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Chinas Raumstation

Rücksturz zur Erde

Im Frühjahr bekommt die Erde himmlischen Besuch. Dann wird die chinesische Raumstation "Tiangong 1", der Himmelspalast, unkontrolliert abstürzen. Holger Krag, Leiter des Büros für Weltraumtrümmer bei der Europäischen Raumfahrtagentur ESA erklärt im Interview, wie groß die Gefahr ist, wann die Station herunterkommt und was Raumfahrtexperten daraus lernen können.
Chinas Raumstation Tiangong-1

Im März 2016 ist der Kontakt zu Chinas erster experimenteller Raumstation "Tiangong 1" abgebrochen. Seitdem verliert das gut zehn Meter lange Modul, das zweimal von Astronauten besucht wurde, zunehmend an Höhe. Ein unkontrollierter Absturz auf die Erde erscheint unvermeidlich. Unterstützt vom Europäischen Raumfahrtkontrollzentrum ESOC in Darmstadt beobachten Experten aus 13 Raumfahrtorganisationen, was in den kommenden Wochen passieren wird – nicht nur, um das Risiko einzuschätzen, sondern auch, um den Verlauf solcher Abstürze in Zukunft besser voraussagen zu können.

Herr Dr. Krag, wann fällt uns der Himmelspalast auf den Kopf?

Nach unserer aktuellen Prognose wird Tiangong 1 wohl zwischen Mitte März und Mitte April abstürzen.

Geht es nicht ein bisschen genauer?

Nein, leider nicht. Der Zeitraum ist – zugegeben – sehr groß, aber das ist zum jetzigen Zeitpunkt normal. Als Faustregel für die Prognose solcher Abstürze gilt, dass die Unsicherheit stets bei plus und minus 20 Prozent der noch verbleibenden Zeit liegt.

Was macht die Vorhersage so schwer?

Tiangong ist aktuell in einer Höhe von etwa 275 Kilometern unterwegs. Selbst dort sind noch einige Moleküle der Erdatmosphäre anzutreffen. Unweigerlich prasseln sie auf die Raumstation ein, wenn diese mit 27 000 Kilometern pro Stunde um die Erde rast. Durch diesen, plakativ gesprochen, Luftwiderstand wird die Station abgebremst. Sie verliert beständig an Höhe. Wie deutlich dieser Effekt ausfällt, hängt allerdings stark von den Aktivitäten der Sonne ab.

Und die lassen sich nicht abschätzen?

Nein. Das ist etwas, was wir physikalisch noch immer nicht exakt erklären oder erfassen können. Klar sind nur die Auswirkungen: Nimmt die Aktivität der Sonne zu, dann heizt sich die Hochatmosphäre auf und wird dadurch dichter. Dabei kann sich die Dichte um den Faktor zehn oder sogar noch mehr verändern. Das hat gewaltige Konsequenzen für die Aufenthaltsdauer von Objekten im All.

Wann lässt sich die Absturzstelle denn genauer angeben? Zehn Tage vor dem Ende?

Auch dann haben wir noch immer eine Unsicherheit von plus/minus zwei Tagen – eine Zeitspanne, in der Tiangong mehr als 60 Umläufe um die Erde absolviert. Da bei jedem Orbit andere Regionen überflogen werden, kann es also fast die gesamte Erde treffen.

Warum fast?

Eine geografische Einschränkung gibt es: Durch die Geometrie der Umlaufbahn werden nur Gebiete überflogen, die zwischen 43 Grad nördlicher und 43 Grad südlicher Breite liegen. Das ist zugegebenermaßen ein riesiges Gebiet, ein Großteil der Erdoberfläche. Für Europa bedeutet das allerdings: Nördlich von Südfrankreich, Oberitalien und dem Balkan ist ein Absturz rein physikalisch nicht möglich.

"Das Risiko, dass Menschen zu Schaden kommen, fällt äußerst gering aus"(Holger Krag)

Die Menschen in Deutschland müssen also keine Angst haben, dass sie ein Stück von Tiangong trifft?

