Europäischer Weltraumspäher

Im All herrscht dichter Verkehr: Unzählige Satelliten umschwirren die Erde und ab und an schauen auch noch vagabundierende Asteroiden, Kometen und Meteoriten vorbei. Hinzu kommen Weltraumtrümmer wie ausgebrannte Raketenstufen und Bruchstücke von explodierten Raumfahrtobjekten, die den Orbit in einen Schrottplatz verwandeln.

Man schätzt, dass sich derzeit etwa 20 000 Objekte mit einer Mindestgröße von zehn Zentimetern in der Erdumlaufbahn befinden, davon 15 000 im erdnahen Orbit in einer Höhe von 200 bis 2000 Kilometern. Mit bis zu rund 28 000 Kilometern pro Stunde rast der Müll um die Erde, selbst nur zentimetergroße Teilchen können durch ihre enorme Geschwindigkeit aktive Satelliten beschädigen oder sogar völlig zerstören. Erst vor knapp zwei Jahren – im Februar 2009 – kollidierte ein ausgedienter Satellit mit einem Iridium-Kommunikationssatelliten. Die internationale Raumstation ISS muss jährlich vier bis fünf Ausweichmanöver starten.

Neues Weltraumlagesystem

Angesichts dieser Bedrohung sieht die Europäische Weltraumbehörde ESA dringenden Handlungsbedarf: Im Programm »Space Situational Awareness« (SSA) sollen von 2009 bis Ende 2011 die Grundlagen für ein neues, europäisches Weltraumlagesystem geschaffen werden. Die hierfür erforderlichen leistungsfähigen Radaranlagen zum vollständigen und regelmäßigen Erfassen der kleinen Schrottobjekte besitzt Europa derzeit nicht, die Experten müssen auf die Daten des amerikanischen Space Surveillance Network zurückgreifen. Von 2012 bis 2019 soll das neue System, dessen Standort noch nicht festgelegt ist, aufgebaut werden.

Radar spürt zentimetergroße Teilchen auf

Die ESA hat die spanische Firma Indra Espacio beauftragt, einen Radar-Demonstrator zu designen und zu entwickeln. Das Unternehmen baut den Demonstrator allerdings nicht im Alleingang: Für ein Auftragsvolumen von 1,4 Millionen Euro hat Indra das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR in Wachtberg ins Boot geholt. Die Spanier entwickeln das Sendearray, die Wissenschaftler am FHR das Empfangssystem. Die FHR-Forscher sind erfahren im Aufbau von Radaranlagen: Mit TIRA (Tracking and Imaging Radar) betreiben sie bereits ein System, um Objekte im All aufzuklären. »TIRA ist ein mechanisch schwenkbares System, mit dem man einzelne Objekte hochaufgelöst darstellen kann. Bei dem neuen Überwachungssystem hingegen handelt es sich um eine elektronisch schwenkbare Antenne, die sich trägheitslos und schnell schwenken lässt. Anders als TIRA kann sie sehr viele Objekte gleichzeitig beobachten. Sie spürt diese mit höchster Genauigkeit und Empfindlichkeit auf«, sagt Dr. Andreas Brenner, Abteilungsleiter am FHR. Dies ist auch unabdingbar, Zielvorgabe ist schließlich, 15 000 bis 20 000 Objekte einmal pro Tag für mindestens zehn Sekunden auf dem Radar zu haben. »Unser Empfangssystem – mit einer Phased-Array-Antenne als Sensor – kann die von Satelliten und Weltraumtrümmern reflektierten Radarstrahlen aus bis zu acht Himmelsrichtungen zeitgleich empfangen«, erläutert Brenner. Das endgültige Überwachungsradar kann auch den geostationären Orbit in einer Höhe von rund 36 000 Kilometern über der Erde erreichen, seine Stärke wird es jedoch im Low Earth Orbit zwischen 200 und 2000 Kilometern ausspielen. Hier lassen sich damit selbst zentimetergroße Teilchen aufspüren. Das Interesse an den empfangenen Daten dürfte groß sein: Neben europäischen Regierungen und Weltraumorganisationen profitieren auch Satellitenbetreiber, Versicherungsgesellschaften, Energieversorger und Telekommunikationsunternehmen davon.

Ende dieses Jahres soll der Demonstrator an die ESA übergeben werden. Im Anschluss folgt ein einjähriger Testbetrieb. Wer den Zuschlag für den Bau des finalen Systems erhält, bleibt abzuwarten. »Ich hoffe, dass die ESA auf die Expertise meiner Abteilung zurückgreift und unser Know-how auch in die endgültige Anlage einfließen wird«, sagt Brenner. Vielseitig sei ihr Empfangssystem allemal. Kernkomponenten ließen sich auch in anderen Bereichen einsetzen, etwa zur Luftraumüberwachung an Flughäfen.