Da oben wird es langsam eng. Eine Zunahme militärischer, kommerzieller und wissenschaftlicher Starts, gepaart mit niedrigeren Kosten für Mitfahr-Cubesat-Starts, bedeutet, dass in den kommenden Jahren viel mehr Weltraummüll zu bewältigen ist. Und wir reden nicht nur über eine niedrige Erdumlaufbahn; Auch der Mond und der cis-lunar (nahe Mondraum) werden bald beschäftigt sein.
Während wir (größtenteils) verfolgen und verstehen, was sich in einer niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) befindet, gelingt es uns oft nicht, den Überblick darüber zu behalten, was sich in einer mittleren bis hohen (geostationären/geosynchronen GEO) Umlaufbahn und darüber hinaus befindet. Noch weniger gilt dies für die Umgebung des Mondes, der in den kommenden Jahren zu einem geschäftigen Ort werden wird. Nun versucht eine aktuelle Studie der Purdue University, Weltraummüll rund um den Mond zu modellieren und zu verfolgen, mit Blick auf die Schadensbegrenzung.
Verfolgung von Weltraumschrott auf dem Mond
Die von Carolin Frueh geleitete Studie würde den Tracking-Assets die besten Gebiete und Regionen am Himmel in der Nähe des Mondes für die Durchführung einer solchen Mission geben. Die Studie weist auch auf die Verwendung der „Vier-Körper-Geometrie“ hin, um die Entwicklung von Umlaufbahnen im Laufe der Zeit zu modellieren.
Die Verfolgung und Vermeidung von Trümmern ist für die Internationale Raumstation im erdnahen Orbit bereits ein häufiges Problem. Mit diesem Thema müssen sich auch künftige Mondmissionen auseinandersetzen.
„Derzeit gibt es noch nicht so viele Missionen in diesen (cis-lunaren) Raum“, sagte Carolin Frueh (Purdue University) gegenüber Universe Today. „Aus dieser Perspektive wissen wir, was vor sich geht, aber da wir in dieser Region (noch) keine etablierte Überwachung haben, fehlen uns viele Informationen, insbesondere im Hinblick auf Weltraumobjekte, die in diese Region gelangen.“ in Bezug auf Trümmerobjekte.
Engpässe im cis-lunaren Raum
Die jüngsten Ereignisse verdeutlichen, wie geschäftig es rund um den Mond bereits zugeht. Ein Beispiel dafür war der kürzliche Absturz einer Mondrakete auf der anderen Seite des Mondes Anfang 2022. Ursprünglich wurde angenommen, dass die Trägerrakete SpaceX gehörte, später wurde sie jedoch als die Oberstufe einer „Long March“-Rakete identifiziert, die zu China gehörte.
Und wo wir gerade von Naheinsätzen sprechen: Der ehrwürdige Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) der NASA wurde kürzlich tatsächlich während eines Vorbeiflugs mit dem ShadowCam-Instrument des Korea Pathfinder Lunar Orbiter (KPLO) aus einer Entfernung von nur 18 Kilometern gesehen.
Das Vier-Körper-Problem
Die Kluft zwischen der Erde und dem Mond ist riesig. Diese Region mit einem Durchmesser von etwa einer Viertelmillion Meilen wird auch von erdgestützten Radargeräten und Teleskopen, deren Aufgabe es ist, Weltraumschrott zu verfolgen, nur unzureichend überwacht. Anlagen im Weltraum im Orbit um die Erde (oder besser noch den Mond) würden einen besseren Job machen, obwohl bisher noch keine vorhanden sind.
