Konzepte gegen Weltraumschrott

Ich habe zuerst nach dem tatsächlichen Veröffentlichungsdatum geguckt, ab es scheint kein Aprilscherz zu sein. Launch Technologies scheint eine seriöse Firma mit 40 Jahren Erfahrung zu sein. 
Auf jeden Fall ein interessanter Ansatz, das Ziel sind Partikel von 1 mm bis 5 cm, also alles was man heutzutage noch nicht tracken kann.
Wie sie allerdings die kinetische Energie mit ihren "mesh Debris Impact Pads" soweit abbauen wollen, dass die Partikel im "Pad" hängen bleiben oder wenn sie dieses durchschlagen soweit abgebremst werden, dass sie auf unkritische Orbits absinken, wird nicht erklärt.
Außerdem dürfen ihre "Debris Collection Units" durch einen Einschlag auch nicht zu sehr aus der Bahn geworfen werden.
Ein weiteres Manko scheint mir die Methode zu haben, wenn die "Debris Collection Units" auf äquatorialen Orbits unterwegs sind, um einen bestimmten polaren Ziel-Orbit "zu reinigen", dann schneiden sie den polaren Orbit an zwei Punkten.
Damit kann man theoretisch alle Partikel erwischen, die exakt auf diesem Ziel-Orbit oder exakt retrograd unterwegs sind.
Zusätzlich erwischt man noch Debris, das auf einem anderen Orbit kreist, der den polaren Ziel-Orbit genau in den gleichen zwei Punkten am Äquator schneidet.
Alle anderen Teilchen, die den polaren Ziel-Orbit in anderen Punkten schneiden können nicht erwischt werden! 
Oder habe ich da was falsch verstanden? 

Viele Grüße
Rücksturz

Die Idee mit dem äquatorialen Orbit finde ich sogar gut, quasi "neu". Sie können damit praktische alle inklinierten LEO-Orbits einer bestimmten Höhe reinigen, da sie geometrisch jeden zweimal schneiden. Man darf nur nicht dieselbe Umlaufzeit (also große Halbachse) haben wie der zu reinigende Zielorbit, dann kommt man nicht immer "synchron" durch diesen Orbit, sondern immer zu anderen Zeiten und erwischt damit andere Objekte auf dem Zielorbit.
Mit einer leicht anderen Umlaufzeit würde man quasi eine "Schwebung" zwischen den beiden Umläufen erzeugen und so langsam, mit der Schwebungsfrequenz den Zielorbit reinigen.

Nur mal so als Relation:

Angenommen, man möchte den Orbit-Bereich zwischen 300 und 500 km Höhe "reinigen", das bedeutet etwa das zwanzigfache des Bereichs der "befliegbaren" Erdatmosphäre. Man müsste also in einem entsprechend größeren Volumen möglichst alles in der Größe von einem Hubschrauber bis runter zu Vogelgröße (oder gar Insekten) einfangen und zwar weltweit und bei Relativgeschwindigkeiten von bis zu einigen km/sec. Das ist also komplett unrealistisch absurd.

Das einzige, was einen gewissen Erfolg verspricht ist das Einfangen von Satelliten, Endstufen und anderen größeren Strukturen bevor sie durch Kollisionen Sekundärtrümmer erzeugen.

Robert

Ziel sind nur Objekte bis maximal 5 cm, größere Objekte sind bekannt und man kann ihnen ausweichen.
Ich habe das so verstanden, dass man ganz gezielte und konkrete Orbits "reinigen" will, nicht alles was zwischen 600 und 1200 km rumfliegt...
Aber selbst wenn man einen sonnensynchronen Orbit nimmt und ganz genau weiß zu welcher Uhrzeit der zukünftige Satellit den Äquator kreuzt und man sein "Netz" genau zu diesem Zeitpunkt dort vorbeifliegen lässt, muss man trotzdem eine Fläche von einigen Quadratkilometern "abfischen", da auch so ein Satellit immer in einem gewissen Zielkorridor gehalten wird.

