Am 8. September 2024 wird der erste von vier Satelliten der ESA-Mission Cluster über dem unbewohnten Gebiet des Südpazifiks wieder in die Erdatmosphäre eintreten.
Damit endet die historische Mission, mehr als 24 Jahre nachdem sie ins All geschickt wurde, um das Erdmagnetfeld zu vermessen. Auch die verbleibenden drei Satelliten werden keine wissenschaftlichen Beobachtungen mehr durchführen, aber man erwartet noch in den kommenden Jahren Entdeckungen anhand der vorhandenen Missionsdaten.
Dieser „gezielte Wiedereintritt“ ist der erste seiner Art. Die Bemühungen der ESA, ein sauberes Ende der Cluster-Mission zu gewährleisten, gehen über internationale Standards hinaus und machen die Agentur zu einem weltweit führenden Unternehmen in der nachhaltigen Weltraumforschung.
Ein Leben lang das Weltraumwetter beobachten
Cluster wurde im Jahr 2000 ins Leben gerufen und hat 24 Jahre damit verbracht, das zu erforschen, was die Erde zu einer einzigartigen bewohnbaren Welt macht, in der Leben gedeihen kann: ihren starken magnetischen Schutzschild, die Magnetosphäre.
Wie ein riesiger Regenschirm schützt uns die Magnetosphäre vor dem größten Teil des Partikelregens, den die Sonne unerbittlich auf uns niederprasselt.
Böen dieses Sonnenwindes können jedoch immer noch durchkommen und energiereiche Partikel in Schüben auf die Erdoberfläche schleudern. Am häufigsten sind Nord- und Südlichter (Auroren), aber seltener können diese Partikel unsere Stromversorgung unterbrechen, den Funkverkehr stören oder Satelliten beschädigen.
Den Einfluss des Sonnenwinds auf die magnetische Umgebung der Erde bezeichnen wir als „Weltraumwetter“. Und bis Cluster auf den Plan trat, blieb das Weltraumwetter ein Rätsel.
„Seit über zwei Jahrzehnten hat uns Cluster immer wieder gezeigt, wie wichtig die Magnetosphäre ist, um uns vor dem Sonnenwind zu schützen“, sagt Cluster-Missionsleiter Philippe Escoubet. „Cluster hat die Auswirkungen von Sonnenstürmen beobachtet, um uns zu helfen, das Weltraumwetter besser zu verstehen und vorherzusagen.“
Ein Finale ohne Trümmer
Cluster war weder für eine so lange Lebensdauer noch für ein derart sicheres Finale konzipiert. Ursprünglich war es für eine zweijährige Mission zur Erforschung der Wechselwirkungen zwischen Sonne und Erde gestartet. Da es derart beeindruckende und weltbewegende wissenschaftliche Erkenntnisse lieferte, hielten die Raumfahrzeugbetreiber der ESA es am Laufen.
Aber alles Gute hat ein Ende, und die Zeit von Cluster ist endlich gekommen. Mit diesem gezielten Wiedereintritt macht die ESA Cluster von einem Pionier in der Weltraumwetterüberwachung zu einem Pionier in der Eindämmung von Weltraummüll – zwei Schlüsselelemente der Weltraumsicherheitsziele der Agentur.
Ohne ein Eingreifen wären die vier Cluster-Satelliten auf natürliche Weise und weniger vorhersehbar wieder in die Erdatmosphäre eingetreten, möglicherweise über einer dichter besiedelten Region. Indem die ESA den Wiedereintritt der Satelliten gezielt steuert, will sie sicherstellen, dass der Untergang von Cluster nicht zur rasanten Zunahme des Weltraumschrotts in der Erdumlaufbahn beiträgt.
Der letzte Tanz der Salsa
Von den vier Cluster-Satelliten mit den Spitznamen Rumba (Cluster 1), Salsa (Cluster 2), Samba (Cluster 3) und Tango (Cluster 4) wird Salsa als erster wieder in die Erdatmosphäre eintauchen. Sein Ziel ist eine bestimmte Region im Südpazifik, die möglichst weit von besiedelten Gebieten entfernt ist.
