Nach sechzig Jahren, in denen Weltraumagenturen Raketen, Satelliten und andere Missionen in die Umlaufbahn geschickt haben, sind Weltraummüll zu einem wachsenden Problem geworden. Es gibt nicht nur große Schrottstücke, die ein Raumschiff mit einem einzigen Treffer ausschalten könnten, sondern auch unzählige winzige Trümmerstücke, die sich mit sehr hoher Geschwindigkeit fortbewegen. Diese Trümmer stellen eine ernsthafte Bedrohung für die Internationale Raumstation (ISS), aktive Satelliten und zukünftige Missionen mit Besatzung im Orbit dar.
Aus diesem Grund strebt die Europäische Weltraumorganisation eine bessere Abschirmung für die ISS und zukünftige Generationen von Raumfahrzeugen an. Dieses Projekt, das durch das General Support Technology Program der ESA unterstützt wird, führte kürzlich ballistische Tests durch, bei denen die Effizienz neuer Fasermetalllaminate (FML) untersucht wurde, die in den kommenden Jahren möglicherweise die Aluminiumabschirmung ersetzen.
Um dies zu verhindern, müssen alle Orbitalmissionen - seien es Satelliten oder Raumstationen - auf das Risiko von Hochgeschwindigkeitskollisionen mit winzigen Objekten vorbereitet sein. Dies beinhaltet die Möglichkeit einer Kollision mit von Menschen verursachtem Weltraummüll, aber auch das Risiko einer Beschädigung von Mikrometeoroidobjekten (MMOD). Diese sind besonders bei intensiven saisonalen Meteoritenströmen wie den Leoniden bedrohlich.
Während größere Teile von Orbitalabfällen mit einem Durchmesser von 5 cm bis 1 Meter regelmäßig von der NASA und dem Space Debris Office der ESA überwacht werden, sind die kleineren Teile nicht nachweisbar - was sie besonders bedrohlich macht. Erschwerend kommt hinzu, dass Kollisionen zwischen Trümmerteilen dazu führen können, dass sich mehr bilden, ein Phänomen, das als Kessler-Effekt bekannt ist.
Und da die Präsenz der Menschheit in der erdnahen Umlaufbahn (Near Earth Orbit, NEO) nur noch zunimmt und für die kommenden Jahrzehnte Tausende von Satelliten, Weltraumlebensräumen und Missionen mit Besatzung geplant sind, besteht ein zunehmendes Risiko für wachsende Umlaufbahnabfälle. Wie Ingenieur Andreas Tesch erklärte:
„Solche Trümmer können aufgrund ihrer hohen Aufprallgeschwindigkeit von mehreren Kilometern pro Sekunde sehr schädlich sein. Größere Trümmerstücke können zumindest verfolgt werden, so dass große Raumfahrzeuge wie die Internationale Raumstation aus dem Weg gehen können, aber Teile, die kleiner als 1 cm sind, sind mit Radar schwer zu erkennen - und kleinere Satelliten haben im Allgemeinen weniger Möglichkeiten, Kollisionen zu vermeiden . ”
Um zu sehen, wie ihre neue Abschirmung Weltraummüll standhalten würde, führte ein Team von ESA-Forschern kürzlich einen Test durch, bei dem eine Aluminiumkugel mit einem Durchmesser von 2,8 mm auf eine Probe eines Raumfahrzeugschilds abgefeuert wurde, deren Ergebnisse von einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommen wurden . Bei dieser Größe und einer Geschwindigkeit von 7 km / s simulierte die Kugel effektiv die Aufprallenergie, die ein kleines Stück Trümmer haben würde, als ob es mit der ISS in Kontakt käme.
Wie der Forscher Benoit Bonvoisin kürzlich in einer Pressemitteilung der ESA erklärte:
„Wir haben am deutschen Fraunhofer-Institut für Hochgeschwindigkeitsdynamik mit einer Gaspistole ein neuartiges Material getestet, das zur Abschirmung von Raumfahrzeugen gegen Weltraummüll in Betracht gezogen wird. In unserem Projekt haben wir verschiedene Arten von „Fasermetalllaminaten“ untersucht, die von GTM Structures für uns hergestellt wurden. Dabei handelt es sich um mehrere dünne Metallschichten, die mit Verbundwerkstoffen miteinander verbunden sind. “
Wie Sie dem Video (siehe oben) entnehmen können, drang die massive Aluminiumkugel in den Schild ein, zerbrach dann aber in eine Dose mit Fragmenten und Dampf, die für die nächste Rüstungsschicht viel einfacher zu erfassen oder abzulenken sind. Dies ist die Standardpraxis beim Umgang mit Weltraummüll und MMOD, bei denen mehrere Schilde zusammengeschichtet sind, um den Aufprall zu adsorbieren und zu erfassen, damit er nicht in den Rumpf eindringt.
Eine übliche Variante davon ist der „Whipple Shield“, der ursprünglich zum Schutz vor Kometenstaub entwickelt wurde. Diese Abschirmung besteht aus zwei Schichten, einem Stoßfänger und einer Rückwand, mit einem gegenseitigen Abstand von 10 bis 30 cm (3,93 bis 11,8 Zoll). In diesem Fall besteht die FML, die von GTM Structures BV (einem niederländischen Luft- und Raumfahrtunternehmen) für die ESA hergestellt wird, aus mehreren dünnen Metallschichten, die mit einem Verbundwerkstoff miteinander verbunden sind.
Basierend auf diesem neuesten Test scheint die FML gut geeignet zu sein, um Schäden an der ISS und zukünftigen Raumstationen zu verhindern. Wie Benoit angedeutet hat, müssen er und seine Kollegen diese Abschirmung nun auf anderen Arten von Orbitalmissionen testen. "Der nächste Schritt wäre die Durchführung einer In-Orbit-Demonstration in einem CubeSat, um die Effizienz dieser FMLs in der Orbitalumgebung zu bewerten", sagte er.
Und genießen Sie dieses Video aus dem Orbital Debris Office der ESA:
