Blockchain und IOTA im All

Recycling von Satelitenschrott und null Kollisionen im Orbit

| Autor / Redakteur: Otto Geißler / Ulrike Ostler

Schrott ist im Orbit viel wertvoller als auf der Erdoberfläche.
Schrott ist im Orbit viel wertvoller als auf der Erdoberfläche. (Bild: gemeinfrei: pixabay / CC0)

Obwohl erst etwa 500 Menschen unseren Planeten verlassen haben, kreisen bereits mehr als 8.000 Tonnen Weltraumschrott über unseren Köpfen. Was viele nicht ahnen: Dahinter verbirgt sich ein Milliardenschatz! Ein Jackpot, der von Jahr zu Jahr immer größer wird. Wie kann er geknackt werden?

Die Frage bewegt auch Diplom Physiker Frank Koch; er gründete die Orbit Recycling Initiative: Alte Satelliten und Komponenten sollen im All für neue Raumfahrtprojekte recycelt werden. Neben einer Reduktion des Weltraumschrotts lassen sich auch teure Startkosten in Milliardenhöhe einsparen.

Für DataCenter-Insider gab er ein Interview, in dem er aufzeigt, welche konkreten Ziele und Pläne in einer ersten Phase umgesetzt werden sollen und warum das Ganze weniger utopisch ist, als so mancher vielleicht gerade denken mag.

Wie kamen Sie auf diese Businessidee?

Frank Koch: Bei meinem ersten Weltraumprojekt ging es um einen Entwurf eines privatfinanzierten Teleskops, das ins All gebracht werden sollte. Während dieser Zeit beschäftigte ich mich auch intensiv mit dem Thema Asteroiden oder anderen Objekten, die unter anderem mit diesem Teleskop entdeckt werden sollten.

Weltraumschrott im Low Earth Orbit (LEO) und Geostationary Earth Orbit (GEO).
Weltraumschrott im Low Earth Orbit (LEO) und Geostationary Earth Orbit (GEO). (Bild: gemeinfrei: pixabay / CC0)

Warum ist Weltraumschrott ein Problem?

Frank Koch: Satelliten im Low Earth Orbit (LEO) verglühen nach einiger Zeit. So auch die kleinen Universitätssatelliten, die ein halbes Jahr oder bis zu vier Jahren dort oben kreisen und dann durch die Reibung selbstständig verglühen.

Wir wissen aber gar nicht, was beim Verglühen mit der Atmosphäre passiert. Denn die chemischen Prozesse, die dabei ablaufen, sind im Grunde unbekannt. Ich frage mich, was bedeutet es, wenn etwa 8.000 Tonnen Weltraumschrott in der Atmosphäre verglühen? Vielleicht hat es Einfluss auf unser Klima?

Diplom Physiker Frank Koch hob seine erste Firma 1996 aus der Taufe. Danach arbeitete er 16 Jahre für internationale Firmen wie zum Beispiel Microsoft und Samsung in Europa.
Diplom Physiker Frank Koch hob seine erste Firma 1996 aus der Taufe. Danach arbeitete er 16 Jahre für internationale Firmen wie zum Beispiel Microsoft und Samsung in Europa. (Bild: gemeinfrei: Frank Koch / CC0)

Zudem stürzt ab 2.000 Kilometern Höhe nichts mehr zurück auf die Erde. Somit gibt es noch viel Weltraumschrott, der dort kreisend verbleibt. Erst wenn etwas anderes dagegen stößt und eine unkontrollierte Kettenreaktion auslöst, entstehen plötzlich viele Teile, die wiederum auf andere Objekte treffen können und so weiter.

Aus diesem Grunde sollte Weltraumschrott aktiv entfernt werden. Die ESA hat bereits ein eigenes Programm ins Leben gerufen, um dieses Thema anzugehen. Es heißt `Active Removal-Program´.

Wie lässt sich Weltraumschrott reduzieren?

