Fortschritte in der Nachhaltigkeit des Weltraums? Bewertung der neuen NASA-Standardverfahren zur Vermeidung von Weltraummüll

Von Charity Weeden, Vizepräsidentin für globale Weltraumpolitik

Im Dezember 2019 veröffentlichte die NASA nach monatelangen Beratungen zwischen den verschiedenen Behörden eine aktualisierte Version desStandardverfahren der US-Regierung zur Minderung von Weltraummüll(ODMSP). Die letzte Fassung wurde 2001 veröffentlicht, also vor dem chinesischen ASAT-Test 2007 und der Kollision von Iridium 33 und Cosmos 2251 im Jahr 2009. Damals konzentrierte sich die kommerzielle Nutzung des Weltraums überwiegend auf die geostationäre Region, abgesehen vom wiederbelebten Iridium-Geschäft, das seine Konstellation von 66 Satelliten oder eine kleine Anzahl von Geodatenplattformen nutzte.US-Fernerkundungspolitik von 2003Das würde den Weg für neue, weltraumgestützte Fernerkundungsunternehmen ebnen. Damals verfügten auch nur etwa 40 Länder über Erfahrung im Betrieb von Satelliten, halb so viele wie heute.

Die ODMSP (Overall Space Safety Policy) richten sich an US-amerikanische Regierungssatellitenbetreiber – NASA, NOAA, USGS, Verteidigungsministerium und die Nachrichtendienste – und die darin festgelegten Standardverfahren werden auch in die Vorschriften kommerzieller Betreiber aufgenommen, wodurch die Regeln für alle Raumfahrzeuge unter US-amerikanischer Gerichtsbarkeit gelten. Allerdings verliert ein Standardverfahren seine globale Wirksamkeit, wenn es nur von einem Land befolgt wird. Daher müssen diese Verfahren durch weltweit anerkannte operative Best Practices verankert werden. Die USA stehen nun vor der komplexen Aufgabe, die internationale Gemeinschaft über die IADC (Internationale Weltraumdebatte), den UN-Ausschuss für die unbeschränkte Weltraumsicherheit (UN COPUOS) sowie bilaterale und multilaterale Dialoge von der Übernahme ihrer aktualisierten Verfahren zu überzeugen. Laut den ODMSP von 2019 dienen sie „als Referenz zur Förderung effizienter und effektiver Weltraumsicherheitspraktiken für andere nationale und internationale Betreiber“.

Warum musste ODMSP aktualisiert werden?

Der drastische Anstieg der Aktivität und der Überlastung in allen Umlaufbahnen in den letzten 20 Jahren hat politische Maßnahmen erforderlich gemacht, zunächst 2010 durch die Nationale Weltraumpolitik und nun durchWeltraumpolitische Richtlinie - 3(SPD-3), das 2018 in die Nationale Weltraumverkehrsmanagementpolitik der Vereinigten Staaten aufgenommen wurde. SPD-3 geht klar auf die Bedenken hinsichtlich der aktuellen Richtlinien ein und erklärt, dass die ODMSP „nicht ausreichend sind, um das Wachstum von Weltraummüll zu kontrollieren“ und dass „die Vereinigten Staaten ein neues Protokoll von Standardverfahren entwickeln sollten, um umfassendere Erwartungen an sichere Weltraumoperationen im 21. Jahrhundert festzulegen“, das „Betriebsverfahren für große Konstellationen, Rendezvous- und Annäherungsoperationen, Kleinsatelliten und andere Klassen von Weltraumoperationen“ umfasst.

Mit dem Ziel, ein neues Protokoll für Standardverfahren zu entwickeln,Was genau wurde im ODMSP aktualisiert?Hier einige wichtige Punkte:

• Es ist stärker empirisch orientiert.

  Die aktualisierte Fassung enthält quantitative, probabilistische und Zuverlässigkeitsgrenzen für viele Elemente des Dokuments und schafft so klarere Kriterien für die Beurteilung der Einhaltung.

• Es führt das Konzept der 100 Objektjahre ein.