Viele Grüße
Rücksturz

Ich muss gestehen, ich lese sogar Science Fiction - aber hier fehlt mir die Vorstellungskraft.

Wenige große vs. viele kleine Sateliiten, was ist besser?

    "In addition, unlike operators with a small number of large satellites, SpaceX’s incentives to maintain the overall health of its constellation align well with SpaceX’s and the Commission’s goals of ensuring the continued safety of space. Because each satellite will constitute only a small portion of the overall system investment, SpaceX will have little incentive to keep an unhealthy satellite in orbit and a far stronger incentive to maintain overall constellation health and an operating environment free of debris. Therefore, SpaceX intends to use information from its aggressive monitoring program to quickly detect any potential problems and deorbit affected satellites at a more conservative threshold of spacecraft health."

https://www.reddit.com/r/spacex/comments/671l8s/spacex_response_to_ffc_questions_pdf_warning/

Das Argument hat etwas. Wenn man wenige kleine Satelliten hat, ist der Satellitenbetreiber nicht unbedingt geneigt, den Satelliten bei ersten Problem zu entsorgen sondern möchte ihn bis zum bitteren Ende weiterbetreiben um mehr Geld rauszuholen.

Wenn man viele kleine Satelliten hat, ist der Satellitenbetreiber eher geneigt, einen Satelliten bei technischen Problemen schnell runterzuholen um seine Konstellationsorbits nicht vollzumüllen.

--------

Spannend finde ich die Frage, ob Elon jetzt auch das Problem in Angriff nimmt, ausgefallene eigene Satelliten aktiv mit einem anderen Satelliten zu entsorgen. Am geschicktesten wäre es natürlich, wenn jeder der Konstellationssatelliten auch ein Entsorgungssatellit wäre. Das könnte z.B. gehen, in dem man bei jedem Satelliten Ionentriebwerke in beide Richtungen einbauen würde. Zusätzlich braucht es noch Software und Sensoren für den geschlossenen Formationsflug. Damit könnte jeder Satellit jeden runterholen. Sehr spannend.

Hier nochmal ein Konzeptbild von Wiki:


https://en.wikipedia.org/wiki/Ion_Beam_Shepherd

Das ist meiner Meinung nach das mit Abstand beste Konzept für Entsorgung von inaktiven Satelliten.

Hoch interessantes Konzept. Ich habe mich immer gefragt, wie man Satelliten deorbited, die nicht mehr kontrolliert sind und sich drehen. Wenn man die irgendwie mechanisch anfasst, zerlegen sie womöglich. Da die deorbit Fähigkeit der Satelliten als vollständig redundant angegeben ist, gibt es mindestens 2 Ionenantriebe. Es könnte also so möglich sein.

Übrigens gibt es in dem Dokument irgendwo auch noch eine Angabe zu den Lasern der Kommunikation zwischen den Satelliten. Die wurden als Klasse A Laser bezeichnet, was bedeutet in der Leistungsklasse von Laserpointern, ungefährlich für die Augen von Menschen, also sehr niedrige Leistung.

Rein theoretisch könnte ein solches System funktionieren.

Natürlich sind da noch viele Fragen offen, z.B.:

- die Abbremsung des unkontrollierten Satelliten erfolgt durch die kinetische Energie der ionisierten Gase. Ionentriebwerke haben aber einen sehr geringen Massedurchsatz. Wieviel Stützmasse müßte der Shepherd Satellit auf das Zielobjekt feuern, um eine wirksame Abbremsung zu bewirken?

- Um zu vermeiden, daß der Shepherd-Satellit sich durch den Dauerschub schnell vom Zielobjekt entfernt und in eine höhere Bahn steigt, muß er gleichzeitig in die Gegenrichtung feuern (wie in der Zeichnung gezeigt). Der Verbrauch an Stützmasse verdoppelt sich somit. Insgesamt verkürzt sich die Lebensdauer des Shepherd dadurch merklich.