Frank Koch: Man plant, die Objekte einzufangen und in die Erdatmosphäre zu drücken, damit sie dort verglühen. Das geht bei Objekten in niedriger Höhe recht leicht. Bei Objekten in größerer Höhe will man sie meist aus dem nutzbaren Orbit noch weiter nach oben, in das so genannte Gravejard-Orbit, verdrängen und dann ignorieren und letztlich vergessen.

In Anbetracht dessen, dass zuvor ein riesiger Aufwand betrieben wurde, um solche Satelliten in den Orbit zu bringen, finde ich das sehr schade. So kostet ein einziger Raketenstart einer Ariane rund 100 Millionen Euro und bringt ungefähr 10 Tonnen Nutzlast in den Orbit. Satelliten wiederum bestehen teilweise aus teuren Materialien wie Goldfolien zur Isolation.

Im Grunde ist alles, was man hochschießt, wegen der extremen Startkosten recht teuer. 1 Kilogramm Gold kostet auf der Erde etwa 30.000 Euro. 1 Kilogramm von „irgendetwas“ im Orbit kostet zirka 50.000 Euro an Transportkosten. Spätestens mit der geplanten internationalen Mond-Orbit-Station oder der Mond-Station wird jedes Material, das dort gebraucht wird, sehr, sehr wertvoll werden.

Für wann sind diese Projekte geplant?

Frank Koch: Analog der ISS Erd-Orbit wird eine internationale Mond-Orbit-Station ins Leben gerufen, wobei hier die USA, Europäer, aber auch Japan, China und Russland gemeinsam an Bord sind. Das US-Modul ist bereits fertig und die Europäer bauen an ihrem Wohnmodul.

Das alles wird voraussichtlich in den 20er Jahren zur Mondumlaufbahn gebracht. Und in den 30er Jahren soll es spätestens auf die Mondoberfläche gehen. Diese verschiedenen Mondprogramme wurden erst kürzlich durch ESA und NASA nochmals bestätigt.

Demnach ist das Recycling-Potenzial der alten Satelliten sehr groß?

Frank Koch: Jain. Satelliten sind immer optimierte Entwicklungen für eine spezifische Mission. Entsprechend verhält es sich mit dem Elektronikschrott. Will man einen einzelnen Satellit recyceln, so ist das extrem aufwendig und daher unrentabel.

Die Frage ist vielmehr, gibt es Objekte, die möglichst oft und möglichst gleich im All existieren? Das könnten zum Beispiel Kommunikations-Satelliten sein. Oder gibt es Objekte, die möglichst einfach aufgebaut sind, also ohne Composit-Systeme, zum Beispiel Motherboards? Tatsächlich gibt es die zuhauf!

Da sind etwa die so genannten Raketen-Oberstufen, also die letzte Stufe, auf der der Satellit montiert wird. Diese Oberstufen haben nur eine Funktion, nämlich den Satelliten in seine Endposition zu bringen. Dort ist sehr wenig Elektronik verbaut, meist nur eine kleine Steuerelektronik.

In der Regel sind sie aus Aluminium gefertigt. Bei der Ariane besteht die Oberstufe aus 4 Tonnen Aluminium! Und Aluminium ist eines der attraktivsten Materialien, da es sich am einfachsten recyceln lässt, einfacher als hoch aufwendig Gold aus Platinen zu ziehen. Für den Anfang des Reyclings kann ich mir das gut vorstellen.

Wie kann so etwas in der Praxis ablaufen?

Frank Koch: Da Oberstufen über eine einfache Struktur und Form verfügen, kleiner Zylinder, zirka 5 Meter hoch und 5 Meter im Durchmesser, sind sie leicht einzufangen. Aktuell führt die ESA auf der ISS Tests durch.

Das heißt: Ein Satellit soll einen anderen mit einer Art Netz einfangen. Das klappt prima! Mit so einem Netz könnte man auch Oberstufen einsammeln.