Nein. Aber das Risiko, dass Menschen zu Schaden kommen, fällt ohnehin äußerst gering aus: Für eine Person innerhalb des Absturzgebietes ist es, rein statistisch, kleiner als zweimal im Jahr vom Blitz getroffen zu werden. Das sind doch gute Nachrichten. Da sieht man erst mal, wie gering die Wahrscheinlichkeit ist.

Wann können Sie überhaupt sagen, für wen es kritisch werden könnte?

Sobald die Raumstation eine Höhe von 100 Kilometern erreicht hat, gilt es als sicher, dass sie keinen weiteren Umlauf schaffen wird. Dann verbleiben nur noch etwa 30 Minuten. Irgendwo unter der für die nächste Erdumrundung prognostizierten Bahn kommt Tiangong dann runter. Das ist noch immer ein sehr langer Streifen, der sich um den halben Globus erstrecken kann. Aber in der Breite ist er mit einigen Dutzend Kilometern immerhin begrenzt.

Was kommt denn überhaupt runter?

Nicht viel. In etwa 80 Kilometer Höhe bekommt die Station die volle Wucht der Atmosphäre zu spüren. Sie wird abgebremst, sie erwärmt sich durch die Reibung. Die Hitzeleistung erreicht dabei die Größenordnung von Megawatt. Das führt dazu, dass große Teile von Tiangong, insbesondere Komponenten aus Aluminium, aufschmelzen und verdampfen.

Tiangong-2 in der Montagehalle
Tiangong 2 in der Montagehalle | Mit einer Länge von rund zehn Metern ist Tiangong 2 eine recht kleine Raumstation. Ihre Dimensionen und die Form entsprechen dem Vorgänger Tiangong 1, der im September 2011 gestartet ist und zweimal von Astronauten Besuch erhielt.

Aber nicht alles?

Den Aufbau der Station kennen im Detail nur die Chinesen. Erfahrungsgemäß überleben den Wiedereintritt aber Bestandteile aus Titan und Edelstahl, da sie einen hohen Schmelzpunkt haben. Solche Materialien werden oft für Tanks und Antriebssysteme genutzt, die einem großen Druck und starker Hitze standhalten müssen.

Mit wie vielen Trümmerteilen am Erdboden rechnen Sie?

Das ist schwer zu sagen, ohne das genaue Design der Station zu kennen. Ich würde aber eine Hand voll bis mehrere Dutzend schätzen. Erfahrungsgemäß überstehen 20 bis 40 Prozent der Originalmasse in irgendeiner Form einen Wiedereintritt. Bei ursprünglich 8,5 Tonnen, wie sie für Tiangong 1 genannt werden, wären das bis zu 3,5 Tonnen. Man darf jetzt allerdings nicht denken, dass die Trümmer dann wie ein Meteorit auf der Erde einschlagen.

"Der Aufschlag hinterlässt nicht mal einen Krater"(Holger Krag)

Sondern?

In einer Höhe von 30 bis 40 Kilometern hat die Reibung der Erdatmosphäre die komplette kinetische Energie der Station abgebaut. Tiangongs Überreste bewegen sich nicht mehr vorwärts. Die Trümmer fallen vielmehr senkrecht vom Himmel und schlagen – wie alles, was frei fällt – mit einer Geschwindigkeit von etwa 300 Kilometern pro Stunde auf. Das hinterlässt nicht mal einen Krater.

Wie groß ist solch ein Absturzgebiet?

Die Trümmerschleppe kann sich wie eine Perlenschnur über eine Länge von mehr als 1000 Kilometern erstrecken, das wissen wir von vergleichbaren Ereignissen. Da der Großteil des potenziellen Absturzgebiets allerdings aus Ozeanen, Wüsten und unbewohnten Gebieten besteht, bleibt das Risiko für Menschen gering. Und selbst, wenn jemand ein Trümmerteil finden sollte, würde er es womöglich nicht als solches erkennen. Es schlägt schließlich keinen Krater, es liegt einfach nur herum und sieht ein bisschen aus wie weggeworfener Schrott. Wenn man sich nicht auskennt, geht man daran vorbei und ahnt nicht, dass so was aus dem Weltall kommt.

