ASAT gegen Kosmos 1408 - Folgen für ISS und die LEO-Raumfahrt

Das erste Trümmerteil, (welches getrackt wird), ist verglüht:

Ausführliche Analyse der Bahnentwicklung der Trümmerteile und der Konsequenzen für ISS und CSS, von Marco Langbroek/Leiden :

https://sattrackcam.blogspot.com/2021/12/some-first-analytical-results-on-debris.html

Sehr aufschlußreiche Diagramme in diesem Artikel, aber man darf bei diesen Vergleichen mit USA-Test und Indien-Test nicht vergessen, daß hier nur 207 Fragmente des russischen Tests erfaßt sind! Noch viele mehr schwirren da rum!

Diese sind aber alle kleiner. Haben durchschnittlich eine geringere Dichte. Und werden eher noch schneller verglühen.

IMO sind wir hier (wohl) mit einem blauen Auge davon gekommen.

Das ist inzwischen ein Gürtel der sich über beide Pole spannt mit einem großen Teil der Bruchstücke noch über der ISS, CSS, Starlink u.a.. Nahezu alle Stationen und Sats in diesem Höhenbereich sind gezwungen diesen "Gürtel" alle 45 Minuten, also 32 x jeden Tag zu durchfliegen!

IMO ist da noch gar nichts ausgestanden, das kann noch tausende mal ins Auge gehen!

Man sollte die Größenverhältnisse nicht außer Acht lassen. Der Umfang bei 450 km Höhe ist dieser 43.000.000 Meter. Auf diese 43.000.000 Meter länge verteilen sich die 238 239 Trümmer von dem Satelliten mit 2,5 Meter Radius.

Folgende Grafik zeigt die (aktuell 238 239) Trümmer an, aber als Start der X-Achse habe ich das Datum des Satellitenabschusses verwendet. Man erkennt so bereits jetzt optisch sehr deutlich, wie die niedrigen Trümmer schnell an Höhe verlieren, während die hohen Trümmer stabilere Umlaufbahnen haben.

Das Objekt 49585 wird, je nach Datenquelle, mal als Objekt von Start 92 im Jahr 1982 geführt (richtig) und mal als Objekt von Start 53 im Jahr 2020 geführt, was falsch ist, da das ein Starlink-Start war. Ansonsten sind alle Werte in den Datensätzen komplett gleich, auch der Name ist jeweils richtig.

COSMOS 1408 DEB         
1 49585U 82092CA  21340.55144863  .00478989  67785-4  24393-2 0  9993
2 49585  82.2280  99.3116 0131394  97.8051 263.8150 15.69648800  3033

COSMOS 1408 DEB         
1 49585U 20053A   21340.55144863  .00478989  67785-4  24393-2 0  9992
2 49585  82.2280  99.3116 0131394  97.8051 263.8150 15.69648800  3033


N2YO führt das Objekt richtig als 82092CA:
https://www.n2yo.com/satellite/?s=49585

Heavens Above führt das Objekt falsch als 20053A:
https://www.heavens-above.com/orbit.aspx?satid=49585

Ich habe es in den Grafiken geschafft, das Objekt in der Anzahl der Objekte nicht mit zu zählen, aber die Linie zu zeichnen. Meine Grafiken oben zeigen 239 Linien, obwohl die Überschrift 238 sagt. (Also vermutlich, nachgezählt habe ich nicht aber der Fehler Quelltext war eindeutig, auch wenn der Fehler tricky zu finden war...)

Hier die Grafik mit korrigierte Anzeige:

Pedant  Danke für die Mühe und Sichtbarmachung!

Aufgefallen ist es mir, als die Grafik je nach Updatestand unterschiedliche Zahlen angezeigt hat. Natürlich ist es hier ziemlich egal, ob das 238 oder 239 oder 240 Stück sind, aber so ein Fehler kann sich auch auf andere Zahlen auswirken und wie groß die Auswirkungen dann sind, ist unbekannt. Daher habe ich den Fehler lieber jetzt gesucht als lange zu warten. Spätestens, wenn die Software eine zweite ISS gefunden hätte, wäre das Problem nicht mehr egal gewesen.

