümmertests das letzte Aufbruchexperiment für weitere 20 oder 30 Jahre sein könnte. Also versuchte er vorauszusehen, wie Satelliten in Zukunft gebaut werden würden. Zum Beispiel haben wir uns für eine Lithium-Polymer-Batterie entschieden und nicht für eine typische Nickel-Cadmium-Batterie, sagt er. Der Satellit würde auch die mehrschichtige Isolierung, entfaltbare Sonnenkollektoren und Kohlefaser-Strukturelemente aufweisen, die auf praktisch allen neuen Satelliten zu finden sind, die größer als CubeSats sind.
Die NASA kehrte für das Experiment zum Bereich G zurück und bedeckte fast jeden Quadratzentimeter der Explosionskammer mit Schichten aus farbcodierten Schaumstoffplatten, deren Dichte zunahm, um immer energiereichere Fragmente einzufangen. Vorher-Nachher-Fotos des Experiments zeigen, dass die Hyperschallexplosion die ordentliche Testkammer bei Arnold in ein chaotisches Durcheinander aus zerbrochenem Schaum und herabhängenden Kabeln verwandelt hatte. Fitz-Coys Satellit schien einfach verschwunden zu sein.
Als die ersten Schaumstoffplatten in Gainesville ankamen, waren einige weitgehend intakt, während andere in Stücke zersplittert waren. Sie wurden geröntgt und die resultierenden Bilder wurden rechnerisch zusammengefügt, durch einen Objekterkennungsalgorithmus geführt und zurück auf die physische Platte projiziert. Überall dort, wo der Vorsprung anzeigte, dass Fragmente lauerten, steckten die Schüler Stifte in den Schaumstoff. Die Röntgenstrahlen konnten identifizieren, wo sich Fragmente befanden, aber sonst wenig über sie.
Jede von der DebriSat-Explosion verkohlte Schaumstoffplatte hat einen eindeutigen Code, der beschreibt, woher sie in der Explosionskammer kam. Agnes López
Dann kam die Pinzette heraus. Es ist genau dieselbe manuelle Aufgabe, die ein Archäologe bei einer Ausgrabung ausführt, sagt Fitz-Coy. Sie gehen hinein und graben vorsichtig um Dinge herum, damit sie das Artefakt nicht beschädigen.
Langsam tauchten winzige Formen aus dem geschwärzten, brüchigen Material auf. Die meisten waren winzige Nadeln aus Kohlefaser oder unauffällige Metallflocken. Gelegentlich tauchte eine erkennbare Schraube oder ein Bruchstück einer Platine auf. Welche Form sie auch immer annahmen, ein Arbeiter schrieb die Koordinaten der Schaumstoffplatten des Fragments auf eine Plastiktüte und senkte sie vorsichtig hinein.
Der nächste Schritt war die Charakterisierung des Fragments. Mithilfe eines Mikroskops passten die Schüler es einem von 15 bekannten Materialien, sechs Formen und 13 Farben an (Komponenten wurden in verschiedenen Farbtönen eloxiert, um die Herkunft jedes Fragments einzugrenzen).
Anschließend wurden die Stücke gewogen und fotografiert. Während flache Fragmente ein normales Digitalfoto erhielten, wurden größere Stücke in ein 3D-Imaging-Rig gelegt, das sechs Kompaktkameras, einen Green-Screen-Plattenspieler und einen dedizierten Computer verwendet.
Material, Form und Dichte sind wichtige Informationen, um besser zu verstehen, was passiert, wenn ein Raumschiff von Trümmern im Orbit getroffen wird, sagt Liou. Stellen Sie sich ein kleines Trümmerstück vor, das mit 10 Kilometern pro Sekunde [über 22.000 Meilen pro Stunde] auf den Treibstofftank Ihrer Rakete trifft. Sie werden seine Masse wissen wollen und ob es sich um Edelstahl oder ein Stück Plastik handelt.
Das Sammeln all dieser Informationen braucht Zeit: etwa drei Minuten, um ein Fragment visuell zu inspizieren, vier, um es zu wiegen, fünf, um ein 2D-Foto aufzunehmen, und bis zu einer halben Stunde, um jedes 3D-Bild aufzunehmen, zu verarbeiten und hochzuladen. Schließlich müssen die Daten für jedes Fragment manuell auf Richtigkeit überprüft werden, was im Durchschnitt weitere 15 Minuten dauert. Fitz-Coy betont, dass DebriSat sowohl ein Big-Data- als auch ein Engineering-Projekt ist – die Server des Projekts speichern derzeit über 40 Terabyte an Daten.