Tiangong 1 ist nicht die erste Raumstation und auch nicht der erste Satellit, der unkontrolliert abstürzt. Wie außergewöhnlich ist dieses Ereignis für Sie?

Man denkt beim Begriff "Raumstation" ja sofort: Das muss ein riesiges Ding sein. Mit einer Länge von gut zehn Metern ist Tiangong 1 aber verhältnismäßig klein. Die Station entspricht eher einem einzelnen Modul der Internationalen Raumstation ISS. Unkontrollierte Wiedereintritte dieser Größenordnung sind zwar etwas Besonderes, sie kommen aber immer mal vor, in den vergangenen Jahren zum Beispiel bei der russischen Marssonde "Fobos-Grunt" oder einem "Progress"-Raumtransporter. Und wenn man bedenkt, dass pro Jahr etwa 80 Tonnen Schrott unkontrolliert in die Erdatmosphäre eintauchen – sowohl defekte Satelliten als auch ausgebrannte Raketenstufen – sieht man, dass Tiangong nicht so gewaltig oder außergewöhnlich ist.

Wenn Sie den Absturz weder verhindern noch exakt vorhersagen können, warum machen Sie sich gemeinsam mit zwölf anderen Raumfahrtagenturen überhaupt die Mühe einer groß angelegten Beobachtungs- und Wiedereintrittskampagne?

Ganz einfach: Je mehr Länder sich mit ihren Messstationen beteiligen, umso öfter bekommen wir die Gelegenheit, die Station bei ihrem Abstieg zu beobachten. Das ermöglicht uns, die Vorhersage des Wiedereintrittszeitpunkts immer weiter zu verfeinern. Durch den Vergleich der unabhängigen Methodik von 13 Partnern schaffen wir es gewissermaßen, unsere Vorhersage zu kalibrieren.

"Wir müssen schon in der Designphase, in der ein Raumfahrzeug nur auf dem Papier existiert, das Verhalten beim Wiedereintritt simulieren und notfalls die Pläne ändern"(Holger Krag)

Aber wäre es nicht auch möglich, das Verhalten von Tiangong während des Wiedereintritts vorherzusagen?

Im Grunde schon. Wir haben – basierend auf den Erfahrungen aus bisherigen Wiedereintritten – Modelle entwickelt, wie sich ein Raumfahrzeug erhitzt, wie es auseinanderbricht, welche Trümmer überleben. Dazu brauchen wir allerdings sehr detaillierte Informationen über den Aufbau. Diese Technik können wir daher nur für unsere eigenen Satelliten einsetzen, nicht jedoch für Tiangong. Doch selbst, wenn man das Objekt kennt, bleiben Unsicherheiten: Wir wissen zum Beispiel nicht, mit welcher Seite ein Raumfahrzeug zunächst auf die Atmosphäre trifft. Daher müssen wir verschiedene Szenarien durchrechnen und einen Mittelwert bilden. Das ist immer etwas statistisch, stimmt inzwischen aber sehr gut mit den Beobachtungen überein.

Und warum sind diese Simulationen so wichtig?

Letztlich brauchen wir die Analysen, um unsere eigenen Raumfahrtobjekte sicherer zu machen. Wir dürfen es künftig nicht mehr zulassen, dass das Risiko bei einem unkontrollierten Wiedereintritt zu groß wird. Also müssen wir lange vor einem möglichen Absturz, in der Designphase, in der ein Raumfahrzeug nur auf dem Papier existiert, das Verhalten beim Wiedereintritt simulieren und notfalls die Pläne ändern. Das funktioniert allerdings nur, wenn man die Modelle immer wieder mit realen Ereignissen abgleicht – und dadurch verbessert.

07/2018

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 07/2018

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