  Auf den ersten Blick mag diese Berechnung verwirrend erscheinen. Sie wird jedoch ausführlich erläutert in

  NASA-Standard 8719.14B

  (Aktualisiert 2019), Abschnitt 4.3.4.3 erläutert die vorgesehene Anwendung. Speziell für den erdnahen Orbit (LEO) ergibt sich die Lebensdauer aus der Anzahl der freigesetzten Trümmerteile und der erwarteten Zeit bis zum natürlichen Wiedereintritt in die Atmosphäre, basierend auf dem Perigäum der Trümmer. Im neuen ODMSP (Overall Space Management Strategy) wird dieses Konzept von 100 Objektjahren auf die geplante Erzeugung von Weltraummüll und auf Objekte unterhalb eines 1U-Cubesats angewendet. Plant ein Betreiber, vier Trümmerteile auszustoßen, sollte dies in einem Perigäum geschehen, das weniger als 25 Jahre bis zum Wiedereintritt in die Erdatmosphäre benötigt. Plant ein Betreiber, 100 Pikosatelliten in den Orbit zu schicken, müssen alle Objekte innerhalb eines Jahres aus der entsprechenden Höhe (in diesem Fall deutlich unterhalb der ISS) wieder in die Atmosphäre eintreten.

• Es erweitert und ordnet die Arten von Optionen für die Entsorgung nach dem Einsatz neu.

  Das ODMSP von 2001 sah drei Hauptoptionen für die Entsorgung von Weltraumobjekten nach Missionsende vor: direkten Wiedereintritt in die Atmosphäre, Manövrieren in eine Lagerumlaufbahn oder direkte Bergung. Zunächst wird der direkte Wiedereintritt und das Ausstoßen des Objekts in eine heliozentrische oder erdnahe Umlaufbahn genannt, gefolgt von Wiedereintritt in die Atmosphäre, Lagerung zwischen LEO und GEO, Lagerung oberhalb des GEO und direkter Bergung innerhalb von fünf Jahren nach Missionsende. Die Mindestzuverlässigkeit der Entsorgung liegt bei 90 %, das Ziel sind 99 % oder mehr.

• Es stellt Vorgehensweisen für verschiedene Klassen von Weltraumoperationen vor.

  Große Satellitenkonstellationen, Kleinsatelliten, Rendezvous-Manöver, Annäherungsmanöver und Wartungsarbeiten sowie die aktive Trümmerbeseitigung werden neu erwähnt. Zu den Verfahren für diese Satellitenklassen gehört die Minimierung von Kollisionen, Explosionen und Fragmentierungen. Darüber hinaus werden detailliertere Punkte genannt, wie beispielsweise die bevorzugte Methode der direkten Entsorgung bei großen Konstellationen (ab 100 Satelliten). Diese Methode muss mit einer Mindestzuverlässigkeit von 90 % durchgeführt werden.

Wie vergleicht sich ODMSP 2019 mit der Version von 2001?

Es werden neue Aktivitäten im Orbit beschrieben, wobei dieselben grundlegenden Verfahren wie für herkömmliche Satelliten Anwendung finden. Darüber hinaus werden numerische Grenzwerte für schwer zu bewertende Aspekte festgelegt und Betreiber dazu angehalten, die vorgegebenen Mindestwerte zu übertreffen. Eine wichtige letzte Bedingung ist, dass die US-Regierung diese Verfahren bei Bedarf aktualisieren und verfeinern wird.

Es ist gut, dass die Möglichkeit für weitere Überarbeitungen offengelassen wird, da die nächste Version einige Punkte berücksichtigen sollte. Erstens sind die ODMSP nur für den Normalbetrieb vorgesehen. Weist ein Satellit einen Konstruktionsfehler auf, also tritt eine Anomalie jeglicher Art auf und kann er seine Entsorgungsvorgaben nicht erfüllen, greifen die ODMSP nicht. Diese Lücke muss geschlossen werden, damit Betreiber die Folgen des Zurücklassens ausgedienter Raumfahrzeuge (sowohl Raketenstufen als auch Satelliten) im Orbit bedenken. Diese Art von Weltraumschrott birgt das größte Schadenspotenzial, weshalb alternative Entsorgungsmethoden dringend empfohlen werden sollten.