Jede Schaumstoffplatte wird geröntgt, um darin eingeschlossene Fragmente zu lokalisieren. Das DebriSat-Team schätzt, dass noch über 100.000 Fragmente gesammelt werden müssen. Agnes López
Bis vor kurzem bewerteten Studenten der University of Florida jedes Fragment, während es geborgen wurde. Dabei wurden vor allem winzige Kohlefaserfragmente vermessen, die fast zwei Drittel aller bisher verarbeiteten 67.000 Fragmente ausmachen.
Nachdem die Größe der Aufgabe offensichtlich geworden war, änderten sich schließlich die Prioritäten des Projekts. Ursprünglich hatte die NASA um eine Beschreibung jedes einzelnen Fragments gebeten, das größer als zwei Millimeter ist. Aber in diesem Sommer beschloss das DebriSat-Team, sich auf Fragmente zu konzentrieren, die 10 Zentimeter oder größer sind. Kleinere Fragmente würden gezählt, aber nicht analysiert. Statistisch gesehen haben wir auf den Kohlefasernadeln alles, was wir brauchen, sagt Fitz-Coy.
Dadurch kann sein Team sein Ziel, 90 % der Masse des Zielsatelliten zu charakterisieren, schneller erreichen und damit die Entwicklung eines neuen Modells zum Aufbrechen von Satelliten bei der NASA beschleunigen. Die Konzentration auf solch wuchtige Metallbrocken erscheint sinnvoll. Dies sind Fragmente, die größer sind als die Aluminiumkugel von DebriSat – groß genug, um bemannte Raumfahrzeuge zu bedrohen, groß genug, um vom Kessler-Syndrom zu sprechen, und groß genug, damit Satellitenbetreiber sie erkennen, verfolgen und vermeiden können. Aber die schiere Anzahl kleinerer Fragmente da draußen bleibt ein Problem für sich.
Das vom Pentagon betriebene US Space Surveillance Network verfolgt mithilfe von Radar alles, was größer als 10 Zentimeter ist und die Erde umkreist, bis hin zu geostationären Entfernungen – einem Zehntel der Strecke zum Mond. Dies ist viel höher als die Umlaufbahnen, auf denen sich die meisten Satelliten befinden. Die Radargeräte Haystack und Millstone Hill des MIT in Massachusetts können in diesen erdnahen Umlaufbahnen Fragmente erkennen, die größer als fünf Millimeter sind, und das Goldstone-Radar der NASA in Kalifornien kann alles erkennen, was größer als drei Millimeter ist. Haystack und Goldstone geben lediglich einen Einblick, wie viele kleinere Fragmente dort oben sind – aber sie können ihre Umlaufbahnen nicht verfolgen. Und für Trümmer mit einer Größe von weniger als drei Millimetern gibt es einfach keine Methoden zur Fernerkennung.
Die NASA weiß immer noch nicht genau, woher all die Mikrotrümmer kamen, die das Shuttle übersäten. In einem technischen Sicherheitsbericht aus dem Jahr 2015 schloss die Agentur orbitale Kollisionen und Aufbrüche als Quelle aus, obwohl dies vor den neuen Daten aus dem DebriSat-Test war. In diesem Bericht kam die Agentur zu dem Schluss, dass jedes Raumschiff im Orbit einer ständigen Erosion durch millimetergroße Trümmer und Meteoroiden ausgesetzt sein muss, die kontinuierlich auf Satelliten einschlagen und ähnlich winzige Fragmente abplatzen. Das Kessler-Syndrom, so scheint es, begleitet uns seit Jahrzehnten – nur in einem Ausmaß, das zu klein ist, um es zu sehen.
Dank Megakonstellationen von Satelliten wie SpaceX, Amazon und OneWeb wird die Menschheit die Zahl der Satelliten in der erdnahen Umlaufbahn in den nächsten Jahren um den Faktor 25 erhöhen. Mit neuen Radargeräten, guter Koordination und etwas Glück können die Satelliten von morgen möglicherweise den größten Trümmerbrocken ausweichen. Aber die Menge an Trümmern, die zu klein ist, um sie zu verfolgen, wird nur noch wachsen. Die einzige Frage ist, ob dies plötzlich geschehen wird, was der Fall sein wird, wenn es weitere Kollisionen wie die Abstürze von 2007 und 2009 gibt, oder allmählich, wenn vorhandene Trümmer Teile von der wachsenden Anzahl von Satelliten abschlagen.