- Da auch bei Ionentriebwerken sich der Abgasstrahl ausweitet, muß der Shepherd sehr dicht an das target heranfliegen. Wie kommt er da hin? Können kleine Comsats ein Rendezvous fliegen?

Viele andere Fragen sind auch noch offen, man sollte so ein Konzept aber weiter durchdenken. Vielleicht auch die Alternative, statt Ionentriebwerke gepulste Feststofftriebwerke zu benutzen - höherer Massendurchsatz.

Bevor jetzt Fragen kommen: ja, gepulste Feststofftriebwerke sind machbar, wurden schon in den 60er Jahren entwickelt, kamen aber bis heute nicht zum Einsatz. Prinzipiell funktionieren sie wie die Zündhütchenpistolen in unserer Kindheit: kleinste Mengen Sprengstoff auf einem Band, das durchs Triebwerk gezogen wird.

Gruß
roger50

- Da auch bei Ionentriebwerken sich der Abgasstrahl ausweitet, muß der Shepherd sehr dicht an das target heranfliegen. Wie kommt er da hin? Können kleine Comsats ein Rendezvous fliegen?


Bevor jetzt Fragen kommen: ja, gepulste Feststofftriebwerke sind machbar, wurden schon in den 60er Jahren entwickelt, kamen aber bis heute nicht zum Einsatz. Prinzipiell funktionieren sie wie die Zündhütchenpistolen in unserer Kindheit: kleinste Mengen Sprengstoff auf einem Band, das durchs Triebwerk gezogen wird.

Wäre es da nicht sinnvoller, man hätte "dedizierte" Satelliten, die nur dazu da sind, andere aufzuräumen? Da wären wir schnell generell beim Thema Debris-Removal. So ein System, etwas größer und massiver ausgelegt, mit SLS in paar Jahren gestartet, könnte alle möglichen Satelliten deorbiten, und statt Ionenthrust, Laser benutzen: Dauert noch länger und hat mehr Energiebedarf, benötigt aber keine Stützmasse und könnte theoretisch auf ziemlich große Distanzen funktionieren.

Die Feststofftriebwerke gepulst wurden sogar letztes Jahr auf der Space Propulsion Conference vorgestellt, sie kommen wohl demnächst bei Nano-Satelliten zum einsatz, weil man einfach so ne Folie mit mehreren Zündpillen auf die Seite des Nanosats klebt und dann ein Antriebssystem hat. So ungefähr https://www.norlandprod.com/Applicationpages/solidpropellantmicrothruster%20mems.pdf

Die Feststofftriebwerke gepulst wurden sogar letztes Jahr auf der Space Propulsion Conference vorgestellt, sie kommen wohl demnächst bei Nano-Satelliten zum einsatz, weil man einfach so ne Folie mit mehreren Zündpillen auf die Seite des Nanosats klebt und dann ein Antriebssystem hat. So ungefähr https://www.norlandprod.com/Applicationpages/solidpropellantmicrothruster%20mems.pdf

Das ist eine schlechte Idee. Die Schlacke von Feststoffantrieb ist feiner Weltraummüll, den man nie wieder wegbekommt.

Zumindest wenn man DS4G zur Betriebsreife weiterentwickelt wäre auch ein Abstand von einigen Metern kaum ein Problem.
Mit Laser ist zwar eine nette Idee, nur wie will man aus großem Abstand verhindern dass das Zielobjekt nicht anfängt zu taumeln?
Die Idee jedem Sat zwei Triebwerke zu spendiere halte ich für genial,  weil hierdurch jeder Sat mehr eigene Redundanz halt und ohne eigenem Triebwerksausfall eimem nächsten Nachbarn zu einem heißen Abgang verhelfen kann.
Das ist ein klarer Vorteil um das Müllproblem zu reduzieren.