Darüber hinaus blieb die maximale Deorbitierungsdauer von 25 Jahren unverändert. Die kommerzielle Raumfahrtbranche beginnt jedoch, eine Deorbitierungsdauer von fünf Jahren oder „so bald wie möglich“ zu praktizieren. Dieser Aspekt bedarf eindeutig weiterer Diskussionen. Angesichts des Fokus auf eine bessere empirische Bewertung sollten Studien unter Einbeziehung externer Experten durchgeführt werden, um die Auswirkungen der Deorbitierungsdauer genauer zu evaluieren.

Schließlich sollte die NASA die Einhaltung dieser Praktiken innerhalb der US-Regierung überwachen, und die Aufsichtsbehörden sollten dasselbe für Wirtschaftsunternehmen tun und diese Daten der Öffentlichkeit zugänglich machen. Diese Transparenz würde eine Vorreiterrolle in der globalen Gemeinschaft hinsichtlich der Einhaltung bewährter Verfahren unterstreichen und kann als Umsetzung der kürzlich verabschiedeten langfristigen Nachhaltigkeitsleitlinien des UN-Ausschusses für die Sicherheit der Vereinten Nationen (COPUOS) betrachtet werden. Ohne deren Einhaltung erreichen diese Standardverfahren nicht die beabsichtigte Wirkung.

ODMSP und andere gängige Praktiken, wie sie beispielsweise von der IADC und dem UN COPUOS übernommen wurden, stellen nach aktuellem Kenntnisstand das Minimum dar, das für die Aufrechterhaltung der Nachhaltigkeit im Weltraum notwendig ist. Unklar ist jedoch weiterhin, wie sich eine größere Anzahl von Weltraumobjekten auf die Weltraumumgebung auswirken wird. Werden sie manövrierfähig sein? Werden sie im Orbit zerbrechen? Verfügen sie über eine ausreichende Weltraumlageerfassung oder ein robustes Verkehrsmanagement, um Kollisionen besser zu vermeiden? Werden sie überhaupt bewährte Verfahren anwenden?

Darüber hinaus haben Kollisionen von Weltraumschrott in dichter besiedelten Umgebungen größere Auswirkungen. Dieses Ereignis mag zwar seltener auftreten, hat aber gravierende Folgen. Die heutigen Technologien können solche Kollisionen nur unzureichend genau und maximal sieben Tage im Voraus vorhersagen. Das ist nicht viel Zeit, um eine Lösung zur Abmilderung einer drohenden Kollision zu finden. Die Sanierung des Weltraums – also die Entfernung großer, potenziell gefährlicher Objekte – ist ein ergänzender und notwendiger Bestandteil dieser Diskussion. SPD-3 berücksichtigt dies direkt im Anschluss an die Diskussion eines ODMSP-Updates: „Die Vereinigten Staaten sollten die aktive Weltraumschrottbeseitigung als notwendigen langfristigen Ansatz verfolgen, um die Sicherheit des Flugbetriebs in wichtigen Orbitalregionen zu gewährleisten. Diese Bemühungen sollten die Weiterentwicklung internationaler Protokolle zur Weltraumschrottbeseitigung im Zusammenhang mit bestehenden Programmen nicht beeinträchtigen.“

Was jetzt benötigt wird, ist eine Kultur der Sicherheit und der Einhaltung von Vorschriften in der gesamten globalen Raumfahrtgemeinschaft, und es gibt viele Möglichkeiten, dies zu erreichen. Initiativen wie beispielsweise dieBest Practices der Space Safety Coalition für die Nachhaltigkeit von Weltraumoperationenund dieNachhaltigkeitsbewertung des Weltraums durch das Weltwirtschaftsforumunterstreichen den Trend, die Mindestanforderungen an die Sicherheit von Raumflügen deutlich zu übertreffen, ebenso wie andere Praktiken, beispielsweise die Konstruktion von Raumfahrzeugen für die Entsorgung nach der Mission im Falle von Anomalien.

Die Weltraumumgebung befindet sich inmitten eines sprunghaften Anstiegs der Überlastung und des orbitalen Risikos. Alle Betreiber müssen einen positiven Beitrag leisten, um sicherzustellen, dass wir keine Spuren hinterlassen, indem sie die Standardverfahren einhalten – nein – übertreffen.