Satelliten und Raumfahrzeuge müssen durch diesen orbitalen Nebel fliegen. Die Lösung der NOAA für JPSS-1 bestand darin, die Abschirmung um den Treibstofftank herum zu verstärken und einfach zu hoffen, dass seine empfindliche wissenschaftliche Nutzlast über die mehrjährige Mission des Satelliten hinweg glücklich bleiben würde. Das sei nicht immer möglich, sagt Hugh Lewis, Experte für Weltraumschrott an der University of Southampton in Großbritannien. Lewis ist Teil eines multidisziplinären europäischen Projekts, das versucht, neue Minderungstechniken zu entwickeln, wie z. B. leichte 3D-gedruckte Abschirmungen, die speziell zum Schutz vor Mikrotrümmern entwickelt wurden. Die Abschirmung fügt tendenziell ziemlich viel Masse und Volumen hinzu, sagt er. Sie können auch verwundbare oder wichtige Komponenten tiefer in das Raumschiff einbauen und sie mit weniger wichtigen schützen. Das Ändern der Konfiguration von Raumfahrzeugen ist jedoch nicht unbedingt eine billige oder einfache Option.
Bis heute wurden über 195.000 Fragmente extrahiert, von winzigen Kohlefasernadeln bis hin zu erkennbaren elektronischen Komponenten von Agnes Lopez
Raumfahrtagenturen und Satellitenbetreiber benötigen auch bessere Computermodelle für Bedingungen und Kollisionen im Orbit. JC Liou sagt, dass die DebriSat-Daten das Auflösungsmodell der NASA erst in drei Jahren verbessern werden. Moriba Jah, außerordentlicher Professor für Luft- und Raumfahrttechnik an der University of Texas in Austin, sagt, Experimente wie DebriSat seien sowohl wesentlich als auch naiv: Es gibt nichts Besseres als die echten Daten, die man erhält, wenn man etwas in die Luft jagt, [aber] man wird es nie können genug zu sprengen, um ein sehr gutes statistisches Verständnis dafür zu bekommen, wie diese Dinge auseinanderbrechen.
In der Zwischenzeit schleifen die DebriSat-Messungen langsam weiter und bieten Arbeit für eine weitere Kohorte von Studenten. Wir könnten noch fünf oder zehn Jahre weitermachen, sagt Rafael Carrasquilla. Fitz-Coy sagt, dass die aktuelle Deadline von DebriSat 2022 ist, obwohl die Finanzierung noch nicht einmal so weit entfernt ist.
Sie zählen schon ewig Stücke, aber wir brauchen diese Daten gestern, sagt Jah. Da frühe Daten aus Gainesville heraussickern, wird bereits einiges an Wissenschaft betrieben. Joshua Miller, ein Luft- und Raumfahrtingenieur an der University of Texas in El Paso, veröffentlichte im Dezember 2018 in einem NASA-Journal einen kurzen Artikel, in dem er sich mit den von DebriSat entdeckten Kohlefaserflocken und -nadeln befasste. Er fand heraus, dass unregelmäßig geformte Kohlefasertrümmer eine ähnliche Abschirmung wie die der Internationalen Raumstation leichter durchdringen konnten, als dies von früheren Modellen angenommen wurde, die nur kugelförmige Partikel berücksichtigten.
Die Schüler ziehen mit einer Pinzette Fragmente aus den Schaumstoffplatten. Agnes López
DebriSat ist nie gerade bares Geld wert, sieht sich jedoch mit alternder Technologie einer ungewissen Zukunft gegenüber. Das ursprüngliche Röntgengerät ist vor zwei Jahren ausgefallen, und seitdem wurden in Florida keine Schaumstoffplatten mehr geröngt. Fitz-Coy hofft, dass eine Einheit, die vom Scannen von Gepäck auf Flughäfen umfunktioniert wurde, den Prozess wieder in Gang bringen wird. Wir werden es hierher bringen und sehen, ob es funktioniert, sagt er. Es kann oder es kann nicht. Daumen drücken.
In jedem Fall hat sich das DebriSat-Projekt bereits als zu wichtig erwiesen, um es abzubrechen. Nachdem das Röntgengerät ausgefallen war, schnitzte Carrasquillas Team einmal sogar ganze Schaumstoffplatten vorsichtig weg, ohne zu wissen, was sich darin befand. Es gibt einen Bedarf an den Daten, und wir wollen das so schnell wie möglich herausbringen, sagt Fitz-Coy. Aber alles hier ist zeitaufwändig. Trotz aller Bemühungen liegt es in der Natur der Aufgabe.