„Wir haben Salsas Umlaufbahn bereits im Januar so angepasst, dass sie am 8. September ihren letzten steilen Abfall von einer Höhe von etwa 110 km auf 80 km erlebt“, erklärt Cluster Operations Manager Bruno Sousa. „So haben wir die größtmögliche Kontrolle darüber, wo die Sonde von der Atmosphäre erfasst wird und zu verglühen beginnt.“
Brunos Team beobachtet den Satelliten nun aus der Ferne. Ein gezielter Wiedereintritt ermöglicht eine so gute Vorhersagbarkeit von Wiedereintrittszeit und -ort, dass keine weiteren Manöver nötig sind.
Obwohl wir davon überzeugt sind, dass keine überlebenden Fragmente in der Nähe von Land einschlagen werden, verfügen wir noch immer über sehr wenige Daten darüber, wie sich Raumfahrzeuge verhalten, wenn sie die unteren Schichten der Atmosphäre durchqueren. Wir würden gerne mehr darüber wissen, um den Zeitpunkt und den Ort des Wiedereintritts von Satelliten in die Erdatmosphäre noch besser vorhersagen und die Sicherheit der Menschen auf der Erde gewährleisten zu können.
Die ESA erwägt, Salsas Wiedereintritt von einem Flugzeug aus zu beobachten. Dies wird im Laufe des Augusts bestätigt. Die vier Cluster-Satelliten sind identisch. Wenn wir also beobachten, wie sie mit leicht unterschiedlichen Flugbahnen und unter unterschiedlichen Wetterbedingungen wieder in die Atmosphäre eintreten, hätten wir die einmalige Gelegenheit, ein wertvolles Wiedereintrittsexperiment durchzuführen, um den Zerfall von Satelliten zu untersuchen.
Eine bessere Zukunft
Der Wiedereintritt von Cluster folgt denen der Erdbeobachtungsmissionen Aeolus und ERS-2 der ESA. Die ESA schafft damit einen Präzedenzfall für einen verantwortungsvollen Ansatz zur Reduzierung des immer größer werdenden Problems von Weltraummüll und unkontrollierten Wiedereintritten.
Mit diesem gezielten Wiedereintritt beschreitet die ESA erneut den Weg für eine neue Strategie zur Reduzierung ihrer Umweltauswirkungen, indem sie ihre Missionen sicherer und nachhaltiger entsorgt, als zum Zeitpunkt ihrer Planung vorgesehen.
„Indem wir untersuchen, wie Salsa verglüht, welche Teile wie lange und in welchem Zustand überleben könnten, werden wir viel darüber lernen, wie man Satelliten ohne Trümmer baut“, erklärt Tim Flohrer, Leiter des ESA-Büros für Weltraummüll.
„Die aus dieser Aktivität gewonnenen Erkenntnisse werden dazu beitragen, gezielte Wiedereintritte in eine sichere und gut verstandene Option für die Entsorgung anderer Weltraummissionen in ähnlichen Umlaufbahnen wie Smile und Proba-3 zu verwandeln.“
Wie geht es weiter?
Nach Salsas Wiedereintritt in die Erdatmosphäre werden die drei verbleibenden Cluster-Satelliten in den „Überwachungsmodus“ wechseln. Sie werden zwar keine wissenschaftlichen Messungen durchführen, aber von den Betreibern überwacht, um das Risiko einer Kollision mit anderen Satelliten oder der Erde selbst zu minimieren.
Brunos Team wird die Umlaufbahn von Rumba (Cluster 1) im August 2024 anpassen, um einen ähnlichen gezielten Wiedereintritt im November 2025 vorzubereiten. Anschließend werden sie im November 2024 Samba (Cluster 3) und Tango (Cluster 4) manövrieren, damit sie für den endgültigen Abschied von Cluster im August 2026 bereit sind.
Ende 2025 plant die ESA den Start ihrer nächsten Mission zur Erforschung des Erdmagnetfeldes: des Solarwind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer, kurz „Smile“. Smile, ein Gemeinschaftsprojekt mit der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, wird auf Cluster aufbauen und noch mehr über das komplexe und faszinierende magnetische Feld rund um den Planeten Erde enthüllen.