Die Anzahl der getrackten Objekte erhöht sich. Jetzt sind es 341 Objekte:

Die Trümmer haben sich auf ihrer Umlaufbahn mittlerweile sehr gleichmäßig verteilt:




Dadurch, das die Trümmer in unterschiedlichen Höhen fliegen, ändert sich die Rektaszension des aufsteigenden Knotens unterschiedlich.
Sprich: Die Satelliten driften um den Äquator unterschiedlich ab und das Trümmerfeld wird breiter:




Wenn man das Apogäum und das Perigäum getrennt betrachtet in Bezug auf die Umlaufzeit entsteht eine Grafik, auf welcher man erkennt, welche Trümmer im Apogäum erhöht wurden und welche im Perigäum gesenkt wurden. An der Höhe und Umlaufzeit, an welcher sich die Punkte optisch treffen, war der Satellit zum Zeitpunkt der Explosion.




Einige wenige Trümmer haben auch ein erhöhtes Perigäum. Ein Trümmerteil habe ich in der folgenden Grafik markiert:




In der Summe sind es aktuell 341 Trümmer. Ca. 7 Stück sind bereits verglüht:




Der Bereich 400 bis 600 km ist so voll mit Trümmern, erkennen kann man in der obigen Grafik nicht mehr viel. Ein Zoom auf diesen Bereich macht die Anzahl der Trümmer deutlich:

Also ehrlich gesagt, möchte ich da kein Satellit sein, der da alle 45 Minuten durchfliegen muß! Soweit diese Trümmer auch immer voneinander entfernt sind! Schließlich haben diese ja auch eine hohe Geschwindigkeit und ich als Sat eine gewiße Größe! Und wenn ich mir denke ich wäre das ganze Starlink-System mit tausenden von Sats, kommt mir erst recht das Gruseln!    :'o   

(#Hugo Danke und "gut gemacht!")

Ich als Sat bin immer froh, wenn ich unbeschadet die Trümmerwolke verlassen habe.
Möchte ja noch Weihnachten feiern.

Man sollte berücksichtigen, dass Trümmer, welche eine ähnliche Umlaufzeit haben als die ISS, bei jeder Bahnkreuzung auch immer an einer ähnlichen Position zur ISS sind. Wenn Trümmer schneller sind als die ISS, dann verringert sich der Abstand bei jeder Kreuzung ein wenig.

Als Grafik sieht das so aus:


Wenn Trümmer in elliptischen Umlaufbahnen fliegen, dann ist die Entfernung nicht ganz so symmetrisch. Aber auch hier wiederholt sie sich:


In folgender Grafik habe ich 3 Trümmer übereinander gelegt:

Stufe 2:

Ich habe alle Trümmer von Cosmos 1408 ausgewertet. Man sieht sehr gut, dass die ISS das Trümmerfeld alle ca. 45 Minuten durchfliegt (2 mal pro Umlauf um die Erde). Man sieht aber auch, das viele der Trümmer bei einem Durchlauf weit weg sind, einige bis zu 14.000 Kilometer (Luftlinie, die Erde ist dann im Weg )


Insgesamt gibt es 13 Trümmer, welche der ISS bei der letzten Bahnkreuzung näher kamen als 1000 Kilometer. Wie dicht sie genau an die ISS heran kommen, kann man in der Grafik leider noch nicht ablesen, da eine Berechnung pro Minute dafür zu wenig ist.

Stufe 3:

Die nächste Auswertung ist auf Sekundenebene. Es ist eine andere Bahnkreuzung, hier kommen 18 Trümmerteile dichter als 1000 km an die ISS heran, 2 davon dichter als 100 km.



Wenn man den gleichen Zeitbereich mit allen Trümmern betrachtet, erkennt man, wie "dicht" die Trümmerwolke wirklich ist und wie viele Trümmer z.B. einige tausend Kilometer weit vorbei fliegen.

Freier Flug für die nächsten Tage

Ich habe für die nächsten 3 Tage die Positionen von allen Trümmern berechnet. Den jeweils kleinsten Abstand zur ISS sieht man in folgender Grafik:



Wenn man an die Grafik heranzoomt (Bereich 0-40 km) und nur die Begegnungen betrachtet, welche am dichtesten an die ISS herankommen, sieht man, dass heute Vormittag kein Trümmer dichter als 25 km an die ISS heran kam. Heute Nachmittag sind es sogar knapp 30 km. Morgen sind es mit 15 km und 25 km ähnliche weite Entfernungen. Lediglich übermorgen Nachmittag kommt mit ca. 8 km ein Trümmerteil der ISS etwas näher.