CleanSpace One testet Technologien zum Rendezvous, zur Erfassung und Deorbitierung von End-of-Life-Satelliten und Weltraummüll.
CleanSpace One testet Technologien zum Rendezvous, zur Erfassung und Deorbitierung von End-of-Life-Satelliten und Weltraummüll. (Bild: gemeinfrei: Lucpiguet Wikipedia / CC0)

Zudem sind die Flugbahnen der Oberstufen gut bekannt. Wenn eine Mondstation mit Aluminium versorgt werden müsste, könnte man diese Objekte ganz gezielt anfliegen, einfangen und dann in Richtung Mond transportieren. Hinzu kommt, dass sich Aluminium im Weltraum hervorragend recyceln lässt, da beim Schmelzvorgang auf Grund des Vakuums mögliche Oxidationen an der Oberfläche nicht stattfinden können.

Wie kann die Blockchain oder IOTA dabei helfen?

Frank Koch: Wir haben uns auch Gedanken um rechtliche Fragen gemacht und uns überlegt, die Prozesse für das Tracken von Objekten, für Flugbahnkorrekturen, das Einfangen und Verwerten zu automatisieren.

Im Grunde gibt es schon eine offizielle Datenbank bei der UNOOSA, der Weltraumagentur der UNO. Hier werden alle Objekte getrackt, die in den Weltraum geschossen wurden. Wobei militärische Objekte hier gar nicht erst auftauchen und auch die Prozesse in der Datenbank manchmal nicht so zuverlässig ablaufen. Das System ist folglich nur bedingt geeignet.

Wir denken, es sollte eine UNO-Datenbank bleiben, die man mit einer Blockchain oder IOTA als verteiltes, offenes System nutzt, das nicht korrumpiert werden kann und wo jeder Teilnehmer überprüfen kann, was drinsteht. So entsteht schnell Vertrauen unter den teilnehmenden Völkern.

Die Deutsche Gesellschaft für internationale Zusammenarbeit (GIZ) und IOTA fanden die Idee spannend. So könnte man auch Benutzerrechte mitaufnehmen. Das heißt, die Ariane Group überträgt ihre Rechte an ein Unternehmen wie zum Beispiel an die Orbit Recycling Initiative.

An welchen Szenarien lässt sich das festmachen?

Frank Koch: In nicht allzu ferner Zukunft könnten die Satelliten diese Prozesse selber übernehmen, zum Beispiel könnten Satelliten, die sich aufeinander zubewegen, sich selbst identifizieren, indem sie in der UNO-Datenbank nachsehen. So kann vor einem Kollisionskurs automatisch gewarnt werden.

Das war unsere erste Idee. Das Szenario der aufeinander zu bewegenden Objekte könnte auch so aussehen: Ein Objekt hat nur noch wenig Treibstoff und das andere könnte per Smart Contract und vielleicht gegen eine Gebühr ausweichen.

Gleichzeitig werden die Objekte aktiv gesteuert, weichen möglichen Gefahren aus und weisen gegenüber den Versicherungen nach, dass alles unternommen wurde, um die Lebenszeit im Orbit deutlich zu verlängern. Oder eine Oberstufe wird von einem Satelliten angeflogen, diese signalisiert Aluminium im Wert von X und der Kontrakt kann gleich ausgeführt werden.

Wie werden Ihre Gedanken auf Kongressen der ESA oder NASA aufgenommen?

Frank Koch: Im Grunde sehr positiv! Es besteht ein Konsens, dass Weltraumschrott aktiv beseitigt werden soll. Wenn ein Satellit keine Funktion mehr hat, soll er nach kürzester Zeit wieder verschwinden.

Dafür wäre auch ein Prämiensystem vorstellbar, zum Beispiel mithilfe vergünstigter Starts. Dies könnte vor allem kleinere Anbieter von Satelliten motivieren. Das hieße, man ginge auf einen niedrigeren Orbit, verglühte früher, bekäme aber Rabatt auf den Nachfolger des Satelliten.

Größere Anbieter profitierten davon ebenso, da ihre Objekte nicht ständig vor kleineren Objekten ausweichen müssten und obendrein würde auch noch die Betriebssicherheit erhöht.

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