„Die erdnahe Umgebung wird von der Erde dominiert, bei einem Satelliten sprechen wir von Zweikörpergeometrie“, sagt Frueh. „Erheblich oberhalb der geosynchronen Region ist die Schwerkraft des Mondes mehr als eine bloße kleine Störung auf einer Zweikörperumlaufbahn, und wir sprechen von Dreikörpergeometrie. Die Vierkörpergeometrie kommt ins Spiel, wenn es beispielsweise um Erde, Mond und … geht Die Gravitationseffekte der Sonne. Da die Sonne ein großer Gravitationskörper ist, stellt dies natürlich eine Störung der Zwei-Körper- und Drei-Körper-Umlaufbahnen dar. Die Vier-Körper-Geometrie ist besonders relevant, wenn wir Objekte in der Nähe beurteilen wollen und mittelfristig in der cis-lunaren (Erde-Mond)-Region bleiben oder diese Region verlassen (könnten jedoch zu einem viel späteren Zeitpunkt wieder zurückkehren).“
Frueh nutzt Lichtkurven, um drohende Trennungsereignisse für Satelliten in der Erdumlaufbahn vorherzusagen. Dies lässt sich auch auf den Mond übertragen.
„In meiner eigenen Arbeit habe ich die Vierkörpergeometrie genutzt, um elektrooptische (Weltraumteleskop-)Überwachungsoptionen für den cis-lunaren Bereich zu bewerten“, sagt Frueh. „Hier ist die Astrodynamik in der Drei-Körper-Näherung ausreichend gut, aber ich habe die Vier-Körper-Geometrie verwendet, um die Beleuchtungsbedingungen der Sonne innerhalb der Näherung zu bekommen, die ich für die EO-Sensoren (elektrooptische Sensoren) benötige.“
Es liegt ein arbeitsreiches Jahrzehnt vor uns
Zurückkehrender Weltraumschrott aus der heliozentrischen Umlaufbahn gelangt oft als temporäre Satelliten in die Mond- oder Erdumlaufbahn. Ein solcher Fall war J002E3, der sich als Trägerrakete von Apollo 12 herausstellte. Ein anderer war der Asteroid 2010 QW1, der später als Oberstufe des Long March-3C der chinesischen Chang’e-2-Mission identifiziert wurde.
„Ja, heliozentrische Objekte könnten in den cis-lunaren Bereich zurückkehren“, sagt Frueh. „Daher muss bei der Bewertung von Entsorgungsoptionen, die ‚die cis-lunare Region verlassen‘, eine Rückkehr zu einem (viel) späteren Zeitpunkt in Betracht gezogen werden.“
Zu den Missionen, die im nächsten Jahrzehnt zum Mond fliegen, gehören bemannte Artemis-Missionen. Als nächstes steht nächstes Jahr der Mondvorbeiflug von Artemis II und 2025 die Mondlandung von Artemis III an. Der Viper-Rover der NASA fliegt 2024 zum Mond. Astrobotics und Intuitive Machines werden bereits Ende dieses Jahres auf dem Mond landen. Außerdem ist der bemannte orbitale Außenposten Lunar Gateway für Ende 2025 geplant.
Die Verbesserung der Verfolgung und Erkennung, vorzugsweise über ein In-situ-Mondverfolgungsnetzwerk, ist von größter Bedeutung. „Der Aufbau einer umfassenden Überwachung der cis-lunaren Region ist derzeit ein Bereich intensiver Forschung und Entwicklung“, sagt Frueh.
Betreten Sie die Artemis-Abkommen
Die Artemis-Abkommen unterzeichnet von 29 Nationen im Jahr 2020 geht direkt auf die Notwendigkeit ein, das wachsende Problem des Weltraummülls zu bekämpfen.
Auch viele internationale Agenturen setzen auf das Wachstum einer „Mondwirtschaft“. Dies wird die Arbeitsbelastung durch den Mondverkehr in den kommenden Jahren erhöhen. Viele Unternehmen warten darauf, den Mond für wirtschaftliche und wissenschaftliche Ressourcen zu nutzen. Zu diesem Zweck will die Europäische Weltraumorganisation (ESA) auch Moonlight aufbauen, ein unabhängiges Kommunikationsnetzwerk rund um den Mond. Dieses Netzwerk aus drei bis vier Satelliten (plus Ersatzsatelliten im Orbit) soll bereits 2025 eingerichtet sein.
Wir werden eine Chance haben, dies richtig zu machen und die Trümmer rund um den Mond unter Kontrolle zu halten, wenn die Menschen im nächsten Jahrzehnt in großem Umfang zum Mond zurückkehren.