Bitte beachtet, dass ich lediglich die einfachsten Berechnungen für Abstandsberechnungen verwende. Da sind Abweichungen zu erwarten. Auch kann man mit den TLE-Daten nur ganz grobe Prognosen für so einen langen Zeitraum erstellen. Mit den Daten von Morgen wird alles sicher wieder etwas anders aussehen. Die Grafiken zeigen somit lediglich, dass man die Trümmer beobachten muss, aber man muss nicht bei jedem Durchflug durch das Trümmerfeld angst haben, dass etwas passiert.

Wenn ich das richtig sehe, befinden sich die weitaus allermeißten Trümmerteile z.zt. noch über der ISS (ça 400 km). Die Kollisionsgefahr wird sich also in den nächsten Jahren sukzessive erhöhen!.
Vergessen darf dabei nicht werden, daß es noch tausende anderer Sats gibt, die oft gar nicht, oder nur unter Schwierigkeiten ausweichen können. So können die Starlink-Sats zwar in gewissem Umfang ausweichen, dabei aber wohl während dem Manöver ihre eigentliche Aufgabe nicht voll erfüllen, ausserdem dürften wiederholte Ausweichmanöver die Gesamtlebensdauer der Sats deutlich vermindern.
Das eigentliche Problem bleibt aber doch, daß mit jedem unkontrolliertem Teil im Orbit die Gefahr einer Kettenreation mit Kaskadeneffekt und Kessler-Syndrom steigt.

Solche Trümmerereignisse haben praktisch weitreichende Auswirkungen auf Design der Missionen, die man jetzt plant. Der Analyseprozess zur Auslegung eines Raumfahrzeugs und seiner Mission ist grob so:

• Bestimmte mit einem validen, aktuellen Umweltmodell, wie hoch die Kollissionswahrscheinlichkeit im geplanten Orbit über die Missionszeit für das eigene Satellitendesign.
• Wenn ein bestimmter Schwellwert überschritten ist, Orbitskontrolle einbauen und aktive Manöver vorsehen!

Mit dem zweiten Punkt ändern sich ggf. das gesamte Betriebskonzept und die Architektur des Raumsegments, sobald neue/aktualisierte Datensätze die Orbitumwelt simulieren. Unterhalb des Schwellwerts hätte man die ganze Mission ohne aktive Orbitkontrolle planen können.

Sollten besser die Konzepte zum Mülleinsammeln vorantreiben!

Diese 10-30cm Trümmerteile bekommt man nicht (sinnvoll) eingesammelt.

@Schillrich: Soo viele Teile sind das gar nicht. Und zudem werden die meisten davon schon wieder verglüht sein bevor neue Missionen geplant+gebaut+gestartet sind.
Von diesem einen ASAT Test würde ich jetzt nicht die Grundkonstruktion meiner Satelliten abhängig machen.

Zudem: Steuerlose Satelliten sollten eh nur in den sehr niedrigen Orbit gebracht werden. Und da ist die Gefahr von Trümmer für diese nur kurzfristig lauffähigen, günstigen Satelliten praktisch egal.

Bei diesen Analysen/Modellen gehen nicht konkreten/aktuellen Trümmerdaten ein, sondern es wird ein stochastischer Ansatz modelliert. Man modelliert eine Population X, abgeleitet, gefiltert und extrapoliert aus den tatsächlich beobachteten Daten. Jedes Anwachsen der realen Population treibt auch die modellierte Population hoch.

...
Zudem: Steuerlose Satelliten sollten eh nur in den sehr niedrigen Orbit gebracht werden. Und da ist die Gefahr von Trümmer für diese nur kurzfristig lauffähigen, günstigen Satelliten praktisch egal.

Das ist zu pauschal. Es gibt auch aufwändige/teure, niedrigfliegende Missionen, z.B. Gravitationsfeldvermessungen, die sich über Jahre (z.B. genre bis zu 15 Jahre für ein Konzept "auf meinem Tisch") dort aufhalten wollen. Die müssen ein höheres Manöverbudget einbauen/einplanen. Und reale Trümmer unterbrechen die Messkampagnen, sobald ein tatsächliches Manöver notwendig ist.

Das stimmt natürlich.
Anwendungen, die derart empfindlich aus Ausweichmanöver reagieren, stellen aber eine Ausnahme und keine Regel dar.

Außerdem verursacht das eher selten den Unterschied zwischen "wir bauen Ortskontrolle mit ein" und "Satelliten ohne gesonderte Triebwerke". Sondern beeinflusst eher, wie hoch die Treibstoffreserve sein muss.