Gerade über einen Artikel zu diesem Test zur Beseitigung von Weltraummüll gestolpert der mit der letzten F9 zur ISS gebracht wurde
(hoffe für das Experiment existiert kein eigener Thread den ich übersehen habe)

http://time.com/5225670/spacex-space-junk-cleaner-launch/

Weiß einer ob man da irgendeinen speziellen "Schrott" anpeilt? Die 2 Methoden (Netz und Harpune) sind ja wohl eher für mittlere Objekte sinnvoll. Irgendwelche ausgedienten Mini Sats höchstwahrscheinlich?!?

Ein Detail aus den internationalen Diskussionen zu Müllvermeidung ...

Eine Anforderung an Träger soll ja lauten: bei Start mit einem Satelliten darf nur ein zusätzliches Objekt im Orbit ausgesetzt (aka Oberstufe) werden, bei Starts mit zwei oder mehr Satelliten dürfen zwei zusätzliche Objekte ausgesetzt werden (aka Oberstufe + Adapter).

China hat damit offenbar ein Problem. Sie sagen, ihre Träger könnten das nicht erfüllen. Alle andere Startländer scheinen kein Problem zu haben.

Zum letzten Beitrag ... eigentlich müsste Russland auch ein Problem mit der Anforderung haben. Einige ihrer Oberstufen werfen ja Zusatztanks zwischendurch ab. Die Zenit scheint bei jedem Start 4 Müllobjekte zu erzeugen, offenbar Abdeckungen von Trennmotoren.

Ich bin gespannt, ob sich die russichen Seite da noch mal meldet ...

In den aktuellen Standards sollen Rückstände von Feststoffmotoren minimiert werden, u.a. "kleiner-gleich 1mm Durchmesser".

Aus Japan lese ich jetzt einen Vorschlag, das "interpretatorisch aufzuweichen". Diese harte Bedingung soll "insbesondere" für hohe Orbits gelten ... "quasi nicht so hart für den LEO". Sie schauen da auf ihre Epsilon-Rakete ...

Das liest sich in den Textvorschlägen sehr beliebig ... man sagt A (für hohe Orbits) meint aber eigentlich -B (nicht für LEO), ohne es auszusprechen. Ich denke nicht, das man dem zustimmen wird. Eine so formulierte Anforderung ist unkonkret und nicht operationalisierbar oder verifizierbar. Was wäre denn dann im LEO erlaubt? Was ist konkret verboten?

In den USA scheint man bei der FCC neue Richtlinien für den Betrieb und die Entsorgung im LEO zu diskutieren:
https://spacenews.com/fcc-to-seek-comment-on-revised-orbital-debris-guidelines/

• Satelliten, die in einen hohen LEO über 650km gehen, sollen vom Träger im niedrigen LEO abgeliefert werden. Dort soll das Commisioning passieren ... wenn sie dabei ausfallen/eine Anomalie entwickeln, würden sie wieder in annehmbarer Zeit eintreten.
• Für die hohen Orbits diskutiert man weiterhin eine technische Zuverlässigkeit des Satelliten von 0,999 ... (ich kenne heute keinen Satelliten, der das erreicht).
• Technologiedemonstratoren, die nur ein paar Wochen aktive Betriebsphase haben, sollen sich im LEO nicht auf der 25-Jahre-Regel ausruhen können. Die erlaubte "Verweildauer" nach Missionabschluss im LEO soll nur das Doppelte der realen Betriebsphase betragen.
• Das Risikomanagement für Mehrfachstarts, die ganze Schwärme auf ähnlichen/nahen Orbits aussetzen, will man diskutieren.

Das sind alles erstmal "nur" Diskussionspunkte. Man erkennt aber, in welche Richtung sich die Regulation entwickeln wird. Klassische Systemdesigns (v.a. für Konstellationen) werden hier wohl Probleme bekommen.

