Weltraumforschung

Satelliten

Gedränge in der Umlaufbahn: Hunderte Satelliten kreisen heute um die Erde. Sie liefern Daten für die Wetterprognose, ermöglichen die Navigation am Boden, übertragen Fernsehprogramme und dienen der Forschung oder der militärischen Aufklärung.

Von Dirk Lorenzen

Die ISS ist nicht allein

Das berühmteste Objekt, das um die Erde kreist, ist die Internationale Raumstation (ISS). Doch sie ist keineswegs allein im All. Mehr als 2000 funktionstüchtige Satelliten kommen hinzu, dazu Zigtausende von defekten Satelliten und Trümmerteilen. Satelliten schwirren um die Erde herum – fast wie Mücken in der Abendsonne.

Die ISS befindet sich in 400 Kilometern Höhe auf einer recht niedrigen Bahn. Viel tiefer kann ein Satellit kaum fliegen. Denn unterhalb einer Höhe von etwa 300 Kilometern sorgt die Reibung an der dünnen Restatmosphäre dafür, dass ein Satellit binnen weniger Monate immer tiefer sinkt und schließlich abstürzt.

In rund 500 bis 800 Kilometern Höhe bewegen sich viele Satelliten, die die Erde beobachten. Diese Satelliten überwachen die Vorgänge am Boden und in der Atmosphäre für wissenschaftliche, kommerzielle oder militärische Zwecke.

In gut 20.000 Kilometern Höhe kreisen die Navigationssatelliten etwa des US-amerikanischen "Global Positioning System" (GPS) oder seines europäischen Gegenstücks "Galileo". Sie senden ihre Signale an die Navis in unseren Autos und Smartphones.

Während die ISS oder die tief fliegenden Erdbeobachtungssatelliten in nur gut anderthalb Stunden einmal um die Erde kreisen, braucht ein Navigationssatellit etwa 14 Stunden für einen Umlauf. Im All gilt: Je höher ein Satellit fliegt, desto langsamer ist er unterwegs und desto länger braucht er für eine Runde. Denn je weiter ein Satellit von der Erde entfernt ist, desto geringer ist die Erdanziehungskraft für ihn. Es reicht ein immer langsameres Tempo, um auf der Bahn zu bleiben und nicht abzustürzen.

Die Bahn, auf der Satelliten stillstehen

Das führt zu einem sehr interessanten Effekt: In 36.000 Kilometern Höhe beträgt die Umlaufzeit eines Satelliten 23 Stunden und 56 Minuten. Das ist genauso lange, wie die Erde für eine Umdrehung braucht. Befinden sich Satelliten in dieser Höhe über dem Äquator, so drehen sie sich exakt mit unserem Planeten mit.

Nur in dieser Höhe stehen diese Raumflugkörper still über einem Punkt auf der Erde. Fachleute sprechen daher von der geostationären Umlaufbahn. Dort sind die meisten TV- und Kommunikationssatelliten postiert. Denn nur Satelliten auf dieser Bahn lassen sich mit fest montierten Satellitenschüsseln anpeilen. Wären die TV-Satelliten auf anderen Bahnen unterwegs, so müssten die Antennen ihnen stets über den Himmel folgen.

Auch viele Wettersatelliten befinden sich in dieser Höhe. Dort haben sie immer denselben Bereich der Erde im Fokus. Europas "Meteosat" liefert aus dieser Höhe beispielsweise die Bilder für den Wolkenfilm in der ARD-Nachrichtensendung Tagesschau.

Forschung und Militär

Allerdings gibt es auch etliche Wettersatelliten auf niedrigen Umlaufbahnen. Aus 800 Kilometern Höhe sind mehr Details zu sehen. Dafür hat ein schnell laufender Satellit dort unten ein bestimmtes Gebiet auf der Erde nur wenige Male am Tag im Fokus.

Andere Satelliten beobachten, wie es auf der Erde aussieht, wie weit die Eispanzer ausgedehnt sind, wo es welche Verschmutzungen in der Atmosphäre und in den Ozeanen gibt, wie hoch der Meeresspiegel ist, ob Felder gut bewässert sind, wo der Regenwald abgeholzt wird, wie sich Ballungsräume ausdehnen usw..

Die Satelliten in der Umlaufbahn machen nicht nur klassische Fotos. Spezielle Filter auch im Bereich der Infrarot- oder Wärmestrahlung zeigen den Zustand der Vegetation oder bestimmte Stoffe im Boden. Die Radarsatelliten im All brauchen weder Tageslicht noch gutes Wetter; denn Radarwellen erfassen die Vorgänge am Boden auch bei Dunkelheit und dichten Wolken.

Militärischen Zwecken dienen Hunderte Satelliten der USA, Russlands, Chinas, Frankreichs, Deutschlands und vieler anderer Nationen. Sie machen Fotografien oder Radaraufnahmen des Erdbodens, stellen Kontakt zu Einheiten im Ausland her oder horchen Telefon- und Funkverbindungen ab.

