Spezialist für Raumfahrzeug-Bewegungskontrolle schlägt vor, wie man Weltraummüll aufräumen kann

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Ein Spezialist für die Bewegungssteuerung von Raumfahrzeugen analysierte den Prozess der Platzierung von Fahrzeugstufen, Boostern und anderem Weltraummüll in den sogenannten Entsorgungsorbit und schlug vor, die unteren Orbits mit einem Raumfahrzeug zu säubern, das Module mit Antriebseinheiten an Bord hat.

Diese Module werden an den Weltraummüllobjekten ansetzen und sie wegbewegen.

Was den geostationären Orbit betrifft, so wäre ein Schleppraumschiff, das Weltraummüllobjekte in den Entsorgungsorbit transportiert, eine bessere Möglichkeit, ihn zu säubern.

Die Forschung wurde in Zusammenarbeit mit einem Team der Staatlichen Technischen Universität Moskau durchgeführt und die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Advances in Space Research veröffentlicht.
Neben Satelliten und der Internationalen Raumstation bewegen sich Tausende ausgedienter Raumfahrzeuge, Booster und andere Weltraumschrottobjekte auf verschiedenen Umlaufbahnen um die Erde. Manchmal kollidieren sie und gehen dabei zu Bruch: So tauchten 2018 über 1.000 neue beobachtbare Fragmente auf, als acht Objekte im erdnahen Raum zerfielen.

Je mehr Trümmer im Weltraum verbleiben, desto höher ist das Risiko, dass sie die Satelliten beschädigen und uns ohne Kommunikations- und Überwachungssysteme zurücklassen. Prof.

Andrei Baranov von der RUDN Universität hat zusammen mit seinen Kollegen von der Moskauer Staatlichen Technischen Universität Bauman, Dmitry Grishko und Grigory Shcheglov, die Parameter des Weltraummülls in verschiedenen Umlaufbahnen untersucht und die praktikabelsten Möglichkeiten zu seiner Beseitigung erarbeitet.
160 Fahrzeugstufen (von je 1,1 bis 9 Tonnen) befinden sich in niedrigen erdnahen Umlaufbahnen, d.h. in einer Höhe von 600 bis 2.000 km.

Was den geostationären Orbit in 35.786 km Höhe betrifft, so sind die potentiell gefährlichsten Objekte dort 87 Booster mit einem Gewicht von jeweils 3,2 bis 3,4 Tonnen.

Die Größe, das Gewicht und die Parameter dieser Objekte sind sehr unterschiedlich, daher benötigen sie unterschiedliche Ausrüstung, um sie einzusammeln und in den sogenannten Entsorgungsorbit zu bringen, wo die Trümmer sicher gelagert werden können.

Ein vom Team vorgeschlagener Raumschiff-Kollektor zum Aufräumen der erdnahen Umlaufbahnen ist 11,5 m lang, hat einen Durchmesser von 3 m und wiegt etwas über 4 Tonnen. Ein solcher Kollektor kann 8 bis 12 Module mit Antriebseinheiten an Bord tragen.

Für die Bewegung von leichten Fahrzeugstufen werden 50 bis 70 kg Treibstoff benötigt, während der Transport einer Zenit-2-Stufe, die 9 Tonnen wiegt, etwa 350.

Das Gesamtgewicht eines Raumfahrzeug-Kollektors beim Start wird voraussichtlich 8 bis 12 Tonnen betragen. Moderne Booster können ein solches Gewicht problemlos in eine beliebige Umlaufbahn in bis zu 1.000 km Höhe bringen.

Wenn einem Kollektor die Module ausgehen, wird er sich an die letzte Booster-Stufe anhängen, mit ihr in die oberste Schicht der Atmosphäre aufsteigen und dort verglühen.
Für die geostationäre Umlaufbahn schlug das Team ein Raumfahrzeug vor, das etwa 3,4 m lang und 2,1 m breit ist und rund 2 Tonnen wiegt.

Nach ihren Berechnungen wäre ein solches Gerät, wenn es mit Modulen beladen ist, nicht extrem effizient, und man bräuchte 3-4 Mal mehr Kollektoren, um den Orbit zu säubern.

Daher sollte der Raumfahrzeug-Kollektor in diesem Fall als Schleppgerät für Weltraummüllobjekte arbeiten. Vorläufige Berechnungen deuten darauf hin, dass er bis zu 15 Jahre lang in Betrieb sein und 40 bis 45 Weltraummüllobjekte in den Entsorgungsorbit bringen könnte.
“Einen Space-Collector für niedrigere Umlaufbahnen zu entwerfen, ist eine kompliziertere Aufgabe als einen für den geostationären Orbit zu entwickeln.

Im besten Fall könnte ein Flugzeug nur 8 bis 12 Objekte aus niedrigeren Orbits transportieren, während es im geostationären Orbit 40 bis 45 transportieren könnte.

Daher ist die Säuberung von niedrigeren Orbits viel schwieriger.

Dieser Faktor sollte von Unternehmen und Raumfahrtbehörden berücksichtigt werden, die planen, Gruppen von Hunderten oder Tausenden von Satelliten in diesem Bereich des erdnahen Weltraums zu starten”, erklärt Prof.

Andrei Baranov, Doktor der Physik und Mathematik von der Abteilung für Mechanik und Mechatronik der RUDN Universität.
Referenz: “Durchführbarkeitsanalyse von LEO- und GEO-Großraummüllabwurf/Re-Orbitierung unter Berücksichtigung der Startmasse des Raumfahrzeug-Kollektors und seiner Konfigurationsanordnung” von A.

A.

Baranov, D.

A. Grishko, G.

A. Shcheglov, A. S. Sholmin, M. V. Stognii und N.

D. Kamenev, 19. September 2020, Advances in Space Research.DOI: 10.1016/j.asr.2020.09.005

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