Spannend ist aber am Ende: Solche Regeln/Richtlinien muss man international in Kraft setzen. Ich gehe davon aus, dass die FCC mit ihren Ergebnissen über die NASA beim IADC (Inter-Agency Space Debris Coordination Committee) vorstellig wird, um dort internationale Richtlinien zu entwickeln, die am Ende zu internationalen Standards führen können.

Satelliten, die in einen hohen LEO über 650km gehen, sollen vom Träger im niedrigen LEO abgeliefert werden. Dort soll das Commisioning passieren ...

Auch für Sats die in den GEO gehen? Also ein GTO Start könnte noch halbwegs dieser regelung entsprechen, aber ein direkter GEO Start dann wohl nicht mehr.
Es sei denn man macht einen Zwischenstopp im LEO und man erklärt ein Teiltest an der Oberstufe als ausreichend. Oder diese Regelung gilt erst gar nicht für GEO Starts...

Für die hohen Orbits diskutiert man weiterhin eine technische Zuverlässigkeit des Satelliten von 0,999 ... (ich kenne heute keinen Satelliten, der das erreicht).

Ich denk mal die 0,999 gelten für die Zuverlässigkeit des gesamten Deorbitsystems und nicht für den Satelliten an sich. Das sollte mit speziellen, multiredundanten Deorbitunits, die vom Sat teilweise unabhängig sind, wohl durchaus erreichen lassen.

Zitat

Satelliten, die in einen hohen LEO über 650km gehen, sollen vom Träger im niedrigen LEO abgeliefert werden. Dort soll das Commisioning passieren ...

Es geht um LEO-Missionen.

Zitat

Für die hohen Orbits diskutiert man weiterhin eine technische Zuverlässigkeit des Satelliten von 0,999 ... (ich kenne heute keinen Satelliten, der das erreicht).

Ich denk mal die 0,999 gelten für die Zuverlässigkeit des gesamten Deorbitsystems und nicht für den Satelliten an sich. Das sollte mit speziellen, multiredundanten Deorbitunits, die vom Sat teilweise unabhängig sind, wohl durchaus erreichen lassen.

"multiredundanten Deorbitunits" ist irgendwie ein unscharfer/unklarer Sammelbegriff. Aber die 0,999 beziehen sich nicht nur auf die direkte "de-orbit"-Funktion, sondern auf den zuverlässigen, kontrollierten Betrieb bis einschließlich "disposal". Dazu zählt auch, dass die Batterien nicht ausfallen, dass die Lage kontrolliert wird, dass der Satellit in Kontakt und kommandierbar ist ... u.u.u. ... Eine ganze Menge "Teile" des Satelliten, quasi die gesamte Plattform, müssen diese Funktionen sicherstellen und aufrechterhalten. Nur die eigentliche Nutzlast (Instrument, Funk) darf häufiger ausfallen. Aber die restliche Plattform müsste diese hohe Zuverlässigkeit erreichen.

Bei 0,999 werden die Entwickler/Hersteller wohl ganz stark die Stirn runzeln. Bei Starlink kann man aus meiner Sicht schon sehen, dass sie ihre Technologie nicht "dahin entwickeln" wollen, sondern dann stattdessen die gesamte Architektur ändern und niedriger fliegen ... dabei stehen diese Regeln ja noch nicht mal fest.

Hallo,

morgen findet passend zum Thread:

unser #SpaceTalks "Gefahr durch Weltraumschrott" bei uns in #Wachtberg bei Bonn mit #ESA-Experte Holger Krag.

statt.

Die Veranstaltung ist von 17:00 bis 19:00 Uhr und man kann am Ende sogar das Weltraumbeobachtungsradar TIRA besichtigen. Unter Weltraumschrott – eine Gefahr für die Gesellschaft? Radar klärt auf muss man sich bei Interesse noch vorher anmelden. Den Flyer als PDF gibt es hier.