Auch einige astronomische Satelliten befinden sich in einer Umlaufbahn um die Erde. Sie sind nicht Richtung Erde ausgerichtet, sondern nach oben ins All. Am bekanntesten ist das Hubble-Weltraumteleskop, das seit 1990 seine Kreise zieht.

Internet aus dem All: Goldrausch in der Umlaufbahn

Mit der Beobachtung der Erde wird viel Geld verdient: Ganze Schwärme von Satelliten, die nur so groß sind wie ein Schuhkarton, machen täglich ein komplettes Bild der Erdoberfläche. Beispielsweise überprüfen Landwirte mit Hilfe dieser Bilder den Zustand ihrer Äcker, Versicherungen erfassen den Umfang von Sturmschäden, Sicherheitsbehörden überwachen, was in der Nähe von Landesgrenzen passiert etc..

Das ganz große Geschäft im All ist die Kommunikation: Über geostationäre Satelliten laufen Telefon-, Fernseh- und Internet-Verbindungen. Ein zunehmend wichtigerer Markt sind Kreuzfahrtschiffe auf den Meeren, deren Passagiere auch auf hoher See das Internet nutzen möchten.

Doch um die Signale eines Satelliten in 36.000 Kilometern Höhe zu empfangen, ist eine Antennenschüssel nötig. Ein Empfang mit einem Handy ist nicht möglich. Daher setzen einige Firmen auf das Internet aus dem All, das auch kleinen Endgeräten zugänglich ist.

Dafür sollen Tausende neuer Satelliten in nur etwa 1200 Kilometern Höhe um die Erde kreisen. Diese Netzwerke versorgen jederzeit jeden Ort auf unserem Planeten mit schnellem Internet.

Auch einige astronomische Satelliten befinden sich in einer Umlaufbahn um die Erde. Sie sind nicht zur Erde hin ausgerichtet, sondern nach oben ins All. Am bekanntesten ist das Hubble-Weltraumteleskop, das seit 1990 seine Kreise zieht.

Droht das Ende der Raumfahrt? Das Müllproblem im All

Beim Start eines Satelliten erreichen auch Teile der Rakete die Umlaufbahn und kreisen dann dauerhaft um die Erde. Ist ein Satellit defekt, so kann er zwar seine Aufgabe nicht mehr erfüllen. Aber er stürzt dann nicht ab, sondern bleibt weiter auf seiner Bahn. Die Tanks vieler ausgedienter Raketen und Satelliten sind explodiert und haben gewaltige Schwärme von Schrottteilen hinterlassen.

Dies alles hat dazu geführt, dass mehr als 100 Millionen Trümmerteile die Erdumlaufbahnen bevölkern, die größer sind als ein Millimeter. Größer als ein Zentimeter sind mehr als 900.000 Teile. Im Bereich von fünf bis zehn Zentimetern und darüber gibt es etwa 20.000 Objekte. Nur sie lassen sich per Radar vom Boden aus gut verfolgen. Die kleineren Stücke ziehen unerkannt durchs All.

Kollidiert ein Stück Weltraummüll mit einem intakten Satelliten, so wird der Satellit in der Regel zerstört. Meist zerfällt er dabei in Hunderte Trümmerstücke, die wiederum eine Gefahr für andere Satelliten darstellen. Experten befürchten einen Lawineneffekt, der innerhalb weniger Jahrzehnte die Raumfahrt extrem erschweren, wenn nicht sogar unmöglich machen könnte.

Schon heute muss die ISS mehrfach im Jahr größeren Müllteilen ausweichen. Immer wieder gibt es Treffer durch kleine Teile. Mehrfach sind Satelliten ausgefallen, bei denen man annimmt, dass sie von Weltraummüll getroffen wurden.

Für das Müllproblem im All gibt es keine einfache Lösung; denn eine Art "Staubsauger" funktioniert im luftleeren Weltraum nicht. Forschungseinrichtungen und Raumfahrtagenturen wie NASA, ESA und viele andere setzen daher auf Müllvermeidung. Künftig sollen Satelliten am Ende ihrer Mission gezielt zum Absturz gebracht werden, damit sie nicht irgendwann durch den Zusammenstoß mit anderen Objekten zahlreiche Müllteile hinterlassen.

Allerdings ist unklar, ob sich alle Staaten und Firmen an diese Empfehlung halten. Wird der Weltraum in der Umgebung der Erde aber weiter so vermüllt wie bisher, dann droht in einigen Jahrzehnten das Ende der Raumfahrt. Denn dann würden die Trümmer nahezu jeden Satelliten schnell zerstören – und auch der Start von Menschen ins All wäre dann viel zu gefährlich.

 

(Erstveröffentlichung: 2018. Letzte Aktualisierung: 27.01.2020)