Ich werde morgen über den Rhein fahren und mir die Veranstaltung anschauen. Wenn ich fotografieren darf berichte ich auch gerne hier davon.

Viele gespannte Grüße

Mario

Die Firma Bayern-Chemie will mit Feststoffantrieben das Weltraummüll-Problem lösen helfen.

https://www.ovb-online.de/weltspiegel/wirtschaft/regionales/weltraum-schrott-vermeiden-11859176.html

Auf Hawaii hat sich eine Gruppe von Satellitenbetreibern und anderen Organisationen zusammengefunden um Maßnahmen zur Vermeidung von Satellitenkollisionen und zur Deorbitierung ihrer Satelliten und oberen Raketenstufen zu beschließen. Die Space Safety Coalition umfasst z.Zt. etwa ein Viertel aller Satellitenbetreiber. Es wurden mehr als 40 Maßnahmen zur Verbesserung der Weltraumsicherheit beschlossen die Mindestanforderungen darstellen. Diese Vorgaben sind freiwillig und unverbindlich. Trotzdem wird davon ausgegangen, dass sich weitere Satellitenbetreiber dieser Koalition anschließen.

https://spacenews.com/new-coalition-seeks-to-improve-space-safety/

... Maßnahmen zur Vermeidung von Satallitenkollisionen und zur Desorbierung ihrer Satelliten ...

Hier scheint die Autocorrect-Funktion zugeschlagen zu haben - sollte das "Deorbitierung" heissen (oder waren die Satelliten vorher adsorbiert ?  )

Danke aasgeir,

habe es korrigiert.

Gruß RonB

Die Sonderbeauftragte des Europäischen Auswärtigen Dienstes für den Weltraum, Carine Claeys, setzt sich dafür ein, dass die Richtlinie zur Desorbitierung von Satelliten von 2002 aktualisiert wird. In dieser Richtlinie wird die Rückführung von Satelliten nach Abschuss ihrer Mission innerhalb von 25 angestrebt. In Anbetracht der steigenden Anzahl von Satelliten sollte dieser Zeitraum auf fünf Jahre gesenkt werden. Nach Meinung von Claeys ist aber auch dieser Zeitraum zu lang. Sie tritt für eine Desorbitierung ein die nicht in Jahren, sondern in Monaten durchgeführt wird.

https://spacenews.com/eu-space-envoy-calls-for-satellites-to-leave-orbit-soon-after-mission-ends/

Die Sonderbeauftragte des Europäischen Auswärtigen Dienstes für den Weltraum, Carine Claeys, setzt sich dafür ein, dass die Richtlinie zur Desorbitierung von Satelliten von 2002 aktualisiert wird. In dieser Richtlinie wird die Rückführung von Satelliten nach Abschuss ihrer Mission innerhalb von 25 angestrebt. In Anbetracht der steigenden Anzahl von Satelliten sollte dieser Zeitraum auf fünf Jahre gesenkt werden. Nach Meinung von Claeys ist aber auch dieser Zeitraum zu lang. Sie tritt für eine Desorbitierung ein die nicht in Jahren, sondern in Monaten durchgeführt wird.

https://spacenews.com/eu-space-envoy-calls-for-satellites-to-leave-orbit-soon-after-mission-ends/

Ich bin absolut für strikte Regeln zum deorbit. Ich hoffe nur, man setzt die Zeit nicht so kurz an, daß ein Satellite mit schwachem Ionenantrieb damit Schwierigkeiten bekommt. Ein Jahr sollte aber immer drin sein.

Sonderproblem sind Oberstufen für GTO. Die müssen mindestens die 6 Stunden aktiv bleiben, um im Apogäum einen deorbit burn durchzuführen und sie müssen natürlich dafür wiederzündbar sein. Sonst brauchen sie eine ganze Menge Jahre für natürlichen deorbit. In 25 Jahren schaffen sie es passiv.